JPS59178351A - ガス検出素子構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、酸化物半導体にガスを散層せしめ、その電気
特性値の変化によシ、上記ガスの種類を検出するに好適
な小形のガス検出素子構造に関する。

〔発明の背景〕

従来から酸化物半導体が各種のガスに対し、電気抵抗値
が変化する性質を利用し、ガスのＭ無を検出するガス検
出素子として採用されている・しかし、％足の種類のガ
スを検出するだめには、そのガスに対してのみ電気抵抗
値が大きく変化することが心安となるが、他のガスによ
っても変化するため、他のガスが妨吾となシ誤動作を誘
発し、ガスの種類を正確に検出することが困難となる欠
点が生じていた。

すなわち、岐化錫（５ｎＯ２）　、酸化第２妖（Ｆｅ２
０３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）　＠＝　０）　Ｈ化物半導
体は、各種のガスに対し、電気抵抗値が変化する特性を
有しているため、これ等の酸化物半導体にガスを吸着さ
せることによシ、ガスの有無を検出することができる。

従って従来よシ、ガス検出素子として採用されていた。

しかし、上記の如く、各種のガスに対し、電気抵抗値が
変化するため、特定のガスの検出が木理となる欠点があ
った。そこで、特定のガスに対して電気抵抗値が大きく
変化するガス検出素子を選択し、これｔ複数個平面的に
！２設する手段が採用されているが、面積が犬となると
共に、特定のガスに対しのみ眠気抵抗値が大きく茨化す
るガス検子素子の適確な退択に技術′ｆ：＊する欠点が
あつ７”Ｃ。

〔発ゆＪの回目９〕 不発明は、上記の欠点を腋、失すべくη：」茶てれたも
のであｐｌその目的は、−ガス林類の恢出にケれると共
に、小形で、かつ省電力の可能なガス挾出素子イ″１ｑ
造を提供することにある。

〔先明の・ｄλ安〕

不発明（・寸、上記の目的を達１ｙするために、１教化
′吻半等坏を、少くとも一索子以上禎重すると共に、上
記酸化物半尋体に、その電気抵抗値の変化＋ｃ沃出する
ための軍＠！、を係訃せしめ、上記槓］■効果によるガ
ス検出精度の向上紫利用し・ガス４」）・類を検知すべ
く佑成されたガス検出素子ぜ３°遣を特徴とし７Ｅもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

ｌず・本実施例の彼女を説明する。

第１図および第２図に示す如く、アルミナ基板（１）上
には、ν１］えば酸化ｕ　（Ｓｎ０２　）　、／＜ラジ
ュム（Ｐｄ）およびガラスｒｊ卑膜技術を用いてサンド
イッチ構造に形成した第１系子（４ａ）が載置され、第
１素子（４ａ）上ｔこは、杷豚層（５）を介し、Ｖりえ
ば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）　、白金（Ｐｔ）およびガラス
−と同様にサンドイッチ構造にした第２索子（４ｂ）が
積重されている。又、アルミナ基板（１）と第１索子（
４ａ）間には軍４輿（６Ｃ）が挿設され、第１索子（４
ａ）と絶縁層（５）間には篭・匝（３ａ）が・絶縁層（
５）と第２素子（４ｂ）間には「Ｌ極（３ｄ）が、第２
素子（４ｂ）の表面上には電極（３ｂ）がそれぞれ停会
される。

又アルミナ基板（１）の裏面側にはヒータ（２）が取漕
される。

仮に詳しく説明するが、上記の如く第１索子（４ａ）上
に第２素子（４ｂ）婢を積取することにより、ある狸頻
のガス、例えばメタンガスに対する第１索子（４ａ）の
検出感度が上昇することを４ｕ用し、上記積電された第
１素子（４ａ）およＯ第２索子（４１：）　）にカスを
散層せしめ、例えば上ａ已メタンガスの恢矢１１イ怒Ｗ
ｋ↓胃加せしめることか口」１車となる。なお、」二記
′１ｇ４Ｑ（３ａ）奇テは、ガスか波層したときの電気
抵抗値の変化ケ計１ｉ１ｉするために用いられ、その計
測粘釆は、ガス１１０００ｐｐでの素子のコンダクタン
スで、ｎテ浄空気中の上記素子のコンダクタンスで法具
して水てるガス感波値として我示される０ 第１衣で明らかの如く、絶縁層（５）および第２索子（
４ｂ）がない場汗に較べ、これ青が積重される場舒には
、メタンガスに対するガス感娑イ匝か増加し、水素およ
びエタノールガスに対するカス”ｋ　Ｉ！　頓が減少す
る。従って、メタ：／ガスをより正確に検出することが
できる。

次に、本実施例を更に詳しく説明する。

第１崗および第２図に示す第１累子（４ａ）としては、
酸化錫（５ｎ０２）を８９　ｗ　ｔ％、パラジュム（Ｐ
ｄ）をｉｗｔ％およびカラスｉ１ｏｗｔ％とをサントイ
、チ＠輩としたもの、酸化亜鉛（ＺｎＯ）會８９ｗｔ％
、パラシーム（Ｐｄ）τＩｗｔ係およびガラスを１０ｗ
ｔ％とをサントイ、チ構造にしたもの、又は、酸化タン
グステン（〜ＶＯ３）を８９係、バラジ＝ム（Ｐｄ）を
１ｗｔ％およびガラス全１０襲とをサントイ、チ構造に
したものが用いられる。又、第２素子（４ｂ）としては
、酸化亜鉛（２ｎｏ）　ｆ　８９ｗｔ％、白金（Ｐｔ）
　ｋ　１　ｗｔ％およびガラスを１０ｗｔ％とおサンド
イッチＭ４ｍにしたもの、酸化タングステン（ＷＯ３）
を８９ｗｔ％　、バラジュム（Ｐｄ）を１ｗｔｑ６およ
びガラス全１０ｗｔ％のもの、酸化タンタル（Ｔａ２０
５）　ｉ　８９ｗｔ％　、パラヅユム（Ｐｄ）を１ｗｔ
％およびガラス全１０ｗｔ％のもの、酸化錫（Ｓｎ０２
）を８９ｗｔ％、バラジュム（Ｐｄ）を１　ｗｔ％およ
びガラスを１０ｗｔ％のもの等をそれぞれサントイ、チ
構造にしだものが用いられる。

更に、絶縁、曽（５）には、酸化錫を９０ｗｔ％、ガラ
スｉ　’１０ｗｔ％　、又は酸化叫鉛（Ｓｎ０２）を９
０ｗ１係、ガラス？Ｃｌ０ｗｔ％とをサンドイッチ構造
にしたものが用いられる。

上記の酸化物半導体から形成される第１素子（４ａ）　
、杷＝＜盾（５）および第２素子（４ｂ）とを第１素子
（４ａ）を最下層として順次′Ａ′ｊｃ車する。

又、ｈａ（３ａ）、（ろｂ）、（６Ｃ）および（６ｄ）
は、上記のμ（」＜、第１索子（４ａ）、杷隊ハセ（５
）および第２素子（４ｂ）にそれぞれ結汗して設けられ
る。又、ヒータ（２）ｉｌ″ｊ：ｍ１素子（４ａ）’ｉ
ｉｌ’Ｍｇ置する厚さ０．３ｍｍ−辺４陥のアルミナ基
板（１）の裏面側に厚膜技術を用いて形成さ力、る。な
お、ヒータ（２）は、Ｖ、漸したガスの反応を促進し、
ガス感度？向上でせるため設けられるものである。

次に、本来流側の作用効果を説明する。

」二記構成のガス構出素子構造に、例えば、メタン、水
素およびエタノールガスを吸着せしめた結果が第１表に
示される。例えば、ｉＡ１素子（４ａ）か５ｎ０２、Ｐ
ｄおよびガラスから形成され絶縁層（５）およＯ：第２
素子（４ｂ）がない場叶には第１素子（４ａ）のメタン
、水素およびエタノールカスに対するガス感度値は２０
５６および８６で表示される。これに対し、ｅ　ｄ、　
泗（５）に８１１０２およびガラスを用い、第２素子（
４ｂ）にＺｎＯ１Ｐｉおよびガラス？用いると、ガス感
度値は２５２１および３４となシ、メタンガスに対する
ガス感度値が増加し、水素およびエタノールカスに対す
るガス感度値が減少する。これは、メタンガス以外の水
素およびエタノールカスは、第２素子（４ｂ）に吸着す
ることにより化学的反応が起り、ガスが分解し、その下
方倶ｊにある第１索子（４ａ）にガスの影響かでにくく
なるだめと、第２素子（４ｂ）と絶縁層（５）および絶
に層（５）と第１累子（４ａ）間の境界面に触媒的作用
が生じメタンガスに対する感度を増加させると共に、水
素２よびエタノールガスの感度を減少せしめたことによ
ることが実験的に判明される。

以上により、従来技術に較べ、第１素子（４ａ）のメタ
ンガスに対するガス感度を増加できると共に、低のガス
の影響度を減少し得るため、より正価にメタンガスの検
出が可能となる。

同様に肩出１素子（４ａ）の脂汗ぜをＺ　ｎ　０１Ｐｃ
ｔおよびガラスにした揚げ、又は、昏０３、Ｐｄおよび
ガラスにした場合にも、第１表囁かすμ］」＜メタ次に
、別の実施例を第３図および第４図に示す・ 厚さ０．３ｍｍ、−辺４ｍｍのアルミナ基板（１）上に
は第１素子（４ａ）が載置され、その上側には、絶縁Ｊ
＠　（５）を介し、第２索子（４ｂ）が横車される０又
、上記実施例と同様に電極（３ａ）、（６ｂ）、（３Ｃ
）（３ｄ）がそれぞれ第１素子（４ａ）および第２累子
（４ｂ）に係けしている。又、アルミナ基板（１ンの裏
面側にはヒータ（２）が同様に形成される。

第１素子（，４ａ　）としては、酸化第２　鉄（Ｆｅ　
２０３　）を８９ｗｔ係、パラジュム（Ｐｄ）を１ｗｔ
係卦よびガラスｔｏｗｔ％のもの、酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）を９０ｗｔ％およびガラス１０ｗｔ％のもの、酸化
亜鉛（ＺｎＯ）を８９ｗｔ％、パラジュムを１ｗｔ％お
よびガラス１０ＭＦｔ係のもの全それぞれ厚膜技術を用
いシート構造にしたものが用いられている。

又、第２素子（４ｂ）としては、酸化ニラケン（Ｎｉｐ
）を９０ｗｔ％およびガラスを１０ｗｔ係のもの、４′
５酸化コバルト（００３０４）全９０ｗｔ係およびガラ
ス１０ｗｔ％のもの、ペロブス刀イト構迫のニッケル酸
ランタン（ＬａＮｉＯａ）を９０ｗｔ％およびガラス’
ｆｉｒＩＤｗｔ％のもの、敵化第２鉄（Ｆｅ　２０３　
）を８９ｗｔ％、パラジュム１　ｗｔ％およびガラスｆ
：ｌＯｗｔ−のもの、欧化タングステン（ＷＯ３）を８
９ｗｔ％、バラジュム（Ｐｄ）を１ｗｔ％およびガラス
ｆ　１０ｗ’ｔチのもの全それぞれシート構造にしたも
のが用いられている。

又、Ｐ　祿ｔｔｉ　（５）には、酸化’４　（Ｓｎ０２
）ｉ　９０ｗｔ％およびガラスを１０ｗｔ％のものをシ
ート構造にしたものか用いられている。

以上の構成のガス検出累子構造に、上記の実２４［ｉ　
例の如く、プロパン、水素およびエタノールガスを吸謝
せしめたときの第１素子（４ａ）のガス感度値の変化を
第２表に示す。

この場合には、プロパンガスに対するガス感度１直がや
や増加し、エタノールガスに対するガス熱度１匝が減少
することかわかる。

この衣で、弗１素子（４ａ）にＮｉＯを用いだ摘片には
、衣に示すガス感度値が小さい程ガス感度が市いことに
なる。これは、ＮｉＯがＰ型子導体であり、可燃性上記
ガスに接触すると電気抵抗１１なが１胃刀日するためで
ある。

以上により、プロパンガスに対し、従来技術より、正確
にガス検出することができる。又、その他の効果につい
ても上記実施例と同様であ６°　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｗｓ”Ｆ＃、
、９ン第　　２　　表 ［ 更に別の実施例を第５図および第６図に示す同じく、厚
さ０６聾、−辺４ｗＬｌのアルミナ基板（１）上には、
；４縦技術を用いてサントイ、チ構迫に形成さ几た第１
系子（４ａ）と、その上方側に同様のサンドイッチ構造
の第２累子（４５）および更にヤの上方側に絶縁層（５
）を介し、シート格！６の第３素子（４Ｃ）がそれぞれ
積重される。

第１素子（４ａ）は、酸化Ｑ　（Ｓｎ０２）　ｉ　８９
ｗｔ％、パラシーム′ｆ：１ｗｔ％およびガラス１０ｗ
ｔ％のものから形成され、第２素子（４ｂ）は、酸化タ
ングステン（ＷＯ３）全８９ｗｔ係、パラシームを１ｗ
ｔ係およびガラスを１０ｗｔ％のものから形成され第３
素子（４Ｃ）は、酸化ニノケン（ＮｉＯ）を９０ｗｔ％
＞よびガラス１０ｗｔ％のものから形成され絶）：：硬
層（５）は、酸化楊を９０ｗｔ％およびカラスを１０ｗ
ｔ％のものから形成てれる。又、ｉａ　’１．ｐ−（３
ａ）、（３ｂ）、（３Ｃ）、（ろｄ）およびヒータ（２
）はそれぞれ上６己実施例と同様に設けら几ている。

上記のガス検出素子構造に、メタン、水素およびエタノ
ールガスを吸盾せしめた結果を第３表に示す、第３表の
第１累子（４ａ）のガス感度値は、第１表のＮＣＬ　５
のガス感度値とす丘は比戟されるものであり、第６表の
第２索子（４ｂ）のガス感度値は、第１次のＮα１ｏの
儲とほぼ比板されるものとなる。表に示される如く、史
に槓厘効朱が影質し、メタンガスに対するガスｔ＝＜Ｖ
愼が更に４加すると共に、水素およびエタノールガスに
対するガス感度値か史に低下する。

以上により、上記実施例よシ史にメタンガスの検出感度
全土げることができる。

第　　６　　表 上記のいづれの実施例において、系子を厚膜技術によシ
形成したが、これに内定するものでなく、薄膜技術、セ
ラミック焼結技術等を用いたものでも本・ｒ↓的のａ目
異はない。

父、素子を形成する酸化物半導坏も上記のものに内定す
るものでない。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかの如く、本発明によれば、ガ
ス偵頑の検出額度を向上し侍ると共に、小形で、かつ省
電力に芙施し得る効果が上げられる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサンドイッチ構造の２つの素子から構成される
本発明の一実施例を示す平面図、第２図はそのＴＩ　−
ＩＩ線矢視のＶＪｆ而図面第３図はシート構造の２つの
素子から構成さ凡る本発明の別の実施例を示す平面図、
第４図はその■−丁〜γ線ケ祝の断面図、第５図（ｄサ
ンドイッチ構造の２つの素子と、これに積重されたシー
ト構造の１つの素子から構成される本発明の史に別の実
施例を示す平ｍ１図、第６図はその〜１−Ｖｌ線矢祈の
断面図である。 １・・・・・・アルミナ基板 ２・・・・・・ヒータ ３ａ％３ｂ１ろｃｌ　３ｄ・・・・・・電極４ａ・・・
・・・第１素子 ４ｂ・・・・・・第２累子 ４Ｃ・・・・・・第３素子 ５・・・・・・絶縁層 代理人弁理士　筒　倫　明　夫 第１　図 茅　２　図 第３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスの吸着によシ％気特性値が変化する酸化物半導
   体を、少くとも一累子以上檀重すると共に、上記酸化物
   半導体に、上記電気特性１１ＩｉＬの変化を検出するだ
   めの電極ケ係仕せしめたことを特徴とするガス検出素子
   構造。 ２検重される上記酸化物半導体間に、絶縁層を設けたこ
   とを特徴とする特許請求の軛囲第１項に記載のガス検出
   素子構造・