JPS6029064B2 - ガス検知素子 - Google Patents
ガス検知素子Info
- Publication number
- JPS6029064B2 JPS6029064B2 JP7586477A JP7586477A JPS6029064B2 JP S6029064 B2 JPS6029064 B2 JP S6029064B2 JP 7586477 A JP7586477 A JP 7586477A JP 7586477 A JP7586477 A JP 7586477A JP S6029064 B2 JPS6029064 B2 JP S6029064B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- film
- sensitivity
- conductivity
- metal oxide
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は金属酸化物半導体、とくに酸化インジウムの薄
膜を利用したガス検知素子に関するものである。
膜を利用したガス検知素子に関するものである。
金属酸化物半導体が特定のガスの吸着によって電気伝導
度が変化することは一般に知られており、これを薄膜と
してガス検知素子に用いることも試みられている。
度が変化することは一般に知られており、これを薄膜と
してガス検知素子に用いることも試みられている。
しかしながら薄膜として用いる場合には、感度と伝導度
の両方の機能を満足させることが困難であり、感度の良
好な金属酸化物半導体では一般には伝導度が低く、一方
伝導度を向上させるために膜厚を厚くすると感度が低下
してしまうという問題がある。また膜の厚さはガス感度
の点からは１００００△以下にする必要があり、実用的
範囲としそは５００〜４０００Ａの範囲が望ましい。こ
のような範囲の薄膜として実用的価値のある伝導度を有
するものにｌｎ２０３があるが、これを用いた場合、Ｃ
Ｏガスやイソブタンガスに対する感度が不充分であり、
しかもこれらのガスを検知する際に防害ガスとなる水素
やアルコール類への感度が比較的高いという欠点がある
。一方、Ｓｎ０２，ｙ−Ｆｅ２０３，Ｇａ２０３等は薄
膜においてもすぐれた感度を有するが、その抵抗値は余
りにも高く、しかも膜厚を増大させると感度が低下する
ために実用化できなかった。、本発明はこのような点に
鑑み、酸化インジウムの薄膜を利用して、充分な伝導度
を具備させると共にＣＯガスやィソプタンガスに対する
感度も良好に発揮できるガス検知素子を提供することを
目的とするものである。
の両方の機能を満足させることが困難であり、感度の良
好な金属酸化物半導体では一般には伝導度が低く、一方
伝導度を向上させるために膜厚を厚くすると感度が低下
してしまうという問題がある。また膜の厚さはガス感度
の点からは１００００△以下にする必要があり、実用的
範囲としそは５００〜４０００Ａの範囲が望ましい。こ
のような範囲の薄膜として実用的価値のある伝導度を有
するものにｌｎ２０３があるが、これを用いた場合、Ｃ
Ｏガスやイソブタンガスに対する感度が不充分であり、
しかもこれらのガスを検知する際に防害ガスとなる水素
やアルコール類への感度が比較的高いという欠点がある
。一方、Ｓｎ０２，ｙ−Ｆｅ２０３，Ｇａ２０３等は薄
膜においてもすぐれた感度を有するが、その抵抗値は余
りにも高く、しかも膜厚を増大させると感度が低下する
ために実用化できなかった。、本発明はこのような点に
鑑み、酸化インジウムの薄膜を利用して、充分な伝導度
を具備させると共にＣＯガスやィソプタンガスに対する
感度も良好に発揮できるガス検知素子を提供することを
目的とするものである。
本発明は、酸化インジウムを主成分とする金属酸化物半
導体の下地膜上に、Ｓｎ０２，Ｓｎ０２とＦｅ２０３と
の混合物、Ｇａｉｎ０３，ｙ −Ｆｅ２０３，Ｇａ２０
３，Ｈｏ２０３，Ｔａ２Ｑ，Ｃｅ０２，Ｍｏｏ３，Ｈｆ
０２，Ｄｙ２０３およびＣｏ２０３からなる群の少なく
とも一員の金属酸化物半導体を主成分とする表面膜を積
層するとともに、下地膜と表面膜の合成電気抵抗値を検
出するための一対の電極を設けたものである。
導体の下地膜上に、Ｓｎ０２，Ｓｎ０２とＦｅ２０３と
の混合物、Ｇａｉｎ０３，ｙ −Ｆｅ２０３，Ｇａ２０
３，Ｈｏ２０３，Ｔａ２Ｑ，Ｃｅ０２，Ｍｏｏ３，Ｈｆ
０２，Ｄｙ２０３およびＣｏ２０３からなる群の少なく
とも一員の金属酸化物半導体を主成分とする表面膜を積
層するとともに、下地膜と表面膜の合成電気抵抗値を検
出するための一対の電極を設けたものである。
なお、ここで表面膜の材料としては、下地膜の１山０３
と同じｎ形金属酸化物半導体でかつ耐熱性に優れたＳｎ
０２，Ｓｎ０２とＦｅ２０３との混合物、Ｇａｉｎ０３
、Ｇａ２０３のいずれかを用いることが好ましい。また
表面膜の材料としては、上記のＳｎ０２やＧａｉｎ０３
あるいはＧａ２０３等の金属酸化物半導体を主成分とす
るものであれば良く、ガス感度の向上のために貴金属触
媒等の副成分を加えたものでも良い。素子の構成として
は、図面に示すように、絶縁性基板１の表面に酸化イン
ジウムの下地膜２を設け、その上にＳｎ０２等のガス感
度の良好な金属酸化物半導体の表面膜３を穣層してその
両端部に電極４，４を設け、一方基板１の裏面には加熱
用ヒータ６およびその電極７，７を設けるようにすれば
よい。
と同じｎ形金属酸化物半導体でかつ耐熱性に優れたＳｎ
０２，Ｓｎ０２とＦｅ２０３との混合物、Ｇａｉｎ０３
、Ｇａ２０３のいずれかを用いることが好ましい。また
表面膜の材料としては、上記のＳｎ０２やＧａｉｎ０３
あるいはＧａ２０３等の金属酸化物半導体を主成分とす
るものであれば良く、ガス感度の向上のために貴金属触
媒等の副成分を加えたものでも良い。素子の構成として
は、図面に示すように、絶縁性基板１の表面に酸化イン
ジウムの下地膜２を設け、その上にＳｎ０２等のガス感
度の良好な金属酸化物半導体の表面膜３を穣層してその
両端部に電極４，４を設け、一方基板１の裏面には加熱
用ヒータ６およびその電極７，７を設けるようにすれば
よい。
表面膜３には感ガス性の向上のために触媒を添加しても
よい。酸化インジウムの膜厚は１００〜５０００Ａの範
囲、好ましくは５００〜２０００Ａの範囲で選定する。
よい。酸化インジウムの膜厚は１００〜５０００Ａの範
囲、好ましくは５００〜２０００Ａの範囲で選定する。
表面膜３の厚さは下地膜の厚さより薄くする必要があり
、用いられる材料や設定すべき感度等によっても異なる
が、一般的にはできるだけ薄くすることが好ましく、実
用的には安定した膜が形成できる１００人以上で適宜選
択すればよい。これらの膜の形成は、スパッタリング法
、真空葵着法、ＣＶＤ法等によって行なえばよい。
、用いられる材料や設定すべき感度等によっても異なる
が、一般的にはできるだけ薄くすることが好ましく、実
用的には安定した膜が形成できる１００人以上で適宜選
択すればよい。これらの膜の形成は、スパッタリング法
、真空葵着法、ＣＶＤ法等によって行なえばよい。
上記構成においては、感度は低いが伝導度のすぐれた酸
化インジウム上に感度のすぐれた薄膜が形成されている
ために、検知すべきガスが発生した場合には表面膜によ
って吸着され、それによって下地の酸化インジウムの膜
の伝導度が静電的に制御され、所定の出力信号を出すこ
とになる。一般に薄膜型の感ガス半導体の動作機構は、
薄膜表面への各種ガスのイオン化吸着による静電場が薄
膜内部のエネルギーレベルを変化させ、これにより伝導
度を変化させることにある。従って、感ガス性に最も重
要なのは、各種ガスを効率よくイオン化吸着させる吸着
媒としての機能と、ガスの吸着によって生じる静電場に
よる伝導度の制御機能とがそれぞれすぐれていることで
ある。しかるに本発明においては表面膜として、上記吸
着嬢としての機能のすぐれたものを用い、下地膜として
は伝導性の良好な酸化インジウムの膜を用いてこの下地
膜で伝導度の変化を敬出すようにしているために、非常
に良好なガス検知が行なわれる。なお以上説明した通り
、酸化インジウム膜の役割りは、ガスのイオン化吸着に
よる静電場の制御下で伝導度を担うことにある。そして
下地膜については、酸化インジウムを主成分とする範囲
で、種々の金属酸化物半導体を添加しても良い。例えば
ｌｎ２０３にＳｎ０２を表面する場合、３の重量％まで
の添加であれば、全体の性質には余り影響を与えない。
また１〜０３にＦｅ夕３を添加する場合、２唯重量％以
下の添加であれば大きな影響を与えない。実施例−１反
応スパッタリング法により、膜厚約１０００Ａの酸化イ
ンジウム膜を絶縁基板上に形成させた。
化インジウム上に感度のすぐれた薄膜が形成されている
ために、検知すべきガスが発生した場合には表面膜によ
って吸着され、それによって下地の酸化インジウムの膜
の伝導度が静電的に制御され、所定の出力信号を出すこ
とになる。一般に薄膜型の感ガス半導体の動作機構は、
薄膜表面への各種ガスのイオン化吸着による静電場が薄
膜内部のエネルギーレベルを変化させ、これにより伝導
度を変化させることにある。従って、感ガス性に最も重
要なのは、各種ガスを効率よくイオン化吸着させる吸着
媒としての機能と、ガスの吸着によって生じる静電場に
よる伝導度の制御機能とがそれぞれすぐれていることで
ある。しかるに本発明においては表面膜として、上記吸
着嬢としての機能のすぐれたものを用い、下地膜として
は伝導性の良好な酸化インジウムの膜を用いてこの下地
膜で伝導度の変化を敬出すようにしているために、非常
に良好なガス検知が行なわれる。なお以上説明した通り
、酸化インジウム膜の役割りは、ガスのイオン化吸着に
よる静電場の制御下で伝導度を担うことにある。そして
下地膜については、酸化インジウムを主成分とする範囲
で、種々の金属酸化物半導体を添加しても良い。例えば
ｌｎ２０３にＳｎ０２を表面する場合、３の重量％まで
の添加であれば、全体の性質には余り影響を与えない。
また１〜０３にＦｅ夕３を添加する場合、２唯重量％以
下の添加であれば大きな影響を与えない。実施例−１反
応スパッタリング法により、膜厚約１０００Ａの酸化イ
ンジウム膜を絶縁基板上に形成させた。
この膜は５００ＣＯにおいて約３０ＫＯの抵抗値を示し
た。この膿上に各種の金属酸化物半導体をスパッタリン
グ法によって膜厚約２００八の厚さに積層させてＣＯガ
スおよびイソブタンガスに対するガス感度を調べた結果
を第１表に示す。同表において、資料Ｎｏ．１および１
０は比較例を示す。感度としては（ＲＡ一Ｒ）／Ｒ〔Ｒ
Ａは清浄大気中の抵抗値、ＲはＣＯガスまたはィソブタ
ンガス中の抵抗値〕で示している。なお、下地膜の形成
をスパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等で行なった場合も結
果はほぼ同じであった。表面膜については他の方法で行
なったものも大差はなかったが、Ｓｎ０２については真
空蒸着による場合は感度はやや低くなり、Ｔｉ０２につ
いては金属薄膜を形成後６００００以下で酸化したもの
が最も安定である。Ｔｉ０２膜の反応スパッタリング法
あるいは６００ｑｏ以上の温度で金属薄膜を酸化させた
ものは、製造直後ＣＯガスおよび水素に対してすぐれた
感度を示すが、安定化に伴ない水素およびＣＯガスへの
感度が低下し、エタノールに選択的な感ガス体になる。
第「表第１表に示されるように、酸化インジウム上にガ
ス吸着能のすぐれた表面膜を積層ごせたものはいずれも
ＣＯガスおよびイソブタンガスに対してすぐれた感度を
示している。
た。この膿上に各種の金属酸化物半導体をスパッタリン
グ法によって膜厚約２００八の厚さに積層させてＣＯガ
スおよびイソブタンガスに対するガス感度を調べた結果
を第１表に示す。同表において、資料Ｎｏ．１および１
０は比較例を示す。感度としては（ＲＡ一Ｒ）／Ｒ〔Ｒ
Ａは清浄大気中の抵抗値、ＲはＣＯガスまたはィソブタ
ンガス中の抵抗値〕で示している。なお、下地膜の形成
をスパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等で行なった場合も結
果はほぼ同じであった。表面膜については他の方法で行
なったものも大差はなかったが、Ｓｎ０２については真
空蒸着による場合は感度はやや低くなり、Ｔｉ０２につ
いては金属薄膜を形成後６００００以下で酸化したもの
が最も安定である。Ｔｉ０２膜の反応スパッタリング法
あるいは６００ｑｏ以上の温度で金属薄膜を酸化させた
ものは、製造直後ＣＯガスおよび水素に対してすぐれた
感度を示すが、安定化に伴ない水素およびＣＯガスへの
感度が低下し、エタノールに選択的な感ガス体になる。
第「表第１表に示されるように、酸化インジウム上にガ
ス吸着能のすぐれた表面膜を積層ごせたものはいずれも
ＣＯガスおよびイソブタンガスに対してすぐれた感度を
示している。
また複合酸化物も、酸化物の混合によって感ガス性が損
われることなくすぐれた特性を示している。なお、これ
らの素子の経時・性も第２〜４図に示すようにいずれも
非常にすぐれている。なお、図中１１および１２は第１
表資料Ｎｏ．３を４００ｏｏで大気中およびＣＯガス１
００ｐｍ中でそれぞれ加熱保持したもの、１３および１
４は資料Ｎｏ．７を５００ｑｏで大気中およびＣＯガス
１０■風中でそれぞれ加熱保持したもの、１ ５および
１６は資料Ｎｏ．８を３２０００で大気中およびＣＯガ
ス中でそれぞれ加熱保持したものを示している。以上説
明したように、本発明は下地膜として酸化インジウムを
用い、この上にガス吸着能のすぐれた金属酸化物を積層
させることによってガス感度を向上させ、これによって
薄膜型のガス検知素子として実用的価値のある特性を具
備させたものである。
われることなくすぐれた特性を示している。なお、これ
らの素子の経時・性も第２〜４図に示すようにいずれも
非常にすぐれている。なお、図中１１および１２は第１
表資料Ｎｏ．３を４００ｏｏで大気中およびＣＯガス１
００ｐｍ中でそれぞれ加熱保持したもの、１３および１
４は資料Ｎｏ．７を５００ｑｏで大気中およびＣＯガス
１０■風中でそれぞれ加熱保持したもの、１ ５および
１６は資料Ｎｏ．８を３２０００で大気中およびＣＯガ
ス中でそれぞれ加熱保持したものを示している。以上説
明したように、本発明は下地膜として酸化インジウムを
用い、この上にガス吸着能のすぐれた金属酸化物を積層
させることによってガス感度を向上させ、これによって
薄膜型のガス検知素子として実用的価値のある特性を具
備させたものである。
第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図〜４図は
経時特性図である。 １・・・基板、２・・・酸化インジウムの下地膜、３・
・・表面膜。 第１図 第２図 第３図 第４図
経時特性図である。 １・・・基板、２・・・酸化インジウムの下地膜、３・
・・表面膜。 第１図 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- １ 酸化インジウムを主成分とする金属酸化物半導体の
下地膜上に、ＳｎＯ＿２，ＳｎＯ＿２とＦｅ＿２Ｏ＿３
との混合物、ＧａＩｎＯ＿３，γ−Ｆｅ＿２Ｏ＿３，Ｇ
ａ＿２Ｏ＿３，Ｈｏ＿２Ｏ＿３，Ｔａ＿２Ｏ＿５，Ｃｅ
Ｏ＿２，ＭｏＯ＿３，ＨｆＯ＿２，Ｄｙ＿２Ｏ＿３およ
びＣｏ＿２Ｏ＿３からなる群の少なくとも一員の金属酸
化物半導体を主成分とする表面膜を積層するとともに、
下地膜と表面膜の合成電気抵抗値を検出するための一対
の電極を設けたことを特徴とするガス検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7586477A JPS6029064B2 (ja) | 1977-06-24 | 1977-06-24 | ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7586477A JPS6029064B2 (ja) | 1977-06-24 | 1977-06-24 | ガス検知素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS549994A JPS549994A (en) | 1979-01-25 |
| JPS6029064B2 true JPS6029064B2 (ja) | 1985-07-08 |
Family
ID=13588533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7586477A Expired JPS6029064B2 (ja) | 1977-06-24 | 1977-06-24 | ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6029064B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111081808A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-28 | 西安电子科技大学 | 基于MoS2/Ga2O3异质结的光电探测器、制备方法及应用 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4587104A (en) * | 1983-12-21 | 1986-05-06 | Westinghouse Electric Corp. | Semiconductor oxide gas combustibles sensor |
| JPH0668475B2 (ja) * | 1987-05-29 | 1994-08-31 | 新コスモス電機株式会社 | 薄膜型オゾンセンサ |
-
1977
- 1977-06-24 JP JP7586477A patent/JPS6029064B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111081808A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-28 | 西安电子科技大学 | 基于MoS2/Ga2O3异质结的光电探测器、制备方法及应用 |
| CN111081808B (zh) * | 2019-11-26 | 2021-07-27 | 西安电子科技大学 | 基于MoS2/Ga2O3异质结的光电探测器、制备方法及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS549994A (en) | 1979-01-25 |
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