JPS6040945A - 半導体ガスセンサ - Google Patents
半導体ガスセンサInfo
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- JPS6040945A JPS6040945A JP14948383A JP14948383A JPS6040945A JP S6040945 A JPS6040945 A JP S6040945A JP 14948383 A JP14948383 A JP 14948383A JP 14948383 A JP14948383 A JP 14948383A JP S6040945 A JPS6040945 A JP S6040945A
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- gas sensor
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、触媒金属でイオン化された水素の注入により
電気特性の変化を作り出づ半導体ガスセンυ°に関する
。
電気特性の変化を作り出づ半導体ガスセンυ°に関する
。
従来、５ｎ０２ 、ＺｎＯなどの金属酸化物半導体の電
気伝導度が還元性ガスの吸着により変化する性質は広く
知られガスセンサとして実用化されているが、ガスの接
触によるＳ電度の変化を検出づるために高温に加熱した
状態で使用され、安全性および安定性の点で問題がある
。
気伝導度が還元性ガスの吸着により変化する性質は広く
知られガスセンサとして実用化されているが、ガスの接
触によるＳ電度の変化を検出づるために高温に加熱した
状態で使用され、安全性および安定性の点で問題がある
。
一方、常温で使用ｅきる半導体センサとして、半導体へ
のガス吸着による表面電位や界面の電位障壁の変化を利
用゛するセンサのω１究も進められており、この種の半
導体ガスしン１ノとしては、ＭＯ８ＦＥＴ型ガスセンリ
−とセンサード型ガスセンザが知られている。
のガス吸着による表面電位や界面の電位障壁の変化を利
用゛するセンサのω１究も進められており、この種の半
導体ガスしン１ノとしては、ＭＯ８ＦＥＴ型ガスセンリ
−とセンサード型ガスセンザが知られている。
Ｍ ＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ方ガスレンサは、ス−［−デンの
ｌ ｕｎｄｓｔｒ６ｍ等により１９７５年に発表された
もので、一般のＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔど同じ構造をイｊし
、弱いｐ型性シリコン基板上に１０μ「■１程度の距離
をＪ３いて２つのｎ型領域を形成してソースおよびドレ
インとし、その表面に数千への厚さのＳｉＯ２の絶縁層
を作り、更に絶縁層の」二に触媒金属としてのパラジウ
ムＰＣＩを蒸着してゲート電極としたもので、グー１〜
電極がガスに感応゛することにｊ：るゲート作用の変化
を利用している。
ｌ ｕｎｄｓｔｒ６ｍ等により１９７５年に発表された
もので、一般のＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔど同じ構造をイｊし
、弱いｐ型性シリコン基板上に１０μ「■１程度の距離
をＪ３いて２つのｎ型領域を形成してソースおよびドレ
インとし、その表面に数千への厚さのＳｉＯ２の絶縁層
を作り、更に絶縁層の」二に触媒金属としてのパラジウ
ムＰＣＩを蒸着してゲート電極としたもので、グー１〜
電極がガスに感応゛することにｊ：るゲート作用の変化
を利用している。
また、ダイオード型のカスセンサは、ＧＥ社の５ｔｅｅ
ｌｅ等により１９７６年に提案され、インジラムをドー
プしたＣｄＳの上に半径Ｑ、１ｃｒＴ３厚さ８００Ａの
パラジウムを蒸着したダイオードを作り、このダイード
の電流−電圧特性が空気中の微ｍの水素ガスにより大き
く変化することを示している。
ｌｅ等により１９７６年に提案され、インジラムをドー
プしたＣｄＳの上に半径Ｑ、１ｃｒＴ３厚さ８００Ａの
パラジウムを蒸着したダイオードを作り、このダイード
の電流−電圧特性が空気中の微ｍの水素ガスにより大き
く変化することを示している。
しかしながら、ＭＯＳＦＥＴ型およびダイオード型ガス
センザのいずれも未だ実験室的な開発段階にあり、しか
も水素ガスの接触による電気特性の変化については、双
極子層による説明、あるいは表面準位にＪ：る説明がな
されているが必ずし−し明らかでなく、前記以外の化合
物半導体の使用ににる半導体ガスセンサの開発ｔｉｌ＋
究が進められＣいる。
センザのいずれも未だ実験室的な開発段階にあり、しか
も水素ガスの接触による電気特性の変化については、双
極子層による説明、あるいは表面準位にＪ：る説明がな
されているが必ずし−し明らかでなく、前記以外の化合
物半導体の使用ににる半導体ガスセンサの開発ｔｉｌ＋
究が進められＣいる。
半導体を還元して電気特性の変化を起すという知見に基
づき、化合物半導体として三酸化タングステンを使用し
て還元性ガスを常温で検出することのできる半導体ガス
センサを提供することを目的とする。
づき、化合物半導体として三酸化タングステンを使用し
て還元性ガスを常温で検出することのできる半導体ガス
センサを提供することを目的とする。
この目的を達成するため本発明は、ガラス基板等の絶縁
基板上に導電膜、三酸化タングステンＷＯヨ 、および
触媒金属を用いた電極を順次積層し、導電膜および電極
の各々より取出した電極リード間に定電圧まＩｃは定電
流バイアスを掛りることにより、水素ガス、もしくはＮ
ｌ−１３，１−１２３，５ｉＩ−１４等の還元性ガスの
接触で電流−電圧特性の変化が得られるようにしたもの
である。
基板上に導電膜、三酸化タングステンＷＯヨ 、および
触媒金属を用いた電極を順次積層し、導電膜および電極
の各々より取出した電極リード間に定電圧まＩｃは定電
流バイアスを掛りることにより、水素ガス、もしくはＮ
ｌ−１３，１−１２３，５ｉＩ−１４等の還元性ガスの
接触で電流−電圧特性の変化が得られるようにしたもの
である。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明Ｊ−る。
第１図は、本発明の半導体センサの一実施例を示した構
造説明図である。
造説明図である。
まず、構成を説明すると、１は絶縁基板となるガラス基
板であり、ガラス基板１上に例えば１１１２０３等を用
いた電極の導電膜２を蒸盾し、更に導電膜２の上に化合
物半導体として三酸化タングステンＷＯ３層３を蒸着に
Ｊ：り形成し、この三酸化タングステンＷＯ３層３の表
面に触媒金属としてパラジウムＰｄを用いた電極４を形
成し、導Ｔｉ膜２および電極４のそれぞれにり電極リー
ド５．６を取り出している。
板であり、ガラス基板１上に例えば１１１２０３等を用
いた電極の導電膜２を蒸盾し、更に導電膜２の上に化合
物半導体として三酸化タングステンＷＯ３層３を蒸着に
Ｊ：り形成し、この三酸化タングステンＷＯ３層３の表
面に触媒金属としてパラジウムＰｄを用いた電極４を形
成し、導Ｔｉ膜２および電極４のそれぞれにり電極リー
ド５．６を取り出している。
次に、第１図の実施例に示ず本発明の半導体ガスセンサ
の電流−電圧特性は第２図のグラフ図に示１ようになる
。
の電流−電圧特性は第２図のグラフ図に示１ようになる
。
この第２図に示を電流−電圧特性はダイオードと同じで
あり、ガスセンサに対し、水素ガスの接触がない状態、
例えば空気中に置いたときには曲線Ａで示されるダイオ
ードと略等価な電流−電圧特性が得られ、水素ガスのｆ
ｉｌ１度を増加させると、ガス濃度の増加に応じて曲線
Ｂ、Ｃのように特性が変化し、最終的に単なる抵抗体と
しての特性Ｃに達する。
あり、ガスセンサに対し、水素ガスの接触がない状態、
例えば空気中に置いたときには曲線Ａで示されるダイオ
ードと略等価な電流−電圧特性が得られ、水素ガスのｆ
ｉｌ１度を増加させると、ガス濃度の増加に応じて曲線
Ｂ、Ｃのように特性が変化し、最終的に単なる抵抗体と
しての特性Ｃに達する。
この第２図に承り水素ガスの接触による電流−電圧特性
の変化の理由は必ずしも明らかではないが、化合物半導
体として三酸化タングステンＷＯヨを使用することによ
り水素カスが接触したときに三酸化タングステンＷ０３
層が青色に変色し、この青色への変色（よ水素原子によ
る還元作用に基づくことから、触媒金属Ｐｄを用いた電
極４で生成された水素原子が三酸化タングステンＷ０３
層３に注入されていることが明らかであり、ＷＯ３に対
する水素原子の注入で、第２図に示す電流−電圧特性の
変化が起ると考えられる。
の変化の理由は必ずしも明らかではないが、化合物半導
体として三酸化タングステンＷＯヨを使用することによ
り水素カスが接触したときに三酸化タングステンＷ０３
層が青色に変色し、この青色への変色（よ水素原子によ
る還元作用に基づくことから、触媒金属Ｐｄを用いた電
極４で生成された水素原子が三酸化タングステンＷ０３
層３に注入されていることが明らかであり、ＷＯ３に対
する水素原子の注入で、第２図に示す電流−電圧特性の
変化が起ると考えられる。
第３図は、第１図の実施例に示す半導体センサを用いた
ガス検出の基本回路を示したもので、定電圧源７により
半導体セン１）８の電極リード５゜６間に一定電圧ＶＣ
をバイアス電圧として印加したもので、バイアス電圧が
一定であることから、第２図の特性グラフ図から水素ガ
スの接触に対する特性曲線の変化から明らかなように、
ガス濃度の増加に応じて電流１ｓが増加りる？ｔ５４図
のグラフ図に示す検出特性が得られ、電流Ｉｓからガス
１ＦＩＩ］）を知ることができる。
ガス検出の基本回路を示したもので、定電圧源７により
半導体セン１）８の電極リード５゜６間に一定電圧ＶＣ
をバイアス電圧として印加したもので、バイアス電圧が
一定であることから、第２図の特性グラフ図から水素ガ
スの接触に対する特性曲線の変化から明らかなように、
ガス濃度の増加に応じて電流１ｓが増加りる？ｔ５４図
のグラフ図に示す検出特性が得られ、電流Ｉｓからガス
１ＦＩＩ］）を知ることができる。
第５図は、第１図の半導体センサを用いた他の基本回路
を示したもので、半導体セン１ノ８のリード端子５，６
間に定電流源９を接続したもので、半導体センソー８に
一定電流１ｃを流１ことにＪ：り第６図に示すように水
素ガスのｉｎ痕の増加に対し、半導体センソー８のリー
ド端子５．６間の電圧ＶＳが減少し、電圧ＶＳからガス
１度を知ることができる。
を示したもので、半導体セン１ノ８のリード端子５，６
間に定電流源９を接続したもので、半導体センソー８に
一定電流１ｃを流１ことにＪ：り第６図に示すように水
素ガスのｉｎ痕の増加に対し、半導体センソー８のリー
ド端子５．６間の電圧ＶＳが減少し、電圧ＶＳからガス
１度を知ることができる。
尚、第３．５図の基本回路において、リード端子５，６
に対づ°る電圧極性どしては、電極４に接続した電極リ
ード６側をプラス、導電膜２に接続した電極リード５側
をマイナスとした第２図にＪ３【ノる第１象限の特性Ｊ
二りは、逆に電極リード５側をプラス、電極リード６側
をマイナスとした第２図の第３象限にお【ノる特性の方
が水素ガスの接触に対し、顕著な特性変化が得られるこ
とが実験的に確認されている。従って、第３．５図の基
本回路においては、電極リード５側をプラス、電極リー
ド６側をマイナスとなるように定電圧源７もしくは定電
流源９を接続することが望ましい。
に対づ°る電圧極性どしては、電極４に接続した電極リ
ード６側をプラス、導電膜２に接続した電極リード５側
をマイナスとした第２図にＪ３【ノる第１象限の特性Ｊ
二りは、逆に電極リード５側をプラス、電極リード６側
をマイナスとした第２図の第３象限にお【ノる特性の方
が水素ガスの接触に対し、顕著な特性変化が得られるこ
とが実験的に確認されている。従って、第３．５図の基
本回路においては、電極リード５側をプラス、電極リー
ド６側をマイナスとなるように定電圧源７もしくは定電
流源９を接続することが望ましい。
また、上記の実施例は電極４を形成する触媒金属として
Ｐｄを用いたが、この他に同様な触媒活性作用を有する
金Ａｕ、白金Ｐｔ、ニッケルＮｉ等を使用してもよく、
Ｊ、た、被検知ガスとしては上記の水素ガスの他にアン
モニアガスＮ＋−１３，シランガス５ｉｔ−１４，硫化
水素ガス１」２８等の還元性ガスに対しても同様な電気
特性の変化としてガス濃度を検出づることができる。
Ｐｄを用いたが、この他に同様な触媒活性作用を有する
金Ａｕ、白金Ｐｔ、ニッケルＮｉ等を使用してもよく、
Ｊ、た、被検知ガスとしては上記の水素ガスの他にアン
モニアガスＮ＋−１３，シランガス５ｉｔ−１４，硫化
水素ガス１」２８等の還元性ガスに対しても同様な電気
特性の変化としてガス濃度を検出づることができる。
次に、本発明の詳細な説明づると、絶縁基板上に導電膜
、三酸化タングステンｗｏ３および触媒金属を用いたｘ
ｈ極を順次積層し、導電膜および電極の各々より電極リ
ードを取り出づ”ようにしたため、Ｓｎ Ｏｚ 、Ｚｎ
Ｏ等の金属酸化物半導体を用いたガスレンザのように
加熱覆る必要がなく、常温で還元性ガスの接触により電
気特性の変化が得られるため、燃焼性、爆発性の被検知
ガスに対し、本質的に安全構造を実現することができ、
また常温でそのまま使用できることから、素子の耐久性
と安全性を保証することができる。また、センサ構造自
体が従来のダイオードに近似した構造であることから量
産化が容易であり、高い製造歩留まりを１ｑることがで
きる。
、三酸化タングステンｗｏ３および触媒金属を用いたｘ
ｈ極を順次積層し、導電膜および電極の各々より電極リ
ードを取り出づ”ようにしたため、Ｓｎ Ｏｚ 、Ｚｎ
Ｏ等の金属酸化物半導体を用いたガスレンザのように
加熱覆る必要がなく、常温で還元性ガスの接触により電
気特性の変化が得られるため、燃焼性、爆発性の被検知
ガスに対し、本質的に安全構造を実現することができ、
また常温でそのまま使用できることから、素子の耐久性
と安全性を保証することができる。また、センサ構造自
体が従来のダイオードに近似した構造であることから量
産化が容易であり、高い製造歩留まりを１ｑることがで
きる。
第１図は本発明の一実施例を示した構造説明図、第２図
は本発明のガス接触に対する電流−電圧特性の変化を示
したグラフ図、第３図は定電圧バイアスによる本発明の
基本回路を示した回路図、第４図は第３３図の基本回路
による検出特性を示したグラフ図、第５図は定電流バイ
アスによる本発明の基本回路を示した回路図、第６図は
第５図の基本回路による検出特性を示したグラフ図であ
る。 １ニガラス基板 ２：導電膜 ３：三酸化タングステンＷｏ３Ｉｉｉｊ４：電極 ５．６：電極リード ７：定電圧源 ８：半導体ガスセンサ ９：定電流源 特許出願人 ホーチキ株式会社 代理人 弁理士 竹 内 進 第１図 第２図 第３１￥／： ｓ 力゛２濃度
は本発明のガス接触に対する電流−電圧特性の変化を示
したグラフ図、第３図は定電圧バイアスによる本発明の
基本回路を示した回路図、第４図は第３３図の基本回路
による検出特性を示したグラフ図、第５図は定電流バイ
アスによる本発明の基本回路を示した回路図、第６図は
第５図の基本回路による検出特性を示したグラフ図であ
る。 １ニガラス基板 ２：導電膜 ３：三酸化タングステンＷｏ３Ｉｉｉｊ４：電極 ５．６：電極リード ７：定電圧源 ８：半導体ガスセンサ ９：定電流源 特許出願人 ホーチキ株式会社 代理人 弁理士 竹 内 進 第１図 第２図 第３１￥／： ｓ 力゛２濃度
Claims (1)
- 絶縁基板上に電極、三酸化タングステンＷＯ３、及び触
媒金属を用いた電極を順次積層し、前記電極および触媒
金属の各々より電極リードを取出したことを特徴とする
半導体ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14948383A JPS6040945A (ja) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | 半導体ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14948383A JPS6040945A (ja) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | 半導体ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6040945A true JPS6040945A (ja) | 1985-03-04 |
| JPH0315975B2 JPH0315975B2 (ja) | 1991-03-04 |
Family
ID=15476134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14948383A Granted JPS6040945A (ja) | 1983-08-16 | 1983-08-16 | 半導体ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6040945A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007529722A (ja) * | 2004-03-18 | 2007-10-25 | ミクロナス ゲーエムベーハー | ガス又はガス混合気を検出する装置 |
| US8052898B2 (en) | 2006-04-04 | 2011-11-08 | Japan Atomic Energy Agency | Hydrogen gas detecting material and the coating method |
| WO2021210453A1 (ja) * | 2020-04-16 | 2021-10-21 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 水素センサ、水素検知方法および水素検知装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3707053B2 (ja) * | 2002-05-08 | 2005-10-19 | 慎司 岡崎 | ガスセンサ用の膜の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5774648A (en) * | 1980-08-28 | 1982-05-10 | Siemens Ag | Selective thin film gas sensor and manufacture thereof |
-
1983
- 1983-08-16 JP JP14948383A patent/JPS6040945A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5774648A (en) * | 1980-08-28 | 1982-05-10 | Siemens Ag | Selective thin film gas sensor and manufacture thereof |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007529722A (ja) * | 2004-03-18 | 2007-10-25 | ミクロナス ゲーエムベーハー | ガス又はガス混合気を検出する装置 |
| US8052898B2 (en) | 2006-04-04 | 2011-11-08 | Japan Atomic Energy Agency | Hydrogen gas detecting material and the coating method |
| WO2021210453A1 (ja) * | 2020-04-16 | 2021-10-21 | ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 | 水素センサ、水素検知方法および水素検知装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0315975B2 (ja) | 1991-03-04 |
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