JPS6117058A - 固体電解質薄膜ガス検知素子 - Google Patents
固体電解質薄膜ガス検知素子Info
- Publication number
- JPS6117058A JPS6117058A JP59136760A JP13676084A JPS6117058A JP S6117058 A JPS6117058 A JP S6117058A JP 59136760 A JP59136760 A JP 59136760A JP 13676084 A JP13676084 A JP 13676084A JP S6117058 A JPS6117058 A JP S6117058A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- electrode
- gas detection
- detection element
- solid electrolytic
- Prior art date
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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】
（産業上の利用分野）
本発明は還元性ガスないしは可燃性ガス中においてガス
濃度に依存した起電力を発生するととでガスを検知する
固体電解質材料を用いたガス検知素子に関する。
濃度に依存した起電力を発生するととでガスを検知する
固体電解質材料を用いたガス検知素子に関する。
（、従来技術と問題点）
従来の固体電解質材料を用いるガス検知素子としては、
カルシア（ＣａＯ）ないしはイツトリア（ＹｚＯ３）ｘ
等で安定化したジルコニア（ＺｒＯ２） ｋ用いた固体
電解質酸素セ／すが良く知られている０これは第１図に
示すように固体電解質によって作られたパイプ３の内部
および外部に多孔質白金層よシなる電極１および電極２
を付与し、さらにリード線４をもうけた構造である。酸
素濃度の測定には、 Ｚｒ０１パイプを被測定気体中に
置き、またパイプの内部には、酸素分圧が既知の気体例
えば空気ないしは純酸素気体を満す。このとき電極１お
よび電極２間に発生する起電力と酸素分圧の関係は（１
）式のネル／ストの関係式で与えられる０Ｂ＝（ＲＴ７
４Ｆ）／ｎ（Ｐ ”ｌ’Ｐ ”’） （１）こ
こでＰ。コ１）およびＰ。（１）はそれぞれ電極１およ
び電極２が置かれた気体中の酸素分圧である〇この式に
従って固体電解質パイプの内外における酸素分圧の差に
基づいて発生する起電力の値から被測定気体中の酸素濃
度を求めることができる。
カルシア（ＣａＯ）ないしはイツトリア（ＹｚＯ３）ｘ
等で安定化したジルコニア（ＺｒＯ２） ｋ用いた固体
電解質酸素セ／すが良く知られている０これは第１図に
示すように固体電解質によって作られたパイプ３の内部
および外部に多孔質白金層よシなる電極１および電極２
を付与し、さらにリード線４をもうけた構造である。酸
素濃度の測定には、 Ｚｒ０１パイプを被測定気体中に
置き、またパイプの内部には、酸素分圧が既知の気体例
えば空気ないしは純酸素気体を満す。このとき電極１お
よび電極２間に発生する起電力と酸素分圧の関係は（１
）式のネル／ストの関係式で与えられる０Ｂ＝（ＲＴ７
４Ｆ）／ｎ（Ｐ ”ｌ’Ｐ ”’） （１）こ
こでＰ。コ１）およびＰ。（１）はそれぞれ電極１およ
び電極２が置かれた気体中の酸素分圧である〇この式に
従って固体電解質パイプの内外における酸素分圧の差に
基づいて発生する起電力の値から被測定気体中の酸素濃
度を求めることができる。
この種の酸素濃淡電池を利用した酸素濃度計は、例えば
自動車排気ガス中の酸素濃度測定あるいは、溶融鋼中の
溶存酸素量制御等の用途に使用されている。
自動車排気ガス中の酸素濃度測定あるいは、溶融鋼中の
溶存酸素量制御等の用途に使用されている。
しかしながら、上述のような従来の固体電解質材料及び
これを用いたガス検知素子には、次の様な種々の欠点が
ある。
これを用いたガス検知素子には、次の様な種々の欠点が
ある。
既ち、カルシア（ＣａＯ）ないしは−「ットリア（ｙｚ
ｏ３）ｘ等によって、安定化されたＺｒ０ｔのパイプは
、１４００℃以上の高温でなければ緻密な磁器として得
られず製造は容易ではない０更（第１図に記した電極１
および電極２とジルコニアパイプ３との接着面ば熱クラ
ックに弱く、またジルコニアパイプそのものにもクラッ
クが発生しやすく、特性劣化を生じやすいという欠点が
あった。
ｏ３）ｘ等によって、安定化されたＺｒ０ｔのパイプは
、１４００℃以上の高温でなければ緻密な磁器として得
られず製造は容易ではない０更（第１図に記した電極１
および電極２とジルコニアパイプ３との接着面ば熱クラ
ックに弱く、またジルコニアパイプそのものにもクラッ
クが発生しやすく、特性劣化を生じやすいという欠点が
あった。
また酸素濃度既知の気体例えば空気あるいけ酸素など全
基準ガスとして一方の電極部分に供給する必要があるた
め形状が大きくなり小型化しにくい欠点もあった。また
被検知気体の温度が数百度程度は必要であるためおのず
から、その用途は限定されていた。
基準ガスとして一方の電極部分に供給する必要があるた
め形状が大きくなり小型化しにくい欠点もあった。また
被検知気体の温度が数百度程度は必要であるためおのず
から、その用途は限定されていた。
上述の欠点を除去するものとして、第２図に示す様な構
造の素子が提案されている。即ち、安定化ジルコニアの
円板３の表裏面にＰｌの焼付は電極１および電極２をも
うけ、更に一方の電極上に触媒層５および電極リード線
４金もうけたものである。
造の素子が提案されている。即ち、安定化ジルコニアの
円板３の表裏面にＰｌの焼付は電極１および電極２をも
うけ、更に一方の電極上に触媒層５および電極リード線
４金もうけたものである。
確かにこの様な構造によって、素子の小型化は容易にな
った。しかしながら、ガス導入後出力電圧が一定値に達
するまでの時間即ち応答速度はきわめて遅く、５分以上
の時間を必要とする。また触媒層の劣化によって出力電
圧が低下するという問題もあった。
った。しかしながら、ガス導入後出力電圧が一定値に達
するまでの時間即ち応答速度はきわめて遅く、５分以上
の時間を必要とする。また触媒層の劣化によって出力電
圧が低下するという問題もあった。
（発明の目的）、
本発明の目的は、これらの欠点を除き、小型で応答速度
が速く、しかも信頼性の高いガス検知素子を提供するこ
とにある。
が速く、しかも信頼性の高いガス検知素子を提供するこ
とにある。
（発明の構成）
すなわち、本発明は酸素イオン伝導性を示す固体電解質
薄膜の表裏面に電極を付与し、絶縁層をはさんで加熱ヒ
ーターを配置する構造を有するｆ固体電解質薄膜ガス検
知素子において、固体電解質材料として、（Ｂｉｔ’ｓ
）１−ｘ（ＭｏＯ３）ｘ！（０，０５≦ｘ≦０．９
）なる薄膜を用いることを特徴とする薄膜ガス検知素子
である。
薄膜の表裏面に電極を付与し、絶縁層をはさんで加熱ヒ
ーターを配置する構造を有するｆ固体電解質薄膜ガス検
知素子において、固体電解質材料として、（Ｂｉｔ’ｓ
）１−ｘ（ＭｏＯ３）ｘ！（０，０５≦ｘ≦０．９
）なる薄膜を用いることを特徴とする薄膜ガス検知素子
である。
（発明の構成に関する説明）
即ち本発明のガス検知素子は第３図に示すように基板６
上に素子の加熱のためにヒーター５を置き、絶縁層４を
介して、下部電極２ 、 （”” ）ｉ−ｘ（Ｍｏｓ３
）ｘ なる固体電解質３および上部電極１を配置する
。リード線８および８牡、リード固定用接続部９を介し
て電極１および２に接続し、同様にヒーター加熱のため
のリード線７，７′もリード固定用接続部９を介してヒ
ーター５に接続した多層構造で、上部電極１と、下部電
極２として異った種類の電極材料を用い少くとも一方ヲ
Ｐｄ電極とすること掌が望ましい。
上に素子の加熱のためにヒーター５を置き、絶縁層４を
介して、下部電極２ 、 （”” ）ｉ−ｘ（Ｍｏｓ３
）ｘ なる固体電解質３および上部電極１を配置する
。リード線８および８牡、リード固定用接続部９を介し
て電極１および２に接続し、同様にヒーター加熱のため
のリード線７，７′もリード固定用接続部９を介してヒ
ーター５に接続した多層構造で、上部電極１と、下部電
極２として異った種類の電極材料を用い少くとも一方ヲ
Ｐｄ電極とすること掌が望ましい。
この様な構造は全て薄膜状態で実現できるために、緻密
な固体電解質膜が実現でき、固体電解質膜３と電極１お
よび２の密着も強固にできるために信頼度が向上できる
口また固体電解質３が加熱ヒーター５に密接して設置で
きるために、容易に温度金玉げられ、従；て被検知気体
？過剰に加熱する必要がない。また、 Ｐｄ電極側が触
媒作用をするために応答速度が速いものが得られる。
な固体電解質膜が実現でき、固体電解質膜３と電極１お
よび２の密着も強固にできるために信頼度が向上できる
口また固体電解質３が加熱ヒーター５に密接して設置で
きるために、容易に温度金玉げられ、従；て被検知気体
？過剰に加熱する必要がない。また、 Ｐｄ電極側が触
媒作用をするために応答速度が速いものが得られる。
以下実施例に基づいて説明する。
（実施例）
第３図に例示した構造の素子の作製は第４図に示した様
に２ ｍｍ Ｘ ２ ｍｍ厚み０．３ｍｍの石英ないし
は、シリコンを用いて基板６とし、この上に、５ｉＣｉ
高周波スパッタ法によって、２μの厚みに蒸着した後、
ホトエツチングによって図の様に２０μ巾のヒーター５
を作る、その上にＳｉＯ，ｔｃＶＤ法によって１μｍの
厚みに形成し、絶縁膜４とした。
に２ ｍｍ Ｘ ２ ｍｍ厚み０．３ｍｍの石英ないし
は、シリコンを用いて基板６とし、この上に、５ｉＣｉ
高周波スパッタ法によって、２μの厚みに蒸着した後、
ホトエツチングによって図の様に２０μ巾のヒーター５
を作る、その上にＳｉＯ，ｔｃＶＤ法によって１μｍの
厚みに形成し、絶縁膜４とした。
更に下部電極３として、ニッケル白金合金全０．３μ厚
に蒸着し、固体電解質として（Ｂ Ｉ ２０ｍ ） １
−ｚ（ＭＯＯｎ）ｚ ｔ ｓ ｐｒｎの厚みで０．５
ｍｍ Ｘ ０．５ ｍｍ の面積にスパッタ蒸着後上部
電極としてＰｃｌ用いて厚み０．５μｍに蒸着した。
に蒸着し、固体電解質として（Ｂ Ｉ ２０ｍ ） １
−ｚ（ＭＯＯｎ）ｚ ｔ ｓ ｐｒｎの厚みで０．５
ｍｍ Ｘ ０．５ ｍｍ の面積にスパッタ蒸着後上部
電極としてＰｃｌ用いて厚み０．５μｍに蒸着した。
第５図にはｘ −０，２とした時空気に対してインブタ
ンガス（ｉ Ｃ４Ｈ＋ｏ）ｋｌｐｐｍ〜１１０００ｐ
ｐとした時の起電力の値を示す。素子の温度は、２００
℃とした。
ンガス（ｉ Ｃ４Ｈ＋ｏ）ｋｌｐｐｍ〜１１０００ｐ
ｐとした時の起電力の値を示す。素子の温度は、２００
℃とした。
第６図は空気からｉ Ｃ４）ＴＩＯ１００ｐｐｍ０芥
囲気に変えた時の起電力の応答を示す０ガス濃度変化に
対して、起電力は約５秒以内に追随し十分速い応答を示
している０ 第７図はインブタン１００ ｐｐｍにおける起電力の組
成依存性を示す。この図から明らかなようにＸのどの範
囲でもガス検知素子として、有効に働くのであるが、特
に０．１＜、Ｘくｏ、ｓの範囲は０．５ｖ以上の起電力
が得られ、実用上有利である。
囲気に変えた時の起電力の応答を示す０ガス濃度変化に
対して、起電力は約５秒以内に追随し十分速い応答を示
している０ 第７図はインブタン１００ ｐｐｍにおける起電力の組
成依存性を示す。この図から明らかなようにＸのどの範
囲でもガス検知素子として、有効に働くのであるが、特
に０．１＜、Ｘくｏ、ｓの範囲は０．５ｖ以上の起電力
が得られ、実用上有利である。
なお第５図および８７図の点線は、第２図に示す素子の
特性を示している。いずれも薄膜によって構成した素子
よりもはるかに起電力が小さく、薄膜にすることによっ
て特性が改良されることを意味している。
特性を示している。いずれも薄膜によって構成した素子
よりもはるかに起電力が小さく、薄膜にすることによっ
て特性が改良されることを意味している。
（発明の効果）
以上述べたように本発明になる固体電解質薄膜ガス検知
素子は、小型で応答速度が速く実用上有益な性能を示す
。
素子は、小型で応答速度が速く実用上有益な性能を示す
。
更に薄膜状で利用できるので７オトリングラフイの技術
が適用でき小型化が容易となる。またシリコンチップ上
に形成できるので、トランジスタも同時に形成し、起電
力の増巾も行うことができるので、実用的価値が極めて
高い。
が適用でき小型化が容易となる。またシリコンチップ上
に形成できるので、トランジスタも同時に形成し、起電
力の増巾も行うことができるので、実用的価値が極めて
高い。
第１図、第２図は従来のガス検知素子の構造図、第３゛
図は本発明のガス検知素子の構造図。第４図は組立方法
を説明した図、第５図、第６図および第７図は、本発明
のガス検知素子の特性図を示す図である。 第１図において、１，２は白金電極、３は固体電解質の
パイプ４はリード線である。第２図において１，２は白
金電極、３は固体電解質の焼結体、４はリード線、５は
触媒層である。第３図、第４図において、１は上部電極
、２は下部電極、３は固体電解質、４は絶縁膜、５は加
熱用ヒーター、６は基板、７’、 ７’、 ８およ
び８′はリード線、９はリード線接続部材を示す。
図は本発明のガス検知素子の構造図。第４図は組立方法
を説明した図、第５図、第６図および第７図は、本発明
のガス検知素子の特性図を示す図である。 第１図において、１，２は白金電極、３は固体電解質の
パイプ４はリード線である。第２図において１，２は白
金電極、３は固体電解質の焼結体、４はリード線、５は
触媒層である。第３図、第４図において、１は上部電極
、２は下部電極、３は固体電解質、４は絶縁膜、５は加
熱用ヒーター、６は基板、７’、 ７’、 ８およ
び８′はリード線、９はリード線接続部材を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 酸素イオン伝導性を示す固体電解質薄膜の表裏面に電
極を付与し、絶縁層をはさんで加熱ヒーターを配置する
構造を有する固体電解質薄膜ガス検知素子において、固
体電解質材料として、 （Ｂｉ＿２Ｏ＿３）＿１＿−＿ｘ（ＭｏＯ＿３）＿ｘ（
０．１≦ｘ≦０．８）なる組成の薄膜を用いることを特
徴とする薄膜ガス検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59136760A JPS6117058A (ja) | 1984-07-02 | 1984-07-02 | 固体電解質薄膜ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59136760A JPS6117058A (ja) | 1984-07-02 | 1984-07-02 | 固体電解質薄膜ガス検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6117058A true JPS6117058A (ja) | 1986-01-25 |
Family
ID=15182862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59136760A Pending JPS6117058A (ja) | 1984-07-02 | 1984-07-02 | 固体電解質薄膜ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6117058A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55125448A (en) * | 1979-03-10 | 1980-09-27 | Bosch Gmbh Robert | Electrochemical detector for measuring oxygen content of gas |
| JPS5815067A (ja) * | 1981-07-13 | 1983-01-28 | セントラル硝子株式会社 | 常温においてδ相を主体とするＢｉ↓２Ｏ↓３組成物特定用途とその製造法 |
| JPS5842965A (ja) * | 1981-09-09 | 1983-03-12 | Nissan Motor Co Ltd | 酸素センサ素子 |
| JPS58201057A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-11-22 | Nec Corp | ガス検知素子 |
| JPS5992918A (ja) * | 1982-11-17 | 1984-05-29 | Tokuyama Soda Co Ltd | 酸化ビスマス−酸化モリブデン系結晶化合物 |
-
1984
- 1984-07-02 JP JP59136760A patent/JPS6117058A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55125448A (en) * | 1979-03-10 | 1980-09-27 | Bosch Gmbh Robert | Electrochemical detector for measuring oxygen content of gas |
| JPS5815067A (ja) * | 1981-07-13 | 1983-01-28 | セントラル硝子株式会社 | 常温においてδ相を主体とするＢｉ↓２Ｏ↓３組成物特定用途とその製造法 |
| JPS5842965A (ja) * | 1981-09-09 | 1983-03-12 | Nissan Motor Co Ltd | 酸素センサ素子 |
| JPS58201057A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-11-22 | Nec Corp | ガス検知素子 |
| JPS5992918A (ja) * | 1982-11-17 | 1984-05-29 | Tokuyama Soda Co Ltd | 酸化ビスマス−酸化モリブデン系結晶化合物 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5783154A (en) | Sensor for reducing or oxidizing gases | |
| US5108193A (en) | Thermal flow sensor | |
| EP0001510A1 (en) | Gas sensor | |
| WO1995034515A1 (en) | Lithium ion-conductive glass film and thin carbon dioxide gas sensor using the same film | |
| JP2003279394A (ja) | ガス流量計及びその製造方法 | |
| US9170226B2 (en) | Micromechanical substrate for a diaphragm with a diffusion barrier layer | |
| EP0751383B1 (en) | Sensor with output correcting function | |
| JPS6117058A (ja) | 固体電解質薄膜ガス検知素子 | |
| JP3047137B2 (ja) | 湿度センサの製造方法 | |
| JPH0918070A (ja) | 力学量センサーおよび歪抵抗素子及びそれらの製造方法並びに角速度センサー | |
| JPH09264862A (ja) | マイクロヒータ及びｃｏセンサ | |
| JPH0550702B2 (ja) | ||
| NL8101479A (nl) | Electrische inrichting en werkwijze voor de vervaardiging van zulk een inrichting. | |
| JP3985720B2 (ja) | 水素ガスセンサ | |
| KR100313905B1 (ko) | 볼로메터 센서 | |
| JPH06103287B2 (ja) | センサ素子 | |
| JPS6175255A (ja) | 薄膜ガス検知素子 | |
| JP2955583B2 (ja) | ガスセンサ用検知素子 | |
| JPH0610099B2 (ja) | 薄膜ガス検知素子 | |
| EP3971563B1 (en) | Method for manufacturing an electrochemical gas sensor | |
| JP2679811B2 (ja) | ガス検出装置 | |
| JP2002250655A (ja) | 赤外線検知素子およびその製造方法 | |
| JPS6222096B2 (ja) | ||
| JPS59220642A (ja) | 固体電解質薄膜ガス検知素子 | |
| JPH0234605Y2 (ja) |