JPS63238546A - ガス検知方法 - Google Patents
ガス検知方法Info
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- JPS63238546A JPS63238546A JP7344387A JP7344387A JPS63238546A JP S63238546 A JPS63238546 A JP S63238546A JP 7344387 A JP7344387 A JP 7344387A JP 7344387 A JP7344387 A JP 7344387A JP S63238546 A JPS63238546 A JP S63238546A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (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、各種の気体に反応するガスセンサを用いたガ
ス検知方法に関するもので、特に多孔質シリコンを利用
してガスを検知する方法に関するものである。
ス検知方法に関するもので、特に多孔質シリコンを利用
してガスを検知する方法に関するものである。
ガスセンサとしての材料は種々あり、またその構造につ
いても種々考えられている。その中でシリコンなどの半
導体基板を用いたものは、増幅器などを一体に形成でき
、小型化が可能などといった利点があり注目を集めてい
る。
いても種々考えられている。その中でシリコンなどの半
導体基板を用いたものは、増幅器などを一体に形成でき
、小型化が可能などといった利点があり注目を集めてい
る。
しかし、ガスセンサとして用いるためには、構造が複雑
になったり、生化学物質を用いなければならないといっ
た問題があり、コストの面などで満足できるものは少な
かった。
になったり、生化学物質を用いなければならないといっ
た問題があり、コストの面などで満足できるものは少な
かった。
そこで、発明者は多孔質シリコンを利用してガスセンサ
を得ることを提案し、容量の変化によってガスを検出す
ることを提案した(特願昭6l−184506)、この
多孔質シリコンは極性を有するガスにたいして敏感に反
応するが、活性な物質であるために経時変化、温度ある
いは試料によって初2tJI値が変化するという問題が
ある。
を得ることを提案し、容量の変化によってガスを検出す
ることを提案した(特願昭6l−184506)、この
多孔質シリコンは極性を有するガスにたいして敏感に反
応するが、活性な物質であるために経時変化、温度ある
いは試料によって初2tJI値が変化するという問題が
ある。
本発明は、上記のような問題を解決して、長時間にわた
って安定した特性を得ることを目的とするものである。
って安定した特性を得ることを目的とするものである。
また、素子そのものの構造ではなく、接続する回路によ
って調整の容易なガス検知方法を提供することを目的と
する。
って調整の容易なガス検知方法を提供することを目的と
する。
本発明は、電極間に直流バイアス電圧を印加しながら容
量の変化を測定することによって、上記の目的を達成す
るものである。
量の変化を測定することによって、上記の目的を達成す
るものである。
すなわち、−表面に多孔質シリコン層を具えた単結晶シ
リコン基板の、該多孔質シリコン層表面及びその裏面の
単結晶シリコン基板表面にそれぞれ電極を形成した素子
をガス雰囲気中に配置し、該電極間の容量の変化によっ
てガスを検知するガス検知方法において、該電極間に直
流バイアス電圧を印加しながら容量の変化を測定するこ
とに特徴を有するものである。
リコン基板の、該多孔質シリコン層表面及びその裏面の
単結晶シリコン基板表面にそれぞれ電極を形成した素子
をガス雰囲気中に配置し、該電極間の容量の変化によっ
てガスを検知するガス検知方法において、該電極間に直
流バイアス電圧を印加しながら容量の変化を測定するこ
とに特徴を有するものである。
これによって経時変化等による特性の変動を補正しなが
らガスを検出しようとするものである。
らガスを検出しようとするものである。
〔作用〕
本発明は、多孔質シリコンの性質を研究する過程でなさ
れたもので、印加する直流バイアスによって、電極間の
容量が変化する現象を利用したものである。その原理に
ついてはまだ解明されていない点も多いが、実験の結果
十分な再現性を有する特性の変化が確認された。
れたもので、印加する直流バイアスによって、電極間の
容量が変化する現象を利用したものである。その原理に
ついてはまだ解明されていない点も多いが、実験の結果
十分な再現性を有する特性の変化が確認された。
第1図は、本発明に利用するセンサ部の一例を示す正面
断面図である。
断面図である。
単結晶シリコン基板10の一表面に多孔質シリコン層1
1が形成してあり、多孔質シリコン層11の表面の一部
分に電極12が形成され、リード線が接続されている。
1が形成してあり、多孔質シリコン層11の表面の一部
分に電極12が形成され、リード線が接続されている。
一方、裏面の単結晶シリコン基板1゜に接して全面に電
極13が形成されている。
極13が形成されている。
多孔質シリコン層11は単結晶シリコン基板1oの表面
を陽極化成処理することによって形成する。
を陽極化成処理することによって形成する。
ポロンをドープしたP型車結晶シリコン基板の一表面を
フッ化水素(HF)溶液中で陽極化成処理を施すと、単
結晶シリコン基板表面に多孔質シリコン層が形成される
。陽極化成処理の条件によって多孔質シリコン層の厚み
が決まるが、本発明を実施する際には7〜45ミクロン
の厚みとした。
フッ化水素(HF)溶液中で陽極化成処理を施すと、単
結晶シリコン基板表面に多孔質シリコン層が形成される
。陽極化成処理の条件によって多孔質シリコン層の厚み
が決まるが、本発明を実施する際には7〜45ミクロン
の厚みとした。
上記のようにして形成されたセンサ素子を、真空状態と
各種のガス雰囲気中において容量の変化を測定すると、
極性を有する水蒸気、アルコ、−生蒸気等の雰囲気中に
おいては、二層近くあるいはそれ以上大きな容量を示す
ことが確認された。例えば、多孔質シリコン層の厚みを
22ミク■ンとした10mm角の試料において、24.
3 ’ Cの真空中での容量が28pFであったのが、
飽和アルコール蒸気中では180pFとなり、飽和水蒸
気中では2900pFの容量を示していた。
各種のガス雰囲気中において容量の変化を測定すると、
極性を有する水蒸気、アルコ、−生蒸気等の雰囲気中に
おいては、二層近くあるいはそれ以上大きな容量を示す
ことが確認された。例えば、多孔質シリコン層の厚みを
22ミク■ンとした10mm角の試料において、24.
3 ’ Cの真空中での容量が28pFであったのが、
飽和アルコール蒸気中では180pFとなり、飽和水蒸
気中では2900pFの容量を示していた。
なお、容量と並列に形成される抵抗について測定すると
、20MΩから0.5MΩと大幅に減少していた。この
抵抗の減少は、容量の増加と関連していることも確認さ
れており、抵抗の変化もガスに反応した結果を現してい
る。
、20MΩから0.5MΩと大幅に減少していた。この
抵抗の減少は、容量の増加と関連していることも確認さ
れており、抵抗の変化もガスに反応した結果を現してい
る。
上記のような、容量あるいは更に抵抗の変化を測定した
り、これを発振回路に接続して周波数計あるいはスピー
カ、ブザー等で検知することができる。この特性を利用
して極性を有するガスのセンサとして、極めて感度の良
好な装置が得られる。
り、これを発振回路に接続して周波数計あるいはスピー
カ、ブザー等で検知することができる。この特性を利用
して極性を有するガスのセンサとして、極めて感度の良
好な装置が得られる。
ただ、多孔質シリコンは活性な物質であり、その性質が
変化し易いものである。したがって、センサとして長時
間使用する場合には、その初期容量値に変化を生じやす
くなる。また、温度によっても特性が変化し、試料によ
って特性の差異が生じ易い。そのため、厳密に測定する
場合には、特性のずれを補正して使用することが必要と
なる。
変化し易いものである。したがって、センサとして長時
間使用する場合には、その初期容量値に変化を生じやす
くなる。また、温度によっても特性が変化し、試料によ
って特性の差異が生じ易い。そのため、厳密に測定する
場合には、特性のずれを補正して使用することが必要と
なる。
本発明はその補正の方法を提供するものである。
本発明は、多孔質シリコン層と単結晶シリコン層との二
層構造の素子に、直流バイアスを印加した場合に容量に
変化が生じていることが観測されたことを基礎としてい
る。直流バイアス電圧を変化させると容量値も特有の変
化を示している。
層構造の素子に、直流バイアスを印加した場合に容量に
変化が生じていることが観測されたことを基礎としてい
る。直流バイアス電圧を変化させると容量値も特有の変
化を示している。
第2図は直流バイアス電圧と容量変化の関係を示す説明
図である。第1図に示した素子において電極13に対し
て電極12をマイナスとして直流バイアスを印加し、そ
の値を徐々にプラス側に変化させた。この場合、電極1
2がマイナスのときには比較的大きな容量値を示し、電
圧値の変化にたいしてほとんどフラットな容量値を示し
ている。そしてバイアス電圧を電極12側をプラスとす
ると急激に容量値が減少した。
図である。第1図に示した素子において電極13に対し
て電極12をマイナスとして直流バイアスを印加し、そ
の値を徐々にプラス側に変化させた。この場合、電極1
2がマイナスのときには比較的大きな容量値を示し、電
圧値の変化にたいしてほとんどフラットな容量値を示し
ている。そしてバイアス電圧を電極12側をプラスとす
ると急激に容量値が減少した。
上記のような変化は素子ごとに異なっており、プラス・
マイナスの転換点において一旦大きく落ち込み、再び若
干増加する傾向を示すものもあった。ただ、電極に金や
鉛を主成分とする半田を用いた場合には変化の方向は第
2図に示した例と同じであった。
マイナスの転換点において一旦大きく落ち込み、再び若
干増加する傾向を示すものもあった。ただ、電極に金や
鉛を主成分とする半田を用いた場合には変化の方向は第
2図に示した例と同じであった。
多孔質シリコン層を具えた素子をガスセンサとして用い
るばあいに、経時変化等による特性つまり初期の容量値
の変化を補正するために、このバイアス電圧を利用する
。すなわち、測定回路に接続されたセンサ素子の電極を
バイアス電圧源にも接続し、そのバイアス電圧源の電圧
を可変としておく。バイアス電圧を変えながら所定の初
期容量を示した点でバイアス電圧を固定して、雰囲気ガ
スに感応して容量の変化が生じる状態を測定し、またそ
の容量値によってガスの種類あるいは状態を検知するこ
とができる。
るばあいに、経時変化等による特性つまり初期の容量値
の変化を補正するために、このバイアス電圧を利用する
。すなわち、測定回路に接続されたセンサ素子の電極を
バイアス電圧源にも接続し、そのバイアス電圧源の電圧
を可変としておく。バイアス電圧を変えながら所定の初
期容量を示した点でバイアス電圧を固定して、雰囲気ガ
スに感応して容量の変化が生じる状態を測定し、またそ
の容量値によってガスの種類あるいは状態を検知するこ
とができる。
素子によって経時変化等の状況は異なるが、常に初期の
容量値を一定にしてから測定することができるので、測
定の精度を一定に保つことが容易となる。
容量値を一定にしてから測定することができるので、測
定の精度を一定に保つことが容易となる。
また、本発明によりバイアス電圧を印加した場合には素
子の感度が若干上昇する例もあった。
子の感度が若干上昇する例もあった。
本発明によれば、バイアス電圧を印加するのみでセンサ
素子の容量値を補正することができ、精度の良好な測定
及び検出を行うこ止ができる。
素子の容量値を補正することができ、精度の良好な測定
及び検出を行うこ止ができる。
また、素子に特別な加工等を必要とせず、安価な素子を
長時間使用することができ、しかも安定した特性を容易
に得ることができる。
長時間使用することができ、しかも安定した特性を容易
に得ることができる。
第1図は本発明を実施する場合に使用するセンサ素子の
一例を示す正面断面図、第2図はバイアス電圧と容量の
関係の説明図である。
一例を示す正面断面図、第2図はバイアス電圧と容量の
関係の説明図である。
Claims (1)
- 一表面に多孔質シリコン層を具えた単結晶シリコン基板
の該多孔質シリコン層表面及びその裏面の単結晶シリコ
ン基板表面にそれぞれ電極を形成した素子をガス雰囲気
中に配置し、該電極間の容量の変化によってガスを検知
するガス検知方法において、該電極間に直流バイアス電
圧を印加しながら容量の変化を測定することを特徴とす
るガス検知方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62073443A JPH0810203B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | ガス検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62073443A JPH0810203B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | ガス検知方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63238546A true JPS63238546A (ja) | 1988-10-04 |
JPH0810203B2 JPH0810203B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=13518378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62073443A Expired - Fee Related JPH0810203B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | ガス検知方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0810203B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011196835A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Fujitsu Ltd | センサ装置およびその製造方法 |
JP2015502549A (ja) * | 2011-12-23 | 2015-01-22 | サノフィ−アベンティス・ドイチュラント・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 薬剤の包装のためのセンサ装置 |
CN113093819A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 中北大学 | 一种高精度微型气体流量控制器 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5396891A (en) * | 1977-01-31 | 1978-08-24 | Panametrics | Absolute humidity sensor and its manufacture |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62073443A patent/JPH0810203B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5396891A (en) * | 1977-01-31 | 1978-08-24 | Panametrics | Absolute humidity sensor and its manufacture |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011196835A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Fujitsu Ltd | センサ装置およびその製造方法 |
JP2015502549A (ja) * | 2011-12-23 | 2015-01-22 | サノフィ−アベンティス・ドイチュラント・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 薬剤の包装のためのセンサ装置 |
US10215786B2 (en) | 2011-12-23 | 2019-02-26 | Sanofi-Aventis Deutschland Gmbh | Sensor arrangement for a packaging of a medicament |
CN113093819A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 中北大学 | 一种高精度微型气体流量控制器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0810203B2 (ja) | 1996-01-31 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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