JPS63313046A

JPS63313046A - 気体検知素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPS63313046A
Application number: JP14868087A
Authority: JP
Inventors: Masatada Yodogawa; 淀川　正忠; Akira Suda; 昭須田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1988-12-21

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】〈産業上の利用分野〉本発明は、気体検知素子及びその製造方法に関し、セン
サ素地の対の電極間に溝を設けることにより、応答性を
良くし、感度を上げると共に、電極間短絡を防止し、信
頼性を向上させるようにしたものである。

〈従来の技術〉気体検知素子としては、金属酸化物半導体の多孔質焼結
体または多孔質焼結膜からなる感応体を利用した半導体
式のものが知られている。この半導体式の気体検知素子
は、感応体に気体が触れまたは付着した場合に、半導体
及び気体の種類に応じて、感応体の電気伝導度が変化す
る性質を利用したもので、例えば特開昭５４−１５６６
９０号公報、特開昭５４−１３９０９７号公報等で公知
である。第９図は従来の気体検知素子の断面図、第１０
図は同じくその微細構造を拡大して示す図で、１は多孔
質の感応焼結体、２．３は感応焼結体１の厚み方向の両
面に形成された電極である。

気体は電極２．３の気孔を通して感応焼結体１の気孔内
に入り、焼結体粒子（イ）のまわりに付着して電気伝導
度を低下させる。感応焼結体１は多孔質であるので、焼
結体粒子（イ）の個々の表面積によって定まる広い検知
面積が得られ、感度が良好である。

次に第１１図の従来例では、磁器等でなる支持体１上に
電極２．３を櫛歯状に形成すると共に、電極２．３の各
電極枝２１−３１間に、感応焼結膜４を形成したもので
ある。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、従来の半導体式気体検知素子には次のよ
うな問題点があった。

［第９図及び第１０図の従来技術の問題点］（ａ）感応
焼結体１が多孔質となっていて、しかも、電極２．３の
下側の深い位置にあるため、一旦、感応焼結体１の気孔
内に入って焼結体粒子（イ）のまわりに付着した気体が
抜けにくい。このため、感応焼結体１の気孔内に残存し
ている気体が抜は出るまで、ある時間を必要とし、応答
性が悪くなる。この応答性の悪さは、気体の濃度が低い
ときに特に顕著に現われる。

（ｂ）残存気体を速やかに外部に放出して応答性を向上
させるため、ヒータを付設したものが知られている。し
かし、この場合には、全体の構造が複雑化すると共に、
検出回路の他に、ヒータ回路等が必要になり、コスト高
になる。

［第１１図の従来技術の問題点］感応焼結＠４を表面に設けであるので、第９図及び第１
０に示す従来技術の場合よりも、応答性は改善される。

しかし、感度を上げようとすると、電極枝２１．３１の
数を増加させ、間隔ｄ１を小さくしなければならず、電
極枝２１−３１間の電極短絡等を招く危険性を生じる。

電極短絡を防止しようとすると、間隔ｄ、を大きくしな
ければならず、必然的に感度が低下する。

〈問題点を解決するための手段〉上述する従来の問題点を解決するため、本発明に係る気
体検知素子は、対の電極を形成したセンサ素地の前記対
の電極間に溝を設けたことを特徴とする。

また、上述の気体検知素子を製造するため、本発明は、
溝をレーザ加工によって形成することを特徴とする。

く作用〉センサ素地の対の電極間に溝を設けると、溝の内壁面が
実質的な気体検知面となるので、気体の残存による応答
性悪化を招くことがないし、応答性を良くするためのヒ
ータ等も不要である。また、溝によフて気体の作用する
面積が拡大され、感度が高くなる。更に、対の電極間に
溝による電気絶縁ギャップが形成されるので、電極間短
絡が防止され、信頼性が向上する。

上述の気体検知素子を製造するに当って、本発明におい
ては、対の電極間に設けられる溝をレーザ加工によって
形成する。これにより、金型成形等の他の製造方法に比
較して、複雑で狭い溝であっても、非常に簡単に能率良
くしかも高精度で形成できる。

〈実施例〉第１図は本発明に係る気体検知素子の平面図、第２図は
第１図Ａ、−Ａ、線上における断面図で、センサ素地５
の同一面上に対の電極６．７を形成すると共に、対の電
極６−７間のセンサ素地５に、適当な深さｈｌ及び幅Ｗ
１の溝８を設けである。対の電極６．７は、一方の電極
６（または７）の電極枝６１（または７１）が他方の電
極７（または６）の電極枝７１−７１間（または６１−
６１間）に位置する櫛歯状パターンとし、溝８は電極枝
６１と電極枝７１との間を縫うように、蛇行して形成し
である。

上述のように、センサ素地５の対の電極６−７間に溝８
を設けると、溝８の内壁面８１が気体検知面となるので
、センサ素地５を多孔体で形成する必要がない。このた
め、気体の残存による応答性悪化を招くことがなく、応
答性を良くするためのヒータ等も不要である。また、溝
８によって気体の作用する面積が拡大されるので、感度
が高くなる。しかも、電極６．７の各電極枝６１−７１
間に溝８による電気絶縁ギャップが形成されるので、電
極短絡が防止され、信頼性が向上する。

電極６．７及び溝８のパターンは種々の態様をとること
ができる。例えば第３図及び第４図に示すように、電極
６．７を渦巻状パターンとし、電極６−７間に溝８を渦
巻状に形成してもよい。或いは第５図に示すように、セ
ンサ素地５の厚み方向の一面に電８ｉ６を、他面に電極
７を設け、溝８をセンサ素地５の厚み方向に貫通して設
けてもよい。図示は省略したが、センサ素地５の両面の
それぞれに電ｉ６．７及び溝８を設けてもよい。

センサ素地５としては、第６図に示すように、結晶粒界
に高抵抗層５２を有し、結晶内部が低抵抗体５１である
セラミック半導体が適当である。

このようなセラミック半導体によってセンサ素地５を形
成した場合、高抵抗層５２に気体が触れると、高抵抗層
５２の電気伝導度が低下する。高抵抗層５２０層厚は薄
いから、高感度の気体検知が可能である。

感度を更に高める手段として、第７図（ａ）、（ｂ）に
示すように、センサ素地５の気体検知面を研磨するとよ
い。研磨により、結晶の高抵抗層５２が削除され、結晶
間にある高抵抗層５２の端面５２ａだけが気体検知面に
露出する。この端面５２ａは微小面積であり、微量の気
体が触れただけで、電気伝導度が著しく変化する。従っ
て、高感度の気体検知が可能である。

次に第６図の結晶構造を持つセラミック半導体の例を示
す。

（Ａ）正の抵抗温度特性（ＰＴＣ）を有するセラミック
半導体具体例としては、チタン酸バリウム系、チタン酸ストロ
ンチウム系、チタン酸鉛系、ジルコン酸バリウム系等の
多結晶体セラミック半導体がある。この類のセラミック
半導体を使用した場合は、アルコール、炭酸ガス、−酸
化炭素等の気体検知素子が構成できる。

（Ｂ）バリスタ特性を有するセラミック半導体具体例と
しては、酸化亜鉛系、酸化チタン系、チタン酸ストロン
チウム系、シリコンカーバイト系等の各セラミック半導
体がある。

（Ｃ）容量特性を有するセラミック半導体半導体コンデ
ンサ材料として用いられるセラミック半導体であって、
具体例としては、チタン酸ストロンチウム系、チタン酸
バリウム系セラミック半導体がある。

次に、本発明に係る気体検知素子の製造方法について説
明する。第８図はその製造方法を示す図で、センサ素地
５の片面または両面の略全面に導電膜９を形成しておき
、導電ＩＩ！　９の上からレーザ光線１０を照射する。

レーザ光線１０は目的とする電極及び溝のパターンとな
るように、センサ素地５に対して相対的に穆動させる。

例えば第１図及び第２図に示したようなパターンを得る
場合には、レーザ光線１０は点線（ロ）のように走らせ
、第３図及び第４図に示したパターンを得る場合には渦
巻状に走らせる。これにより第１図〜第５図に示したパ
ターンの溝が形成される。溝形成と同時に、導電膜９が
溝の両側で分離され、第１図〜第４図の電極６．７が形
成される。

レーザ加工熱により、センサ素地５の切断面が還元され
るので、この後に熱処理して、レーザ加工によって還元
された部分を再酸化させ、半導体化する。

〈発明の効果〉以上述べたように、本発明に係る気体検知素子は、対の
電極を形成したセンサ素地の前記対の電極間に溝を設け
たことを特徴とするから、次のような効果が得られる。

（イ）溝の内壁面が実質的な気体検知面となるので、気
体の残存による応答性悪化を招くことがないし、応答性
を良くするためのヒータ等も不要である。このため、応
答性に優れ、構造の簡単な気体検知素子が得られる。

（ロ）溝によって気体の作用する面積が拡大され、高感
度の気体検知素子が得られる。

（ハ）対の電極間に溝による電気絶縁ギャップが形成さ
れるので、電極間短絡が防止され、信頼性の高い気体検
知素子が得られる。

また、上述の気体検知素子を製造するため、対の電極間
に設けられる溝をレーザ加工によって形成するようにし
たから、金型成形等の他の製造方法に比較して、複雑で
狭い溝であっても、高精度で能率良く形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る気体検知素子の平面図、第２図は
第１図Ａｌ−Ａｌ線上における断面図、第３図は本発明
に係る気体検知素子の別の実施例における平面図、第４
図は第３図Ａ、−Ａ２線上における断面図、第５図は同
じく更に別の実施例における断面図、第６図は本発明に
係る気体検知素子を構成するのに好適なセンサ素地の結
晶構造を示す図、第７図（ａ）、（ｂ）は第６図に示し
たセンサ素地に表面研磨を施した状態を示す図、第８図
は本発明に係る気体検知素子の製造方法を示す図、第９
図は従来の気体検知素子の断面図、第１０図は第９図の
拡大断面図、第１１図は別の従来例を示す平面図である
。４・・・センサ素地　　　　６．７・・・電極７・・・
溝第１図第２図第３図第６図第７図第８０第９１１第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対の電極を形成したセンサ素地の前記対の電極間
に溝を設けたことを特徴とする気体検知素子。
（２）前記対の電極は、前記センサ素地の同一面上に形
成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
気体検知素子。
（３）前記対の電極は一方の電極の電極枝が他方の電極
の電極枝間に位置する櫛歯状パターンでなり、前記溝は
前記電極枝と電極枝との間に形成したことを特徴とする
特許請求の範囲第２項に記載の気体検知素子。
（４）前記対の電極は間隔を隔てた渦巻状パターンでな
り、前記溝は前記間隔内に形成したことを特徴とする特
許請求の範囲第２項に記載の気体検知素子。
（５）前記対の電極は前記素地の厚み方向の両面に対向
して設け、前記溝は前記素地を厚み方向に貫通して設け
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の気体
検知素子。
（６）前記センサ素地は、結晶粒界に高抵抗層を有し、
結晶内部が低抵抗であるセラミック半導体でなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の気体検知素子
。
（７）前記セラミック半導体は正の抵抗温度特性を有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の気体
検知素子。
（８）前記セラミック半導体はバリスタ特性を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の気体検知
素子。
（９）前記セラミック半導体は、容量特性を有すること
を特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の気体検知素
子。
（１０）対の電極を形成したセンサ素地、前記対の電極
間を隔てる溝を設けた気体検知素子の製造方法において
、前記溝はレーザ加工によって形成することを特徴とす
る気体検知素子の製造方法。
（１１）レーザ加工の後に熱処理してレーザ加工によっ
て還元された部分を再酸化させることを特徴とする特許
請求の範囲第１０項に記載の気体検知素子の製造方法。
（１２）前記センサ素地の電極を形成すべき面に導電膜
を形成した後、レーザ加工によって前記導電膜を切断し
て対の電極を形成すると同時に前記溝を形成することを
特徴とする特許請求の範囲第１０項または第１１項に記
載の気体検知素子の製造方法。