JPH0435031B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0435031B2 JPH0435031B2 JP60213670A JP21367085A JPH0435031B2 JP H0435031 B2 JPH0435031 B2 JP H0435031B2 JP 60213670 A JP60213670 A JP 60213670A JP 21367085 A JP21367085 A JP 21367085A JP H0435031 B2 JPH0435031 B2 JP H0435031B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- electrode
- desorption
- rectifying junction
- sensor
- 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.)
- Expired - Lifetime
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はガスセンサー表面に吸着したガス分子
の脱離方法に関し、加熱することなく電気的にガ
ス分子の脱離を制御する新規な手段を提供するも
のである。
の脱離方法に関し、加熱することなく電気的にガ
ス分子の脱離を制御する新規な手段を提供するも
のである。
ガスセンサーが雰囲気の変化に対して速やかに
応答するためにはセンサー材料表面でのガス分子
の吸着・脱離が速やかに平衡状態に達することが
要求されるが、脱離の過程がガス分子の脱離に必
要なエネルギーを得なければならないことから、
一般には脱離が雰囲気の変化に応じて平衡に達す
る時間は著しく長い。すなわち、脱離過程がセン
サーの応答速度を著しく制限することから、従来
より吸着分子の脱離過程の制御は重要な課題であ
つた。
応答するためにはセンサー材料表面でのガス分子
の吸着・脱離が速やかに平衡状態に達することが
要求されるが、脱離の過程がガス分子の脱離に必
要なエネルギーを得なければならないことから、
一般には脱離が雰囲気の変化に応じて平衡に達す
る時間は著しく長い。すなわち、脱離過程がセン
サーの応答速度を著しく制限することから、従来
より吸着分子の脱離過程の制御は重要な課題であ
つた。
脱離を速やかに行わせるには、従来特公昭49−
30480号公報または特開昭52−121391号公報に示
されるように、センサー表面を高温に60秒間タイ
マーを用いて加熱するなど短時間加熱するのが一
般的であつたが、センサーを加熱することは長期
的な信頼性や安全性に問題を持つている。すなわ
ち、センサー材料が熱的に変化することにより電
気的性能の変動を生じ、更には加熱・冷却サイク
ルによる構造などの劣化も引き起こすためであ
る。吸着ガス脱離と測定再開の為の加熱・冷却に
要する時間は１回あたり数分から数十分を要し、
不感時間が長いため連続監視には不都合がある。
又、爆発性ガスの場合、加熱することが危険であ
る場合も多い。
30480号公報または特開昭52−121391号公報に示
されるように、センサー表面を高温に60秒間タイ
マーを用いて加熱するなど短時間加熱するのが一
般的であつたが、センサーを加熱することは長期
的な信頼性や安全性に問題を持つている。すなわ
ち、センサー材料が熱的に変化することにより電
気的性能の変動を生じ、更には加熱・冷却サイク
ルによる構造などの劣化も引き起こすためであ
る。吸着ガス脱離と測定再開の為の加熱・冷却に
要する時間は１回あたり数分から数十分を要し、
不感時間が長いため連続監視には不都合がある。
又、爆発性ガスの場合、加熱することが危険であ
る場合も多い。
そこで本発明は、加熱することなく速やかにセ
ンサー表面に吸着したガス分子を脱離させる有用
な手段を提供することを課題とするものである。
ンサー表面に吸着したガス分子を脱離させる有用
な手段を提供することを課題とするものである。
本発明は上記の課題を解決するためになされた
もので、半導体材料を用いるガスセンサーに於い
て、該半導体材料の表面に設ける一方の電極を整
流性接合とし、他方の電極は非整流性接合とし
て、クリーニング時にその電極にブレークダウン
電圧以上の逆方向電圧を印加することによりガス
センサー表面に吸着したガス分子を脱離するよう
にしたものである。
もので、半導体材料を用いるガスセンサーに於い
て、該半導体材料の表面に設ける一方の電極を整
流性接合とし、他方の電極は非整流性接合とし
て、クリーニング時にその電極にブレークダウン
電圧以上の逆方向電圧を印加することによりガス
センサー表面に吸着したガス分子を脱離するよう
にしたものである。
電極にブレークダウン電圧以上の逆方向電圧を
印加すると、吸着しているガス分子に高圧エネル
ギーの電場が与えられ、速やかにガス分子の脱離
が行なわれる。
印加すると、吸着しているガス分子に高圧エネル
ギーの電場が与えられ、速やかにガス分子の脱離
が行なわれる。
以下、理解を容易にするため、本発明の原理を
模式図により説明すると次の通りである。
模式図により説明すると次の通りである。
第１図は、本発明にかゝるガスセンサーの構成
を示すもので、半導体材料１の表面の一部分に整
流性接合を形成する金属電極２を設け、半導体材
料１の裏面に整流性接合を生じない金属電極３を
持つ構成としたもので、第１図は半導体表面にガ
ス分子４が吸着している状態を模式的に示してい
る。この電極２，３に大きな逆方向電圧を印加す
ると、整流性接合とした電極２の周辺部５が電界
強度最大になるため、接合のブレークダウンを生
じ、その時のアバラシエによる高エネルギー電荷
の一部は表面に吸着しているガス分子にそのエネ
ルギーを与え、ガス分子の脱離を促進させる。
を示すもので、半導体材料１の表面の一部分に整
流性接合を形成する金属電極２を設け、半導体材
料１の裏面に整流性接合を生じない金属電極３を
持つ構成としたもので、第１図は半導体表面にガ
ス分子４が吸着している状態を模式的に示してい
る。この電極２，３に大きな逆方向電圧を印加す
ると、整流性接合とした電極２の周辺部５が電界
強度最大になるため、接合のブレークダウンを生
じ、その時のアバラシエによる高エネルギー電荷
の一部は表面に吸着しているガス分子にそのエネ
ルギーを与え、ガス分子の脱離を促進させる。
本発明は接合を通して高エネルギーの電荷を吸
着ガス分子に供給するものであるから、第１図の
整流性接合を形成する金属電極２は半導体材料１
と反対導電型の半導体層でも良く、更には電極と
半導体材料の間に極めて薄い絶縁膜を挟んだ構造
でも同様の目的を達することができる。
着ガス分子に供給するものであるから、第１図の
整流性接合を形成する金属電極２は半導体材料１
と反対導電型の半導体層でも良く、更には電極と
半導体材料の間に極めて薄い絶縁膜を挟んだ構造
でも同様の目的を達することができる。
整流性接合を通じ、高いエネルギーを持つ電荷
を吸着表面に供給するには、接合にアバランシエ
電流が生ずる程に逆方向電圧を印加するのが最も
効果的であるが、金属一半導体接合の場合には順
方向電圧を印加してもガス分子を脱離させること
ができる。
を吸着表面に供給するには、接合にアバランシエ
電流が生ずる程に逆方向電圧を印加するのが最も
効果的であるが、金属一半導体接合の場合には順
方向電圧を印加してもガス分子を脱離させること
ができる。
本発明は以上の動作原理からわかるように、セ
ンサー表面を加熱することがないので、材料劣化
や応答速度の低下、不感時間がほとんどなく、ま
た、ガス爆発を誘引する危険性がない。ガスの脱
離に必要な通電時間はmSからμSのオーダーであ
るから実質的に連続測定が可能になる。
ンサー表面を加熱することがないので、材料劣化
や応答速度の低下、不感時間がほとんどなく、ま
た、ガス爆発を誘引する危険性がない。ガスの脱
離に必要な通電時間はmSからμSのオーダーであ
るから実質的に連続測定が可能になる。
以下、本発明の実施例について説明する。
第１図の半導体材料１として５mm×５mm、厚さ
0.5mmのα−Fe2O3の焼結体を用い、整流性接合を
部分的に形成する為、α−Fe2O3焼結体の片面に
金属電極２としてPtを電子ビーム蒸着により約
0.1μの厚さに形成した。焼結体表面は微小な凹凸
を多く持つので、Ptがガス吸着全面体を覆いつ
くすことはない。α−Fe2O3の焼結体裏面にはIn
を蒸着し、その後不活性ガス中に於いて300℃で
10分間の熱処理を行い非整流接合の電極３を形成
した。PtおよびInの電極２，３にリード線を接続
し、ダイオード特性の測定を色々な雰囲気中にお
いて行つた。
0.5mmのα−Fe2O3の焼結体を用い、整流性接合を
部分的に形成する為、α−Fe2O3焼結体の片面に
金属電極２としてPtを電子ビーム蒸着により約
0.1μの厚さに形成した。焼結体表面は微小な凹凸
を多く持つので、Ptがガス吸着全面体を覆いつ
くすことはない。α−Fe2O3の焼結体裏面にはIn
を蒸着し、その後不活性ガス中に於いて300℃で
10分間の熱処理を行い非整流接合の電極３を形成
した。PtおよびInの電極２，３にリード線を接続
し、ダイオード特性の測定を色々な雰囲気中にお
いて行つた。
本実施例による素子は、酸素ガスに対して特に
敏感に応答するので、以下、酸素ガスについての
脱離効果を例にして説明する。
敏感に応答するので、以下、酸素ガスについての
脱離効果を例にして説明する。
第２図において、実線は１気圧の大気中で測
定した電流電圧特性、点線は酸素ガスの吸着が
ない場合の電流電圧特性で、不活性ガス中又は真
空中で素子を加熱、又は2V以上の逆方向電圧を
印加した後に観測できる。不活性ガス中又は真空
中で素子を加熱することは素子表面から酸素ガス
を脱離させる効果を持つが、本実施例の場合、点
線の特性に至るには少なくとも300℃、５分間
の加熱が必要であつた。
定した電流電圧特性、点線は酸素ガスの吸着が
ない場合の電流電圧特性で、不活性ガス中又は真
空中で素子を加熱、又は2V以上の逆方向電圧を
印加した後に観測できる。不活性ガス中又は真空
中で素子を加熱することは素子表面から酸素ガス
を脱離させる効果を持つが、本実施例の場合、点
線の特性に至るには少なくとも300℃、５分間
の加熱が必要であつた。
一方、この素子の逆方向に2V、10mSのパルス
電圧を印加したところ、加熱した場合と同じ点線
の特性がえられた。実施例に用いた素子の酸素
ガス吸着時のブレークダウン電圧は約2Vと考え
られるが、実際にブレークダウン電圧を測定しよ
うとすれば、測定する瞬間にガスの脱離が生じて
吸着のない場合の特性に移行するので、ガスの脱
離が開始する電圧と素子のブレークダウン電圧と
の関係は得られなかつた。実施例においては、
2V以下の印加電圧ではガス脱離の効果は得られ
ず、2Vが域値となつている。
電圧を印加したところ、加熱した場合と同じ点線
の特性がえられた。実施例に用いた素子の酸素
ガス吸着時のブレークダウン電圧は約2Vと考え
られるが、実際にブレークダウン電圧を測定しよ
うとすれば、測定する瞬間にガスの脱離が生じて
吸着のない場合の特性に移行するので、ガスの脱
離が開始する電圧と素子のブレークダウン電圧と
の関係は得られなかつた。実施例においては、
2V以下の印加電圧ではガス脱離の効果は得られ
ず、2Vが域値となつている。
以上のことから、本発明による構造と動作方法
は加熱と等価なガスの脱離をおこなわせることが
できることがわかる。又、ガスの脱離に要する時
間も極めて短いという利点をもつている。
は加熱と等価なガスの脱離をおこなわせることが
できることがわかる。又、ガスの脱離に要する時
間も極めて短いという利点をもつている。
半導体１は目的とするガスでの腐食による性能
劣化を生じないものなら実施例のα−Fe2O3焼結
体に限らずSi，Ge，GaAs，GaP、などを始めと
する全ての半導体材料が使用でき、更に一般的に
絶縁体として扱われている物質も適当な不純物・
欠陥を導入すれば利用できる。
劣化を生じないものなら実施例のα−Fe2O3焼結
体に限らずSi，Ge，GaAs，GaP、などを始めと
する全ての半導体材料が使用でき、更に一般的に
絶縁体として扱われている物質も適当な不純物・
欠陥を導入すれば利用できる。
金属電極２はAl，Ti，Pt，Au，Moなど上記
半導体材料と整流性接合を形成する金属が利用で
きる。金属電極３は半導体材料１と整流性接合を
形成しない金属であれば何でも良い。
半導体材料と整流性接合を形成する金属が利用で
きる。金属電極３は半導体材料１と整流性接合を
形成しない金属であれば何でも良い。
以上、実施例に従つて本発明の詳細を説明した
が、あくまでも本発明の主旨は整流性接合から放
出される高エネルギー電荷によつて吸着ガスの脱
離を加速させることにあり、第２図のからの
特性変化、又はからへの特性変化を利用して
ガス脱離を行わせようというものではない。又、
実施例にあげた酸素ガスのみを対象とするもので
はなく、半導体の種類を選択することにより、ど
のようなガスの脱離制御にも応用できることを示
すものである。更に実施例では金属−半導体材料
の整流性接合の場合に限つて説明したが、脱離さ
せるガス吸着面に高エネルギー電荷を供給出来る
ようにした接合であるならば全て本発明の範囲内
に含まれる。
が、あくまでも本発明の主旨は整流性接合から放
出される高エネルギー電荷によつて吸着ガスの脱
離を加速させることにあり、第２図のからの
特性変化、又はからへの特性変化を利用して
ガス脱離を行わせようというものではない。又、
実施例にあげた酸素ガスのみを対象とするもので
はなく、半導体の種類を選択することにより、ど
のようなガスの脱離制御にも応用できることを示
すものである。更に実施例では金属−半導体材料
の整流性接合の場合に限つて説明したが、脱離さ
せるガス吸着面に高エネルギー電荷を供給出来る
ようにした接合であるならば全て本発明の範囲内
に含まれる。
本発明によれば、加熱することなく速やかにセ
ンサー表面に吸着したガス分子を脱離させること
ができ、従つて、センサー材料に特性の劣化を来
さず、連続監視が可能になると共に、爆発性ガス
のセンサーとして実用化が図れるなどの効果があ
る。
ンサー表面に吸着したガス分子を脱離させること
ができ、従つて、センサー材料に特性の劣化を来
さず、連続監視が可能になると共に、爆発性ガス
のセンサーとして実用化が図れるなどの効果があ
る。
第１図は本発明の原理を説明するための模式
図、第２図は実施例の電流電圧特性図である。 １……半導体材料、２……金属電極、３……電
極、４……ガス分子、５……接合端。
図、第２図は実施例の電流電圧特性図である。 １……半導体材料、２……金属電極、３……電
極、４……ガス分子、５……接合端。
Claims (1)
- １ 半導体材料表面に２つの電極を設けたガスセ
ンサーにおいて、一方の電極を整流性接合とし、
他方の電極を非整流性接合とし、クリーニング時
に前記電極にブレークダウン電圧以上の逆方向電
圧を印加することを特徴とするガスセンサー表面
に吸着したガス分子の脱離方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21367085A JPS6275243A (ja) | 1985-09-28 | 1985-09-28 | ガスセンサ−表面に吸着したガス分子の脱離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21367085A JPS6275243A (ja) | 1985-09-28 | 1985-09-28 | ガスセンサ−表面に吸着したガス分子の脱離方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6275243A JPS6275243A (ja) | 1987-04-07 |
| JPH0435031B2 true JPH0435031B2 (ja) | 1992-06-09 |
Family
ID=16643017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21367085A Granted JPS6275243A (ja) | 1985-09-28 | 1985-09-28 | ガスセンサ−表面に吸着したガス分子の脱離方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6275243A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2594230Y2 (ja) * | 1991-01-22 | 1999-04-26 | 西日本電線株式会社 | 電線接続部の構造 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4930480A (ja) * | 1972-07-10 | 1974-03-18 | ||
| JPS52121391A (en) * | 1976-04-06 | 1977-10-12 | Tokai Konetsu Kogyo Kk | Gas sensing apparatus with self cleaning mechanisms |
-
1985
- 1985-09-28 JP JP21367085A patent/JPS6275243A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6275243A (ja) | 1987-04-07 |
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