JPH045559A - 可燃性ガス検知素子 - Google Patents

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、可燃性ガス検知素子に関し、特に感度および
選択度の良好な可燃性ガス検知素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、可燃性ガス検知素子としては、ｎ型半導体として
働く酸化第二スズや酸化亜鉛を有効成分とするものが知
られているが、最近、酸化インジウムを有効成分として
用いるものが提案されている（例えば、特開昭５６−４
２１３４号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、従来の可燃性ガス検知素子は、可燃性ガス、
例えば−酸化炭素に対する感度および選択度が不十分で
ある等の問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明は、上記問題を解決するものとして有効
成分が酸化インジウムと酸素含有炭化水素様物質とから
なる可燃性ガス検知素子を提供するものである。

有効成分 本発明の可燃性ガス検知素子の有効成分である酸化イン
ジウムと酸素含有炭化水素様物質とからなる層は、通常
、後者の酸素含有炭化水素様物質中に前者の酸化インジ
ウムの微粒子が分散された状態で構成されている。ここ
で、［酸素含有炭化水素様物質」とは、炭素、水素およ
び酸素を主成分とするアモルファス状態の固体物質を意
味し、酸素は、例えばＣ−０基、Ｃ・０基、０・Ｃ−０
基、ＯＨ基０２等の状態で包含されている。したがって
、この有効成分は、実質的にインジウム、炭素、水素お
よび酸素から構成され、これらの構成割合は、般に、炭
素（Ｃ）／インジウム（Ｉｎ）の原子比が０．００１〜
１０００であり、好ましくは、０．００１〜１００であ
る。また、酸素（０）／炭素（Ｃ）の原子比は、０．１
以上であり、好ましくは０．２以上である。

この酸化インジウムと酸素含有炭化水素様物質からなる
有効成分は、ｎ型半導体としての性質を有するため、可
燃性ガスに触れると電気抵抗が低下する。この作用によ
り可燃性ガスを検出することができる。

プラズマ重合による製造 本発明における、酸化インジウムと酸素含有炭化水素様
物質からなる有効成分は、例えばインジウム、炭素、水
素および酸素を含有する原料化合物を反応ガスとして用
いるプラズマ重合により好適に製造することができる。

この方法に用いることができるインジウム、炭素、水素
および酸素を含有する原料化合物としては、例えば、イ
ンジウムアセチルアセトネート、インジウムエチルアセ
トアセトネート、インジウムジエチルマロネート等のイ
ンジウムβ−ジケトン類；トリメトキシインジウム、ト
リエトキシインジウム、トリプロポキシインジウム等の
インジウムアルコキシド類を挙げることができる。これ
らの中でも、好ましいものとして、インジウムアセチル
アセトネートを挙げることかできる。

これらの化合物は１種単独でも２種以上組み合わせて使
用することもできる。

これらの原料化合物は減圧下、必要により加熱し昇華あ
るいは気化させて気体状態で反応領域へ導かれる。この
とき必要に応じ、アルゴン、キセノン、ヘリウム、ネオ
ン等の稀ガスをキャリアガスとして、また必要に応じて
水素、窒素、酸素等を混入させたり、反応器内圧力の調
整のために別途導入してもよい。

プラズマ重合に際してプラズマを発生させるために用い
る放電方式には、特に制限はなく、例えば直流放電、低
周波放電、高周波放電、マイクロ波放電等のいずれも使
用することができる。

また、用いる反応装置にも特に制限はなく、プラズマ重
合に通常使用される装置を使用することができる。即ち
、内部電極方式、無電極方式等のいずれも用いることが
でき、電極コイルの形状、マイクロ波放電の場合のキャ
ビティやアンテナの構造にも制約はないが、特に磁場印
加型高周波プラズマ方式が好ましい。

プラズマ重合を行う際の反応系の圧力は、一般に１Ｏ−
６〜１０　Ｔｏｒｒでよい。ただし、プラズマ重合膜の
生成速度は、反応系の圧力に依存し、一般に反応系の圧
力が低いほど生成速度は大きい。かかる観点から、反応
系の圧力は、１０−６〜１Ｏ−３Ｔｏｒｒの範囲が好ま
しい。

このようなプラズマ重合によって、反応系内に設置した
基体上に、本発明の有効成分となる酸化インジウムと酸
素含有炭化水素様物質とからなるプラズマ重合膜が生成
するが、このプラズマ重合膜の組成（元素構成比）は、
プラズマ重合条件、特に反応系の圧力および基体の温度
に依存するので、これらを適宜調節することが望ましい
。一般に、反応系の圧力を低下させると、炭素／インジ
ウムの比は小さくなり、酸素／炭素の原子比は大きくな
る。また、基体の温度は、一般に５００°Ｃ以下の範囲
に設定されるが、基体の温度を高めると炭素／インジウ
ムの原子比か大きくなり、酸素／炭素の原子比は減少す
る。

このような条件において、例えば好ましい原料化合物の
一つである、インジウムアセチルアセトネートを用いた
場合には、得られるプラズマ重合膜の組成は、反応系の
圧力および基体の温度によって、炭素／インジウムの原
子比は一般に８〜２５０の範囲の値をとることができ、
また、酸素／炭素の原子比は、一般に０．３〜０．５の
範囲の値をとることができる。

上記のようにしてプラズマ重合により得られた酸化イン
ジウムと炭化水素様物質とからなる層は、２００℃以上
、さらには３００℃以上で処理することが好ましい。こ
の熱処理により可燃性ガス検知素子としての感度および
選択度をさらに向上させることができる。

なお、酸化インジウムと酸素含有炭化水素様物質とから
なる有効成分は、上記のようにプラズマ重合により得ら
れるが、その膜厚は、通常１００　Ａ〜１μｍである。

可燃性ガス検知素子の構造 本発明の可燃性ガス検知素子は、上述の酸化インジウム
と酸素含有炭化水素様物質とからなる有効成分が被測定
ガスに触れた際に生じる電気抵抗の低下に基づいて可燃
性ガスを検出するものであるから、一般に一対の電極の
上に該有効成分層が形成される。かかる電極は、微小な
電気抵抗の変化を検知できるものでなければならないか
ら、電極の材料は電導度の高い金、銀、アルミニウム等
が好ましい。

また、本発明の可燃性ガス検知素子のガスとの接触面に
は、例えば１００Å以下、特に５０Å以下の白金層が蒸
着、スパッタリング等により、酸化インジウムと酸素含
有炭化水素様物質とからなる有効成分を完全に覆うこと
なく海鳥構造状（白金層が島）に設けられている。かか
る白金層の触媒作用により可燃性ガスに検出感度が向上
する。

〔実施例〕

図１に示す構造の可燃性ガス検知素子を以下の手順で製
造した。

この可燃性ガス検知素子は、厚さ１０００人の金製櫛形
電極１ａ、ｌｂ、インジウムアセチルアセトネートを原
料化合物として、該櫛型電極１ａ、１ｂの上に生成させ
た厚さ２０００〜３０００人のプラズマ重合膜２、およ
び該プラズマ重合膜２の上に形成した平均厚さ１０人の
海島構造状の白金層３とから構成されている。

＜１１まず初めに、図２に示す形状の櫛型金電極１ａ。

１ｂを真空蒸着法によって石英プレート（１５Ｘ１５ｘ
１．Ｏ）４の上に形成した。櫛型を構成する各櫛歯は、
長さ７．０ｍｍ、太さ０．５ｍｍ、そして隣合う櫛歯の
間隔０．５闘の寸法であり、各電極の櫛歯の数は４．５
本である。

（２）次に、図３に示す反応器を使用して櫛型金電極ｌ
ａ、ｌｂの上にプラズマ重合膜２を生成させた。

該反応器は、ペルジャー５（直径４００ｍｍ、　高さ４
７０ｎ＋ｍ）と底を形成するプレート６とからなり、プ
レート６の底の上には、原料化合物を昇華させる石英製
の炉７（直径１５ｍｍ、高さ６５ｍｍ）が設けられてい
る。該反応器内には、ステンレス製メツシュからなり、
間隔６５ｍｍの一対の平行な電極８ａおよび８ｂか、下
側の電極８ｂが石英炉７の７８ｍｍ上方に水平となるよ
うに配置されている。さらに、該反応器には、下側の電
極８ｂから１５ｍｍ下に配置された電磁石用コイル９、
抵抗ヒータを備え上側電極８ａの５７ｍｍ上方に設けら
れた基体台ｌＯ、アルゴン等の不活性ガスの導入口１１
、生成するプラズマ重合膜の厚さのモニター１２等が備
わり、プレート６には真空系に接続される排気管１３が
連結されている。

上記で作製した櫛型金電極１ａ、１ｂを蒸着させた石英
プレート４を基体として該反応器の基体台ｌＯの上に置
いた。次に、まず、反応系を６×１０−’Ｔｏｒｒ以下
に排気し、基体表面をアルゴンプラズマに５分間当て、
吸着水分を除去した。つぎに、炉７を９７〜１１５℃に
加熱してインジウムアセチルアセトネートを昇華させた
のち、アルゴンガスを導入口１１から導入して反応器内
の圧力を所定の圧力に調節したのち、１３．５６ＭＨｚ
の高周波電力を電極８ａ、８ｂに供給してグロー放電さ
せた。７．５　Ｘｌ０−’Ｔｏｒｒ以下の圧力のもとて
グロー放電を維持しながらプラズマ重合を行った。この
とき、供給した電力は６０ワツトであった。

（３）こうして、櫛型金電極１ａ、　ｌｂの上にプラズ
マ重合膜２を形成したものを、次に、空気中、３５０℃
において３分間加熱した。

最後に、白金を熱処理したプラズマ重合膜２の上に平均
厚さ１０人に蒸着し、白金層３を形成し、可燃性ガス検
知素子を得た。

測定 このようにして製造した可燃性ガス検知素子の２つの櫛
型金電極１ａ、ｌｂの間に直流ｌＯボルトの電圧を印加
し、濃度１０００　ｐｐｍの一酸化炭素、水素、エタノ
ールおよびプロパンの各々の雰囲気中において、可燃性
ガス検知素子の表面温度を種々変えて、櫛型金電極１ａ
、ｌｂ間に流れる電流をエレクトロンメータＴＲ８６５
２（商品名、アトパンテスト社製）で測定した。

電流の測定値、印加した電圧から各ガス中での電気抵抗
（Ｒ，、、）および空気中での電気抵抗（Ｒ，Ｉ、　）
を計算した。各ガスの雰囲気における電気抵抗と空気中
での電気抵抗との比（Ｒ，、、／Ｒ１，）をガス感度と
して評価した。結果を図４に示す。

また、１００℃における各ガスに対する感度を表１に示
す。

さらに、２種のガスの感度の比として定義される選択度
を一酸化炭素を基準に求めたところ、表１の併記した結
果が得られた。

なお、比較例として、従来の酸化第二スズを有効成分と
するガス検知素子および酸化亜鉛を有効成分とするガス
検知素子を用いた場合の感度および選択度も表１の併せ
示す。（比較例のデータは、富士テクノシステム、１９
８６年発行、清山編「化学センサー実用便覧」から引用
）。

図４および表１の結果かられかるように、実施例の可燃
性ガス検知素子は、−酸化炭素、プロパン、水素および
エタノールのいずれのガスについても検知素子として充
分な感度を示した。中でも、−酸化炭素に対して高感度
であり、特に１００〜１５０℃では感度が１５００を超
えた。また、各ガスに対する選択度が大きく異なるので
ガス検出の際にガスの種類の同定も容易である。

〔発明の効果〕

本発明の可燃性ガス検知素子は、−酸化炭素、プロパン
等の炭化水素、水素、エタノール等の有機化合物からな
る可燃性ガスを良好な感度で検出することができ、特に
−酸化炭素検知素子として特に高感度である。また、ガ
スごとの選択度か大きく異なるので、ガスの検出ととも
にその種類の同定も容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図１は、本発明の可燃性ガス検知素子の一実施例を表す
断面図である。図２は、この実施例に用いられた櫛型金
電極の形状を示す平面図である。 図３は、実施例で使用したプラズマ重合に使用した反応
器の説明図である。図４は、実施例で得られた可燃性ガ
ス検知素子の各種ガス対する種々の温度における感度を
示した図である。 ｌａ、Ｉｂ、櫛型金電極、 ２、プラズマ重合膜、 ３、白金層、 ７、石英炉、 ８ａ、８ｂ、電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）有効成分が酸化インジウムと酸素含有炭化水素様物
   質とからなる可燃性ガス検知素子。