JPH05223769A - 窒素酸化物ガス検知素子 - Google Patents
窒素酸化物ガス検知素子Info
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- JPH05223769A JPH05223769A JP7450991A JP7450991A JPH05223769A JP H05223769 A JPH05223769 A JP H05223769A JP 7450991 A JP7450991 A JP 7450991A JP 7450991 A JP7450991 A JP 7450991A JP H05223769 A JPH05223769 A JP H05223769A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低濃度のＮＯXガスに対し、高い感度と選択
性を長期間安定して示すＮＯXガス検知素子を提供す
る。 【構成】 絶縁基板１上に、熱処理後Ａｕ（金）がＳｎ
（スズ）１００重量部に対し７００重量部以下となるよ
うにＡｕ及びＳｎを真空蒸着し、更に空気中で熱処理す
ることによりＳｎＯ2（酸化スズ）を主成分としたガス
感応体２を形成し、該ガス感応体２上に一対のくし型Ａ
ｕ電極３を形成してＮＯXガス検知素子を作製する。
性を長期間安定して示すＮＯXガス検知素子を提供す
る。 【構成】 絶縁基板１上に、熱処理後Ａｕ（金）がＳｎ
（スズ）１００重量部に対し７００重量部以下となるよ
うにＡｕ及びＳｎを真空蒸着し、更に空気中で熱処理す
ることによりＳｎＯ2（酸化スズ）を主成分としたガス
感応体２を形成し、該ガス感応体２上に一対のくし型Ａ
ｕ電極３を形成してＮＯXガス検知素子を作製する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低濃度のＮＯX（窒素
酸化物）ガスに対し、長期間安定して優れた感度と選択
性を示すＮＯXガス検知素子に関する。
酸化物）ガスに対し、長期間安定して優れた感度と選択
性を示すＮＯXガス検知素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＮＯ（一酸化窒素）ガス及びＮＯ2（二
酸化窒素）ガスを主体とするＮＯXガスは、自動車，航
空機等の内燃機関や家庭内の暖房設備などから排出さ
れ、それ自身または他のガスとの複合，吸着，反応によ
って人体や生物，生活環境等に多大な影響を及ぼす危険
性の高いガスである。従来では、このＮＯXガスの測定
に化学発光法，赤外線吸収法，電気分解法等が用いられ
てきたが、これらの方法は大型の装置を必要としメンテ
ナンスが困難であるといった問題を抱えていた。
酸化窒素）ガスを主体とするＮＯXガスは、自動車，航
空機等の内燃機関や家庭内の暖房設備などから排出さ
れ、それ自身または他のガスとの複合，吸着，反応によ
って人体や生物，生活環境等に多大な影響を及ぼす危険
性の高いガスである。従来では、このＮＯXガスの測定
に化学発光法，赤外線吸収法，電気分解法等が用いられ
てきたが、これらの方法は大型の装置を必要としメンテ
ナンスが困難であるといった問題を抱えていた。
【０００３】そこで、上記の問題を解決するため、ＮＯ
Xガスに接触して抵抗値の変化する酸化物半導体を用い
た小型でメンテナンスフリーのＮＯXガス検知素子につ
いての研究が種々なされている。例えば、特開昭６１ー
９３９４５号公報には、基板上にＦｅ（鉄）を含むＳｎ
Ｏ2の多結晶を主体とするガス感応薄膜を形成したも
の、特開平１ー１５０８４９号公報には非化学量論性パ
ラメータ（δ）が０．０１＜δ＜０．５の酸素欠陥を有
し、かつチタン原子を含有する酸化物よりなるものが紹
介されている。
Xガスに接触して抵抗値の変化する酸化物半導体を用い
た小型でメンテナンスフリーのＮＯXガス検知素子につ
いての研究が種々なされている。例えば、特開昭６１ー
９３９４５号公報には、基板上にＦｅ（鉄）を含むＳｎ
Ｏ2の多結晶を主体とするガス感応薄膜を形成したも
の、特開平１ー１５０８４９号公報には非化学量論性パ
ラメータ（δ）が０．０１＜δ＜０．５の酸素欠陥を有
し、かつチタン原子を含有する酸化物よりなるものが紹
介されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のＮＯXガス検知素子における検出温度を見た場
合、特開昭６１ー９３９４５号公報では３００〜４００
℃、特開平１ー１５０８４９号公報では３００〜７００
℃とかなり高く、ヒータが多くの電力を必要とするばか
りか、可燃性ガスの発火等の危険性もあるため、更に低
い温度で作動する検知素子が望まれる。また、ガス感度
を見た場合には、特開昭６１ー９３９４５号公報では１
００ｐｐｍのＮＯガスに対し２以下、特開平１ー１５０
８４９号公報では５程度と低い値を示しており、より簡
単な回路に組み込むために更に高い感度が望まれる。本
発明の目的は、このような従来の欠点を解決すべく、３
００℃以下の比較的低温においても作動可能であり、低
濃度のＮＯXガスに対しても高い感度と選択性を長期間
安定して示すＮＯXガス検知素子を提供することにあ
る。
た従来のＮＯXガス検知素子における検出温度を見た場
合、特開昭６１ー９３９４５号公報では３００〜４００
℃、特開平１ー１５０８４９号公報では３００〜７００
℃とかなり高く、ヒータが多くの電力を必要とするばか
りか、可燃性ガスの発火等の危険性もあるため、更に低
い温度で作動する検知素子が望まれる。また、ガス感度
を見た場合には、特開昭６１ー９３９４５号公報では１
００ｐｐｍのＮＯガスに対し２以下、特開平１ー１５０
８４９号公報では５程度と低い値を示しており、より簡
単な回路に組み込むために更に高い感度が望まれる。本
発明の目的は、このような従来の欠点を解決すべく、３
００℃以下の比較的低温においても作動可能であり、低
濃度のＮＯXガスに対しても高い感度と選択性を長期間
安定して示すＮＯXガス検知素子を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め本発明のＮＯXガス検知素子は、絶縁基板と、該基板
上に設けられたＳｎＯ2を主成分としＳｎ１００重量部
に対し７００重量部以下のＡｕ（金）を含有するガス感
応体と、該ガス感応体に設けられた一対の電極とから構
成されている。
め本発明のＮＯXガス検知素子は、絶縁基板と、該基板
上に設けられたＳｎＯ2を主成分としＳｎ１００重量部
に対し７００重量部以下のＡｕ（金）を含有するガス感
応体と、該ガス感応体に設けられた一対の電極とから構
成されている。
【０００６】本発明において使用されるガス感応体とし
ては、ＳｎＯ2を主成分とし、Ｓｎ１００重量部に対し
７００重量部以下のＡｕを含有するものが用いられ、こ
のガス感応体は真空蒸着法，スパッタリング法等により
直接酸化物半導体に形成するか、Ｓｎを同様に膜状に形
成した後、酸化することにより形成される。Ａｕの含有
量がＳｎ１００重量部に対し７００重量部を超えるとＳ
ｎＯ2が半導性を保てなくなり実質的にＮＯXガスの検知
が不可能となってしまう。また、前記ガス感応体の膜厚
は１００Å以上であることが望ましく、１００Åより薄
い場合には素子の抵抗値が高くなり過ぎ十分な感度が得
られなくなる。更に、前記ガス感応体に含有されるＡｕ
は、少なくとも一部分が粒径１０μｍ以下の微細に分割
された粒子状である。このような粒子状のＡｕを全く含
まない場合には、感度が低くなり好ましくない。
ては、ＳｎＯ2を主成分とし、Ｓｎ１００重量部に対し
７００重量部以下のＡｕを含有するものが用いられ、こ
のガス感応体は真空蒸着法，スパッタリング法等により
直接酸化物半導体に形成するか、Ｓｎを同様に膜状に形
成した後、酸化することにより形成される。Ａｕの含有
量がＳｎ１００重量部に対し７００重量部を超えるとＳ
ｎＯ2が半導性を保てなくなり実質的にＮＯXガスの検知
が不可能となってしまう。また、前記ガス感応体の膜厚
は１００Å以上であることが望ましく、１００Åより薄
い場合には素子の抵抗値が高くなり過ぎ十分な感度が得
られなくなる。更に、前記ガス感応体に含有されるＡｕ
は、少なくとも一部分が粒径１０μｍ以下の微細に分割
された粒子状である。このような粒子状のＡｕを全く含
まない場合には、感度が低くなり好ましくない。
【０００７】本発明において使用される基板としては、
例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム），ＳｉＯ2（酸化
ケイ素）等のセラミック基板等の耐熱性かつ絶縁性の基
板が用いられる。
例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム），ＳｉＯ2（酸化
ケイ素）等のセラミック基板等の耐熱性かつ絶縁性の基
板が用いられる。
【０００８】本発明において使用される電極としては、
例えばＡｕ，Ｐｔ（白金）等が用いられ、スクリーン印
刷法，スパッタリング法，蒸着法等によりガス感応体に
接して対向して形成される。
例えばＡｕ，Ｐｔ（白金）等が用いられ、スクリーン印
刷法，スパッタリング法，蒸着法等によりガス感応体に
接して対向して形成される。
【０００９】本発明のＮＯXガス検知素子は、素子の温
度を所定の温度に保つために発熱体を設けても良い。発
熱体には、自己温度制御型（ＰＴＣ）ヒータを用いても
良い。
度を所定の温度に保つために発熱体を設けても良い。発
熱体には、自己温度制御型（ＰＴＣ）ヒータを用いても
良い。
【００１０】
【作用】本発明によれば、３００℃以下の比較的低温で
も作動可能であり、低濃度のＮＯXガスに対しても高い
ガス感度とガス選択性を長期間安定して示すＮＯXガス
検知素子を得ることができる。
も作動可能であり、低濃度のＮＯXガスに対しても高い
ガス感度とガス選択性を長期間安定して示すＮＯXガス
検知素子を得ることができる。
【００１１】
【実施例】以下に本発明を図面等を参照して更に詳しく
説明する。図１は、本発明によるＮＯXガス検知素子の
一実施例を示す断面図（概念図）である。図２は本発明
に用いられるくし型Ａｕ電極の一例を示す平面図であ
る。本実施例ではまず、図１に示すように絶縁基板１と
して縦，横及び厚さが１３×１０×１ｍｍの石英基板を
用意し、該基板上にＡｕがＳｎ１００重量部に対し７０
０重量部以下となるようにＡｕ及びＳｎを真空蒸着（Ａ
ｕ３００Å，Ｓｎ５００Å）し、空気中で２分間熱処理
（５００℃）して膜厚が１０００Åのガス感応体２を得
た。次に、前記ガス感応体２上に、図２に示すような厚
さ４０ｎｍのくし型Ａｕ電極３を真空蒸着法により形成
した。また、前記絶縁基板１の裏面には素子の温度を所
定の温度に保つための発熱体４が設けられている。図３
は、上述のように作製された本発明のＮＯXガス検知素
子におけるガス感応体の表面を走査型電子顕微鏡で観察
して示したものである。これを見ると、ガス感応体に含
有されるＡｕ（淡色部分）は、粒径が１０μｍ以下であ
り微細に分割された粒子状であることがわかる。
説明する。図１は、本発明によるＮＯXガス検知素子の
一実施例を示す断面図（概念図）である。図２は本発明
に用いられるくし型Ａｕ電極の一例を示す平面図であ
る。本実施例ではまず、図１に示すように絶縁基板１と
して縦，横及び厚さが１３×１０×１ｍｍの石英基板を
用意し、該基板上にＡｕがＳｎ１００重量部に対し７０
０重量部以下となるようにＡｕ及びＳｎを真空蒸着（Ａ
ｕ３００Å，Ｓｎ５００Å）し、空気中で２分間熱処理
（５００℃）して膜厚が１０００Åのガス感応体２を得
た。次に、前記ガス感応体２上に、図２に示すような厚
さ４０ｎｍのくし型Ａｕ電極３を真空蒸着法により形成
した。また、前記絶縁基板１の裏面には素子の温度を所
定の温度に保つための発熱体４が設けられている。図３
は、上述のように作製された本発明のＮＯXガス検知素
子におけるガス感応体の表面を走査型電子顕微鏡で観察
して示したものである。これを見ると、ガス感応体に含
有されるＡｕ（淡色部分）は、粒径が１０μｍ以下であ
り微細に分割された粒子状であることがわかる。
【００１２】ここで、本発明のＮＯXガス検知素子を密
閉槽内に固定し、該槽内に濃度３０ｐｐｍのＮＯガス及
びＮＯ2ガス、濃度１０００ｐｐｍのＣ3Ｈ8（プロパ
ン）ガス，ＣＯ（一酸化炭素）ガス，Ｈ2（水素）ガス
及びＣ2Ｈ5ＯＨ（エタノール）ガスの各種ガスを注射器
で注入しファンで撹拌した後、各種ガス雰囲気中におけ
る素子の電気抵抗値を測定した。そして、各種ガスに対
する感度を図４に示した。感度は［ガス中の抵抗値（Ｒ
gas）／空気中の抵抗値（Ｒair）］で示した。図４から
も明らかなように、本発明の素子は数１０℃から３００
℃付近までの広範囲において高いガス選択性を示してい
る。
閉槽内に固定し、該槽内に濃度３０ｐｐｍのＮＯガス及
びＮＯ2ガス、濃度１０００ｐｐｍのＣ3Ｈ8（プロパ
ン）ガス，ＣＯ（一酸化炭素）ガス，Ｈ2（水素）ガス
及びＣ2Ｈ5ＯＨ（エタノール）ガスの各種ガスを注射器
で注入しファンで撹拌した後、各種ガス雰囲気中におけ
る素子の電気抵抗値を測定した。そして、各種ガスに対
する感度を図４に示した。感度は［ガス中の抵抗値（Ｒ
gas）／空気中の抵抗値（Ｒair）］で示した。図４から
も明らかなように、本発明の素子は数１０℃から３００
℃付近までの広範囲において高いガス選択性を示してい
る。
【００１３】図５には本発明によるＮＯXガス検知素子
を１６０℃に保持した状態での濃度３０ｐｐｍのＮＯガ
ス及びＮＯ2ガスに対する感度の経時特性を示した。本
発明の素子は、長期間安定して高い感度を維持してい
る。
を１６０℃に保持した状態での濃度３０ｐｐｍのＮＯガ
ス及びＮＯ2ガスに対する感度の経時特性を示した。本
発明の素子は、長期間安定して高い感度を維持してい
る。
【００１４】また比較のために、前述の実施例において
Ａｕを混入していない素子を作製し、濃度３０ｐｐｍの
ＮＯガス及びＮＯ2ガスに対する感度を測定し、その結
果を図６に示した。図６から明らかなように、Ａｕを混
入しない場合には十分な感度が得られていない。更に、
ＡｕがＳｎ１００重量部に対し７００重量部を超えるよ
うにＡｕ及びＳｎを真空蒸着（Ａｕ１５００Å，Ｓｎ５
００Å）し、空気中で２分間熱処理（５００℃）して得
られた膜厚２２００Åのガス感応体を有する素子も同様
に作製してみたところ、含有されるＡｕは１０μｍを超
える大きさの粒子となっており、ＮＯXガスに対しては
ほとんど感度を示さなかった。
Ａｕを混入していない素子を作製し、濃度３０ｐｐｍの
ＮＯガス及びＮＯ2ガスに対する感度を測定し、その結
果を図６に示した。図６から明らかなように、Ａｕを混
入しない場合には十分な感度が得られていない。更に、
ＡｕがＳｎ１００重量部に対し７００重量部を超えるよ
うにＡｕ及びＳｎを真空蒸着（Ａｕ１５００Å，Ｓｎ５
００Å）し、空気中で２分間熱処理（５００℃）して得
られた膜厚２２００Åのガス感応体を有する素子も同様
に作製してみたところ、含有されるＡｕは１０μｍを超
える大きさの粒子となっており、ＮＯXガスに対しては
ほとんど感度を示さなかった。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、絶
縁基板上にＳｎＯ2を主成分としＳｎ１００重量部に対
し７００重量部以下のＡｕを含有するガス感応体を設け
ることにより、３００℃以下の比較的低温においてもＮ
ＯXガスに対して高いガス感度とガス選択性を長期間安
定して維持することのできるＮＯXガス検知素子を提供
することが可能となった。
縁基板上にＳｎＯ2を主成分としＳｎ１００重量部に対
し７００重量部以下のＡｕを含有するガス感応体を設け
ることにより、３００℃以下の比較的低温においてもＮ
ＯXガスに対して高いガス感度とガス選択性を長期間安
定して維持することのできるＮＯXガス検知素子を提供
することが可能となった。
【図１】本発明によるＮＯXガス検知素子の一実施例を
示す断面図（概念図）である。
示す断面図（概念図）である。
【図２】本発明に用いられるくし型Ａｕ電極の一例を示
す平面図である。
す平面図である。
【図３】本発明によるＮＯXガス検知素子におけるガス
感応体の表面の粒子構造を示す走査型電子顕微鏡写真
（２０００倍）である。
感応体の表面の粒子構造を示す走査型電子顕微鏡写真
（２０００倍）である。
【図４】本発明によるＮＯXガス検知素子の各種ガスに
対する感度特性を示すグラフである。
対する感度特性を示すグラフである。
【図５】本発明によるＮＯXガス検知素子のＮＯXガスに
対する感度の経時特性を示すグラフである。
対する感度の経時特性を示すグラフである。
【図６】Ａｕを混入していないガス感応体を有する素子
のＮＯXガスに対する感度特性を示すグラフである。
のＮＯXガスに対する感度特性を示すグラフである。
１ 絶縁基板 ２ ガス感応体 ３ くし型Ａｕ電極 ４ 発熱体
Claims (3)
- 【請求項１】 絶縁基板と、該基板上に設けられたＳｎ
Ｏ2（酸化スズ）を主成分としＳｎ（スズ）１００重量
部に対し７００重量部以下のＡｕ（金）を含有するガス
感応体と、該ガス感応体に設けられた一対の電極とから
構成された窒素酸化物ガス検知素子。 - 【請求項２】 前記ガス感応体の膜厚が１００Å以上で
あることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化物ガス
検知素子。 - 【請求項３】 前記ガス感応体に含有されるＡｕの少な
くとも一部分が粒径１０μｍ以下の微細に分割された粒
子状であることを特徴とする請求項１に記載の窒素酸化
物ガス検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7450991A JPH05223769A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 窒素酸化物ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7450991A JPH05223769A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 窒素酸化物ガス検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223769A true JPH05223769A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=13549368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7450991A Pending JPH05223769A (ja) | 1991-03-14 | 1991-03-14 | 窒素酸化物ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05223769A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7412871B2 (en) | 2005-02-24 | 2008-08-19 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Oxidizing gas sensor and production method thereof |
| JP2009257772A (ja) * | 2008-04-11 | 2009-11-05 | Sharp Corp | ガスセンサ装置 |
| CN105606660A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-05-25 | 东北师范大学 | 一种检测no2的气敏材料及其气敏元件的制作方法 |
-
1991
- 1991-03-14 JP JP7450991A patent/JPH05223769A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7412871B2 (en) | 2005-02-24 | 2008-08-19 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Oxidizing gas sensor and production method thereof |
| JP2009257772A (ja) * | 2008-04-11 | 2009-11-05 | Sharp Corp | ガスセンサ装置 |
| CN105606660A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-05-25 | 东北师范大学 | 一种检测no2的气敏材料及其气敏元件的制作方法 |
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