JPH0526834A - 熱線型半導体式ガスセンサ - Google Patents

熱線型半導体式ガスセンサ

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JPH0526834A
JPH0526834A JP20561291A JP20561291A JPH0526834A JP H0526834 A JPH0526834 A JP H0526834A JP 20561291 A JP20561291 A JP 20561291A JP 20561291 A JP20561291 A JP 20561291A JP H0526834 A JPH0526834 A JP H0526834A
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JP
Japan
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gas sensor
semiconductor
semiconductor device
wire
metal oxide
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JP20561291A
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Inventor
Hiroo Imamura
博男 今村
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TAISEE KK
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TAISEE KK
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】小型化でき、消費電力が少なく、しかもガス濃
度測定の感度が優れた熱線型半導体式ガスセンサを提供
する。 【構成】熱線型半導体式ガスセンサ1は、2端子半導体
デバイス10と、該デバイスの表面に付着させた金属酸
化物半導体12とから成る。この2端子半導体デバイス
10のスイッチング作用を応用して、これ自体を周期的
に加熱ヒータとして機能させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱線型半導体式ガスセ
ンサに関する。
【0002】
【従来の技術】金属酸化物半導体ガスセンサは、ガス吸
着による金属酸化物半導体の導電率の変化を測定するこ
とによってガス濃度を検出する。ガスの吸脱着速度を増
すためには、金属酸化物半導体を一定の高温に保持する
必要がある。金属酸化物半導体ガスセンサには、熱線型
半導体式ガスセンサ、焼結体素子半導体ガスセンサ等が
従来から知られている。これらのガスセンサは、加熱方
法、及び金属酸化物半導体(センサ素子)の抵抗値の測
定方法が相違している。
【0003】熱線型半導体式ガスセンサは、例えばセン
サ素子20であるSnO2 セラミックの中心に、低抵抗
の加熱ヒータである貴金属線コイル22を埋設した構造
を有する。センサ素子20は貴金属線コイル22によっ
て加熱され、ガス吸着によるセンサ素子20の抵抗値の
変化を検出することによりガス濃度を測定する。このよ
うな熱線型半導体式ガスセンサの電気回路を図5に示
す。センサ素子20と貴金属線コイル22は並列に接続
されている。
【0004】焼結体素子半導体ガスセンサは、図6の
(A)に一例を示すように、平行に設けた2本の貴金属
線電極24,24’にセンサ素子20である金属酸化物
半導体ペーストを塗布し焼結したものである。貴金属線
電極の一方24は加熱ヒータとしての機能も果たす。図
6の(B)にその電気回路を示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】熱線型半導体式ガスセ
ンサは、小型化でき、加熱ヒータの消費電力が約150
mWと少ない長所を有しているが、低抵抗の加熱ヒータ
とガス濃度を測定するセンサ素子とが並列に接続されて
いるために、焼結体素子半導体ガスセンサと比較したと
き、ほぼ加熱ヒータの抵抗分ガス濃度測定感度が低下す
るという欠点を有する。
【0006】焼結体素子半導体ガスセンサは、ガスがセ
ンサ素子の表面に吸着することによるセンサ素子の電気
抵抗値の変化をそのまま測定することができるので高感
度であるが、小型化することが困難であり、しかも加熱
ヒータに常時電流を流す必要があるため消費電力が約1
000mW〜3000mWと大きくバッテリー駆動をす
ることが困難であるという問題を有する。
【0007】従って、本発明の目的は、小型化でき、消
費電力が少なく、しかもガス濃度測定の感度が優れた熱
線型半導体式ガスセンサを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
より、図1に一部破断斜視図にて示すような、2端子半
導体デバイス10と、該デバイスの表面に付着させた金
属酸化物半導体12とから成ることを特徴とする熱線型
半導体式ガスセンサ1によって達成される。
【0009】2端子半導体デバイス10としては、PN
接合ダイオード、PINダイオード、ツェナダイオー
ド、発光ダイオード、バリスタ、又はサージ吸収素子を
例示することができる。しかしながら、これらに限定さ
れるものではなく、整流作用を有する2端子半導体デバ
イスであれば如何なるものをも使用することができる。
尚、サージ吸収素子とはサージを吸収する素子を意味
し、例えば、特開昭55−128283号公報、特開昭
56−168379号公報、実開昭55−146692
号公報、実開昭55−161382号公報、実開昭55
−161383号公報に記載されている。
【0010】用いるべき金属酸化物半導体12は、検出
すべきガスの種類に応じて適宜選択すればよい。金属酸
化物半導体12として、例えば、SnO2、ZnO、α
−Fe23、γ−Fe23、In23、又はWO3 を用
いることができる。金属酸化物半導体には、増感剤とし
て、Pd、Pt、Au、Ag等を含有させてもよい。
【0011】2端子半導体デバイス10の表面への金属
酸化物半導体12の付着は、2端子半導体デバイス表面
上にて金属酸化物半導体を所定形状に成形した後金属酸
化物半導体を焼結、焼成することにより、あるいは2端
子半導体デバイス表面に金属酸化物半導体をスパッタ、
蒸着することにより、更には、2端子半導体デバイス表
面に金属酸化物半導体を印刷、塗布することにより行う
ことができる。
【0012】
【作用】本発明の熱線型半導体式ガスセンサ1において
は、図2に示すように、2端子半導体デバイス10と金
属酸化物半導体12は並列に接続されている。通常、本
発明の熱線型半導体式ガスセンサ1は300゜C以上の
高温にて使用される。従来技術においては、ガスセンサ
を加熱するために加熱ヒータを使用する。しかるに、本
発明においては、2端子半導体デバイスのスイッチング
作用を応用して、2端子半導体デバイスを加熱ヒータと
して機能させる。例えば、2端子半導体デバイスとして
接合型ダイオードを使用した場合を例に取り、本発明の
熱線型半導体式ガスセンサ1の動作を以下説明する。
【0013】一般に接合型ダイオードは、図3に示すよ
うなダイオード特性を有している。2端子半導体デバイ
スに順方向に順方向電圧VF を印加する。順方向印加電
圧VF が順方向電流が流れ始める電圧VTH以上のとき、
2端子半導体デバイスは導通状態となり電流IF が流
れ、2端子半導体デバイスは発熱する(以下、この状態
を加熱モードという)。尚、2端子半導体デバイスにV
TH’以下の逆方向電圧を印加した場合にも加熱モードと
なる。この2端子半導体デバイスの発熱によって、金属
酸化物半導体を一定温度に加熱することができる。一
方、2端子半導体デバイスにVTH’以上VTH以下の電圧
を印加した場合、2端子半導体デバイスには電流が流れ
ず、不導通状態となる。即ち、金属酸化物半導体(セン
サ素子)と並列に接続された加熱ヒータとして作用した
2端子半導体デバイスは、金属酸化物半導体と電気的に
切り離された状態となる。この状態でガスセンサの電気
抵抗値を測定すると、実質的には金属酸化物半導体の電
気抵抗値を測定する(以下、この状態を測定モードとい
う)ことになり、ガス濃度を高精度で測定することがで
きる。従って、従来の熱線型半導体式ガスセンサよりも
ガス濃度測定を高精度で行うことができる。
【0014】以上まとめると、2端子半導体デバイスを
用いて加熱モードと測定モードを切り替えるためには、
加熱モードにおいてはダイオードに一定電圧以上の順方
向電圧を印加するかあるいは一定電圧以下の逆方向電圧
を印加して2端子半導体デバイスを導通状態とし、測定
モードにおいては一定電圧以下の順方向電圧を印加する
かあるいは一定電圧以上の逆方向電圧を印加して2端子
半導体デバイスを不導通状態とすればよい。
【0015】加熱モードと測定モードとを交互に切り替
えることが好ましい。加熱モードから次の加熱モードま
での時間は10μ秒乃至100m秒であることが好まし
い。加熱モードの時間と測定モードの時間の割合は、
6:94乃至94:4であることが好ましい。
【0016】加熱モードと測定モードとを短い時間にて
切り替えることによって、ガスセンサの消費電力を焼結
体素子半導体ガスセンサと比較して少なくすることがで
きる。例えば、熱線型半導体式ガスセンサに順方向電圧
1.2Vを印加すると、順方向に約1.5Aの順方向電
流IF が流れる。このとき、ガスセンサの消費電力は約
1800mWである。加熱モードと測定モードの時間を
例えば1:1とすれば平均消費電力は約900mWとな
り、消費電力を低減させることができる。更に、ガスセ
ンサの大きさは2端子半導体デバイスの大きさと概ね同
じあるいは若干大きい程度でありであり、焼結体素子半
導体ガスセンサよりも小型化することができる。
【0017】
【実施例】図1に一部破断斜視図にて示した熱線型半導
体式ガスセンサ1を作製した。2端子半導体デバイス1
0としてはツェナーダイオードを使用した。金属酸化物
半導体12として、Ptを1重量%添加したSnO2
使用した。熱線型半導体式ガスセンサ1は、2端子半導
体デバイス10の両端にリードワイヤ14を接合し、次
に2端子半導体デバイス10の表面を覆い更にリードワ
イヤ14の一部分をも覆うように金属酸化物半導体12
を所定形状に成形したのち、金属酸化物半導体12を焼
成することによって作製した。
【0018】約300°Cに加熱された定常状態のと
き、金属酸化物半導体12の端子間抵抗値RS は、ガス
吸着がない場合には約5.5kΩである。そして、10
0ppmのエタノールガスを熱線型半導体式ガスセンサ
1に吸着させたとき、金属酸化物半導体12の端子間抵
抗値は約1.8kΩに減少した。抵抗値の減少はガス濃
度に比例するのでガス濃度の測定が可能となる。導通状
態、即ち加熱モードにおける2端子半導体デバイス10
の端子間抵抗値は数十Ωであり、非導通状態、即ち測定
モードにおける端子間抵抗値RDRは数百kΩ以上にな
る。2端子半導体デバイス10と金属酸化物半導体12
は、図2に示すように並列に接続されている。従って、
2端子半導体デバイス10が非導通状態(測定モード)
の場合には、 RDR 》 RS であり、熱線型半導体式ガスセンサ1の抵抗値Rは、金
属酸化物半導体12の抵抗値にほぼ等しくなる。即ち、
測定モードにおいては、2端子半導体デバイス10は、
金属酸化物半導体12から電気的に切り離された状態に
あると見なすことができる。なお、加熱モードの時間を
20μ秒、測定モードの時間を65μ秒とした。また、
加熱モードにおいてガスセンサ1に印加する電圧を7.
5Vとした。このとき、ガスセンサ1を流れる電流は
0.15Aであった。また、測定モードにおいてガスセ
ンサ1に印加する電圧を3Vとした。このとき、ガスセ
ンサ1を流れる電流は150μAであった。本発明の熱
線型半導体式ガスセンサは小型であり、しかも加熱モー
ドと測定モードを極めて短時間で切り替えるために、測
定モードのときでも、ガスセンサの温度低下が生じるこ
とがない。従って、高い精度でガス濃度の測定を行うこ
とができる。
【0019】図4に、本発明の熱線型半導体式ガスセン
サ1の駆動回路を示した。2端子半導体デバイス10と
してツェナーダイオードを使用している。尚、熱線型半
導体式ガスセンサのセンサ素子としての金属酸化物半導
体12の抵抗値測定には直流電源だけでなく交流電源を
使用することもできる。
【0020】図1においては、熱線型半導体式ガスセン
サ1にリードワイヤ14を設けたが、熱線型半導体式ガ
スセンサ1をリードレスにすることも可能である。
【0021】
【発明の効果】本発明の熱線型半導体式ガスセンサは、
2端子半導体デバイスを使用することにより小型化を図
れる。しかも、2端子半導体デバイスは加熱モードにお
いては加熱ヒータとして機能し、測定モードにおいては
センサ素子である金属酸化物半導体と電気的に切り離さ
れるので、ガスセンサの消費電力を少なくすることがで
き、電源としてバッテリーの使用が可能であり、携帯可
能なガス濃度測定装置を作製することができる。また、
従来の熱線型半導体式ガスセンサと比較してガス濃度の
測定を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱線型半導体式ガスセンサの一部を破
断した斜視図である。
【図2】図1に示す本発明のガスセンサの電気回路図で
ある。
【図3】2端子半導体デバイスのダイオード特性の一例
を示す図である。
【図4】本発明のガスセンサの駆動回路を例示する回路
図である。
【図5】従来の熱線型半導体式ガスセンサの電気回路図
である。
【図6】(A)は従来の焼結体素子半導体ガスセンサを
示す斜視図であり、(B)はその電気回路図である。
【符号の説明】
1 熱線型半導体式ガスセンサ 10 2端子半導体デバイス 12 金属酸化物半導体 14 リードワイヤ 20 センサ素子 22 貴金属線コイル 24,24’ 貴金属線電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2端子半導体デバイスと、該デバイスの表
    面に付着させた金属酸化物半導体とから成ることを特徴
    とする熱線型半導体式ガスセンサ。
  2. 【請求項2】2端子半導体デバイスは、PN接合ダイオ
    ード、PINダイオード、ツェナダイオード、発光ダイ
    オード、バリスタ、又はサージ吸収素子から成ることを
    特徴とする請求項1に記載の熱線型半導体式ガスセン
    サ。
JP20561291A 1991-07-23 1991-07-23 熱線型半導体式ガスセンサ Pending JPH0526834A (ja)

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JP20561291A JPH0526834A (ja) 1991-07-23 1991-07-23 熱線型半導体式ガスセンサ

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JP20561291A JPH0526834A (ja) 1991-07-23 1991-07-23 熱線型半導体式ガスセンサ

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ID=16509761

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JP20561291A Pending JPH0526834A (ja) 1991-07-23 1991-07-23 熱線型半導体式ガスセンサ

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JP (1) JPH0526834A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010223893A (ja) * 2009-03-25 2010-10-07 Fuji Electric Systems Co Ltd 薄膜ガスセンサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010223893A (ja) * 2009-03-25 2010-10-07 Fuji Electric Systems Co Ltd 薄膜ガスセンサ

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