JPH06102231A - イオン伝導体デバイスの製造方法 - Google Patents
イオン伝導体デバイスの製造方法Info
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- JPH06102231A JPH06102231A JP4275544A JP27554492A JPH06102231A JP H06102231 A JPH06102231 A JP H06102231A JP 4275544 A JP4275544 A JP 4275544A JP 27554492 A JP27554492 A JP 27554492A JP H06102231 A JPH06102231 A JP H06102231A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】優れた電極接合特性を持つ薄膜型のイオン伝導
体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 【構成】シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２を形
成し、この上にイオン伝導体原料金属膜であるＺｒ−Ｙ
膜１３を形成し、更にＰｔ電極１４，１５を形成した後
に、この積層構造体に焼成を施して、Ｚｒ−Ｙ膜１３を
酸化物イオン伝導体であるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１５に
変換する。
体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 【構成】シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１２を形
成し、この上にイオン伝導体原料金属膜であるＺｒ−Ｙ
膜１３を形成し、更にＰｔ電極１４，１５を形成した後
に、この積層構造体に焼成を施して、Ｚｒ−Ｙ膜１３を
酸化物イオン伝導体であるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１５に
変換する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物イオン伝導体を
用いた薄膜型のイオン伝導体デバイスの製造方法に関す
る。
用いた薄膜型のイオン伝導体デバイスの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、イットリウム（Ｙ）で安定化
した酸化ジルコニウム、即ちジルコニア−イットリア
（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン伝導体（固体電解質）
として用いたセラミック酸素センサが知られている。バ
ルク型のセラミック酸素センサでは、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ
3 イオン伝導体バルクをプレス成形，焼成により得て、
これに触媒作用を有するＰｔ電極を、Ｐｔペーストの印
刷，焼成により形成している。これに対して、素子の小
型化，微細化，量産化等のために、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
イオン伝導体および電極を蒸着やスパッタ等の薄膜技術
により形成する薄膜型のセラミック酸素センサも提案さ
れている。
した酸化ジルコニウム、即ちジルコニア−イットリア
（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン伝導体（固体電解質）
として用いたセラミック酸素センサが知られている。バ
ルク型のセラミック酸素センサでは、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ
3 イオン伝導体バルクをプレス成形，焼成により得て、
これに触媒作用を有するＰｔ電極を、Ｐｔペーストの印
刷，焼成により形成している。これに対して、素子の小
型化，微細化，量産化等のために、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
イオン伝導体および電極を蒸着やスパッタ等の薄膜技術
により形成する薄膜型のセラミック酸素センサも提案さ
れている。
【０００３】バルク型の酸素センサでは、電極とイオン
伝導体の接合特性は、機械的強度，電気的特性共に比較
的良好である。これは、イオン伝導体バルクが焼結体セ
ラミックスであって、電極を形成すべき面に凹凸があ
り、電極ペーストの印刷，焼成により優れた電極密着性
が得られること、またペースト焼成過程で電極とイオン
伝導体との界面で化学的結合等の反応も生じること等の
ためと思われる。また印刷法の場合には、接合助剤を用
いることによっても、ある程度の接合強度を得ることが
できる。しかし、スパッタや蒸着を利用した薄膜型のセ
ラミック酸素センサでは、電極の接合特性がバルク型に
比べて劣っている。これは、スパッタ等の薄膜技術によ
り形成されるイオン伝導体膜の表面が平滑であり、この
上に薄膜技術により形成される電極は単に物理的に堆積
されているのみで、化学的反応等による強固な結合は生
じていないからである。このため、電極と酸化物イオン
伝導体膜の間の電気抵抗（接触抵抗）が大きく、十分な
センサ能力を得ることができない。また通常酸素センサ
は、イオン伝導体を活性化するために加熱して用いられ
るため、機械的にも、経時的に劣化して界面剥離が生じ
易く、信頼性に乏しい。
伝導体の接合特性は、機械的強度，電気的特性共に比較
的良好である。これは、イオン伝導体バルクが焼結体セ
ラミックスであって、電極を形成すべき面に凹凸があ
り、電極ペーストの印刷，焼成により優れた電極密着性
が得られること、またペースト焼成過程で電極とイオン
伝導体との界面で化学的結合等の反応も生じること等の
ためと思われる。また印刷法の場合には、接合助剤を用
いることによっても、ある程度の接合強度を得ることが
できる。しかし、スパッタや蒸着を利用した薄膜型のセ
ラミック酸素センサでは、電極の接合特性がバルク型に
比べて劣っている。これは、スパッタ等の薄膜技術によ
り形成されるイオン伝導体膜の表面が平滑であり、この
上に薄膜技術により形成される電極は単に物理的に堆積
されているのみで、化学的反応等による強固な結合は生
じていないからである。このため、電極と酸化物イオン
伝導体膜の間の電気抵抗（接触抵抗）が大きく、十分な
センサ能力を得ることができない。また通常酸素センサ
は、イオン伝導体を活性化するために加熱して用いられ
るため、機械的にも、経時的に劣化して界面剥離が生じ
易く、信頼性に乏しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
薄膜技術を用いたイオン伝導体デバイスでは、電極−イ
オン伝導体の接合特性が、電気的にも機械的にもバルク
型に劣るという問題があった。本発明は、この様な事情
を考慮してなされたもので、優れた電極接合特性を持つ
薄膜型のイオン伝導体デバイスの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
薄膜技術を用いたイオン伝導体デバイスでは、電極−イ
オン伝導体の接合特性が、電気的にも機械的にもバルク
型に劣るという問題があった。本発明は、この様な事情
を考慮してなされたもので、優れた電極接合特性を持つ
薄膜型のイオン伝導体デバイスの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のイオン伝導体デ
バイスの製造方法は、第１に、酸化物イオン伝導体膜と
電極の積層構造を、予め酸化物イオン伝導体の原料金属
膜と電極の積層構造として形成した後、酸化処理を行っ
て前記原料金属膜を酸化物イオン伝導体膜に変換するよ
うにしたことを特徴としている。本発明のイオン伝導体
デバイスの製造方法は、第２に、酸化物イオン伝導体膜
と電極の積層構造を、予め酸化物イオン伝導体膜と電極
の間に酸化物イオン伝導体の原料金属膜をバッファ層と
して介在させた積層構造として形成した後、酸化処理を
行って前記原料金属膜の少なくとも一部を酸化物イオン
伝導体に変換することを特徴としている。
バイスの製造方法は、第１に、酸化物イオン伝導体膜と
電極の積層構造を、予め酸化物イオン伝導体の原料金属
膜と電極の積層構造として形成した後、酸化処理を行っ
て前記原料金属膜を酸化物イオン伝導体膜に変換するよ
うにしたことを特徴としている。本発明のイオン伝導体
デバイスの製造方法は、第２に、酸化物イオン伝導体膜
と電極の積層構造を、予め酸化物イオン伝導体膜と電極
の間に酸化物イオン伝導体の原料金属膜をバッファ層と
して介在させた積層構造として形成した後、酸化処理を
行って前記原料金属膜の少なくとも一部を酸化物イオン
伝導体に変換することを特徴としている。
【０００６】
【作用】第１の発明では、酸化物イオン伝導体を直接酸
化物の状態で膜形成するのではなく、酸化物イオン伝導
体を構成する原料金属のみによる金属薄膜として形成し
て、これに電極金属を形成している。薄膜技術による場
合、金属−金属の接合の方が酸化物−金属の接合に比べ
て接合特性に優れている。そして一旦優れた接合特性が
得られれば、その後焼成等より一方を酸化物イオン伝導
体に変換した後にも、その優れた接合特性は維持され
る。従って本発明によれば、電気的にも機械的にも優れ
た電極接合特性を持った薄膜型のイオン伝導体デバイス
が得られる。第２の発明では、主要な酸化物イオン伝導
体膜は最初から酸化物の形で形成するが、これと電極の
間にはバッファ層として酸化物イオン伝導体の原料金属
膜を介在させる。そしてその後の焼成等の処理により、
バッファ層の原料金属膜部分を少なくとも一部酸化物に
変換する。これによっても、第１の発明と同様の理由
で、優れた電極接合特性を持つ薄膜型のイオン伝導体デ
バイスが得られる。
化物の状態で膜形成するのではなく、酸化物イオン伝導
体を構成する原料金属のみによる金属薄膜として形成し
て、これに電極金属を形成している。薄膜技術による場
合、金属−金属の接合の方が酸化物−金属の接合に比べ
て接合特性に優れている。そして一旦優れた接合特性が
得られれば、その後焼成等より一方を酸化物イオン伝導
体に変換した後にも、その優れた接合特性は維持され
る。従って本発明によれば、電気的にも機械的にも優れ
た電極接合特性を持った薄膜型のイオン伝導体デバイス
が得られる。第２の発明では、主要な酸化物イオン伝導
体膜は最初から酸化物の形で形成するが、これと電極の
間にはバッファ層として酸化物イオン伝導体の原料金属
膜を介在させる。そしてその後の焼成等の処理により、
バッファ層の原料金属膜部分を少なくとも一部酸化物に
変換する。これによっても、第１の発明と同様の理由
で、優れた電極接合特性を持つ薄膜型のイオン伝導体デ
バイスが得られる。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１(a) (b) は、本発明の第１の実施例によ
るプレーナ型薄膜酸素センサの製造工程である。図１
(a) に示すように、シリコン基板１１上にスパッタ法ま
たは熱酸化法により０．１μm 程度のシリコン酸化膜１
２を形成した後、この上にイオン伝導体の原料金属薄膜
であるＺｒ−8mol％Ｙ膜１３（以下、単にＺｒ−Ｙ膜と
呼ぶ）を０．５μm 程度形成する。Ｚｒ−Ｙ膜１３は例
えば、Ｚｒ−Ｙ合金ターゲットを用いたスパッタリング
により成膜する。ＺｒとＹとはスパッタ速度がほぼ同じ
であり、Ｚｒ−8mol％Ｙ合金ターゲットを用いたスバッ
タリングにより、ターゲットとほぼ同組成のＺｒ−8mol
％Ｙ膜を得ることができる。引続き、Ｚｒ−Ｙ膜１３上
にメタルマスクを用いて選択的にＰｔカソード電極１
４，Ｐｔアノード電極１５を成膜する。これもスパッタ
リングによる。
説明する。図１(a) (b) は、本発明の第１の実施例によ
るプレーナ型薄膜酸素センサの製造工程である。図１
(a) に示すように、シリコン基板１１上にスパッタ法ま
たは熱酸化法により０．１μm 程度のシリコン酸化膜１
２を形成した後、この上にイオン伝導体の原料金属薄膜
であるＺｒ−8mol％Ｙ膜１３（以下、単にＺｒ−Ｙ膜と
呼ぶ）を０．５μm 程度形成する。Ｚｒ−Ｙ膜１３は例
えば、Ｚｒ−Ｙ合金ターゲットを用いたスパッタリング
により成膜する。ＺｒとＹとはスパッタ速度がほぼ同じ
であり、Ｚｒ−8mol％Ｙ合金ターゲットを用いたスバッ
タリングにより、ターゲットとほぼ同組成のＺｒ−8mol
％Ｙ膜を得ることができる。引続き、Ｚｒ−Ｙ膜１３上
にメタルマスクを用いて選択的にＰｔカソード電極１
４，Ｐｔアノード電極１５を成膜する。これもスパッタ
リングによる。
【０００８】その後、酸素を含む雰囲気中で、例えば７
００℃，３時間の条件で焼成することにより、図１(b)
に示すように、Ｚｒ−Ｙ膜１３を酸化物イオン伝導体で
あるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１６に変換する。これによ
り、薄膜型のプレーナ型セラミック酸素センサが得られ
る。なお図では、カソード電極１４，アノード電極１５
を一対のみ示しているが、好ましくはこれらを互いに噛
み合う櫛形パターンとして形成する。
００℃，３時間の条件で焼成することにより、図１(b)
に示すように、Ｚｒ−Ｙ膜１３を酸化物イオン伝導体で
あるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜１６に変換する。これによ
り、薄膜型のプレーナ型セラミック酸素センサが得られ
る。なお図では、カソード電極１４，アノード電極１５
を一対のみ示しているが、好ましくはこれらを互いに噛
み合う櫛形パターンとして形成する。
【０００９】図２は、この実施例による酸素センサの電
圧電流特性を比較例と共に示したものである。比較例
は、Ｚｒ−Ｙ合金ターゲットを用い酸素ガスをキャリア
ガスとした反応性スパッタにより、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
イオン伝導体膜を形成して、これにＰｔ電極を形成した
ものである。測定温度はいずれも４００℃である。この
実施例によると、電流の立上がり特性が比較例に比べて
非常に急峻であり、電極の電気的接合特性が優れたもの
となっている。またこの実施例の薄膜酸素センサは電極
界面の機械的強度も十分で、信頼性が高いことも確認さ
れている。
圧電流特性を比較例と共に示したものである。比較例
は、Ｚｒ−Ｙ合金ターゲットを用い酸素ガスをキャリア
ガスとした反応性スパッタにより、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
イオン伝導体膜を形成して、これにＰｔ電極を形成した
ものである。測定温度はいずれも４００℃である。この
実施例によると、電流の立上がり特性が比較例に比べて
非常に急峻であり、電極の電気的接合特性が優れたもの
となっている。またこの実施例の薄膜酸素センサは電極
界面の機械的強度も十分で、信頼性が高いことも確認さ
れている。
【００１０】図３(a) (b) は、本発明の第２の実施例に
よるサンドイッチ型薄膜酸素センサの製造工程である。
この実施例では、酸化物イオン伝導体膜を挟んで上下方
向に電極を対向させて限界電流式酸素センサを構成して
いる。図３(a) に示すように、酸素分子の流入を律速す
るための気体透過性絶縁基板として、ＺｒＯ2 −ＢＮ基
板（ＢＮ１０％）２１を用いている。この上にまず、Ｐ
ｔカソード電極２２，酸化物イオン伝導体原料金属薄膜
であるＺｒ−Ｙ膜２３，Ｐｔアノード電極２４を順次ス
パッタにより形成する。その後この積層構造体を、酸素
を含む雰囲気中で例えば８００℃，６時間の条件で焼成
して、図３(b) に示すように、Ｚｒ−Ｙ膜２３を酸化物
イオン伝導体であるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜２５に変換す
る。これにより、薄膜型の限界電流式酸素センサが得ら
れる。
よるサンドイッチ型薄膜酸素センサの製造工程である。
この実施例では、酸化物イオン伝導体膜を挟んで上下方
向に電極を対向させて限界電流式酸素センサを構成して
いる。図３(a) に示すように、酸素分子の流入を律速す
るための気体透過性絶縁基板として、ＺｒＯ2 −ＢＮ基
板（ＢＮ１０％）２１を用いている。この上にまず、Ｐ
ｔカソード電極２２，酸化物イオン伝導体原料金属薄膜
であるＺｒ−Ｙ膜２３，Ｐｔアノード電極２４を順次ス
パッタにより形成する。その後この積層構造体を、酸素
を含む雰囲気中で例えば８００℃，６時間の条件で焼成
して、図３(b) に示すように、Ｚｒ−Ｙ膜２３を酸化物
イオン伝導体であるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜２５に変換す
る。これにより、薄膜型の限界電流式酸素センサが得ら
れる。
【００１１】図４は、この実施例による薄膜酸素センサ
の限界電流特性を比較例と共に示したものである。比較
例は、先の比較例と同様にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝
導体膜を直接スパッタにより形成した他は、実施例と同
様の条件で製造した酸素センサである。測定温度は４５
０℃である。この実施例によっても、電流の立上がり特
性が比較例に比べて非常に急峻であり、電極の電気的接
合特性が優れたものとなっていることが分かる。また電
極界面の機械的強度および信頼性が高いことも確認され
ている。
の限界電流特性を比較例と共に示したものである。比較
例は、先の比較例と同様にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝
導体膜を直接スパッタにより形成した他は、実施例と同
様の条件で製造した酸素センサである。測定温度は４５
０℃である。この実施例によっても、電流の立上がり特
性が比較例に比べて非常に急峻であり、電極の電気的接
合特性が優れたものとなっていることが分かる。また電
極界面の機械的強度および信頼性が高いことも確認され
ている。
【００１２】以上の実施例では、酸化物イオン伝導体と
なる部分の全てを、成膜の時点では酸化物ではなくその
構成金属材料のみによる金属膜として形成した。次にデ
バイスの主要部となるイオン伝導体膜は酸化物の形で成
膜し、電極との界面部にバッファ層として酸化物イオン
伝導体を構成する原料金属による金属薄膜を介在させ、
この様な積層構造体をその後酸化処理して、バッファ層
の少なくとも一部を酸化物に変換するようにした実施例
を、以下に説明する。
なる部分の全てを、成膜の時点では酸化物ではなくその
構成金属材料のみによる金属膜として形成した。次にデ
バイスの主要部となるイオン伝導体膜は酸化物の形で成
膜し、電極との界面部にバッファ層として酸化物イオン
伝導体を構成する原料金属による金属薄膜を介在させ、
この様な積層構造体をその後酸化処理して、バッファ層
の少なくとも一部を酸化物に変換するようにした実施例
を、以下に説明する。
【００１３】図５(a) (b) は、その様な第３の実施例に
よるサンドイッチ型薄膜酸素センサの製造工程である。
図３の実施例と同様に、気体透過性絶縁基板としてＺｒ
Ｏ2−ＢＮ基板３１を用いて、この上に、Ｐｔカソード
電極３２，バッファ層として酸化物イオン伝導体原料金
属薄膜であるＺｒ−Ｙ膜３３，酸化物イオン伝導体膜と
してＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３４、バッファ層として酸化
物イオン伝導体原料金属薄膜であるＺｒ−Ｙ膜３５，Ｐ
ｔアノード電極３６を順次スパッタリングにより形成す
る。各層の成膜条件，組成等は先の実施例と同様であ
る。
よるサンドイッチ型薄膜酸素センサの製造工程である。
図３の実施例と同様に、気体透過性絶縁基板としてＺｒ
Ｏ2−ＢＮ基板３１を用いて、この上に、Ｐｔカソード
電極３２，バッファ層として酸化物イオン伝導体原料金
属薄膜であるＺｒ−Ｙ膜３３，酸化物イオン伝導体膜と
してＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３４、バッファ層として酸化
物イオン伝導体原料金属薄膜であるＺｒ−Ｙ膜３５，Ｐ
ｔアノード電極３６を順次スパッタリングにより形成す
る。各層の成膜条件，組成等は先の実施例と同様であ
る。
【００１４】その後、酸素を含む雰囲気中で、例えば８
００℃，６時間の条件で焼成することにより、図５(b)
に示すように、バッファ層としてのＺｒ−Ｙ膜３３，３
５を酸化物イオン伝導体であるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３
７，３８に変換する。Ｚｒ−Ｙ膜３３，３５が完全にＺ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜に変換されてもよいが、好ましくは
Ｐｔ電極３２，３６との界面に一部Ｚｒ−Ｙのまま残っ
た方がよい。これにより、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３７，
３８は最初から酸化膜として形成されたＺｒＯ2 −Ｙ2
Ｏ3 膜３４と共にイオン伝導体となって、薄膜型の限界
電流式酸素センサが得られる。
００℃，６時間の条件で焼成することにより、図５(b)
に示すように、バッファ層としてのＺｒ−Ｙ膜３３，３
５を酸化物イオン伝導体であるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３
７，３８に変換する。Ｚｒ−Ｙ膜３３，３５が完全にＺ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜に変換されてもよいが、好ましくは
Ｐｔ電極３２，３６との界面に一部Ｚｒ−Ｙのまま残っ
た方がよい。これにより、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３７，
３８は最初から酸化膜として形成されたＺｒＯ2 −Ｙ2
Ｏ3 膜３４と共にイオン伝導体となって、薄膜型の限界
電流式酸素センサが得られる。
【００１５】図６は、この実施例による薄膜酸素センサ
の限界電流特性を比較例と共に示したものである。比較
例は、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体膜と電極の間に
バッファ層を設けない他、実施例と同様の条件で形成し
た薄膜酸素センサである。なお特性測定温度は４５０℃
である。この実施例によれば、電流の立上がり特性が比
較例に比べて非常に急峻であり、電極の電気的接合特性
が優れたものとなっていることが分かる。またクリアな
限界電流特性も得られている。電極界面の機械的強度お
よび信頼性が高いことも確認されている。ちなみに比較
例では、７００℃程度の高温に加熱することにより始め
て実施例と同様の限界電流特性が得られる。
の限界電流特性を比較例と共に示したものである。比較
例は、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体膜と電極の間に
バッファ層を設けない他、実施例と同様の条件で形成し
た薄膜酸素センサである。なお特性測定温度は４５０℃
である。この実施例によれば、電流の立上がり特性が比
較例に比べて非常に急峻であり、電極の電気的接合特性
が優れたものとなっていることが分かる。またクリアな
限界電流特性も得られている。電極界面の機械的強度お
よび信頼性が高いことも確認されている。ちなみに比較
例では、７００℃程度の高温に加熱することにより始め
て実施例と同様の限界電流特性が得られる。
【００１６】図７(a) (b) は、第４の実施例によるプレ
ーナ型薄膜酸素センサの製造工程である。図７(a) に示
すように、シリコン基板４１上にスパッタ法または熱酸
化によりシリコン酸化膜４２を形成した後、この上にイ
オン伝導体であるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４３をＺｒ−Ｙ
合金ターゲットを用いた反応性スパッタ法により形成す
る。続いてこの上にメタルマスクを用いて選択的に、バ
ッファ層となるＺｒ−Ｙ膜４４，４５と、Ｐｔカソード
電極４６，アノード電極４７を積層形成する。これらも
スパッタリングによる。
ーナ型薄膜酸素センサの製造工程である。図７(a) に示
すように、シリコン基板４１上にスパッタ法または熱酸
化によりシリコン酸化膜４２を形成した後、この上にイ
オン伝導体であるＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４３をＺｒ−Ｙ
合金ターゲットを用いた反応性スパッタ法により形成す
る。続いてこの上にメタルマスクを用いて選択的に、バ
ッファ層となるＺｒ−Ｙ膜４４，４５と、Ｐｔカソード
電極４６，アノード電極４７を積層形成する。これらも
スパッタリングによる。
【００１７】その後先の実施例と同様の条件で焼成する
ことにより、図７(b) に示すように、バッファ層として
のＺｒ−Ｙ膜４４，４５をＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４８，
４９に変換する。これも先の実施例と同様に、バッファ
層全てをＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3膜に変換してもよいが、好
ましくは電極界面に一部Ｚｒ−Ｙのまま残す。この実施
例の酸素センサでも、第１の実施例のそれと同様の優れ
た電圧電流特性を示した。
ことにより、図７(b) に示すように、バッファ層として
のＺｒ−Ｙ膜４４，４５をＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜４８，
４９に変換する。これも先の実施例と同様に、バッファ
層全てをＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3膜に変換してもよいが、好
ましくは電極界面に一部Ｚｒ−Ｙのまま残す。この実施
例の酸素センサでも、第１の実施例のそれと同様の優れ
た電圧電流特性を示した。
【００１８】本発明は上記実施例に限られない。実施例
では酸化物イオン伝導体としてＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 を用
いた薄膜酸素センサを説明したが、本発明は同様のセラ
ミックイオン伝導体薄膜と電極構造を有する各種セン
サ、更には燃料電池等のデバイスにも適用することが可
能である。また実施例では、積層構造を形成した後の酸
化処理として焼成を用いたが、例えば酸素ガスをキャリ
アガスとする反応性スパッタ等を利用して酸化すること
も可能である。イオン伝導体としての酸化物セラミック
材料や、限界電流特性を得るための気体透過性基板、電
極に他の材料を用いた場合にも、同様に本発明は有効で
ある。
では酸化物イオン伝導体としてＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 を用
いた薄膜酸素センサを説明したが、本発明は同様のセラ
ミックイオン伝導体薄膜と電極構造を有する各種セン
サ、更には燃料電池等のデバイスにも適用することが可
能である。また実施例では、積層構造を形成した後の酸
化処理として焼成を用いたが、例えば酸素ガスをキャリ
アガスとする反応性スパッタ等を利用して酸化すること
も可能である。イオン伝導体としての酸化物セラミック
材料や、限界電流特性を得るための気体透過性基板、電
極に他の材料を用いた場合にも、同様に本発明は有効で
ある。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、酸
化物イオン伝導体と電極の少なくとも界面部に予めイオ
ン伝導体の原料金属薄膜を形成しておき、電極形成後に
焼成等によりその原料金属薄膜を酸化物イオン伝導体に
変換するという工程を採用することによって、電極の接
合特性が優れた薄膜型のイオン伝導体デバイスを得るこ
とができる。
化物イオン伝導体と電極の少なくとも界面部に予めイオ
ン伝導体の原料金属薄膜を形成しておき、電極形成後に
焼成等によりその原料金属薄膜を酸化物イオン伝導体に
変換するという工程を採用することによって、電極の接
合特性が優れた薄膜型のイオン伝導体デバイスを得るこ
とができる。
【図１】 本発明の第１の実施例による酸素センサの製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
【図２】 同実施例の酸素センサの電圧電流特性を示す
図である。
図である。
【図３】 本発明の第２の実施例による酸素センサの製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
【図４】 同実施例の酸素センサの限界電流特性を示す
図である。
図である。
【図５】 本発明の第３の実施例による酸素センサの製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
【図６】 同実施例の酸素センサの限界電流特性を示す
図である。
図である。
【図７】 本発明の第４の実施例による酸素センサの製
造工程を示す図である。
造工程を示す図である。
１１，４１…シリコン基板、１２，４２…シリコン酸化
膜、１３，４５…Ｚｒ−Ｙ膜、１４，１５，４６，４７
…Ｐｔ電極、１６，４３，４８，４９…ＺｒＯ2 −Ｙ2
Ｏ3 膜、２１，３１…ＺｒＯ2 −ＢＮ基板、２２，２
４，３２，３６…Ｐｔ電極、２３，３２，３５…Ｚｒ−
Ｙ膜、２５，３４，３７，３８…ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
膜。
膜、１３，４５…Ｚｒ−Ｙ膜、１４，１５，４６，４７
…Ｐｔ電極、１６，４３，４８，４９…ＺｒＯ2 −Ｙ2
Ｏ3 膜、２１，３１…ＺｒＯ2 −ＢＮ基板、２２，２
４，３２，３６…Ｐｔ電極、２３，３２，３５…Ｚｒ−
Ｙ膜、２５，３４，３７，３８…ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 28/00 Ｂ Ｈ０１Ｂ 1/06 Ａ 7244−5Ｇ (72)発明者 石橋 功成 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に酸化物イオン伝導体膜と電極の
積層構造が形成されたイオン伝導体デバイスの製造方法
において、前記積層構造を、予め酸化物イオン伝導体の
原料金属膜と電極の積層構造として形成した後、酸化処
理を行って前記原料金属膜を酸化物イオン伝導体膜に変
換するようにしたことを特徴とするイオン伝導体デバイ
スの製造方法。 - 【請求項２】 基板上に酸化物イオン伝導体膜と電極の
積層構造が形成されたイオン伝導体デバイスの製造方法
において、前記積層構造を、予め酸化物イオン伝導体膜
と電極の間に酸化物イオン伝導体の原料金属膜をバッフ
ァ層として介在させた積層構造として形成した後、酸化
処理を行って前記原料金属膜の少なくとも一部を酸化物
イオン伝導体に変換することを特徴とするイオン伝導体
デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4275544A JP2504675B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | イオン伝導体デバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4275544A JP2504675B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | イオン伝導体デバイスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06102231A true JPH06102231A (ja) | 1994-04-15 |
| JP2504675B2 JP2504675B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17556934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4275544A Expired - Fee Related JP2504675B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | イオン伝導体デバイスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2504675B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11489188B2 (en) * | 2017-09-26 | 2022-11-01 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Method for manufacturing an electrolyte for solid oxide cells by magnetron cathode sputtering |
| US20230358704A1 (en) * | 2020-09-21 | 2023-11-09 | Sensirion Ag | Method for manufacturing an electrochemical gas sensor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0599895A (ja) * | 1991-10-04 | 1993-04-23 | Fujikura Ltd | 薄膜型ガスセンサの製造方法 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP4275544A patent/JP2504675B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0599895A (ja) * | 1991-10-04 | 1993-04-23 | Fujikura Ltd | 薄膜型ガスセンサの製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11489188B2 (en) * | 2017-09-26 | 2022-11-01 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Method for manufacturing an electrolyte for solid oxide cells by magnetron cathode sputtering |
| US20230358704A1 (en) * | 2020-09-21 | 2023-11-09 | Sensirion Ag | Method for manufacturing an electrochemical gas sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2504675B2 (ja) | 1996-06-05 |
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