JPH063308A - Gas sensor - Google Patents
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- JPH063308A JPH063308A JP18878892A JP18878892A JPH063308A JP H063308 A JPH063308 A JP H063308A JP 18878892 A JP18878892 A JP 18878892A JP 18878892 A JP18878892 A JP 18878892A JP H063308 A JPH063308 A JP H063308A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属酸化物半導体層上に貴金属触媒層を設け
た、ガス選択性を有するガスセンサにおいて、その選択
性と感度を一層向上させたガスセンサの提供。
【構成】 空中に張りだして設けられた電気絶縁性材料
からなる張り出し部、前記張り出し部上に設けられた複
数のガス検出用の金属酸化物半導体層、それに接触する
電極リード、前記金属酸化物半導体層上に設けられた貴
金属触媒層および前記電極リードにほぼ並置して設けら
れたヒーターリードを有するガスセンサにおいて、
(i)前記金属酸化物半導体層上に設けられた前記貴金
属触媒層の膜厚がそれぞれ異なること、または(ii)前
記金属酸化物半導体層上に設けられた前記貴金属触媒層
を接触させずに設け、かつ前記貴金属触媒層加熱用ヒー
ターを設けたことを特徴とするガス選択性ガスセンサ。(57) [Abstract] [PROBLEMS] To provide a gas sensor having a gas selectivity, in which a noble metal catalyst layer is provided on a metal oxide semiconductor layer, the selectivity and sensitivity of which are further improved. [Structure] An overhanging portion made of an electrically insulating material and extending in the air, a plurality of gas-detecting metal oxide semiconductor layers provided on the overhanging portion, electrode leads in contact with the metal oxide semiconductor layer, and the metal oxide. In a gas sensor having a noble metal catalyst layer provided on a semiconductor layer and a heater lead provided substantially side by side with the electrode lead,
(I) The noble metal catalyst layers provided on the metal oxide semiconductor layers have different thicknesses, or (ii) without contacting the noble metal catalyst layers provided on the metal oxide semiconductor layers. A gas-selective gas sensor, which is provided with the heater for heating the noble metal catalyst layer.
Description
【0001】[0001]
【発明の技術分野】本発明はガスセンサの構造に関する
ものであり、更に詳しくは金属酸化物半導体層上に貴金
属触媒層を設けることにより水素(H2)、エタノール
(C2H5OH)とメタン(CH4)、イソブタン(is
o−C4H10)とを選択的に検知するガスセンサの構造
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a gas sensor, and more specifically, by providing a noble metal catalyst layer on a metal oxide semiconductor layer, hydrogen (H 2 ), ethanol (C 2 H 5 OH) and methane are provided. (CH 4 ), isobutane (is
It relates o-C 4 H 10) and selectively structure of the detection to the gas sensor.
【0002】[0002]
【従来技術】ガス感応物質として金属酸化物半導体層を
用い、(i)その金属酸化物半導体裏面に電極及び絶縁
膜を介してヒーター膜を設け、あるいは(ii)その金属
酸化物半導体層内部に電極及び電極を兼ねたヒーターコ
イルを設け、それらヒーター膜及び又はヒーターコイル
によって加熱された金属酸化物半導体の抵抗値が表面で
のガス吸着によって変化することを利用したガスセンサ
は知られている。このガスセンサの代表的な一つは薄膜
ガスセンサであり、その概略は、図1(イ)、(ロ)に
示したように、耐熱性基板1上の片側にガス感応膜51
とその抵抗値変化を検出するための電極41,42が形
成され、その反対側にヒーター膜20が形成された構造
を呈している。耐熱性基板1が導電性の場合はヒーター
膜との間に絶縁膜を形成する必要がある。なお、(イ)
は断面図、(ロ)は斜視図である。61及び62はヒー
ター膜20への電力供給線、71及び72は、ガス感応
膜51の信号取り出し線を表している。一方、図2は他
のガスセンサの代表的なものの概略を示しており、ここ
では一対の電極を兼ねたヒーターコイル43,44間に
2〜3mm角の金属酸化物半導体の焼結体(ガス感応物
質52)を保持させている。なお、このタイプのガスセ
ンサは、一対の電極の一方(例えば電極43)と他方
(例えば電極44)とからガス感応物質52の信号取り
出し線が引き出せるように工夫されており、また、ヒー
ターコイル43,44はガス感応物質52の層内に埋め
込まれた状態で存在せしめられている。図中、40はベ
ース、30は電極ピンである。しかし、図2に示したも
のでは、消費電力が大きく、また、熱容量が大きいため
応答性に問題がある。これに対して、図1に示したタイ
プのガスセンサは、ガス感応物質が薄膜であるため消費
電力や応答性は良好であるが、一般に、金属酸化物半導
体のみではガスセンサの感度が小さく、ガス選択性も充
分だと言えないため、通常、白金(Pt)、パラジウム
(Pd)等の貴金属を触媒として用いて、素子の感度を
高め、カズ選択性を向上させることが試みられている。
一般に、触媒を直接、金属酸化物半導体層の材料に混合
する方法と触媒を金属酸化物半導体層の上に触媒層とし
て設ける方法とがある。現在、これらの触媒を用いるこ
とにより、様々なガスに対する選択性の向上を実現して
いるが、該触媒の種類、担持量、担持方法の最適化の検
討が困難なため、これらの最適化について様々な研究が
なされているが、いまだ満足すべき結果は得られていな
い。2. Description of the Related Art A metal oxide semiconductor layer is used as a gas sensitive material, and (i) a heater film is provided on the back surface of the metal oxide semiconductor via an electrode and an insulating film, or (ii) inside the metal oxide semiconductor layer. A gas sensor is known in which a heater coil also serving as an electrode and an electrode is provided, and the resistance value of the heater film and / or the metal oxide semiconductor heated by the heater coil changes due to gas adsorption on the surface. A typical one of the gas sensors is a thin film gas sensor, and the outline thereof is, as shown in FIGS. 1A and 1B, a gas sensitive film 51 on one side of the heat resistant substrate 1.
And electrodes 41 and 42 for detecting a change in resistance value thereof are formed, and a heater film 20 is formed on the opposite side. When the heat resistant substrate 1 is electrically conductive, it is necessary to form an insulating film between it and the heater film. In addition, (a)
Is a sectional view and (b) is a perspective view. Reference numerals 61 and 62 represent power supply lines to the heater film 20, and 71 and 72 represent signal extraction lines of the gas sensitive film 51. On the other hand, FIG. 2 shows an outline of a typical one of other gas sensors. Here, a metal oxide semiconductor sintered body (gas-sensitive) of 2 to 3 mm square is provided between the heater coils 43 and 44 which also serve as a pair of electrodes. It holds the substance 52). This type of gas sensor is devised so that the signal extraction line of the gas sensitive substance 52 can be drawn from one of the pair of electrodes (for example, the electrode 43) and the other (for example, the electrode 44), and the heater coil 43, 44 is made to exist in the state of being embedded in the layer of the gas sensitive material 52. In the figure, 40 is a base and 30 is an electrode pin. However, the one shown in FIG. 2 has a large power consumption and a large heat capacity, which causes a problem in response. On the other hand, the gas sensor of the type shown in FIG. 1 has good power consumption and responsiveness because the gas-sensitive substance is a thin film, but generally, the sensitivity of the gas sensor is small only with a metal oxide semiconductor, and the gas selection Since it cannot be said that the properties are sufficient, it has been attempted to enhance the sensitivity of the device and improve the Kazu selectivity by using a noble metal such as platinum (Pt) or palladium (Pd) as a catalyst.
Generally, there are a method of directly mixing the catalyst with the material of the metal oxide semiconductor layer and a method of providing the catalyst on the metal oxide semiconductor layer as a catalyst layer. Currently, by using these catalysts, it has been possible to improve the selectivity for various gases, but it is difficult to study the optimization of the type, loading amount, and loading method of the catalyst. Various studies have been conducted, but satisfactory results have not yet been obtained.
【0003】[0003]
【目的】本発明は、金属酸化物半導体層上に貴金属触媒
層を設けた、ガス選択性を有するガスセンサにおいて、
その選択性と感度を一層向上させることを目的とするも
のである。[Object] The present invention provides a gas sensor having a gas selectivity, in which a noble metal catalyst layer is provided on a metal oxide semiconductor layer,
The purpose is to further improve its selectivity and sensitivity.
【0004】[0004]
【構成】本発明の第一は、空中に張りだして設けられた
電気絶縁性材料からなる張り出し部、前記張り出し部上
に設けられたガス検出用の金属酸化物半導体層に接触す
る電極リード、前記金属酸化物半導体層上に設けられた
貴金属触媒層および前記電極リードにほぼ並置して設け
られたヒーターリードを有するガスセンサにおいて、2
個以上の張り出し部を備え、前記2個以上の張り出し部
上の前記金属酸化物半導体層上に設けられた前記貴金属
触媒層の膜厚がそれぞれ異なることを特徴とするガス選
択性ガスセンサに関する。本発明の第二は、空中に張り
だして設けられた電気絶縁性材料からなる張り出し部、
前記張り出し部上に設けられた複数のガス検出用の金属
酸化物半導体層、それに接触する電極リード、前記金属
酸化物半導体層上に設けられた貴金属触媒層および前記
電極リードにほぼ並置して設けられたヒーターリードを
有するガスセンサにおいて、前記金属酸化物半導体層上
に前記貴金属触媒層を接触させずに設け、かつ前記貴金
属触媒層加熱用ヒーターを設けたことを特徴とするガス
選択性ガスセンサに関する。このガス選択性ガスセンサ
は前記金属酸化物半導体層と前記貴金属触媒層を異なっ
た温度で動作させることによりガス選択性を有するもの
である。この場合の1つの具体的構成としては、1個以
上の張り出し部を備え、前記1個以上の張り出し部上の
前記金属酸化物半導体層と前記貴金属触媒層を分離して
設ける構造を採用することができる。According to a first aspect of the present invention, an overhanging portion made of an electrically insulating material is provided so as to extend in the air, an electrode lead in contact with a metal oxide semiconductor layer for gas detection provided on the overhanging portion, A gas sensor having a noble metal catalyst layer provided on the metal oxide semiconductor layer and a heater lead provided substantially side by side with the electrode lead.
The present invention relates to a gas-selective gas sensor comprising at least two overhangs, wherein the noble metal catalyst layers provided on the metal oxide semiconductor layer on the at least two overhangs have different film thicknesses. The second of the present invention is an overhanging portion made of an electrically insulating material provided in the air,
A plurality of metal oxide semiconductor layers for gas detection provided on the projecting portion, electrode leads in contact with the metal oxide semiconductor layer, a noble metal catalyst layer provided on the metal oxide semiconductor layer, and the electrode leads provided substantially in parallel with each other. A gas sensor having the above heater lead, wherein the noble metal catalyst layer is provided on the metal oxide semiconductor layer without making contact with the metal oxide semiconductor layer, and the noble metal catalyst layer heating heater is provided. This gas-selective gas sensor has gas selectivity by operating the metal oxide semiconductor layer and the noble metal catalyst layer at different temperatures. In this case, as one specific configuration, a structure having one or more overhanging portions and separately providing the metal oxide semiconductor layer and the noble metal catalyst layer on the one or more overhanging portions is adopted. You can
【0005】前記金属酸化物半導体層上に設けられた前
記貴金属触媒層は、前記金属酸化物半導体層と接触した
状態で設ける場合は第一発明の要件が必要であり、接触
しない状態で形成する場合には第二発明の要件が必要で
ある。接触しない状態で設ける場合には、前記貴金属触
媒層に接触させて加熱用のヒーターを設け、前記金属酸
化物半導体層と前記貴金属触媒層を異なった加熱温度で
動作させることが好ましい。前記貴金属触媒層加熱用ヒ
ーターは、該貴金属触媒層の上および/または下、ある
いは内部に設けることができる。前記貴金属触媒層はC
VD、金属塩含浸法、共沈法等の気相化学反応法、化学
的方法により設けることもできるし、スパッタリング、
蒸着等の物理的方法により形成することもできる。ま
た、前記貴金属触媒層は担体に貴金属を担持させたもの
により形成されたものであってもよい。前記貴金属触媒
層の膜厚は、例えば、数10Åないし数10μmの範囲
で選択することができ、たとえば2つの貴金属触媒層を
設ける場合には、数10Å〜数1000Åの比較的薄い
膜と数1000Å〜数10μmの比較的厚い膜とを組み
合わせたものとすることができる。前記貴金属として
は、Pd,Pt,Rh,Ir,Ag,Auを挙げること
ができる。The noble metal catalyst layer provided on the metal oxide semiconductor layer requires the requirements of the first invention when provided in contact with the metal oxide semiconductor layer, and is formed without contact. In some cases, the requirements of the second invention are necessary. When provided in a state where they do not contact each other, it is preferable to provide a heater for heating in contact with the noble metal catalyst layer and operate the metal oxide semiconductor layer and the noble metal catalyst layer at different heating temperatures. The heater for heating the noble metal catalyst layer can be provided above and / or below the noble metal catalyst layer, or inside. The precious metal catalyst layer is C
VD, metal salt impregnation method, coprecipitation method, or other vapor phase chemical reaction method or chemical method, or sputtering,
It can also be formed by a physical method such as vapor deposition. Further, the noble metal catalyst layer may be formed by a noble metal supported on a carrier. The film thickness of the noble metal catalyst layer can be selected, for example, in the range of several 10Å to several 10 μm. For example, when two noble metal catalyst layers are provided, a relatively thin film of several 10Å to several 1000Å and several 1000Å. It may be a combination with a relatively thick film of several tens of μm. Examples of the noble metal include Pd, Pt, Rh, Ir, Ag and Au.
【0006】以下に、本発明ガスセンサを図3〜16を
参照して更に詳細に説明する。基板はアンダーカットエ
ッチングが容易で、高温でも変形しない材料、例えばS
i,Al,Cu,Ni,Cr等が使用され、好ましくは
Si(100)面が用いられる。(100)面を使用す
るのが好ましい理由は、アンダーカットエッチングする
際に公知の異方性エッチング液が使用できるためであ
る。基板1の外形寸法は1〜4mm角程度で、その厚さ
は0.1〜1mmが適当である。金属酸化物半導体層の
材料としては、スズ、亜鉛、鉄、チタン、インジウム、
ニッケル、タングステン、カドミウム、バナジウム等の
酸化物が挙げられ、中でもスズ酸化物の使用が最も好ま
しい。金属酸化物半導体層の形成方法については、スパ
ッタリング法、蒸着等による物理的方法、あるいは、C
VD、含浸法、共沈法等の気相化学反応法や化学的方法
等、種々の方法があるが、どの方法であっても良い。つ
ぎに本発明を二つの場合について説明する。The gas sensor of the present invention will be described in more detail below with reference to FIGS. The substrate is easy to undercut and is a material that does not deform even at high temperatures, such as S
i, Al, Cu, Ni, Cr or the like is used, and preferably the Si (100) plane is used. The reason why it is preferable to use the (100) plane is that a known anisotropic etching solution can be used for undercut etching. The outer dimension of the substrate 1 is about 1 to 4 mm square, and its thickness is suitably 0.1 to 1 mm. Materials for the metal oxide semiconductor layer include tin, zinc, iron, titanium, indium,
Examples thereof include oxides of nickel, tungsten, cadmium, vanadium and the like, and among these, use of tin oxide is most preferable. The metal oxide semiconductor layer may be formed by a physical method such as sputtering or vapor deposition, or C
There are various methods such as VD, impregnation method, coprecipitation method, vapor phase chemical reaction method, chemical method, etc., but any method may be used. Next, the present invention will be described in two cases.
【0007】(i)金属酸化物半導体層表面上に触媒層
を接触させて設ける場合。 図3及び図4は、本発明にかかるガスセンサのうち、架
橋構造が採用されたものの例である。ここでは、ほぼ正
方形の形状をした基板1上に電気絶縁性材料からなる二
本の張り出し部2,3が空中に浮いた架橋構造として設
けられているが、張り出し部の数は2個以上であればい
くつでも構わず、条件によって任意に設定することがで
きる。また、図4は図3(A)−(A′)の線断面図で
ある。図4(b)に示した構造は、図4(a)の部分拡
大図であり、貴金属触媒層11,12の膜厚を変えたも
のである。該貴金属触媒層の膜厚は、数10Å〜数10
μmとし、例えば、二つの膜を用いる場合は、図4
(a)(b)に示す数10Å〜数1000Åの比較的薄
い膜12と図4(a)(b)に示す数1000Å〜数1
0μmの比較的厚い膜11を組み合わせて使用する。該
貴金属触媒層を設ける具体的な方法としては、スパッタ
リング法、蒸着等の物理的方法、あるいは、CVD、金
属塩含浸法、共沈法等の気相化学反応法や化学的方法等
があり、例えば、図3(b)における比較的厚い膜11
を金属塩含浸法で、比較的薄い膜12をスパッタリング
法によって設けるなど、各手法をそれぞれ組み合わせて
作成することも可能である。また、前記貴金属触媒層と
してアルミナ、シリカ等の担体に貴金属を担持させたも
のを用いても良い。一般に、この構造の触媒を作成する
ためには、H2PtCl6・6H2O,PdCl2,RhC
l3・3H2O等の貴金属塩化物溶液や(NH4)2PtC
l6,(NH4)2PdCl6,(NH4)3RhCl6等の
貴金属アンモニア塩溶液を使用するような湿式法で行な
う。(I) When the catalyst layer is provided in contact with the surface of the metal oxide semiconductor layer. FIG. 3 and FIG. 4 are examples of gas sensors according to the present invention that employ a cross-linked structure. Here, two protruding portions 2 and 3 made of an electrically insulating material are provided as a bridge structure in the air on a substrate 1 having a substantially square shape, but the number of protruding portions is 2 or more. Any number can be used, and it can be set arbitrarily according to the conditions. Further, FIG. 4 is a sectional view taken along the line of FIGS. 3 (A)-(A '). The structure shown in FIG. 4B is a partially enlarged view of FIG. 4A in which the film thicknesses of the noble metal catalyst layers 11 and 12 are changed. The thickness of the noble metal catalyst layer is from several tens of tens to several tens.
μm, for example, when two films are used,
(A) and (b) a comparatively thin film 12 of several 10Å to several 1000Å and several 1000Å to 1 shown in FIGS.
A relatively thick film 11 of 0 μm is used in combination. Specific methods for providing the noble metal catalyst layer include physical methods such as sputtering and vapor deposition, or vapor phase chemical reaction methods such as CVD, metal salt impregnation and coprecipitation, and chemical methods. For example, the relatively thick film 11 in FIG.
It is also possible to form each of them by combining them with each other, for example, by providing a metal salt impregnation method and forming a relatively thin film 12 by a sputtering method. Further, as the noble metal catalyst layer, a carrier in which a noble metal is supported on a carrier such as alumina or silica may be used. Generally, in order to prepare a catalyst of this structure, H 2 PtCl 6 .6H 2 O, PdCl 2 , RhC
l 3 · 3H 2 precious metal chlorides O such as solution or (NH 4) 2 PtC
l 6, (NH 4) 2 PdCl 6, carried out by a wet method such as using a noble metal ammonium salt solution such as (NH 4) 3 RhCl 6.
【0008】また、図5及び図6は本発明にかかるガス
センサのうち片持ち梁構造が採用されたものの例であ
り、張出し部の数は、2個以上あれば、いくつでも構わ
ず、条件によって任意に設定することができる。図6
は、図5(B)−(B′)線断面図である。図6(b)
は、図6(a)の部分拡大図である。図7及び図8は、
本発明のガスセンサの他の具体例であって、一つの架橋
構造型張出し部2上に二個の金属酸化物半導体層6,7
を設けたものであり、図8(b)は、図8(a)の部分
拡大図である。また、図9、図10のものは、本発明の
ガスセンサの他の一つの具体例であって、一つの片持ち
梁構造2上に二個の金属酸化物半導体層6,7を設けた
ものであり、図10(b)は図10(a)の部分拡大図
である。FIGS. 5 and 6 show an example of a gas sensor according to the present invention having a cantilever structure. The number of overhanging portions is not particularly limited as long as it is two or more. It can be set arbitrarily. Figure 6
FIG. 6 is a sectional view taken along the line (B)-(B ′) of FIG. Figure 6 (b)
FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 7 and 8 show
In another specific example of the gas sensor of the present invention, two metal oxide semiconductor layers 6 and 7 are formed on one bridge structure type overhang 2.
8A is provided, and FIG. 8B is a partially enlarged view of FIG. 8A. 9 and 10 show another specific example of the gas sensor of the present invention, in which two metal oxide semiconductor layers 6 and 7 are provided on one cantilever structure 2. 10B is a partially enlarged view of FIG. 10A.
【0009】(ii)金属酸化物半導体層表面上に触媒層
を分離して設ける場合。 図11、図12には、請求項2の本発明にかかるガスセ
ンサのうち、基板1上の金属酸化物半導体層6、7と触
媒層13を空洞16を介して分離したものの一例であ
る。図11(a)は断面図、(b)は(a)図の点線部
分の拡大図、(c)は(b)図の点線部分の部分拡大図
であり、図12(a)は斜視図であり、(b)は(a)
図の上面拡大図である。ここでは、触媒層13がフィル
ター的効果を果たし、また、前記空洞16の厚みは、1
mm〜50mmと幅広く選択することができ、図11に
示したように、触媒層13に接触して設けた加熱用ヒー
ター14、15および金属酸化物半導体層加熱用ヒータ
ー4、5を設け、触媒層13と金属酸化物半導体層6、
7の両者を別々に加熱することができるものである。図
11中の触媒層加熱用ヒーター14、15は、Pt、W
等を使用し、その形状は、図11、図12のように触媒
層13の膜表面に設けるものであっても良いし、膜内部
に設けるものであっても良い。(Ii) When the catalyst layer is provided separately on the surface of the metal oxide semiconductor layer. 11 and 12 show an example of the gas sensor according to the present invention of claim 2 in which the metal oxide semiconductor layers 6 and 7 on the substrate 1 and the catalyst layer 13 are separated via a cavity 16. 11A is a sectional view, FIG. 11B is an enlarged view of a dotted line portion of FIG. 11A, FIG. 11C is a partially enlarged view of the dotted line portion of FIG. 12B, and FIG. And (b) is (a)
It is an upper surface enlarged view of a figure. Here, the catalyst layer 13 has a filter effect, and the thickness of the cavity 16 is 1
It can be widely selected from mm to 50 mm, and as shown in FIG. 11, heaters 14 and 15 for heating provided in contact with the catalyst layer 13 and heaters 4 and 5 for heating the metal oxide semiconductor layer are provided, and the catalyst The layer 13 and the metal oxide semiconductor layer 6,
Both of 7 and 7 can be heated separately. The catalyst layer heating heaters 14 and 15 in FIG.
The shape may be provided on the membrane surface of the catalyst layer 13 as shown in FIGS. 11 and 12, or may be provided inside the membrane.
【0010】[0010]
実施例1 例えば、二つの張り出し部を有するマイクロガスセンサ
において、まず、二つの張り出し部上に、SnO2薄膜
を膜厚3000Åで設ける。形成されたSnO2薄膜の
うち、一方のSnO2薄膜上にはスパッタリング法によ
りPtを膜厚1000Åで設け、もう一方のSnO2薄
膜上には、金属塩含浸法により、Ptを膜厚10μmで
設ける。金属塩含浸法では、まず、H2PtCl6・6H
2O塩化物溶液をSnO2薄膜表面に所定の厚みで塗布す
る。塗布後、1.5時間の減圧乾燥を行ない、350℃
で焼成する。このようにして設けられたガス検知部にお
いて、ヒーターを350℃に加熱する。H2,CO,C2
H5OH,C6H6,C7H8等は、非常に燃焼し易く、P
t触媒上での燃焼開始温度は常温〜約130℃でCH4
の約370℃に比べて、約200℃以上低い。そこで、
ヒーターで、ガス検知部を350℃に加熱する。これに
よって、ガス検知部表面にある前記Pt触媒層も約35
0℃に加熱されることになる。図13及び図14に触媒
無担持のセンサの動作温度を変えた場合の各ガス検知部
の各種ガスに対するガス感度特性を示した。まず、図1
3、図14から、例えばiso−C4H10やCH4を検知
対象ガスとした時に、該ガスに対するガス感度よりもH
2やC2H5OHに対するガス感度の方が大きくなる。あ
るいは同等になることから、H2,C2H5OHとiso
−C4H10,CH4の分離検知ができなくなることが分か
る。膜厚10μmの比較的厚いPt触媒層で被膜したも
のでは、H2,C2H5OHは触媒層表面での燃焼反応に
より、ガス検知部に到達する前に、燃焼、消費されてし
まう。これは、前述したように、該ガスの燃焼開始温度
が、室温〜130℃と比較的低いため、350℃では、
ほぼ完全に触媒層で燃焼されてしまうためである。した
がって、比較的厚い触媒層でガス検知部を被膜すると、
図15に示したように、H2,C2H5OHに対するガス
感度が発現しなくなることが分かった。一方、膜厚10
00Åの比較的薄いPt触媒層で被膜したものでは、図
16のようなガス感度特性を有する。この図から、
H2,C2H5OH等は、完全に触媒層で燃焼、消費され
ずにガス検知部に到達するので、ある程度、ガス感度を
有することが分かる。結果として、二つのSnO2薄膜
表面を被膜する触媒層の膜厚を変えて設ければ、前記結
果のように、各種ガスに対する触媒表面反応の反応性か
ら、ある特定ガスに対するガス選択性を持たせることが
可能である。更に、ヒーターの加熱条件(加熱温度、加
熱パターン)を変えることと組み合わせれば、より広範
囲で且つ正確なガス選択性が得られる。また、各種ガス
に対するガス出力応答の波形を様々な信号処理法で解析
することにより、より信頼性の高いガス選択性が得られ
る。Example 1 For example, in a micro gas sensor having two protruding portions, first, a SnO 2 thin film having a film thickness of 3000 Å is provided on the two protruding portions. Of SnO 2 thin film formed, on one of SnO 2 thin film provided in a thickness of 1000Å of Pt by sputtering, the other SnO 2 thin film, the metal salt impregnation, the Pt with thickness 10μm Set up. In the metal salt impregnation method, first, H 2 PtCl 6 · 6H
The 2 O chloride solution is applied to the surface of the SnO 2 thin film to a predetermined thickness. After coating, dry under reduced pressure for 1.5 hours at 350 ° C
Bake at. In the gas detector thus provided, the heater is heated to 350 ° C. H 2 , CO, C 2
H 5 OH, C 6 H 6 , C 7 H 8 , etc., making it very burned, P
The combustion start temperature on the t catalyst is from room temperature to about 130 ° C and CH 4
Of about 370 ° C, lower than about 200 ° C. Therefore,
The gas detector is heated to 350 ° C. with a heater. As a result, the Pt catalyst layer on the surface of the gas detector also has a thickness of about 35.
It will be heated to 0 ° C. FIG. 13 and FIG. 14 show the gas sensitivity characteristics of various gas detectors for various gases when the operating temperature of the sensor without a catalyst is changed. First, Fig. 1
3, from FIG. 14, when iso-C 4 H 10 or CH 4 is used as a detection target gas, H is higher than the gas sensitivity to the gas.
The gas sensitivity to 2 and C 2 H 5 OH is higher. Or, since they are equivalent, H 2 , C 2 H 5 OH and iso
-C 4 H 10, separation detection CH 4 is can be seen that impossible. In the case of coating with a relatively thick Pt catalyst layer having a film thickness of 10 μm, H 2 and C 2 H 5 OH are burned and consumed before reaching the gas detection section due to the combustion reaction on the catalyst layer surface. This is because, as described above, the combustion start temperature of the gas is relatively low at room temperature to 130 ° C., so at 350 ° C.
This is because the catalyst layer is burned almost completely. Therefore, if the gas detection part is coated with a relatively thick catalyst layer,
As shown in FIG. 15, it was found that the gas sensitivity to H 2 and C 2 H 5 OH was not exhibited. On the other hand, film thickness 10
A film coated with a relatively thin Pt catalyst layer of 00Å has gas sensitivity characteristics as shown in FIG. From this figure,
It can be seen that H 2 , C 2 H 5 OH, etc. reach the gas detection portion without being completely burned and consumed in the catalyst layer, and thus have gas sensitivity to some extent. As a result, if the catalyst layers that coat the surfaces of the two SnO 2 thin films are provided with different film thicknesses, as shown in the above results, the reactivity of the catalyst surface reaction with various gases has a gas selectivity with respect to a certain specific gas. It is possible to Furthermore, if combined with changing the heating conditions (heating temperature, heating pattern) of the heater, a wider range and accurate gas selectivity can be obtained. Further, by analyzing the waveform of the gas output response to various gases by various signal processing methods, more reliable gas selectivity can be obtained.
【0011】実施例2 例えば、図11、図12のように、二つの張り出し部を
有するガス検出部と空洞を介して、隔離した触媒層を設
ける。該ガス検出部には、蒸着法により形成された膜厚
3000ÅのSnO2薄膜を使い、触媒層は、Al2O3
基板上に、表面にW(タングステン)を加熱用ヒーター
として設けた、Ptの厚膜触媒層(10μm)を形成す
る。ここで、ガス検知部加熱用ヒーターと触媒層加熱ヒ
ーターは別々に動作可能にし、それぞれを異なった温度
で、動作させることができるものである。触媒層の形成
には、H2PtCl6・6H2O溶液を所定の濃度に調製
し、Al2O3基板上に塗布、乾燥(100℃,1.5時
間)、焼成(350℃)を行なう。このようにして作成
されたガス検知部及び、触媒層を図11、図12のよう
に組み立てる。ここで、ガス検出部と触媒層との間の空
洞は約5mmとする。そして、例えば、ガス検知部を2
00℃、触媒層を500℃で加熱する。すると一般的な
易燃性、可燃性ガス(H2,CO,C2H5OH,C
6H6,C7H8,iso−C4H10,CH4等)は前記加熱
条件で加熱された触媒層で燃焼除去される。しかし、例
えば、フレオンのような難燃性ガスは前記触媒層では燃
焼されず、前記ガス検知部まで到達する。このように、
易燃性、可燃性ガスと難燃性ガスを分離する手段として
利用でき、ガス検知部、触媒層の各加熱温度の組合せを
幅広く選択することにより、更に多種類のガスに対して
選択的検知を行うことが可能となる。また、実施例1と
同様にガス検知部と触媒層とを同一温度で加熱した場合
のような燃焼開始温度の相違を利用したものと、各種ガ
スの最高感度を有する温度でガス検知部を加熱するもの
とを組み合わせれば、更に多種類のガスを正確に、ほと
んど完全に分離することが可能となる。Embodiment 2 For example, as shown in FIGS. 11 and 12, an isolated catalyst layer is provided via a gas detecting portion having two protruding portions and a cavity. A SnO 2 thin film with a film thickness of 3000 Å formed by a vapor deposition method is used for the gas detection part, and the catalyst layer is Al 2 O 3
A Pt thick film catalyst layer (10 μm) having W (tungsten) provided as a heating heater on the surface is formed on the substrate. Here, the heater for heating the gas detector and the heater for heating the catalyst layer can be operated separately and can be operated at different temperatures. To form the catalyst layer, an H 2 PtCl 6 .6H 2 O solution was prepared to a predetermined concentration, applied on an Al 2 O 3 substrate, dried (100 ° C., 1.5 hours), and baked (350 ° C.). To do. The gas detector and the catalyst layer thus produced are assembled as shown in FIGS. Here, the cavity between the gas detector and the catalyst layer is about 5 mm. And, for example, the gas detector is 2
The catalyst layer is heated at 00 ° C and 500 ° C. Then, general flammable and combustible gases (H 2 , CO, C 2 H 5 OH, C
6 H 6, C 7 H 8 , iso-C 4 H 10, CH 4 , etc.) are burned off the catalyst layer which is heated by the heating conditions. However, for example, a flame-retardant gas such as Freon does not burn in the catalyst layer and reaches the gas detection unit. in this way,
It can be used as a means to separate flammable gas, flammable gas and flame-retardant gas, and by selecting a wide range of heating temperatures for the gas detection part and catalyst layer, selective detection for a wider variety of gases is possible. It becomes possible to do. Further, as in Example 1, the difference between the combustion start temperatures, such as the case where the gas detection unit and the catalyst layer are heated at the same temperature, is used, and the gas detection unit is heated at the temperature having the highest sensitivity for various gases. When combined with the ones described above, it becomes possible to separate more kinds of gases accurately and almost completely.
【0012】[0012]
【効果】本発明のガスセンサによれば、複数の金属酸化
物半導体層の表面に、または空洞を隔てて貴金属触媒層
を形成させることにより、ガス反応の反応性の差に基づ
き、従来のガスセンサよりはるかに正確なガス選択的検
知が可能になった。[Effect] According to the gas sensor of the present invention, by forming the noble metal catalyst layer on the surfaces of the plurality of metal oxide semiconductor layers or by separating the cavities, it is possible to obtain a higher sensitivity than the conventional gas sensor based on the difference in reactivity of gas reaction. Much more accurate gas selective sensing is possible.
【図1】薄膜状ガス感応膜をもつ従来型ガスセンサの1
例であり、(イ)は断面図、(ロ)は斜視図である。FIG. 1 shows a conventional gas sensor having a thin gas-sensitive film.
It is an example, (a) is sectional drawing, (b) is a perspective view.
【図2】他の従来型ガスセンサの1例を示す斜視図であ
る。FIG. 2 is a perspective view showing an example of another conventional gas sensor.
【図3】金属酸化物半導体層上に触媒層を接触させて設
けた本発明ガスセンサの1例を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an example of the gas sensor of the present invention in which a catalyst layer is provided in contact with a metal oxide semiconductor layer.
【図4】(a)は図3の(A)−(A′)線断面図であ
り、(b)はその部分拡大図である。4A is a sectional view taken along line (A)-(A ′) of FIG. 3, and FIG. 4B is a partially enlarged view thereof.
【図5】金属酸化物半導体層上に触媒層を接触させて設
けた本発明ガスセンサの他の1例を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing another example of the gas sensor of the present invention provided with a catalyst layer in contact with the metal oxide semiconductor layer.
【図6】図5の(B)−(B′)線断面図であり、
(b)はその部分拡大図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line (B)-(B ′) of FIG.
(B) is the elements on larger scale.
【図7】金属酸化物半導体層上に触媒層を接触させて設
けた本発明ガスセンサの他の1例を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing another example of the gas sensor of the present invention in which a catalyst layer is provided in contact with the metal oxide semiconductor layer.
【図8】図7の(C)−(C′)線断面図であり、
(b)はその部分拡大図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line (C)-(C ′) of FIG.
(B) is the elements on larger scale.
【図9】金属酸化物半導体層上に触媒層を接触させて設
けた本発明ガスセンサの他の1例を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing another example of the gas sensor of the present invention in which the catalyst layer is provided in contact with the metal oxide semiconductor layer.
【図10】図9の(D)−(D′)線断面図であり、
(b)はその部分拡大図である。FIG. 10 is a sectional view taken along line (D)-(D ′) of FIG.
(B) is the elements on larger scale.
【図11】(a)は金属酸化物半導体層上に触媒層を分
離して設けた本発明ガスセンサの1例を示す断面図であ
り、(b)は(a)図の点線部分の拡大断面図、(c)
は(b)図の点線部分の拡大断面図である。11A is a cross-sectional view showing an example of the gas sensor of the present invention in which a catalyst layer is separately provided on a metal oxide semiconductor layer, and FIG. 11B is an enlarged cross-sectional view of a dotted line portion in FIG. Figure, (c)
[Fig. 3] is an enlarged cross-sectional view of a dotted line portion of the (b) diagram.
【図12】(a)は図11(a)の斜視図であり、
(b)は(a)図の点線部分の拡大上面図である。FIG. 12 (a) is a perspective view of FIG. 11 (a),
(B) is an enlarged top view of the dotted line part of (a) figure.
【図13】触媒層のない従来型センサを用いセンサ温度
350℃において測定した各種ガスの感度を示す棒グラ
フである。FIG. 13 is a bar graph showing the sensitivities of various gases measured at a sensor temperature of 350 ° C. using a conventional sensor having no catalyst layer.
【図14】触媒層のない従来型センサを用いセンサ温度
450℃において測定した各種ガスの感度を示す棒グラ
フである。FIG. 14 is a bar graph showing the sensitivities of various gases measured at a sensor temperature of 450 ° C. using a conventional sensor having no catalyst layer.
【図15】厚い触媒層を用いた本発明センサを用い、セ
ンサ温度350℃において測定した各種ガスの感度を示
す棒グラフである。FIG. 15 is a bar graph showing the sensitivities of various gases measured at a sensor temperature of 350 ° C. using the sensor of the present invention using a thick catalyst layer.
【図16】薄い触媒層を用いた本発明センサを用い、セ
ンサ温度350℃において測定した各種ガスの感度を示
す棒グラフである。FIG. 16 is a bar graph showing the sensitivities of various gases measured at a sensor temperature of 350 ° C. using the sensor of the present invention using a thin catalyst layer.
0 空洞 1 耐熱性基板 2 張り出し部 3 張り出し部 4 ヒーターリード(金属酸化物半導体層加熱用ヒータ
ー) 5 ヒーターリード(金属酸化物半導体層加熱用ヒータ
ー) 6 金属酸化物半導体層 7 金属酸化物半導体層 8 電極リード 9 電極リード 10 電気絶縁性膜 11 貴金属触媒層 12 貴金属触媒層 13 貴金属触媒層 14 触媒層加熱用ヒーター 15 触媒層加熱用ヒーター 16 空洞 20 ヒーター膜 30 電極ピン 40 ベース 41 電極 42 電極 43 コイル状電極 44 コイル状電極 51 ガス感応膜 52 ガス感応物質 61 ヒーター膜への電力供給線 62 ヒーター膜への電力供給線 71 ガス感応膜の信号取り出し線 72 ガス感応膜の信号取り出し線0 Cavity 1 Heat resistant substrate 2 Overhang part 3 Overhang part 4 Heater lead (heater for heating metal oxide semiconductor layer) 5 Heater lead (heater for heating metal oxide semiconductor layer) 6 Metal oxide semiconductor layer 7 Metal oxide semiconductor layer 8 Electrode Lead 9 Electrode Lead 10 Electrical Insulating Film 11 Noble Metal Catalyst Layer 12 Noble Metal Catalyst Layer 13 Noble Metal Catalyst Layer 14 Heater for Heating Catalyst Layer 15 Heater for Heating Catalyst Layer 16 Cavity 20 Heater Film 30 Electrode Pin 40 Base 41 Electrode 42 Electrode 43 Coiled electrode 44 Coiled electrode 51 Gas sensitive film 52 Gas sensitive substance 61 Electric power supply line to heater film 62 Electric power supply line to heater film 71 Signal extraction line of gas sensitive film 72 Signal extraction line of gas sensitive film
Claims (3)
材料からなる張り出し部、前記張り出し部上に設けられ
た複数のガス検出用の金属酸化物半導体層、それに接触
する電極リード、前記金属酸化物半導体層上に設けられ
た貴金属触媒層および前記電極リードにほぼ並置して設
けられたヒーターリードを有するガスセンサにおいて、
前記金属酸化物半導体層上に設けられた前記貴金属触媒
層の膜厚がそれぞれ異なることを特徴とするガス選択性
ガスセンサ。1. A projecting portion made of an electrically insulating material, which is projecting in the air, a plurality of metal oxide semiconductor layers for gas detection provided on the projecting portion, electrode leads in contact with the metal oxide semiconductor layer, and the metal. In a gas sensor having a noble metal catalyst layer provided on an oxide semiconductor layer and a heater lead provided substantially side by side with the electrode lead,
A gas-selective gas sensor, wherein the noble metal catalyst layers provided on the metal oxide semiconductor layer have different film thicknesses.
材料からなる張り出し部、前記張り出し部上に設けられ
た複数のガス検出用の金属酸化物半導体層、それに接触
する電極リード、前記金属酸化物半導体層上に設けられ
た貴金属触媒層および前記電極リードにほぼ並置して設
けられたヒーターリードを有するガスセンサにおいて、
前記金属酸化物半導体層上に前記貴金属触媒層を接触さ
せずに設け、かつ前記貴金属触媒層のための加熱用ヒー
ターを設けたことを特徴とするガス選択性ガスセンサ。2. An overhanging portion made of an electrically insulating material provided in the air, a plurality of metal oxide semiconductor layers for gas detection provided on the overhanging portion, electrode leads in contact therewith, and the metal. In a gas sensor having a noble metal catalyst layer provided on an oxide semiconductor layer and a heater lead provided substantially side by side with the electrode lead,
A gas-selective gas sensor, wherein the noble metal catalyst layer is provided on the metal oxide semiconductor layer without being in contact with the metal oxide semiconductor layer, and a heater for heating the noble metal catalyst layer is provided.
させたものにより形成された触媒層である請求項1また
は2項記載のガスセンサ。3. The gas sensor according to claim 1, wherein the noble metal catalyst layer is a catalyst layer formed by supporting a noble metal on a carrier.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18878892A JPH063308A (en) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18878892A JPH063308A (en) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | Gas sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063308A true JPH063308A (en) | 1994-01-11 |
Family
ID=16229809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18878892A Pending JPH063308A (en) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | Gas sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063308A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100477422B1 (en) * | 2002-01-11 | 2005-03-23 | 동양물산기업 주식회사 | Method for semiconductor thin film gas sensor in order to detecting an ammonia gas and its device |
| JP2007017217A (en) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | Thin film gas sensor |
| JP2008051627A (en) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
| JP2017223557A (en) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 富士電機株式会社 | Gas sensor |
| DE112017004073T5 (en) | 2016-09-15 | 2019-06-06 | Fujifilm Corporation | OBJECTIVE DEVICE, CAMERA SYSTEM AND LENS DRIVE PROCESS |
-
1992
- 1992-06-23 JP JP18878892A patent/JPH063308A/en active Pending
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