JPH063308A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
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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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- gas
- metal oxide
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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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
例であり、（イ）は断面図、（ロ）は斜視図である。
【図２】他の従来型ガスセンサの１例を示す斜視図であ
る。
る。
【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。
けた本発明ガスセンサの１例を示す平面図である。
【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。
り、（ｂ）はその部分拡大図である。
【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。
けた本発明ガスセンサの他の１例を示す平面図である。
【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。
（ｂ）はその部分拡大図である。
【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。
けた本発明ガスセンサの他の１例を示す平面図である。
【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。
（ｂ）はその部分拡大図である。
【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。
けた本発明ガスセンサの他の１例を示す平面図である。
【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。
（ｂ）はその部分拡大図である。
【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。
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。
【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。
（ｂ）は（ａ）図の点線部分の拡大上面図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
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
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
Claims (3)
- 【請求項１】 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。 - 【請求項２】 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。 - 【請求項３】 前記貴金属触媒層が担体に貴金属を担持
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18878892A JPH063308A (ja) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18878892A JPH063308A (ja) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063308A true JPH063308A (ja) | 1994-01-11 |
Family
ID=16229809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18878892A Pending JPH063308A (ja) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063308A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100477422B1 (ko) * | 2002-01-11 | 2005-03-23 | 동양물산기업 주식회사 | 암모니아 가스 검지용 반도체식 박막 가스 센서의 제조방법 및 센서 소자 |
| JP2007017217A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサ |
| JP2008051627A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| JP2017223557A (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 富士電機株式会社 | ガスセンサ |
| DE112017004073T5 (de) | 2016-09-15 | 2019-06-06 | Fujifilm Corporation | Objektivvorrichtung, kamerasystem und linsenantriebsverfahren |
-
1992
- 1992-06-23 JP JP18878892A patent/JPH063308A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100477422B1 (ko) * | 2002-01-11 | 2005-03-23 | 동양물산기업 주식회사 | 암모니아 가스 검지용 반도체식 박막 가스 센서의 제조방법 및 센서 소자 |
| JP2007017217A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサ |
| JP2008051627A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
| JP2017223557A (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | 富士電機株式会社 | ガスセンサ |
| DE112017004073T5 (de) | 2016-09-15 | 2019-06-06 | Fujifilm Corporation | Objektivvorrichtung, kamerasystem und linsenantriebsverfahren |
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