JPH07128268A - 水素ガスセンサ - Google Patents
水素ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH07128268A JPH07128268A JP29265693A JP29265693A JPH07128268A JP H07128268 A JPH07128268 A JP H07128268A JP 29265693 A JP29265693 A JP 29265693A JP 29265693 A JP29265693 A JP 29265693A JP H07128268 A JPH07128268 A JP H07128268A
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- JP
- Japan
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- gas
- gas sensor
- layer
- hydrogen gas
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Abstract
(57)【要約】
【目的】水素ガスに選択的なガスセンサを得る。
【構成】基板上の一の主面には、感ガス層、触媒層と、
酸化燃焼層を順次積層し、他の主面にはヒータを形成す
る。感ガス層はスパッタで調製されたｎ型金属酸化物半
導体の薄膜であり、触媒層は貴金属の超薄膜であり、酸
化燃焼層は貴金属を担持したｎ型金属酸化物半導体の厚
膜である。
酸化燃焼層を順次積層し、他の主面にはヒータを形成す
る。感ガス層はスパッタで調製されたｎ型金属酸化物半
導体の薄膜であり、触媒層は貴金属の超薄膜であり、酸
化燃焼層は貴金属を担持したｎ型金属酸化物半導体の厚
膜である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は水素ガスを検出するガ
ス漏れ警報器用のガスセンサに係り、特にアルコールガ
スの干渉を受けないガスセンサの構造に関する。
ス漏れ警報器用のガスセンサに係り、特にアルコールガ
スの干渉を受けないガスセンサの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスセンサの一つとして酸化スズや酸化
亜鉛等の酸化物半導体を用いるものが知られている。こ
れら酸化物半導体の電気抵抗は大気中において３００な
いし５００℃程度に加熱されると粒子表面に大気中の酸
素が活性化吸着し、高抵抗化するが還元性ガスである被
検ガス中で吸着酸素が除去され抵抗値が減少する。この
ような性質を利用して酸化物半導体を利用するガスセン
サがガス漏れ警報器用に利用されている。
亜鉛等の酸化物半導体を用いるものが知られている。こ
れら酸化物半導体の電気抵抗は大気中において３００な
いし５００℃程度に加熱されると粒子表面に大気中の酸
素が活性化吸着し、高抵抗化するが還元性ガスである被
検ガス中で吸着酸素が除去され抵抗値が減少する。この
ような性質を利用して酸化物半導体を利用するガスセン
サがガス漏れ警報器用に利用されている。
【０００３】図４は従来のガスセンサを示す平面図であ
る。図５は図４に示す従来のガスセンサのＢ−Ｂ矢視断
面図である。基板１の一方の主面に感ガス層３と触媒層
４がまた他の主面にはヒータ８が設けられる。感ガス層
３の電気抵抗の変化は電極２を介してリード線７により
取り出される。またヒータ８にはリード線９を介してヒ
ータ用の電圧が印加される。
る。図５は図４に示す従来のガスセンサのＢ−Ｂ矢視断
面図である。基板１の一方の主面に感ガス層３と触媒層
４がまた他の主面にはヒータ８が設けられる。感ガス層
３の電気抵抗の変化は電極２を介してリード線７により
取り出される。またヒータ８にはリード線９を介してヒ
ータ用の電圧が印加される。
【０００４】ヒータ８はガスセンサを所定の温度に加熱
してガスセンサを駆動する。上述のガスセンサにおいて
感ガス層は白金を担持した酸化スズSnO2の薄膜であり、
触媒層は白金の超薄膜である。上述のガスセンサはアル
コールのような有機溶剤ガスと水素ガスに感度を有して
いる。
してガスセンサを駆動する。上述のガスセンサにおいて
感ガス層は白金を担持した酸化スズSnO2の薄膜であり、
触媒層は白金の超薄膜である。上述のガスセンサはアル
コールのような有機溶剤ガスと水素ガスに感度を有して
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな従来のガスセンサは有機溶剤ガスに対しても水素ガ
スに対しても感度を有するために水素ガスを選択的に検
知できないという問題があった。図６は従来のガスセン
サにつきガス感度の温度依存性を示す線図である。
うな従来のガスセンサは有機溶剤ガスに対しても水素ガ
スに対しても感度を有するために水素ガスを選択的に検
知できないという問題があった。図６は従来のガスセン
サにつきガス感度の温度依存性を示す線図である。
【０００６】水素とアルコールに対する感度は大差がな
い。この発明は上述の点に鑑みてなされその目的は有機
溶剤ガスを選択的に燃焼させることにより、有機溶剤ガ
スの干渉がない水素ガスセンサを提供することにある。
い。この発明は上述の点に鑑みてなされその目的は有機
溶剤ガスを選択的に燃焼させることにより、有機溶剤ガ
スの干渉がない水素ガスセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば基板上に電極と感ガス層と触媒層と酸化燃焼層と
ヒータとを有し、基板の第一の主面は、対をなす電極
と、前記電極と基板上に選択的に形成された感ガス層
と、感ガス層上に積層された触媒層と、触媒層上に積層
された酸化燃焼層を備え、基板の第二の主面は、対をな
す電極と、前記電極と基板上に選択的に形成されたヒー
タを備え、感ガス層はスパッタで調製されたｎ型金属酸
化物半導体の薄膜であり、触媒層は貴金属の超薄膜であ
り、酸化燃焼層は貴金属を担持したｎ型金属酸化物半導
体の厚膜であるとすることにより達成される。
よれば基板上に電極と感ガス層と触媒層と酸化燃焼層と
ヒータとを有し、基板の第一の主面は、対をなす電極
と、前記電極と基板上に選択的に形成された感ガス層
と、感ガス層上に積層された触媒層と、触媒層上に積層
された酸化燃焼層を備え、基板の第二の主面は、対をな
す電極と、前記電極と基板上に選択的に形成されたヒー
タを備え、感ガス層はスパッタで調製されたｎ型金属酸
化物半導体の薄膜であり、触媒層は貴金属の超薄膜であ
り、酸化燃焼層は貴金属を担持したｎ型金属酸化物半導
体の厚膜であるとすることにより達成される。
【０００８】
【作用】酸化燃焼層は有機溶剤ガスを選択的に燃焼して
水素ガスと可燃性ガスを感ガス層に導く。感ガス層はス
パッタで形成された柱状の結晶であり、可燃性ガスは感
ガス層の内部に拡散することができない。触媒層は水素
ガスを活性化して感ガス層における酸素との置換を促進
する。
水素ガスと可燃性ガスを感ガス層に導く。感ガス層はス
パッタで形成された柱状の結晶であり、可燃性ガスは感
ガス層の内部に拡散することができない。触媒層は水素
ガスを活性化して感ガス層における酸素との置換を促進
する。
【０００９】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 実施例１ 図１はこの発明の実施例に係る水素ガスセンサを示す平
面図である。図２は図１に示す水素ガスセンサのＡ−Ａ
矢視断面図である。
する。 実施例１ 図１はこの発明の実施例に係る水素ガスセンサを示す平
面図である。図２は図１に示す水素ガスセンサのＡ−Ａ
矢視断面図である。
【００１０】このガスセンサは水素ガスに対して高感度
且つ選択的である。基板１は厚さ０．５ｍｍ、３ｍｍ×
３ｍｍの研磨されたアルミナ焼結体が用いられる。基板
は熱伝導性の良好な絶縁物であればアルミナに限定され
るものではない。基板１の第一の主面には電極２，感ガ
ス層３，触媒層４，酸化燃焼層５が順次積層される。基
板１の第二の主面には電極２Ａと酸化ルテニウムRuO2か
らなるヒータ８が形成される。
且つ選択的である。基板１は厚さ０．５ｍｍ、３ｍｍ×
３ｍｍの研磨されたアルミナ焼結体が用いられる。基板
は熱伝導性の良好な絶縁物であればアルミナに限定され
るものではない。基板１の第一の主面には電極２，感ガ
ス層３，触媒層４，酸化燃焼層５が順次積層される。基
板１の第二の主面には電極２Ａと酸化ルテニウムRuO2か
らなるヒータ８が形成される。
【００１１】このような水素ガスセンサは以下のように
して調製される。基板１の第一と第二の主面にはメタル
マスクを用い、公知のＲＦスパッタリング法で厚さ０．
２μｍの白金からなる電極２，２Ａが形成される。ＲＦ
スパッタリングはＡｒ圧力０．５Ｐａ、基板温度３５０
℃、電力４Ｗ／ｃｍ2 の条件で行われた。基板１の第二
の主面にはヒータ８が白金を用いＲＦスパッタリング法
により厚さ１μｍに形成される。
して調製される。基板１の第一と第二の主面にはメタル
マスクを用い、公知のＲＦスパッタリング法で厚さ０．
２μｍの白金からなる電極２，２Ａが形成される。ＲＦ
スパッタリングはＡｒ圧力０．５Ｐａ、基板温度３５０
℃、電力４Ｗ／ｃｍ2 の条件で行われた。基板１の第二
の主面にはヒータ８が白金を用いＲＦスパッタリング法
により厚さ１μｍに形成される。
【００１２】本実施例ではヒータ、電極は白金を用いて
いるがこれに限定されるものではなく、ＳｉＣ，ＴａＮ
2 の化合物やＲｕＯ2 等の酸化物も使用できる。次に酸
化スズからなる感ガス層３がメタルマスクを用い、ＲＦ
マグネトロンスパッタリング法により厚さ０．５ないし
１．０μｍ、１ｍｍ×１．５ｍｍの大きさに形成され
た。ＲＦスパッタリングはガス圧１ないし１０Ｐａ、Ａ
ｒ／Ｏ2 比２：１、基板温度４００℃、電力４Ｗ／ｃｍ
2 の条件で行われた。
いるがこれに限定されるものではなく、ＳｉＣ，ＴａＮ
2 の化合物やＲｕＯ2 等の酸化物も使用できる。次に酸
化スズからなる感ガス層３がメタルマスクを用い、ＲＦ
マグネトロンスパッタリング法により厚さ０．５ないし
１．０μｍ、１ｍｍ×１．５ｍｍの大きさに形成され
た。ＲＦスパッタリングはガス圧１ないし１０Ｐａ、Ａ
ｒ／Ｏ2 比２：１、基板温度４００℃、電力４Ｗ／ｃｍ
2 の条件で行われた。
【００１３】スパッタリングで酸化スズSnO2の薄膜を形
成するときは柱状の酸化スズSnO2結晶が得られる。柱状
の酸化スズSnO2結晶はガス圧が高いときに有効に生成す
る。図７はスパッタにより生成した酸化スズSnO2の結晶
構造を示す写真である。写真は３．５万倍の倍率であ
る。柱状の酸化スズSnO2結晶の間隙は水素ガスが拡散す
る有効径を有する。しかしながらこの有効径は可燃性ガ
スを拡散させることができない。可燃性ガスは従って吸
着酸素ガスの置換により感ガス層の抵抗を低下させるこ
とがないのでガスセンサは可燃性ガスに応答しない。
成するときは柱状の酸化スズSnO2結晶が得られる。柱状
の酸化スズSnO2結晶はガス圧が高いときに有効に生成す
る。図７はスパッタにより生成した酸化スズSnO2の結晶
構造を示す写真である。写真は３．５万倍の倍率であ
る。柱状の酸化スズSnO2結晶の間隙は水素ガスが拡散す
る有効径を有する。しかしながらこの有効径は可燃性ガ
スを拡散させることができない。可燃性ガスは従って吸
着酸素ガスの置換により感ガス層の抵抗を低下させるこ
とがないのでガスセンサは可燃性ガスに応答しない。
【００１４】成膜後リアクティブイオンエッチング装置
に酸素ガスを導入し、膜表面を酸素プラズマによりエッ
チング処理する。この処理は酸化スズSnO2薄膜の表面の
凹凸を大きくしてガスセンサの水素に対する感度を高め
る。続いて触媒層４がＰｔを用いＲＦマグネトロンスパ
ッタリングにより感ガス層３の上に１ｎｍないし１０ｎ
ｍの厚さに形成された。ＲＦマグネトロンスパッタリン
グの条件はガス圧１Ｐａ、スパッタガスはＡｒまたはＯ
2 、基板温度４００℃、電力１Ｗ／ｃｍ2 であった。触
媒層は水素ガスを活性化して感ガス層における酸素との
置換を促進する。
に酸素ガスを導入し、膜表面を酸素プラズマによりエッ
チング処理する。この処理は酸化スズSnO2薄膜の表面の
凹凸を大きくしてガスセンサの水素に対する感度を高め
る。続いて触媒層４がＰｔを用いＲＦマグネトロンスパ
ッタリングにより感ガス層３の上に１ｎｍないし１０ｎ
ｍの厚さに形成された。ＲＦマグネトロンスパッタリン
グの条件はガス圧１Ｐａ、スパッタガスはＡｒまたはＯ
2 、基板温度４００℃、電力１Ｗ／ｃｍ2 であった。触
媒層は水素ガスを活性化して感ガス層における酸素との
置換を促進する。
【００１５】酸化スズの粉末を乾燥空気中で良く乾燥し
てからボールミルにて所定の粒度に粉砕する。粉砕され
た酸化スズの粉体を塩化白金酸の水溶液に加え混練して
乾燥し白金を１ないし５％担持した酸化スズの粉体を調
製した。この粉体を６００℃で３ｈ熱処理し、触媒を分
解させる。触媒の担持された酸化スズをボールミルにて
粉砕し、エチルシリケート，エチルセルロース，カルビ
トールを適量加えて混練しペーストを得た。得られたペ
ーストを５０μｍの厚さになるようスクリーン印刷し、
１２０℃で２ｈ乾燥して酸化燃焼層５を得た。
てからボールミルにて所定の粒度に粉砕する。粉砕され
た酸化スズの粉体を塩化白金酸の水溶液に加え混練して
乾燥し白金を１ないし５％担持した酸化スズの粉体を調
製した。この粉体を６００℃で３ｈ熱処理し、触媒を分
解させる。触媒の担持された酸化スズをボールミルにて
粉砕し、エチルシリケート，エチルセルロース，カルビ
トールを適量加えて混練しペーストを得た。得られたペ
ーストを５０μｍの厚さになるようスクリーン印刷し、
１２０℃で２ｈ乾燥して酸化燃焼層５を得た。
【００１６】得られた三層構造体を６００℃で３ｈ焼結
した。電極２，２Ａにはリード線７，９がそれぞれ接続
される。得られた厚膜ガスセンサは図示しない警報回路
に接続される。図３はこの発明の実施例に係る水素ガス
センサにつきガス感度の温度依存性を示す線図である。
した。電極２，２Ａにはリード線７，９がそれぞれ接続
される。得られた厚膜ガスセンサは図示しない警報回路
に接続される。図３はこの発明の実施例に係る水素ガス
センサにつきガス感度の温度依存性を示す線図である。
【００１７】図６に示す特性に比し、アルコール感度が
大きく低下して水素に対して選択的なガスセンサとなっ
ている。 実施例２ 酸化燃焼層を以下のようにして形成する他は実施例１と
同様にして水素ガスセンサを調製した。
大きく低下して水素に対して選択的なガスセンサとなっ
ている。 実施例２ 酸化燃焼層を以下のようにして形成する他は実施例１と
同様にして水素ガスセンサを調製した。
【００１８】比表面積が１５０ｍ2 ／ｇ，平均粒径が３
μｍのγ−アルミナ粉体に白金１重量％を含有する塩化
白金酸水溶液を含浸させ、乾燥して６００℃で２ｈ乾燥
してγ−アルミナに白金を担持させた粉体を調製する。
この粉体に水を加えてペーストとし１００μｍ厚さとな
るように被覆した。室温で乾燥したのち、アルミナゾル
をしみ込ませ乾燥後７３０℃で３０分加熱して酸化燃焼
層５を形成した。
μｍのγ−アルミナ粉体に白金１重量％を含有する塩化
白金酸水溶液を含浸させ、乾燥して６００℃で２ｈ乾燥
してγ−アルミナに白金を担持させた粉体を調製する。
この粉体に水を加えてペーストとし１００μｍ厚さとな
るように被覆した。室温で乾燥したのち、アルミナゾル
をしみ込ませ乾燥後７３０℃で３０分加熱して酸化燃焼
層５を形成した。
【００１９】γ−アルミナ担体に白金を加えて酸化燃焼
層とする場合は酸化燃焼層において可燃性ガスが一部燃
焼して水素ガスに対する選択性が一層高まる。
層とする場合は酸化燃焼層において可燃性ガスが一部燃
焼して水素ガスに対する選択性が一層高まる。
【００２０】
【発明の効果】この発明によれば、基板上に電極と感ガ
ス層と触媒層と酸化燃焼層とヒータとを有し、基板の第
一の主面は、対をなす電極と、前記電極と基板上に選択
的に形成された感ガス層と、感ガス層上に積層された触
媒層と、触媒層上に積層された酸化燃焼層を備え、基板
の第二の主面は、対をなす電極と、前記電極と基板上に
選択的に形成されたヒータを備え、感ガス層はスパッタ
で調製されたｎ型金属酸化物半導体の薄膜であり、触媒
層は貴金属の超薄膜であり、酸化燃焼層は貴金属を担持
したｎ型金属酸化物半導体の厚膜であるとするので、酸
化燃焼層は有機溶剤ガスを選択的に燃焼して水素ガスと
可燃性ガスを感ガス層に導く。感ガス層はスパッタで形
成された柱状の結晶であり、可燃性ガスは感ガス層の内
部に拡散することができない。水素ガスは触媒層に活性
化されて感ガス層内部に導かれる。
ス層と触媒層と酸化燃焼層とヒータとを有し、基板の第
一の主面は、対をなす電極と、前記電極と基板上に選択
的に形成された感ガス層と、感ガス層上に積層された触
媒層と、触媒層上に積層された酸化燃焼層を備え、基板
の第二の主面は、対をなす電極と、前記電極と基板上に
選択的に形成されたヒータを備え、感ガス層はスパッタ
で調製されたｎ型金属酸化物半導体の薄膜であり、触媒
層は貴金属の超薄膜であり、酸化燃焼層は貴金属を担持
したｎ型金属酸化物半導体の厚膜であるとするので、酸
化燃焼層は有機溶剤ガスを選択的に燃焼して水素ガスと
可燃性ガスを感ガス層に導く。感ガス層はスパッタで形
成された柱状の結晶であり、可燃性ガスは感ガス層の内
部に拡散することができない。水素ガスは触媒層に活性
化されて感ガス層内部に導かれる。
【００２１】このようにして有機溶剤ガスと可燃性ガス
は検知されず水素ガスのみに応答する高選択性且つ高感
度の水素ガスセンサが得られる。
は検知されず水素ガスのみに応答する高選択性且つ高感
度の水素ガスセンサが得られる。
【図１】この発明の実施例に係る水素ガスセンサを示す
平面図
平面図
【図２】図１に示す水素ガスセンサのＡ−Ａ矢視断面図
【図３】この発明の実施例に係る水素ガスセンサにつき
ガス感度の温度依存性を示す線図
ガス感度の温度依存性を示す線図
【図４】従来のガスセンサを示す平面図
【図５】図４に示す従来のガスセンサのＢ−Ｂ矢視断面
図
図
【図６】従来のガスセンサにつきガス感度の温度依存性
を示す線図
を示す線図
【図７】スパッタにより生成した酸化スズSnO2の結晶構
造を示す写真
造を示す写真
【符号の説明】 １ 基板 ２ 電極 ２Ａ 電極 ３ 感ガス層 ４ 触媒層 ５ 酸化燃焼層 ７ リード線 ８ ヒータ ９ リード線
Claims (8)
- 【請求項１】基板上に電極と感ガス層と触媒層と酸化燃
焼層とヒータとを有し、 基板の第一の主面は、対をなす電極と、この電極と基板
上に選択的に形成された感ガス層と、感ガス層上に積層
された触媒層と、触媒層上に積層された酸化燃焼層を備
え、 基板の第二の主面は、対をなす電極と、この電極と基板
上に選択的に形成されたヒータを備え、 感ガス層はスパッタで調製されたｎ型金属酸化物半導体
の薄膜であり、 触媒層は貴金属の超薄膜であり、 酸化燃焼層は貴金属を担持したｎ型金属酸化物半導体の
厚膜であることを特徴とする水素ガスセンサ。 - 【請求項２】請求項１記載のガスセンサにおいて、ｎ型
金属酸化物半導体の薄膜は膜厚が１μｍ以下の酸化スズ
SnO2であることを特徴とする水素ガスセンサ。 - 【請求項３】請求項１記載のガスセンサにおいて、スパ
ッタはマグネトロンスパッタであることを特徴とする水
素ガスセンサ。 - 【請求項４】請求項１記載のガスセンサにおいて、感ガ
ス層は１ないし１０Ｐａのガス圧でスパッタされてなる
ことを特徴とする水素ガスセンサ。 - 【請求項５】請求項１記載のガスセンサにおいて、感ガ
ス層は酸素プラズマ中で表面処理されてなることを特徴
とする水素ガスセンサ。 - 【請求項６】請求項１記載のガスセンサにおいて、触媒
層は膜厚が１ないし１０ｎｍの範囲にある白金の超薄膜
であることを特徴とする水素ガスセンサ。 - 【請求項７】請求項１記載のガスセンサにおいて、ｎ型
金属酸化物半導体の厚膜は、白金を担持した膜厚が４０
ないし６０μｍの範囲にある酸化スズSnO2であることを
特徴とする水素ガスセンサ。 - 【請求項８】請求項７記載のガスセンサにおいて、白金
の担持量は１ないし５％の範囲にあることを特徴とする
水素ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29265693A JPH07128268A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 水素ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29265693A JPH07128268A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 水素ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07128268A true JPH07128268A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17784609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29265693A Pending JPH07128268A (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 水素ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07128268A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-10-28 JP JP29265693A patent/JPH07128268A/ja active Pending
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