JPH07134110A - 組合型半導体気体感応素子 - Google Patents
組合型半導体気体感応素子Info
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- JPH07134110A JPH07134110A JP4213212A JP21321292A JPH07134110A JP H07134110 A JPH07134110 A JP H07134110A JP 4213212 A JP4213212 A JP 4213212A JP 21321292 A JP21321292 A JP 21321292A JP H07134110 A JPH07134110 A JP H07134110A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高感度の選択能力を持つ組合型気体感応素子
であって、同時に熱安定性と温度安定性及び初期緩和時
間の改善も可能とする。 【構成】本発明は一種の気体感応素子である。本発明の
組合型気体感応素子は二つの部分からなっている。いず
れの部分も違う気体感応材料から造られ、その電気抵抗
は気体濃度の変化によって変わるのである。試験信号は
両部分の接点から出される。上記の素子は両部分のお互
いの補償増強作用或は補償帰還作用によって、総体素子
の選択性、感度、温度と湿度の安定性及び初期緩和時間
が改善された。必要によって、組合せの違う気体感応材
料で、本発明原理のもとで効用の違う気体感応材料を造
ることができる。
であって、同時に熱安定性と温度安定性及び初期緩和時
間の改善も可能とする。 【構成】本発明は一種の気体感応素子である。本発明の
組合型気体感応素子は二つの部分からなっている。いず
れの部分も違う気体感応材料から造られ、その電気抵抗
は気体濃度の変化によって変わるのである。試験信号は
両部分の接点から出される。上記の素子は両部分のお互
いの補償増強作用或は補償帰還作用によって、総体素子
の選択性、感度、温度と湿度の安定性及び初期緩和時間
が改善された。必要によって、組合せの違う気体感応材
料で、本発明原理のもとで効用の違う気体感応材料を造
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はー種の半導体気体感応素
子である。特に二種類の気体感応材料から成り、高感
度、良い選択性、よい安定性及び耐湿度能力を持つ複合
型半導体気体感応素子である。
子である。特に二種類の気体感応材料から成り、高感
度、良い選択性、よい安定性及び耐湿度能力を持つ複合
型半導体気体感応素子である。
【０００２】
【従来の技術】半導体気体感応素子は感度が高く、製造
技術が複雑ではなく、使用便利などの優れた点によっ
て、目前、発展のー番速い応用範囲のー番広い産品とな
った。それに種類がだんだん多くなっている。検出気体
の種類も可燃気体、易爆気体から毒気、香気、臭気及び
気体新鮮度の検出まで発展してきた。半導体と集積回路
の生産用気体の中である種類は毒性が強いので、検出濃
度は 1〜１００ｐｐｍ、更にＰＰｂクラスにも達してい
る。中毒予防と人身安全保障の面からも考えれば、気体
低濃度検出に進めなければならないのである。
技術が複雑ではなく、使用便利などの優れた点によっ
て、目前、発展のー番速い応用範囲のー番広い産品とな
った。それに種類がだんだん多くなっている。検出気体
の種類も可燃気体、易爆気体から毒気、香気、臭気及び
気体新鮮度の検出まで発展してきた。半導体と集積回路
の生産用気体の中である種類は毒性が強いので、検出濃
度は 1〜１００ｐｐｍ、更にＰＰｂクラスにも達してい
る。中毒予防と人身安全保障の面からも考えれば、気体
低濃度検出に進めなければならないのである。
【０００３】例えば、慢性中毒を防ぐために、８時間仕
事の気体濃度制限は次のようである。Ｈ2 Ｓの平均値は
１５ＰＰｍで、ＣＯなら５０ＰＰｍである。急性中毒を
防ぐために１５分間の濃度制限はＨ2 ｓが１００ＰＰｍ
で、ＣＯは４００ＰＰｍである。今までの気体感応素子
は性能が上述のような検出要求は満足しかねるのであ
る。
事の気体濃度制限は次のようである。Ｈ2 Ｓの平均値は
１５ＰＰｍで、ＣＯなら５０ＰＰｍである。急性中毒を
防ぐために１５分間の濃度制限はＨ2 ｓが１００ＰＰｍ
で、ＣＯは４００ＰＰｍである。今までの気体感応素子
は性能が上述のような検出要求は満足しかねるのであ
る。
【０００４】半導体気体感応素子の感度を高めることに
ついては、普通以下の方法を使う。 １．触媒をつけ加えて、気体感応素子の活性を強化する
こと。 ２．材料は超微粒化にすること。 ３．感度の高く、新しい材料を捜し求めること。 しかし、上記の方法によって気体感応素子の感度を高め
るにはやはり制限があって、違った素子はＰＰｂクラス
の検出には到底達することができないのである。
ついては、普通以下の方法を使う。 １．触媒をつけ加えて、気体感応素子の活性を強化する
こと。 ２．材料は超微粒化にすること。 ３．感度の高く、新しい材料を捜し求めること。 しかし、上記の方法によって気体感応素子の感度を高め
るにはやはり制限があって、違った素子はＰＰｂクラス
の検出には到底達することができないのである。
【０００５】そのうえ、現在の気体感応素子は基体材料
に改善性能を持つ添加剤をつけ加えたもので、選択性能
もよくないし、安定性もよくないのである。応用面では
普通は補償のために、外から一つのサ−ミスタ−を投入
して、気体感応探子と温度補償素子とつなぎ合わせる場
合もある。上述の温度補償素子は一つのサ−ミスタ−な
ので、ただ温度補償として、温度補償はできないので、
気体感応素子の選択性と初期緩和時間を改善するには役
割を果せないのである。
に改善性能を持つ添加剤をつけ加えたもので、選択性能
もよくないし、安定性もよくないのである。応用面では
普通は補償のために、外から一つのサ−ミスタ−を投入
して、気体感応探子と温度補償素子とつなぎ合わせる場
合もある。上述の温度補償素子は一つのサ−ミスタ−な
ので、ただ温度補償として、温度補償はできないので、
気体感応素子の選択性と初期緩和時間を改善するには役
割を果せないのである。
【０００６】本発明はー種の組合型半導体気体感応素子
である。二つの部分からなっている。この二つの部分は
それぞれ違う気体感応特性と導電種類の半導体気体感応
材料から造られ、各部分の電気抵抗は気体濃度の変化に
よって違うのである。上述の気体感応素子を検出電気回
路に投入すると、出力信号は二種類の材料の接点から出
され、上述二つの部分の一つは兼ねて負荷とすること。
必要によって、二種類の気体感応材料からなる絶体気体
感応素子は高感度と選択性及びよい温度、湿度の安定性
を持ち、初期緩和時間を改善することができるのであ
る。
である。二つの部分からなっている。この二つの部分は
それぞれ違う気体感応特性と導電種類の半導体気体感応
材料から造られ、各部分の電気抵抗は気体濃度の変化に
よって違うのである。上述の気体感応素子を検出電気回
路に投入すると、出力信号は二種類の材料の接点から出
され、上述二つの部分の一つは兼ねて負荷とすること。
必要によって、二種類の気体感応材料からなる絶体気体
感応素子は高感度と選択性及びよい温度、湿度の安定性
を持ち、初期緩和時間を改善することができるのであ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明はよい選択能力
を持つ組合型気体感応素子を提供することを目的１とす
るものである。本発明は高感度の組合型気体感応素子を
提供することを目的２とするものである。本発明は高感
度とよい選択能力を兼ね備える組合型気体感応素子を提
供することを目的とすることを目的３とするものであ
る。本発明は感度と選択能力を改善すると同時に熱安定
性と温度安定性及び初期緩和時間も改善される組合型気
体感応素子を提供することを目的４とするものである。
を持つ組合型気体感応素子を提供することを目的１とす
るものである。本発明は高感度の組合型気体感応素子を
提供することを目的２とするものである。本発明は高感
度とよい選択能力を兼ね備える組合型気体感応素子を提
供することを目的とすることを目的３とするものであ
る。本発明は感度と選択能力を改善すると同時に熱安定
性と温度安定性及び初期緩和時間も改善される組合型気
体感応素子を提供することを目的４とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は従来の技術の問
題点を解決するためのもので、上記の目的を達成するた
めに、この発明では、気体濃度を測るための複合型半導
体気体感応素子であって、二つの部分からなり、この二
つの部分はそれぞれ違う気体感応材料で造られ、その電
器抵抗は気体濃度の変化によって違う素子を利用してい
る。上述の気体感応素子を検出電器回路と接入すると、
出力信号は気体感応素子の二つの部分の接点から出さ
れ、そのうち、一つの部分は兼ねて負荷ともすること。
この部分の気体感応材料の温度係数の絶対値はほかの部
分の気体感応材料の温度係数の絶対値を上回らない構成
としている。
題点を解決するためのもので、上記の目的を達成するた
めに、この発明では、気体濃度を測るための複合型半導
体気体感応素子であって、二つの部分からなり、この二
つの部分はそれぞれ違う気体感応材料で造られ、その電
器抵抗は気体濃度の変化によって違う素子を利用してい
る。上述の気体感応素子を検出電器回路と接入すると、
出力信号は気体感応素子の二つの部分の接点から出さ
れ、そのうち、一つの部分は兼ねて負荷ともすること。
この部分の気体感応材料の温度係数の絶対値はほかの部
分の気体感応材料の温度係数の絶対値を上回らない構成
としている。
【０００９】本発明の組合型気体感応素子は、二種類の
気体感応材料で造られた二つの部分からなっている。そ
の構成はＮ−Ｎ型、Ｐ−Ｐ型、Ｎ−Ｐ型とＰ−Ｎ型四種
類ある。二種類の材料選択によって、総体気体感応素子
の性能が違うのである。Ｎ−Ｎ型或はＰ−Ｐ型を利用す
れば、選択性を高めること。Ｎ−Ｐ型或はＰ−Ｎ型を利
用すれば感度を高める。即ち感度だけではなく、選択性
も高められる。これらの組み合わせの気体感応素子はい
ずれもよい熱安定性、耐湿度能力、よい呼応時間及び回
復時間をもっている。
気体感応材料で造られた二つの部分からなっている。そ
の構成はＮ−Ｎ型、Ｐ−Ｐ型、Ｎ−Ｐ型とＰ−Ｎ型四種
類ある。二種類の材料選択によって、総体気体感応素子
の性能が違うのである。Ｎ−Ｎ型或はＰ−Ｐ型を利用す
れば、選択性を高めること。Ｎ−Ｐ型或はＰ−Ｎ型を利
用すれば感度を高める。即ち感度だけではなく、選択性
も高められる。これらの組み合わせの気体感応素子はい
ずれもよい熱安定性、耐湿度能力、よい呼応時間及び回
復時間をもっている。
【００１０】気体感応素子の選択性についての論述する
と、よい選択性をもつ気体感応素子を作るために、待測
気体に感応があって、妨害気体には感応がない気体感応
材料Ａと待測気体に感応がなく、妨害気体に感応がある
気体感応材料Ｂを選んで、組み合わせて、総体気体感応
素子となる。図１に示すように、出力信号はＡとＢの接
点から出され、そのうちＢは負荷ともする。材料Ａと材
料ＢはそれぞれＮ型半導体材料或はＰ型半導体材料で、
とちらでもいいので、総体気体感応素子は以下のＮ−Ｎ
型、及びＰ−Ｐ型となるのである。Ｎ−Ｐ型とＰ−Ｎ型
の選択性の実現については、「感度についての論述」に
述べてある。
と、よい選択性をもつ気体感応素子を作るために、待測
気体に感応があって、妨害気体には感応がない気体感応
材料Ａと待測気体に感応がなく、妨害気体に感応がある
気体感応材料Ｂを選んで、組み合わせて、総体気体感応
素子となる。図１に示すように、出力信号はＡとＢの接
点から出され、そのうちＢは負荷ともする。材料Ａと材
料ＢはそれぞれＮ型半導体材料或はＰ型半導体材料で、
とちらでもいいので、総体気体感応素子は以下のＮ−Ｎ
型、及びＰ−Ｐ型となるのである。Ｎ−Ｐ型とＰ−Ｎ型
の選択性の実現については、「感度についての論述」に
述べてある。
【００１１】図１に示すように，本発明の気体感応素子
のワ−キングの電圧で、ＶＴは出力電圧ある。ＡとＢは
それぞれ二種類の気体感応材料Ａ、Ｂからなる二つの部
分のことである。Ｎ−Ｎ型を例として，以下のように検
討する。Ａ部分は清浄気体での電気抵抗がＲＡでした
ら、Ｂ部分は清浄気体での電気抵抗がＲＢでしたら、一
種の気体と接触してから、電気抵抗がそれぞれＲＡ’、
ＲＢ’となって、材料Ａと材料Ｂはこの気体に対する感
度は次のようになる。 βA ＝ RA ／ RA' βB ＝ RB ／ RB'
のワ−キングの電圧で、ＶＴは出力電圧ある。ＡとＢは
それぞれ二種類の気体感応材料Ａ、Ｂからなる二つの部
分のことである。Ｎ−Ｎ型を例として，以下のように検
討する。Ａ部分は清浄気体での電気抵抗がＲＡでした
ら、Ｂ部分は清浄気体での電気抵抗がＲＢでしたら、一
種の気体と接触してから、電気抵抗がそれぞれＲＡ’、
ＲＢ’となって、材料Ａと材料Ｂはこの気体に対する感
度は次のようになる。 βA ＝ RA ／ RA' βB ＝ RB ／ RB'
【００１２】もし清浄気体での出力電圧がＶＴでした
ら、気体と接触してから、出力電圧がＶＴ１’となっ
て、そして、
ら、気体と接触してから、出力電圧がＶＴ１’となっ
て、そして、
【００１３】
【数２】
【００１４】上算式から図２に示すように曲腺を引い
た。 （i)βA ＞βB だったら, ＶT'＞ＶT ，出力電圧上昇 (ii)βA ＝βB だったら, ＶT'＝ＶT ，出力電圧不変 (iii)βA ＜βB だったら, ＶT'＝ＶT ，出力電圧下降 だから、もし材料Ａの待測気体に対する感度が材料Ｂの
待測気体に対する感度より高ければ、即ち(i) のように
出力電圧が上昇する。それと同時に、材料Ａが妨害気体
に対する感度は材料Ｂが妨害気体に対する感度ほど高く
なければ、即ち(iii) のように出力電圧が下降する。そ
して、待測気体と妨害気体をはっきり区別して，選択性
を高めることができる。
た。 （i)βA ＞βB だったら, ＶT'＞ＶT ，出力電圧上昇 (ii)βA ＝βB だったら, ＶT'＝ＶT ，出力電圧不変 (iii)βA ＜βB だったら, ＶT'＝ＶT ，出力電圧下降 だから、もし材料Ａの待測気体に対する感度が材料Ｂの
待測気体に対する感度より高ければ、即ち(i) のように
出力電圧が上昇する。それと同時に、材料Ａが妨害気体
に対する感度は材料Ｂが妨害気体に対する感度ほど高く
なければ、即ち(iii) のように出力電圧が下降する。そ
して、待測気体と妨害気体をはっきり区別して，選択性
を高めることができる。
【００１５】普通に言えば、Ｎ型半導体は還元気体と接
触すると、電気抵抗が低くなり、酸化気体と接触する場
合は高くなる。Ｎ型にたいして、Ｐ型はちょうど逆であ
る。このような特徴に基づいて、選択性を持つ還元気体
感応素子を作るなら、Ｎ−Ｎ型域はＰ−Ｐ型を選んだ方
がよい。通用型或は広域型気体感応素子を作るなら、Ｎ
−Ｐ型、Ｐ−Ｎ型を選んだ方がいいのである。上記の原
理のもとで、材料のそれぞれの組み合わせによって、あ
らゆる気体に対する選択性を持つ気体感応素子を作るこ
とができるのである。
触すると、電気抵抗が低くなり、酸化気体と接触する場
合は高くなる。Ｎ型にたいして、Ｐ型はちょうど逆であ
る。このような特徴に基づいて、選択性を持つ還元気体
感応素子を作るなら、Ｎ−Ｎ型域はＰ−Ｐ型を選んだ方
がよい。通用型或は広域型気体感応素子を作るなら、Ｎ
−Ｐ型、Ｐ−Ｎ型を選んだ方がいいのである。上記の原
理のもとで、材料のそれぞれの組み合わせによって、あ
らゆる気体に対する選択性を持つ気体感応素子を作るこ
とができるのである。
【００１６】素子の感度についての論述すると、素子の
感度を高めるため，本発明は二種類の電気伝導型の違
う、そしてほとんど待測気体に感応する半導体材料Ａと
Ｂを組み合せて，総体気体感応素子となるのである。そ
のワ−キング原理は図１のようである。材料ＡとＢはそ
れぞれＮ型とＰ型或はＰ型とＮ型で，組合せた素子はＮ
−Ｐ型とＰ−Ｎ型二種類である。待測気体と接触する
と、Ｎ型材料は電気抵抗が気体濃度の増加によって減少
して、Ｐ型材料は電気抵抗が気体濃度の減少によって増
加するのである。
感度を高めるため，本発明は二種類の電気伝導型の違
う、そしてほとんど待測気体に感応する半導体材料Ａと
Ｂを組み合せて，総体気体感応素子となるのである。そ
のワ−キング原理は図１のようである。材料ＡとＢはそ
れぞれＮ型とＰ型或はＰ型とＮ型で，組合せた素子はＮ
−Ｐ型とＰ−Ｎ型二種類である。待測気体と接触する
と、Ｎ型材料は電気抵抗が気体濃度の増加によって減少
して、Ｐ型材料は電気抵抗が気体濃度の減少によって増
加するのである。
【００１７】図１のように，回路をカット・インする
時，二つの部分の分圧の出力電圧Ｖｔは図３のような一
種類材料だけで構成した気体感応素子素子の出力電圧よ
りずっと多くなるので，感度は著しく高められる。具体
的な分析は次のようである。かりに組合型気体感応素子
二種類の材料ＡとＢが清潔空気での電気抵抗値はそれぞ
れＲA とＲB で，それに対する出力信号電圧はＶｔとす
ると，待測気体に接触すれば、Ａ・Ｂの電気抵抗はそれ
ぞれＲA'とＲB'となって，それに応じて出力信号電圧も
Ｖ 'ｔとなって，そして，総体組合型素子の感度をβ＝
Ｖ 'ｔ／Ｖｔと定義する。
時，二つの部分の分圧の出力電圧Ｖｔは図３のような一
種類材料だけで構成した気体感応素子素子の出力電圧よ
りずっと多くなるので，感度は著しく高められる。具体
的な分析は次のようである。かりに組合型気体感応素子
二種類の材料ＡとＢが清潔空気での電気抵抗値はそれぞ
れＲA とＲB で，それに対する出力信号電圧はＶｔとす
ると，待測気体に接触すれば、Ａ・Ｂの電気抵抗はそれ
ぞれＲA'とＲB'となって，それに応じて出力信号電圧も
Ｖ 'ｔとなって，そして，総体組合型素子の感度をβ＝
Ｖ 'ｔ／Ｖｔと定義する。
【００１８】材料ＡとＢがそれぞれＮ型とＰ型半導体気
体感応材料だった場合を例として、それに相応する感度
を次のように定義する。 βA ＝ＲA ／ＲA' (7) βB ＝ＲB'／ＲB (8) Ｎ型半導体気体感応材料の電気抵抗は気体濃度の増加に
よって，減少して，Ｐ型半導体材料の電圧抵抗は気体濃
度の増加によって，増えるので，βA ＞，βB ＞１とな
る。
体感応材料だった場合を例として、それに相応する感度
を次のように定義する。 βA ＝ＲA ／ＲA' (7) βB ＝ＲB'／ＲB (8) Ｎ型半導体気体感応材料の電気抵抗は気体濃度の増加に
よって，減少して，Ｐ型半導体材料の電圧抵抗は気体濃
度の増加によって，増えるので，βA ＞，βB ＞１とな
る。
【００１９】 図１から Ｖｔ ＝ ＲB ／（ＲA + ＲB ）・ＶC (9) Ｖ 'ｔ＝ ＲB'／（ＲA' +ＲB'） (10) (9) と(10)を(6) に入れて，(7) と(8) を利用して，そ
して， β＝（ 1 +ＲB/ＲA ）／（ 1 +ＲB'/ ＲA'）・ＰA ＰB (11)
して， β＝（ 1 +ＲB/ＲA ）／（ 1 +ＲB'/ ＲA'）・ＰA ＰB (11)
【００２０】次は(11)の各種の状況について検討する。 １．ＲA >> ＲB の場合 (i) ＲA' >> ＲB'時 β＝ＰA ・ＰB,もしＡはＮ型材料，ＢはＰ型材料だった
ら，βA ＞１，βB ＞１，そして，β＝βA βB ＞βA
或はβB (ii)ＲA'＝ＲB'時 β＝βA βB 〔 ＲA'／（ＲA'+ ＲB'）〕＝ １／２β
A βB (iii) ＲA'＜ＲB'時 β＝βA βB 〔 ＲA'／（ＲA'+ ＲB'）〕
ら，βA ＞１，βB ＞１，そして，β＝βA βB ＞βA
或はβB (ii)ＲA'＝ＲB'時 β＝βA βB 〔 ＲA'／（ＲA'+ ＲB'）〕＝ １／２β
A βB (iii) ＲA'＜ＲB'時 β＝βA βB 〔 ＲA'／（ＲA'+ ＲB'）〕
【００２１】２．ＲA ＝ＲB の場合 (i) ＲA'＞ＲB'時
【数２】(ii) ＲA'＝ＲB'時 β＝βA βB
【００２２】(iii) ＲA'＜ＲB'時
【数３】
【００２３】３．ＲA ＜ＲB の場合 (i) ＲA'＞ＲB'時
【数４】 (ii) ＲA'＝ＲB'時
【数５】 (iii) ＲA'＜ＲB'時
【数６】
【００２４】以上の検討によりますと，１.(ii),(iii)
2.(iii) 及び3.(iii) のある状況のほかに，ほとんどの
場合は素子の感度βがβA βB より大きい域は等しい。
実際に，使用する便利のため，１.(i)条件を満足するよ
うに素子を設計すれば, 材料Ａ，Ｂの清浄空気での電気
抵抗がＲA >>ＲB ，それに待測気体濃度があまり高くな
い時，ＲA' >> ＲB'( 或いはＲA' >ＲB' )を満足するこ
とができる。いわゆる総体組合型気体感応素子の感度が
普通気体感応素子より高い。
2.(iii) 及び3.(iii) のある状況のほかに，ほとんどの
場合は素子の感度βがβA βB より大きい域は等しい。
実際に，使用する便利のため，１.(i)条件を満足するよ
うに素子を設計すれば, 材料Ａ，Ｂの清浄空気での電気
抵抗がＲA >>ＲB ，それに待測気体濃度があまり高くな
い時，ＲA' >> ＲB'( 或いはＲA' >ＲB' )を満足するこ
とができる。いわゆる総体組合型気体感応素子の感度が
普通気体感応素子より高い。
【００２５】ところで，注意するべきなのは，素子感度
を高めると同時に，素子の選択性を改善することもでき
る。分析は以下のようである。かりに材料Ａが待測気体
(I) に対する感度がＢAI，妨害気体 (II) に対する感度
はＢA IIとすると，材料Ａが二種類気体に対する識別率
は次のように定義する。
を高めると同時に，素子の選択性を改善することもでき
る。分析は以下のようである。かりに材料Ａが待測気体
(I) に対する感度がＢAI，妨害気体 (II) に対する感度
はＢA IIとすると，材料Ａが二種類気体に対する識別率
は次のように定義する。
【００２６】材料Ｂが二種類気体に対する識別率を次の
ように定義する。
ように定義する。
【００２７】そして，総体気体感応素子が二種類気体に
対する識別率の定義は βBIとβBII は材料Ｂがそれぞれ気体 (Ｉ) と（II) に
対する感度で，βI とβIIは総体素子が気体 (Ｉ) と
(II) に対する感度である。総体気体感応素子は感度が
β＝βA ・βB を満足する時，その識別率は次のようで
ある。
対する識別率の定義は βBIとβBII は材料Ｂがそれぞれ気体 (Ｉ) と（II) に
対する感度で，βI とβIIは総体素子が気体 (Ｉ) と
(II) に対する感度である。総体気体感応素子は感度が
β＝βA ・βB を満足する時，その識別率は次のようで
ある。
【００２８】
【数７】
【００２９】上式からみれば，もし総体感応素子となる
二種類気体感応材料ＡとＢがいずれも待測気体Ｉに対し
て選択性を持つと，即ちβA I ＞βA II, βB I ＞βB
II時、α＞αA 或はα＞αB 。いわゆる総体気体感応素
子の識別率が単一種類気体感度材料より高い。このよう
な構成は気体感応素子の選択性をも高められることを表
した。
二種類気体感応材料ＡとＢがいずれも待測気体Ｉに対し
て選択性を持つと，即ちβA I ＞βA II, βB I ＞βB
II時、α＞αA 或はα＞αB 。いわゆる総体気体感応素
子の識別率が単一種類気体感度材料より高い。このよう
な構成は気体感応素子の選択性をも高められることを表
した。
【００３０】上記の論述から，次の結論が得られた。Ｒ
A>> ＲB 尚ＲA'>>ＲB'、或はＲA'ＲB'の時、β＝βA β
B が満足される。いわゆるＲA>> ＲB 尚ＲA'> ＲB'（或
はＲA'>>ＲB') 時，素子の感度が高められる。この時，
もし素子となる二種類気体感応材料ＡとＢが同一種類気
体に対して、いずれも選択性を持てば，総体型素子が感
度だけでなく、選択性も高められる。勿論，上記の感度
についての論述は、Ｎ−Ｐ型素子即ち組合型気体感応素
子のうち，兼ねて負荷とする部分はＰ型材料として、も
う一つの部分はＮ型材料とすることを前提として行われ
たのである。
A>> ＲB 尚ＲA'>>ＲB'、或はＲA'ＲB'の時、β＝βA β
B が満足される。いわゆるＲA>> ＲB 尚ＲA'> ＲB'（或
はＲA'>>ＲB') 時，素子の感度が高められる。この時，
もし素子となる二種類気体感応材料ＡとＢが同一種類気
体に対して、いずれも選択性を持てば，総体型素子が感
度だけでなく、選択性も高められる。勿論，上記の感度
についての論述は、Ｎ−Ｐ型素子即ち組合型気体感応素
子のうち，兼ねて負荷とする部分はＰ型材料として、も
う一つの部分はＮ型材料とすることを前提として行われ
たのである。
【００３１】素子の熱安定性についての論述すると、ま
ず，普通構成（即ちただ一種の気体感応材料で作った）
気体感応素子の熱安定性について検討する。図３の示す
ように、普通構成の気体感応素子のワ−キング原理図で
ある。気体感応素子の温度係数は次のようである。Ｖ
(T) ＝１／Ｒ・ｄＲ／ｄＴ 温度の変化があまり大きく
ない時、Ｖ＝Ｖ(T) ＝１／Ｒ・ΔＲ／ΔＴ とアプロ−
チする。
ず，普通構成（即ちただ一種の気体感応材料で作った）
気体感応素子の熱安定性について検討する。図３の示す
ように、普通構成の気体感応素子のワ−キング原理図で
ある。気体感応素子の温度係数は次のようである。Ｖ
(T) ＝１／Ｒ・ｄＲ／ｄＴ 温度の変化があまり大きく
ない時、Ｖ＝Ｖ(T) ＝１／Ｒ・ΔＲ／ΔＴ とアプロ−
チする。
【００３２】もし，温度がＴ1 からＴ1 ＋ΔＴに変化し
たら，気体感応素子の電気抵抗がＲ1 からＲ1 ＋Ｒ1 Ｖ
ΔＴ1 に変わって，図３の兼ねて負荷とするＲ2 は固定
電気抵抗で、温度変化の影響を受けない。かりに温度が
Ｔ1 とＴ2 の時、出力電圧がそれぞれＶ'T1 とＶ'T2 と
すると、そして、 Ｖ'T1 ＝Ｒ2 ／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）・ＶC ＝ＶC ／（ 1＋Ｒ1 / Ｒ2 ） (1) Ｖ'T2 ＝Ｒ2 ・ＶC ／（Ｒ2 ＋Ｒ1 ＋Ｒ1 Ｖ1 ΔＴ） (2) ＝ＶC ／｛１＋（１＋Ｖ1 ΔＴ）Ｒ1 ／Ｒ2 ｝ (1) と(2) を比べると，出力電圧が温度によって変化し
ないために、（１＋ＶI ΔＴ）を１にアプロ−チするべ
きである。即ち、ΔＴ→０或はＶI →Ｏ。しかし、この
ような条件は揃いかねて、それにＲ１はＲ２よりずっと
高いので，１＋ＶＩΔＴが１からすこし逸れると、( １
＋Ｖ１ΔＴ) Ｒ１／Ｒ２は大きな変化がでてきて、出力
電圧ＶＴの大きな変動をもたらす。
たら，気体感応素子の電気抵抗がＲ1 からＲ1 ＋Ｒ1 Ｖ
ΔＴ1 に変わって，図３の兼ねて負荷とするＲ2 は固定
電気抵抗で、温度変化の影響を受けない。かりに温度が
Ｔ1 とＴ2 の時、出力電圧がそれぞれＶ'T1 とＶ'T2 と
すると、そして、 Ｖ'T1 ＝Ｒ2 ／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）・ＶC ＝ＶC ／（ 1＋Ｒ1 / Ｒ2 ） (1) Ｖ'T2 ＝Ｒ2 ・ＶC ／（Ｒ2 ＋Ｒ1 ＋Ｒ1 Ｖ1 ΔＴ） (2) ＝ＶC ／｛１＋（１＋Ｖ1 ΔＴ）Ｒ1 ／Ｒ2 ｝ (1) と(2) を比べると，出力電圧が温度によって変化し
ないために、（１＋ＶI ΔＴ）を１にアプロ−チするべ
きである。即ち、ΔＴ→０或はＶI →Ｏ。しかし、この
ような条件は揃いかねて、それにＲ１はＲ２よりずっと
高いので，１＋ＶＩΔＴが１からすこし逸れると、( １
＋Ｖ１ΔＴ) Ｒ１／Ｒ２は大きな変化がでてきて、出力
電圧ＶＴの大きな変動をもたらす。
【００３３】次は本発明の組合型気体感応素子の熱安定
性について検討する。本発明の組合型感応素子について
は、上述とは違うのである。図１に示すように、兼ねて
不荷とする気体感応材料の電気抵抗値ＲＢはずっと固定
ではなく、かりにその電気抵抗温度の変化する勢によっ
て、。ＲＡと同じことを選択することができる。適当な
材料があれば、ＡとＢ両部分の分圧即ち素子の出力電圧
の変化が温度の変化によらない或は変化があっても常に
小さいのである。次は具体的に分析する。
性について検討する。本発明の組合型感応素子について
は、上述とは違うのである。図１に示すように、兼ねて
不荷とする気体感応材料の電気抵抗値ＲＢはずっと固定
ではなく、かりにその電気抵抗温度の変化する勢によっ
て、。ＲＡと同じことを選択することができる。適当な
材料があれば、ＡとＢ両部分の分圧即ち素子の出力電圧
の変化が温度の変化によらない或は変化があっても常に
小さいのである。次は具体的に分析する。
【００３４】図１に示すように、かりに温度がＴ1 から
Ｔ2 に変化して素子の出力電圧がＶＴ1 からＶＴ2 に変
化することとすると、気体感応材料Ａの電気抵抗ＲＡか
らＲＡ＋ＲＡ・ＶＡΔＴ に変わって、気体感応材料Ｂ
の電気抵抗はＲＢからＲＢ＋ＲＢＶＢΔＴに変わるので
ある。そして、出力信号ＶＴ1 とＶＴ2 は次のようにな
る。
Ｔ2 に変化して素子の出力電圧がＶＴ1 からＶＴ2 に変
化することとすると、気体感応材料Ａの電気抵抗ＲＡか
らＲＡ＋ＲＡ・ＶＡΔＴ に変わって、気体感応材料Ｂ
の電気抵抗はＲＢからＲＢ＋ＲＢＶＢΔＴに変わるので
ある。そして、出力信号ＶＴ1 とＶＴ2 は次のようにな
る。
【００３５】
【数８】
【００３６】(3) と(4）を比べると、ＶＴ2 をＶＴ1 に
アプローチさせるために (5) を満足するには、二つの条件が必要である。
アプローチさせるために (5) を満足するには、二つの条件が必要である。
【００３７】 (i) １＋ＶA ΔＴ＝１＋ＶB ΔＴ 即ちＶA ＝ＶB 上式は二種類の気体感応材料の温度係数が等しいなら、
出力信号は温度の変化によって，変化しないことを表し
た。勿論，厳格にＶA ＝ＶB という式を満足するのは無
理である。なぜなら、たとえ、材料が同じでも，製造技
術と塗料の違いで差別がでてくるはずである。けれど
も、ＶA とＶB が等しい場合或は近似の場合を選択する
なら、組合型気体感応体素子の熱安定性がよくなるに違
いない。
出力信号は温度の変化によって，変化しないことを表し
た。勿論，厳格にＶA ＝ＶB という式を満足するのは無
理である。なぜなら、たとえ、材料が同じでも，製造技
術と塗料の違いで差別がでてくるはずである。けれど
も、ＶA とＶB が等しい場合或は近似の場合を選択する
なら、組合型気体感応体素子の熱安定性がよくなるに違
いない。
【００３８】(ii) ＶA ΔＴ<<１，ＶB ΔＴ<<１ 上式は二種類の材料は温度係数が非常に小さい時、出力
信号は温度による変化も非常に少ないことを表した。次
は(2) と(4) を比べると、区別はＲ1 ／Ｒ2 或はＲA ／
ＲB の係数は同じではないのである。かりにＲ1 ／Ｒ2
＝ＲA ／ＲB 、Ｖ1 ＝ＶA とすると，比べることが易し
くなり，温度の変化によって、ＶＴ2 ’とＶＴ2 の変化
を比べると，ただ( １＋Ｖ1 ΔＴ) と(5) 式がどちらが
もっと１に近いのを比べたらいい。１にもっと近い方は
熱安定性がわりあい良いのである。以下の二種類の情況
から考えればいい。
信号は温度による変化も非常に少ないことを表した。次
は(2) と(4) を比べると、区別はＲ1 ／Ｒ2 或はＲA ／
ＲB の係数は同じではないのである。かりにＲ1 ／Ｒ2
＝ＲA ／ＲB 、Ｖ1 ＝ＶA とすると，比べることが易し
くなり，温度の変化によって、ＶＴ2 ’とＶＴ2 の変化
を比べると，ただ( １＋Ｖ1 ΔＴ) と(5) 式がどちらが
もっと１に近いのを比べたらいい。１にもっと近い方は
熱安定性がわりあい良いのである。以下の二種類の情況
から考えればいい。
【００３９】(i) ΔＴ＞Ｏ 時普通の陶器半導体は温度
係数がほとんどマイナスである。即ち、ＶA ＜Ｏ、ＶB
＜Ｏ、だから Ｏ＜１＋ＶA ΔＴ＜１、Ｏ＜１＋ＶB ΔＴ＜１ （すでにＶ1 ＝ＶA を仮定したことに気をつけてくださ
い） ｜ＶA ｜＜｜ＶB ｜時、不確定な情況が出てくる。
係数がほとんどマイナスである。即ち、ＶA ＜Ｏ、ＶB
＜Ｏ、だから Ｏ＜１＋ＶA ΔＴ＜１、Ｏ＜１＋ＶB ΔＴ＜１ （すでにＶ1 ＝ＶA を仮定したことに気をつけてくださ
い） ｜ＶA ｜＜｜ＶB ｜時、不確定な情況が出てくる。
【００４０】(ii)ΔＴ＜Ｏ時 １＋ＶA ΔＴ＞１、 １＋ＶB ΔＴ＞１ そして、 ｜ＶA ｜＜｜ＶB ｜時、不確定な情況が出てくる。
【００４１】総合して述べると，次の結論を得た。組合
型気体感応素子となる二種類気体感応材料が以下の条件
を満足したら、ＶA がＶB と等しい或はＶB と近似して
｜ＶA ｜＞｜ＶB ｜だったら、組合型気体感応素子は熱
安定性が普通構式の気体感応素子よりいい。勿論、もし
二種類の材料の温度係数が非常に小さければ素子の熱安
定性もとてもいいのである。
型気体感応素子となる二種類気体感応材料が以下の条件
を満足したら、ＶA がＶB と等しい或はＶB と近似して
｜ＶA ｜＞｜ＶB ｜だったら、組合型気体感応素子は熱
安定性が普通構式の気体感応素子よりいい。勿論、もし
二種類の材料の温度係数が非常に小さければ素子の熱安
定性もとてもいいのである。
【００４２】１，呼応時間 かりに材料が気体に接触してから，その電気抵抗が以下
の条件を満足すると そして，図１に示すような本発明の組合型気体感応素子
は，材料Ａに対して 素子が気体に接触してから，その出力電圧がＶT からＶ
T'となって，そして
の条件を満足すると そして，図１に示すような本発明の組合型気体感応素子
は，材料Ａに対して 素子が気体に接触してから，その出力電圧がＶT からＶ
T'となって，そして
【００４３】
【数９】
【００４４】τA ＝τB 時、ＶT'＝ＶT τA ＜τB 時、ＶT'＞ＶT 、呼応が速い τA ＞τB 時、ＶT'＜ＶT 、呼応が遅い 待測気体に対して、τA ＜τB 、即ち材料Ａの呼応は材
料Ｂよりはやい，妨害気体に対して、τA ＞τB 、即ち
材料Ａの呼応は材料Ｂより遅い。
料Ｂよりはやい，妨害気体に対して、τA ＞τB 、即ち
材料Ａの呼応は材料Ｂより遅い。
【００４５】２．回復時間 かりに材料が気体から離服してから，電気抵抗が回復す
るには下の条件を満足 かりに素子の出力電圧がＶ'TからＶTSとなると、そし
て、
るには下の条件を満足 かりに素子の出力電圧がＶ'TからＶTSとなると、そし
て、
【００４６】
【数１０】
【００４７】ζ＝１時、即ちτA ＝τB 時、ＶTS＝ＶT' ζ＞１時、即ちτA ＜τB 時、ＶTS＜ＶT'回復が速い ζ＜１時、即ちτA ＞τB 時、ＶTS＞ＶT'回復が遅い 待測気体に対して，τA<τB を要求する，即ち材料Ａの
回復が材料Ｂより速い。この条件は呼応の速い条件と一
致している。
回復が材料Ｂより速い。この条件は呼応の速い条件と一
致している。
【００４８】初期緩和時間についての論述すると、普
通，現在の気体感応素子はほとんど初期緩和時間を持っ
ている。即ち，加熱電圧とカットインしたら素子の電気
抵抗が小さくなって，しばらくして，だんだん回復し
て，安定値に近よってくる。電流を流してから電気抵抗
が安定になるまでのかかる時間は初期緩和時間と呼ばれ
ている。初期緩和時間は応用には不便なところをたくさ
ん持たらした。本発明は初期電気抵抗の上昇と下降の幅
の差が大きくない初期緩和時間が近いこの二種類気体感
応材料を選んで，総体組合型気体感応素子を組み合わせ
たのである。素子の出力電圧即ちＡとＢ部分の分圧ＶT'
は安定性を保って，素子の初期緩和時間を短縮して，初
期安定性がたかめられる。
通，現在の気体感応素子はほとんど初期緩和時間を持っ
ている。即ち，加熱電圧とカットインしたら素子の電気
抵抗が小さくなって，しばらくして，だんだん回復し
て，安定値に近よってくる。電流を流してから電気抵抗
が安定になるまでのかかる時間は初期緩和時間と呼ばれ
ている。初期緩和時間は応用には不便なところをたくさ
ん持たらした。本発明は初期電気抵抗の上昇と下降の幅
の差が大きくない初期緩和時間が近いこの二種類気体感
応材料を選んで，総体組合型気体感応素子を組み合わせ
たのである。素子の出力電圧即ちＡとＢ部分の分圧ＶT'
は安定性を保って，素子の初期緩和時間を短縮して，初
期安定性がたかめられる。
【００４９】耐温度能力についての論述すると、普通の
気体感応素子はほとんど温度の影響を受ける主存原因は
素子の電気抵抗が温度の変化によって変わるのである。
温度の変化は気体感応素子の不安定をもたらす。そし
て，温度変化の妨害をとり除くために，本発明はＡとＢ
気体感応材料を選ぶ時，上記の状況を考えるだけではな
く，ＡとＢ材料の電気抵抗ができるだけの温度のによる
変化を大体同じようにして，ＡとＢの互いの補償作用を
利用して，温度変化による電気抵抗に互いに双方相殺さ
せて，このようにしてから，総体素子の耐温度能力が高
められる。
気体感応素子はほとんど温度の影響を受ける主存原因は
素子の電気抵抗が温度の変化によって変わるのである。
温度の変化は気体感応素子の不安定をもたらす。そし
て，温度変化の妨害をとり除くために，本発明はＡとＢ
気体感応材料を選ぶ時，上記の状況を考えるだけではな
く，ＡとＢ材料の電気抵抗ができるだけの温度のによる
変化を大体同じようにして，ＡとＢの互いの補償作用を
利用して，温度変化による電気抵抗に互いに双方相殺さ
せて，このようにしてから，総体素子の耐温度能力が高
められる。
【００５０】実施例としての焼結型 焼結型気体感応素子の断面図は図５に示すように，陶管
をキャリアーとしてその上に相互連ならない三種電極を
作って，図の１，２，３のように，それぞれ接地と出力
信号ＶT とワーキング電圧ＶC とつながっている。加熱
電極４が陶管の真ん中に置かれている。電極１と２の間
に気体感応材料Ｂを塗って，電極２と３の間に気体感応
材料Ａを塗って置く。焼結処理を受けてから，図５のよ
うに焼結を受けた管を台座に熔接し，同封してから，本
発明の気体感応素子となったのである。
をキャリアーとしてその上に相互連ならない三種電極を
作って，図の１，２，３のように，それぞれ接地と出力
信号ＶT とワーキング電圧ＶC とつながっている。加熱
電極４が陶管の真ん中に置かれている。電極１と２の間
に気体感応材料Ｂを塗って，電極２と３の間に気体感応
材料Ａを塗って置く。焼結処理を受けてから，図５のよ
うに焼結を受けた管を台座に熔接し，同封してから，本
発明の気体感応素子となったのである。
【００５１】（ii）薄膜型と厚膜型 図６は本発明の薄膜型と厚膜型気体感応素子の正面図で
ある。図７は加熱電極が背面に造られた場合の薄膜型と
厚膜型の気体感応素子の背面図である。薄膜型と厚膜型
素子は RuO2或いは Pt を陶基板、 SiO2 表面のシリコ
ン片域かガラス基板に三組電極を作って、図６のような
４、５，６はそれぞれ接地と出力信号Vtとワーキング電
圧Vcとして使われる。これから、蒸発、スパッター、化
学気相沈積 (プラズマ気相沈積) という方法で材料Ａを
電極５と６の間に沈積して、材料Ｂを電極４と５の間に
沈積して置く。もし、加熱電極が正面に造られたら、加
熱電極の上に一枚の絶縁被覆を覆ってからその上に材料
ＡとＢを沈積することができる。もし加熱電極が背面に
造られたら、（図７のように）、絶縁層を覆わない。上
記の仕事が終わったら、管芯を台座に熔接すること。
ある。図７は加熱電極が背面に造られた場合の薄膜型と
厚膜型の気体感応素子の背面図である。薄膜型と厚膜型
素子は RuO2或いは Pt を陶基板、 SiO2 表面のシリコ
ン片域かガラス基板に三組電極を作って、図６のような
４、５，６はそれぞれ接地と出力信号Vtとワーキング電
圧Vcとして使われる。これから、蒸発、スパッター、化
学気相沈積 (プラズマ気相沈積) という方法で材料Ａを
電極５と６の間に沈積して、材料Ｂを電極４と５の間に
沈積して置く。もし、加熱電極が正面に造られたら、加
熱電極の上に一枚の絶縁被覆を覆ってからその上に材料
ＡとＢを沈積することができる。もし加熱電極が背面に
造られたら、（図７のように）、絶縁層を覆わない。上
記の仕事が終わったら、管芯を台座に熔接すること。
【００５２】（iii)具体的な例 本発明の原理を利用して、Ｎ−Ｎ型組み合わせでブタン
感応素子を作った。センシング・ユニットＡの材料は S
nO2 、WO3 、SiO2、ThO2、Pt: 磁製粉、酸洗い石綿など
をそれぞれ 51.2 ％、 24 ％、 10.3 ％、 10.3 ％、
0.8％、 1.7％、1.7 ％の割合で称重して、万遍なくか
くまぜて、充分にみがいて、パルプに作って、電極付き
の磁管の上に塗って、恒温度６００℃で１時間ぐらい焼
結してからセンシング・ユニットＡの製作が完成した。
センシング・ユニットＢの材料はそれぞれＺｎＳｎ
Ｏ3 、ＳｎＯ2 、ＴｈＯ2 、ＴｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣＯ2
Ｏ3 、Ｓｎ、Ａｌ2 Ｏ3 酸洗い石綿、磁性粉を５４．４
％−５６．７％、２７．５％−２９．８％、１％、０．
５％、４．７％、１％、３．６％、２％、１．５％、
１．５％の割合で称重して、万遍なくかきまぜて、充分
にみがいて、パルプに作って、電極付きの別の磁管の上
に塗って、恒温度１時間ぐらい焼結して、センシング・
ユニットＢの製作が完成した。ＡとＢからなる総体期待
感応素子は選択性の高いブタン素子である。プタン、ガ
ソリン、エチル・アルコール、アセトンを検出した結果
は
感応素子を作った。センシング・ユニットＡの材料は S
nO2 、WO3 、SiO2、ThO2、Pt: 磁製粉、酸洗い石綿など
をそれぞれ 51.2 ％、 24 ％、 10.3 ％、 10.3 ％、
0.8％、 1.7％、1.7 ％の割合で称重して、万遍なくか
くまぜて、充分にみがいて、パルプに作って、電極付き
の磁管の上に塗って、恒温度６００℃で１時間ぐらい焼
結してからセンシング・ユニットＡの製作が完成した。
センシング・ユニットＢの材料はそれぞれＺｎＳｎ
Ｏ3 、ＳｎＯ2 、ＴｈＯ2 、ＴｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣＯ2
Ｏ3 、Ｓｎ、Ａｌ2 Ｏ3 酸洗い石綿、磁性粉を５４．４
％−５６．７％、２７．５％−２９．８％、１％、０．
５％、４．７％、１％、３．６％、２％、１．５％、
１．５％の割合で称重して、万遍なくかきまぜて、充分
にみがいて、パルプに作って、電極付きの別の磁管の上
に塗って、恒温度１時間ぐらい焼結して、センシング・
ユニットＢの製作が完成した。ＡとＢからなる総体期待
感応素子は選択性の高いブタン素子である。プタン、ガ
ソリン、エチル・アルコール、アセトンを検出した結果
は
【表１】 のようである。
【００５３】
【表１】からみれば、ブタンが１００ｐｐｍ時、出力電
圧Ｖｔが１０５７ｍＶである。このデータは妨害気体ガ
ソリン、エチル・アルコールとアセトンが５０００ｐｐ
ｍ時のデータよれ上回るのである。素子はよい選択性を
持っていることを表した。もし、ＡとＢが上記割合と違
う材料で作ったら、それに別の製作技術を使って、選択
性の高いブタン感応素子も造られる。このように造った
素子の検出結果は表２のようである。
圧Ｖｔが１０５７ｍＶである。このデータは妨害気体ガ
ソリン、エチル・アルコールとアセトンが５０００ｐｐ
ｍ時のデータよれ上回るのである。素子はよい選択性を
持っていることを表した。もし、ＡとＢが上記割合と違
う材料で作ったら、それに別の製作技術を使って、選択
性の高いブタン感応素子も造られる。このように造った
素子の検出結果は表２のようである。
【表２】 のデータによって図８のような曲線を引いて、この曲線
はアセトン、エチル・アルコール、ガソリンの濃度が１
０００ｐｐｍを越える場合、出力電圧Ｖｔは上昇が非常
に遅い、いわゆる下降の傾向も出てきた。但し、ブタン
に対しては、出力電圧Ｖｔが濃度の増加によって増え
て、有効に妨害気体と待測気体を区別したとのことを表
した。
はアセトン、エチル・アルコール、ガソリンの濃度が１
０００ｐｐｍを越える場合、出力電圧Ｖｔは上昇が非常
に遅い、いわゆる下降の傾向も出てきた。但し、ブタン
に対しては、出力電圧Ｖｔが濃度の増加によって増え
て、有効に妨害気体と待測気体を区別したとのことを表
した。
【００５４】本発明のもう一つの実施例は上記と違う気
体感応材料と焼結技術で作ったＮ−Ｎ型高選択性酒感応
素子である。センシング・ユニットＡの材料は、ＺｎＳ
ｎＯ2 、ＳｎＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＣａＯ、Ａｇ2 Ｏ、Ｓ
ｂと磁性粉で、その割合は５１．４％、４１．１％、
１．５％、２％、１．５％、１％、１．５％である。ま
ず、Ｓｂと磁性粉以外の材料を万遍なくかきまぜて、充
分にみがいてから、ディオナイジング水でかきまぜて、
圧力で塊状に作って、恒温１０００℃で２時間焼結し
て、自ら冷却してから、マッシングして細かくみがい
て、Ｓｂと磁性粉を混ぜて、充分にみがいてディオナイ
ジッグ水で糊状までかきまぜて、電極付きの磁管に塗っ
て、恒温９００℃で１時間焼結してセンシング・ユニッ
トＡとなった。センシング・ユニットＢの材料はＷ
Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 磁性粉でその割合はそれぞれ９０．４
％−９１％、３％−３．１％、６％−６．５％である。
これらの材料を万遍なくかきまぜて、充分にみがいてか
ら、パルプに作って、電極付きの半分の磁管に塗って、
恒温６００℃で１時間ぐらい焼結し、センシング・ユニ
ットＢとなった。このようなＡとＢ両部分からなる高選
択性のＮ−Ｎ型エチル・アルコール感応素子はエチル・
アルコール、ブタン、ガソリンに対する検出結果は表９
に示してある。三本の曲線は出力電圧Ｖｔがエチル・ア
ルコール濃度の増加によって増えるのであるが、ブタン
とガソリンに対して、濃度の増加によって、減少するこ
とを表した。だから当の素子はガソリンに対する選択性
は非常に著しい。
体感応材料と焼結技術で作ったＮ−Ｎ型高選択性酒感応
素子である。センシング・ユニットＡの材料は、ＺｎＳ
ｎＯ2 、ＳｎＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＣａＯ、Ａｇ2 Ｏ、Ｓ
ｂと磁性粉で、その割合は５１．４％、４１．１％、
１．５％、２％、１．５％、１％、１．５％である。ま
ず、Ｓｂと磁性粉以外の材料を万遍なくかきまぜて、充
分にみがいてから、ディオナイジング水でかきまぜて、
圧力で塊状に作って、恒温１０００℃で２時間焼結し
て、自ら冷却してから、マッシングして細かくみがい
て、Ｓｂと磁性粉を混ぜて、充分にみがいてディオナイ
ジッグ水で糊状までかきまぜて、電極付きの磁管に塗っ
て、恒温９００℃で１時間焼結してセンシング・ユニッ
トＡとなった。センシング・ユニットＢの材料はＷ
Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 磁性粉でその割合はそれぞれ９０．４
％−９１％、３％−３．１％、６％−６．５％である。
これらの材料を万遍なくかきまぜて、充分にみがいてか
ら、パルプに作って、電極付きの半分の磁管に塗って、
恒温６００℃で１時間ぐらい焼結し、センシング・ユニ
ットＢとなった。このようなＡとＢ両部分からなる高選
択性のＮ−Ｎ型エチル・アルコール感応素子はエチル・
アルコール、ブタン、ガソリンに対する検出結果は表９
に示してある。三本の曲線は出力電圧Ｖｔがエチル・ア
ルコール濃度の増加によって増えるのであるが、ブタン
とガソリンに対して、濃度の増加によって、減少するこ
とを表した。だから当の素子はガソリンに対する選択性
は非常に著しい。
【００５５】次の二つの実施例は本発明の原理によっ
て、基本材料ＳｎＯ2 にＰｔ、ＣＯ3Ｏ4 磁性粉などを
混ぜて、作ったセンシング・ユニットA と基本材料Ｍｏ
Ｏ3 に磁性粉などを混ぜて作ったセンシング・ユニット
ＢからなるＮ−Ｐ型気体感応素子である。エチル・アル
コール、ガソリン、ブタンに対して、検出の結果は
て、基本材料ＳｎＯ2 にＰｔ、ＣＯ3Ｏ4 磁性粉などを
混ぜて、作ったセンシング・ユニットA と基本材料Ｍｏ
Ｏ3 に磁性粉などを混ぜて作ったセンシング・ユニット
ＢからなるＮ−Ｐ型気体感応素子である。エチル・アル
コール、ガソリン、ブタンに対して、検出の結果は
【表３】 のようである。
【表３】からＮ−Ｐ型気体感応素子は感度Ｂが総体気体
感応素子の各種気体感度材料の感度Ｂ1 或Ｂ2 より高
い。
感応素子の各種気体感度材料の感度Ｂ1 或Ｂ2 より高
い。
【図１】本発明の総合型気体感応素子のワーキング方式
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明の選択性分析曲線である。
【図３】普通の気体感応素子のワーキング方式構成図で
ある。
ある。
【図４】本発明の焼結型気体感応素子の断面図である。
【図５】本発明の焼結型気体感応素子の包封後見取り図
である。
である。
【図６】本発明の薄膜型と厚膜型素子の正面図である。
【図７】本発明の薄膜型と厚膜型素子の背面図である。
【図８】本発明のもう一つの実施検出曲線図である。
１〜３：電極 ４：加熱電極 ５：電極 ６：電極 Ａ，Ｂ：気体感応材料
【数１】
【手続補正書】
【提出日】平成６年２月４日
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の総合型気体感応素子のワーキング方式
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明の選択性分析曲線である。
【図３】普通の気体感応素子のワーキング方式構成図で
ある。
ある。
【図４】本発明の焼結型気体感応素子の断面図である。
【図５】本発明の焼結型気体感応素子の包封後見取り図
である。
である。
【図６】本発明の薄膜型と厚膜型素子の正面図である。
【図７】本発明の薄膜型と厚膜型素子の背面図である。
【図８】本発明の実施検出曲線図である。
【図９】本発明のもう一つの実施検出曲線図である。
【符号の説明】 １〜３：電極 ４：加熱電極 ５：電極 ６：電極 Ａ，Ｂ：気体感応材料
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
Claims (9)
- 【請求項１】 これは一種の気体濃度を測るための複合
型半導体気体感応素子である。二つの部分からなり、こ
の二つの部分はそれぞれ違う気体感応材料で造られ、そ
の電器抵抗は気体濃度の変化によって違うのである。上
述の気体感応素子を検出電器回路と接入すると、出力信
号は気体感応素子の二つの部分の接点から出され、その
うち、一つの部分は兼ねて負荷ともすること。この部分
の気体感応材料の温度係数の絶対値はほかの部分の気体
感応材料の温度係数の絶対値を上回らないことを特徴と
する組合型半導体気体感応素子。 - 【請求項２】 二つの部分の温度係数は等しい或は近似
している請求項１記載の組合型半導体気体感応素子。 - 【請求項３】 二種類の気体感応材料をそれぞれＮ型に
しても、Ｐ型にしてもよろしいこと。組合型気体感応素
子はＮ−Ｎ型、Ｐ−Ｐ型であること。そのうち、一種類
の気体感応材料は待測気体に感応して、妨害気体には感
応しないこと。これに対して、もう一種類の気体感応材
料は妨害気体に感応して、待測気体に感応しない請求項
１記載の組合型半導体感応素子。 - 【請求項４】 二種類の気体感応材料はそれぞれＮ型と
Ｐ型ですが、Ｎ型とＰ型からなる素子はＮ−Ｐ型或はＰ
−Ｎ型である。いずれも待測気体に感応する請求項１記
載の組合型半導体気体感応素子。 - 【請求項５】 二種類の気体感応材料はいずれも妨害気
体に感応しない請求項４記載の組合型半導体気体感応素
子。 - 【請求項６】 上述のＰ型気体感応材料は兼ねて負荷と
すること。上述Ｎ型気体感応材料は清潔な空気での電気
抵抗は清浄な空気でのＰ型材料の電気抵抗値よりずっと
高いこと。それにＮ型気体感応材料の待測気体の濃度の
あまり高くない時の電器抵抗値はＰ型材料の同じ条件で
の電気抵抗値よりも高い請求項４記載の組合型半導体気
体感素子。 - 【請求項７】 気体感応素子は焼結型、薄膜型式は厚膜
型である請求項１記載の組合半導体気体感素子。 - 【請求項８】 兼ねて負荷とする気体感応材料はＺｎＳ
ｎＯ3 、ＳｎＯ2 、ＴｈＯ2 、ＴｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣＯ
2 Ｏ3 、Ｓｂ、Ａｌ2 Ｏ3 、酸洗い石綿、磁製粉などを
54.4％−56.7％、27.5％−29.8％、1 ％、0.5 ％、4.７
％、1 ％、3.6 ％、2 ％、1.5 ％、1.5 ％との割合で混
ぜるのである；別の部分の材料はＳｎＯ2 、Ｗ０3 、Ｓ
ＯｉＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｐｔ、磁製粉、酸洗い石綿を51.2
％、24％、10.3％、10.3％、0.8 ％、1.7 ％、1.7 ％の
割合いで作った請求項３記載の組合型半導体気体感応素
子である。 - 【請求項９】 兼ねて負荷とする部分の気体感応材料は
ＷＯ3 Ａｌ2 Ｏ3 、磁製粉を90.4％−９1 ％、3 ％−
３．１９％、6 ％−6.5 ％、の割合で混ぜて作るのであ
る；別のー部分の材料はＺｎＳｎＯ3 、ＳｎＯ2 、Ａｌ
2 Ｏ3 、ＣａＯ、Ａｇ2 Ｏ、Ｓｂと磁製粉を51.4％、4
1.1％、１.5％、2 ％、1.5 ％、1 ％、1.5 ％、の割合
で混ぜて作った請求項３の気体感素子である。
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