JPH07294470A - 半導体繊維ガスセンサ - Google Patents
半導体繊維ガスセンサInfo
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- JPH07294470A JPH07294470A JP11171794A JP11171794A JPH07294470A JP H07294470 A JPH07294470 A JP H07294470A JP 11171794 A JP11171794 A JP 11171794A JP 11171794 A JP11171794 A JP 11171794A JP H07294470 A JPH07294470 A JP H07294470A
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Abstract
(57)【要約】
【目 的】被検知ガスの濃度変化（拡散）にともなう応
答性が良好な半導体繊維ガスセンサを提供することにあ
る。 【構 成】第１の半導体１１，３１，５１，９１と、第
１の半導体１１，３１，５１，９１とヘテロ接合した第
２の半導体２１，４１，６１，１０１を備えている。第
１の半導体１１，３１，５１，９１と第２の半導体２
１，４１，６１，１０１とでガス検知素子を構成し、ガ
ス検知素子にバイアス電圧を印加し、第１の半導体１
１，３１，５１，９１と第２の半導体２１，４１，６
１，１０１との接触界面に被検知ガスを導き、接触面に
おける整流特性の変化を検出しガスの検知を行う。第１
の半導体１１，３１，５１，９１と第２の半導体２１，
４１，６１，１０１の少なくとも一方を繊維状素子とし
て形成する。
答性が良好な半導体繊維ガスセンサを提供することにあ
る。 【構 成】第１の半導体１１，３１，５１，９１と、第
１の半導体１１，３１，５１，９１とヘテロ接合した第
２の半導体２１，４１，６１，１０１を備えている。第
１の半導体１１，３１，５１，９１と第２の半導体２
１，４１，６１，１０１とでガス検知素子を構成し、ガ
ス検知素子にバイアス電圧を印加し、第１の半導体１
１，３１，５１，９１と第２の半導体２１，４１，６
１，１０１との接触界面に被検知ガスを導き、接触面に
おける整流特性の変化を検出しガスの検知を行う。第１
の半導体１１，３１，５１，９１と第２の半導体２１，
４１，６１，１０１の少なくとも一方を繊維状素子とし
て形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＣＯ，Ｈ2 ，Ｃ3 Ｈ8
等のガスを検知するガスセンサに関するものであり、さ
らに詳述すれば、拡散したガスによって、ヘテロ接合し
た２つの半導体を界面接触させ、接触面における整流特
性の変化を検出することでガス検知を行う半導体繊維ガ
スセンサに関するものである。
等のガスを検知するガスセンサに関するものであり、さ
らに詳述すれば、拡散したガスによって、ヘテロ接合し
た２つの半導体を界面接触させ、接触面における整流特
性の変化を検出することでガス検知を行う半導体繊維ガ
スセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＣＯ，Ｈ2 ，Ｃ3 Ｈ8 等の可燃性
ガスを検知するガスセンサとして、接触燃焼式ガスセン
サ、半導体ガスセンサ等が知られている。
ガスを検知するガスセンサとして、接触燃焼式ガスセン
サ、半導体ガスセンサ等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術で述べたもの
のうち前者は、触媒の存在下、熱した白金棒に被検知ガ
スが接触すると触媒上で被検知ガスが酸化発熱すること
を利用し、温度上昇にともなう白金棒の抵抗変化を検出
することによりガスの検知を行うものであるが、可燃
性ガスであれば不特定ガスに反応するため、特定のガス
を選択して検知することができない；ガス検知の応答
性が悪い；という問題点があった。
のうち前者は、触媒の存在下、熱した白金棒に被検知ガ
スが接触すると触媒上で被検知ガスが酸化発熱すること
を利用し、温度上昇にともなう白金棒の抵抗変化を検出
することによりガスの検知を行うものであるが、可燃
性ガスであれば不特定ガスに反応するため、特定のガス
を選択して検知することができない；ガス検知の応答
性が悪い；という問題点があった。
【０００４】また、後者は、一定温度に加熱したセンサ
素子に被検知ガスが吸着すると、半導体の電気抵抗が変
化することを利用し、抵抗変化を検出することによりガ
スの検知を行うものであるが、ガスの選択性が低く、
材料に添加物を加えることで選択性を一定に保たなくて
はならない；構造上１個体素子で複数のガスを検出す
ることができない；ガス検知の応答性が悪い；という
問題点があった。
素子に被検知ガスが吸着すると、半導体の電気抵抗が変
化することを利用し、抵抗変化を検出することによりガ
スの検知を行うものであるが、ガスの選択性が低く、
材料に添加物を加えることで選択性を一定に保たなくて
はならない；構造上１個体素子で複数のガスを検出す
ることができない；ガス検知の応答性が悪い；という
問題点があった。
【０００５】従って、本発明の目的は、被検知ガスの濃
度変化（拡散）にともなう応答性が良好な半導体繊維ガ
スセンサを提供することにある。
度変化（拡散）にともなう応答性が良好な半導体繊維ガ
スセンサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における半導体繊維ガスセンサは、第１の半
導体と、該第１の半導体とヘテロ接合した第２の半導体
を備え、この第１の半導体と第２の半導体とでガス検知
素子を構成し、該ガス検知素子にバイアス電圧を印加
し、前記第１の半導体と第２の半導体との接触界面に被
検知ガスを導き、接触面における整流特性の変化を検出
しガスの検知を行うガスセンサであって、前記第１の半
導体と第２の半導体の少なくとも一方を繊維状素子に形
成してなるものである。
に、本発明における半導体繊維ガスセンサは、第１の半
導体と、該第１の半導体とヘテロ接合した第２の半導体
を備え、この第１の半導体と第２の半導体とでガス検知
素子を構成し、該ガス検知素子にバイアス電圧を印加
し、前記第１の半導体と第２の半導体との接触界面に被
検知ガスを導き、接触面における整流特性の変化を検出
しガスの検知を行うガスセンサであって、前記第１の半
導体と第２の半導体の少なくとも一方を繊維状素子に形
成してなるものである。
【０００７】また、上記第１の半導体と第２の半導体の
一方を繊維状素子として形成するとともに、他方を棒状
素子として形成し、上記繊維状素子を前記棒状素子の外
周に巻着して形成してもよい。
一方を繊維状素子として形成するとともに、他方を棒状
素子として形成し、上記繊維状素子を前記棒状素子の外
周に巻着して形成してもよい。
【０００８】また、上記第１の半導体と第２の半導体の
各々を繊維状素子として形成し、上記ガス検知素子を上
記第１の半導体と第２の半導体の各繊維状素子を格子状
あるいは網状に組みあげて構成してもよい。
各々を繊維状素子として形成し、上記ガス検知素子を上
記第１の半導体と第２の半導体の各繊維状素子を格子状
あるいは網状に組みあげて構成してもよい。
【０００９】更に、導電性の線状物質の表面に半導体物
質を被着して繊維状に形成した、第１の半導体と第２の
半導体をヘテロ接合しかつパイプ内にガスが拡散するス
ペースを保持しながら収容すると効果的である。
質を被着して繊維状に形成した、第１の半導体と第２の
半導体をヘテロ接合しかつパイプ内にガスが拡散するス
ペースを保持しながら収容すると効果的である。
【作 用】拡散ガスにより２つの半導体が界面接触し、
接触面における整流特性の変化を検出してガスの検知を
行う。
接触面における整流特性の変化を検出してガスの検知を
行う。
【００１０】
【実施例】実施例の説明に先立ち、先ず本発明の原理と
作用を説明する。本発明は２つの半導体の接触面におけ
る整流特性の変化を検出することによって被検知ガスの
検出を行うものであるが、そのための原理図を図１に示
す。図１において、符号１は第１の半導体（ｐ型半導
体、例えばＣｕＯ焼結体）、２は第２の半導体（ｎ型半
導体、例えばＺｎＯ焼結体）、３は直流定電圧電源、４
は直流電流計、５は直流電圧計、６は絶縁性の保持具、
７はばね、８は絶縁板である。ｐ型半導体１の表面とｎ
型半導体２の表面（対向面）はサンドペーパー等で粗面
に加工し、ｐ型半導体１をばね７によって図１における
上方に付勢し、ｐ型半導体１とｎ型半導体２の粗面を、
その間隔（空隙）が数十μｍから数百μｍ程度に置く。
かくして、第１の半導体１と第２の半導体２は（ｐｎ）
ヘテロ接合しガス検知素子９を構成する。又このガス検
知素子９を加熱して一定温度に保ち、空気中に含まれる
水蒸気に起因する不安定動作が起こらないようにする。
更にガス検知素子９にバイアス電圧を印加する。ｐ型半
導体１とｎ型半導体２の接触界面（空隙）に被検知ガス
が拡散すると、２つの半導体接触面において整流特性が
変化し、これを電気的変化として検出し被検知ガスを検
知する。
作用を説明する。本発明は２つの半導体の接触面におけ
る整流特性の変化を検出することによって被検知ガスの
検出を行うものであるが、そのための原理図を図１に示
す。図１において、符号１は第１の半導体（ｐ型半導
体、例えばＣｕＯ焼結体）、２は第２の半導体（ｎ型半
導体、例えばＺｎＯ焼結体）、３は直流定電圧電源、４
は直流電流計、５は直流電圧計、６は絶縁性の保持具、
７はばね、８は絶縁板である。ｐ型半導体１の表面とｎ
型半導体２の表面（対向面）はサンドペーパー等で粗面
に加工し、ｐ型半導体１をばね７によって図１における
上方に付勢し、ｐ型半導体１とｎ型半導体２の粗面を、
その間隔（空隙）が数十μｍから数百μｍ程度に置く。
かくして、第１の半導体１と第２の半導体２は（ｐｎ）
ヘテロ接合しガス検知素子９を構成する。又このガス検
知素子９を加熱して一定温度に保ち、空気中に含まれる
水蒸気に起因する不安定動作が起こらないようにする。
更にガス検知素子９にバイアス電圧を印加する。ｐ型半
導体１とｎ型半導体２の接触界面（空隙）に被検知ガス
が拡散すると、２つの半導体接触面において整流特性が
変化し、これを電気的変化として検出し被検知ガスを検
知する。
【００１１】本発明者の知見では、２つの半導体の接触
面における整流特性の変化からガスを検知する場合に、
半導体同士の接触界面の圧接状態を強くすれば接触面積
が広がるため検知感度は一般に向上するが、圧接状態が
強くなればなるほど接触界面におけるガスの拡散（浸
透）性は逆に低下し応答速度が低下する傾向にある。
面における整流特性の変化からガスを検知する場合に、
半導体同士の接触界面の圧接状態を強くすれば接触面積
が広がるため検知感度は一般に向上するが、圧接状態が
強くなればなるほど接触界面におけるガスの拡散（浸
透）性は逆に低下し応答速度が低下する傾向にある。
【００１２】また、ｐ型半導体とｎ型半導体をそれぞれ
膜状に形成し、これを積層させてガスセンサを形成する
と、接触面の状態は安定するが、被検知ガスが接触面内
部までは拡散しなくなるので接触面での整流特性の変化
が小さく、感度の向上が望めなくなるが、本発明によれ
ばこの点を改善できる。
膜状に形成し、これを積層させてガスセンサを形成する
と、接触面の状態は安定するが、被検知ガスが接触面内
部までは拡散しなくなるので接触面での整流特性の変化
が小さく、感度の向上が望めなくなるが、本発明によれ
ばこの点を改善できる。
【００１３】更に、半導体ガス検知素子に印加するバイ
アス電圧の設定によって、複数のガスを検知可能とする
ためには、通例被検知ガスの種類だけ素子が必要となる
ので、必然的に回路構成も複雑となる。所定周期をもっ
てバイアス電圧値の設定変更を繰返すことで複数のガス
の検知を行うことも可能であるが、バイアス電圧変更時
の素子の安定性に問題があり、電圧制御回路等の複雑な
制御が必要となるとともに、各々のガス検知が不連続と
なる。本発明によればこの点を回避できる。
アス電圧の設定によって、複数のガスを検知可能とする
ためには、通例被検知ガスの種類だけ素子が必要となる
ので、必然的に回路構成も複雑となる。所定周期をもっ
てバイアス電圧値の設定変更を繰返すことで複数のガス
の検知を行うことも可能であるが、バイアス電圧変更時
の素子の安定性に問題があり、電圧制御回路等の複雑な
制御が必要となるとともに、各々のガス検知が不連続と
なる。本発明によればこの点を回避できる。
【００１４】次に、この発明を実施例について図面を参
照して説明する。図２は本発明に係る半導体繊維ガスセ
ンサを示す斜視図、図３はその断面略図、図４は図２に
示す半導体繊維を用いて構成した整流特性の変化を検出
するための回路図である。これらの図において、半導体
繊維ガスセンサ１０は、第１の半導体１１と、この第１
の半導体１１と接触しヘテロ接合した第２の半導体２１
を備え、この第１の半導体１１と第２の半導体２１とで
ガス検知素子１９を構成している。この場合、前記第１
の半導体１１と第２の半導体２１にはメカニカルな力を
加えて２つの半導体を圧着状態に置く。又前記ガス検知
素子１９にはバイアス電圧が印加される。前記第１の半
導体１１と第２の半導体２１との接触界面に被検知ガス
が存在すると、接触面における整流特性に変化が見ら
れ、その変化を電気的に検出して被検知ガスの検知を行
う。接触面へのガスの拡散性を向上し、応答速度を上げ
るために、第２の半導体２１を繊維状素子として形成す
る。
照して説明する。図２は本発明に係る半導体繊維ガスセ
ンサを示す斜視図、図３はその断面略図、図４は図２に
示す半導体繊維を用いて構成した整流特性の変化を検出
するための回路図である。これらの図において、半導体
繊維ガスセンサ１０は、第１の半導体１１と、この第１
の半導体１１と接触しヘテロ接合した第２の半導体２１
を備え、この第１の半導体１１と第２の半導体２１とで
ガス検知素子１９を構成している。この場合、前記第１
の半導体１１と第２の半導体２１にはメカニカルな力を
加えて２つの半導体を圧着状態に置く。又前記ガス検知
素子１９にはバイアス電圧が印加される。前記第１の半
導体１１と第２の半導体２１との接触界面に被検知ガス
が存在すると、接触面における整流特性に変化が見ら
れ、その変化を電気的に検出して被検知ガスの検知を行
う。接触面へのガスの拡散性を向上し、応答速度を上げ
るために、第２の半導体２１を繊維状素子として形成す
る。
【００１５】前記第１の半導体１１はｐ型半導体（Ｃｕ
Ｏ，ＮｉＯ等の焼結体）によって構成され、第２の半導
体２１はｎ型半導体（ＺｎＯを繊維状にして形成したも
の）によって構成されている。さらに、このｐ型半導体
１１とｎ型半導体２１は加熱手段（図示せず）によって
加熱され、既述のように一定温度に保たれ、空気中に含
まれる水蒸気に起因する不安定動作が起こらないように
する（被検知ガスが例えば一酸化炭素の場合、加熱温度
を２６０℃の状態で一定に保つとよい）。
Ｏ，ＮｉＯ等の焼結体）によって構成され、第２の半導
体２１はｎ型半導体（ＺｎＯを繊維状にして形成したも
の）によって構成されている。さらに、このｐ型半導体
１１とｎ型半導体２１は加熱手段（図示せず）によって
加熱され、既述のように一定温度に保たれ、空気中に含
まれる水蒸気に起因する不安定動作が起こらないように
する（被検知ガスが例えば一酸化炭素の場合、加熱温度
を２６０℃の状態で一定に保つとよい）。
【００１６】ｐ型半導体１１とｎ型半導体２１のヘテロ
接合は、一種のダイオードとも考えられ、この状態で
は、接触面にｐ型半導体１１とｎ型半導体２１とによる
一定の整流特性がみられ一定の電流が流れる。この時
に、拡散した被検知ガスが存在すると、接触部における
整流特性に変化が生じ電流量が変化するので、この変化
量を電流計によって計測し、所定の変化があったときに
は被検知ガスが存在することが分かる。この場合、接触
面におけるガスの拡散を妨げる物理的な要因は、ｎ型半
導体２１が繊維状に形成されているためほとんど認めら
れない。なお、前記半導体繊維の本数を増して並列に接
続し、接触面の面積を増加させることにより検知感度は
より良好なものになる。符号１５は接合されたｐ型半導
体１１とｎ型半導体２１にバイアス電圧を印加し接触面
における整流特性の変化を電流の変化として検出するた
めの電流計、１６は電圧計である。この実施例によれ
ば、２つの接触面は安定し、ガス拡散性が高く、検知領
域が広くなり、反応速度も良好にして、濃度の希薄なガ
スに対しても感度よくガス検知を行うことができる。
接合は、一種のダイオードとも考えられ、この状態で
は、接触面にｐ型半導体１１とｎ型半導体２１とによる
一定の整流特性がみられ一定の電流が流れる。この時
に、拡散した被検知ガスが存在すると、接触部における
整流特性に変化が生じ電流量が変化するので、この変化
量を電流計によって計測し、所定の変化があったときに
は被検知ガスが存在することが分かる。この場合、接触
面におけるガスの拡散を妨げる物理的な要因は、ｎ型半
導体２１が繊維状に形成されているためほとんど認めら
れない。なお、前記半導体繊維の本数を増して並列に接
続し、接触面の面積を増加させることにより検知感度は
より良好なものになる。符号１５は接合されたｐ型半導
体１１とｎ型半導体２１にバイアス電圧を印加し接触面
における整流特性の変化を電流の変化として検出するた
めの電流計、１６は電圧計である。この実施例によれ
ば、２つの接触面は安定し、ガス拡散性が高く、検知領
域が広くなり、反応速度も良好にして、濃度の希薄なガ
スに対しても感度よくガス検知を行うことができる。
【００１７】図５に本発明の他の実施例を示す。この実
施例は、第１の半導体（ｐ型半導体）３１を繊維状素子
として形成するとともに、第２の半導体（ｎ型半導体）
４１を棒状素子として形成し、この繊維状素子３１を棒
状素子４１の外周に巻着してガス検知素子３９を形成し
ものである。このうち、前記第１の半導体３１は、直径
0.3mm程度の酸化銅線（ＣｕＯ fiber）で構成され、第
２の半導体（ｎ型半導体）４１は酸化亜鉛棒（ＺｎＯ
rod）により構成されている。前記第２の半導体４１を
構成する酸化亜鉛棒は、直径 5.0mm、長さ50mmの亜鉛棒
を陽極として水酸化亜鉛飽和水溶液中に浸し、陰極に炭
素棒を用いて72時間５Ｖの電圧を印加し、亜鉛の表面を
陽極酸化して酸化亜鉛棒として形成される。そして、前
記第１の半導体３１を構成する酸化銅線を、前記第２の
半導体４１を構成する酸化亜鉛棒の周囲に３０回程度巻
き付け、320 ℃で５時間空気中で酸化してガス検知素子
３９を形成する。符号３３は銀製のリード線であり、こ
のリード線３３は酸化亜鉛棒を削って亜鉛を露出させて
電極を形成する部分に取り付けられる。この実施例によ
れば、被検知ガスの濃度変化（拡散）にともなう応答性
が極めて良好な（安定した）半導体繊維ガスセンサが得
られる。
施例は、第１の半導体（ｐ型半導体）３１を繊維状素子
として形成するとともに、第２の半導体（ｎ型半導体）
４１を棒状素子として形成し、この繊維状素子３１を棒
状素子４１の外周に巻着してガス検知素子３９を形成し
ものである。このうち、前記第１の半導体３１は、直径
0.3mm程度の酸化銅線（ＣｕＯ fiber）で構成され、第
２の半導体（ｎ型半導体）４１は酸化亜鉛棒（ＺｎＯ
rod）により構成されている。前記第２の半導体４１を
構成する酸化亜鉛棒は、直径 5.0mm、長さ50mmの亜鉛棒
を陽極として水酸化亜鉛飽和水溶液中に浸し、陰極に炭
素棒を用いて72時間５Ｖの電圧を印加し、亜鉛の表面を
陽極酸化して酸化亜鉛棒として形成される。そして、前
記第１の半導体３１を構成する酸化銅線を、前記第２の
半導体４１を構成する酸化亜鉛棒の周囲に３０回程度巻
き付け、320 ℃で５時間空気中で酸化してガス検知素子
３９を形成する。符号３３は銀製のリード線であり、こ
のリード線３３は酸化亜鉛棒を削って亜鉛を露出させて
電極を形成する部分に取り付けられる。この実施例によ
れば、被検知ガスの濃度変化（拡散）にともなう応答性
が極めて良好な（安定した）半導体繊維ガスセンサが得
られる。
【００１８】図６にこの発明のもう一つ他の実施例を示
す。この実施例は、 第１の半導体（ｐ型半導体）５１が、各々を繊維状
に形成した半導体繊維（繊維状素子）５２，５３，５
４，５５，５６，５７を並置することによって半導体繊
維群を構成している点； 第２の半導体（ｎ型半導体）６１が、ｐ型半導体同
様に、各々を繊維状に形成した半導体繊維（繊維状素
子）６２，６３，６４，６５，６６，６７を並置するこ
とによって半導体繊維群を構成している点； ｐ型の半導体繊維５２，５３，５４，５５，５６，
５７とｎ型の半導体繊維６２，６３，６４，６５，６
６，６７を所定間隔をもって行列状に配列し、一定張力
を付与して耐熱性のアルミナ製のセラミック基板６８上
に固定し網状（あるいは格子状）に組みあげて形成した
点； ガス検知素子にバイアス電圧を印加するために、第
１の半導体５１と第２の半導体６１に、第１の電極７
１，７２と第２の電極７３，７４をそれぞれ設け、各々
のガス検知素子に同じバイアス電圧を印加するために、
前記第１の電極を前記第１の半導体の各繊維状素子に共
通の電極として形成し、前記第２の電極を前記第２の半
導体の各繊維状素子に共通の電極として形成した点； が第１の実施例と異なる。このように形成された半導体
繊維網に対して被検知ガスを拡散させ、ｎ型半導体とｐ
型半導体の接触部における整流特性の変化を、ｎ型半導
体に接続した電流計（図示せず）によって検出する。こ
の実施例によれば、ガスセンサがガスの拡散性を損なわ
ない網状（あるいは格子状）に形成されているため、反
応速度の低下を防止できるとともに、接触部分が多く形
成され感度も向上する。
す。この実施例は、 第１の半導体（ｐ型半導体）５１が、各々を繊維状
に形成した半導体繊維（繊維状素子）５２，５３，５
４，５５，５６，５７を並置することによって半導体繊
維群を構成している点； 第２の半導体（ｎ型半導体）６１が、ｐ型半導体同
様に、各々を繊維状に形成した半導体繊維（繊維状素
子）６２，６３，６４，６５，６６，６７を並置するこ
とによって半導体繊維群を構成している点； ｐ型の半導体繊維５２，５３，５４，５５，５６，
５７とｎ型の半導体繊維６２，６３，６４，６５，６
６，６７を所定間隔をもって行列状に配列し、一定張力
を付与して耐熱性のアルミナ製のセラミック基板６８上
に固定し網状（あるいは格子状）に組みあげて形成した
点； ガス検知素子にバイアス電圧を印加するために、第
１の半導体５１と第２の半導体６１に、第１の電極７
１，７２と第２の電極７３，７４をそれぞれ設け、各々
のガス検知素子に同じバイアス電圧を印加するために、
前記第１の電極を前記第１の半導体の各繊維状素子に共
通の電極として形成し、前記第２の電極を前記第２の半
導体の各繊維状素子に共通の電極として形成した点； が第１の実施例と異なる。このように形成された半導体
繊維網に対して被検知ガスを拡散させ、ｎ型半導体とｐ
型半導体の接触部における整流特性の変化を、ｎ型半導
体に接続した電流計（図示せず）によって検出する。こ
の実施例によれば、ガスセンサがガスの拡散性を損なわ
ない網状（あるいは格子状）に形成されているため、反
応速度の低下を防止できるとともに、接触部分が多く形
成され感度も向上する。
【００１９】図７及び図８に本発明の更にもう一つ他の
実施例を示す。この実施例は、導電性の線状物質の表面
に半導体を被着し繊維状に形成した、第１の半導体９１
と第２の半導体１０１によりガス検知を行なえるように
したものである。この第１の半導体９１と第２の半導体
１０１は、耐熱性を有するセラミック等で形成した所定
径のパイプ１１０内の長手方向に、第１の半導体（ｐ型
半導体）９１と第２の半導体（ｎ型半導体）１０１が部
分的にヘテロ接合（接触）するように配設し、これら２
つの半導体の隙間を被検知ガスが拡散できる充分なスペ
ース（空隙）１０５を保持して形成したものである。前
記第１の実施例と同様に、パイプ１１０を加熱しパイプ
１１０中に被検知ガスを流入拡散させ、パイプ１１０の
両端に設けた電極１１１，１１２によって、第１の半導
体９１と第２の半導体１０１の接触部における整流特性
の変化を電極から検出できるよう構成してある。
実施例を示す。この実施例は、導電性の線状物質の表面
に半導体を被着し繊維状に形成した、第１の半導体９１
と第２の半導体１０１によりガス検知を行なえるように
したものである。この第１の半導体９１と第２の半導体
１０１は、耐熱性を有するセラミック等で形成した所定
径のパイプ１１０内の長手方向に、第１の半導体（ｐ型
半導体）９１と第２の半導体（ｎ型半導体）１０１が部
分的にヘテロ接合（接触）するように配設し、これら２
つの半導体の隙間を被検知ガスが拡散できる充分なスペ
ース（空隙）１０５を保持して形成したものである。前
記第１の実施例と同様に、パイプ１１０を加熱しパイプ
１１０中に被検知ガスを流入拡散させ、パイプ１１０の
両端に設けた電極１１１，１１２によって、第１の半導
体９１と第２の半導体１０１の接触部における整流特性
の変化を電極から検出できるよう構成してある。
【００２０】ここで、図９に示す実験装置を用いて行っ
た、図５に示す本発明に係る半導体繊維ガスセンサと図
１１に示す従来のヘテロ接触式ガスセンサとの一酸化炭
素ガスに対する反応速度の測定結果を図１０に示す。 （実験に用いた従来のヘテロ接触式ガスセンサの説明）
図１１に示す従来のヘテロ接触式ガスセンサ２２０は、
接触させた酸化銅（ＣｕＯ）板２２１と酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）板２２２を２枚のアルミナ板２２４、２２４で挟
み、更にこのアルミナ板２２４、２２４をアルミ板２２
５、２２５で挟持し、ねじ２２６を締付けることによ
り、酸化銅板２２１と酸化亜鉛板２２２に機械的圧力を
かけ、ヘテロ接触式ガスセンサ２２０を形成している。
酸化銅板２２１は、塩基性酸化銅（ＣｕＣＯ3 ・Ｃｕ
（ＯＨ）2 ・ｘＨ2 Ｏ）を 600℃で４時間加熱分解し、
生成した酸化銅粉末を油圧プレスで直径10mm、厚さ 1.6
mmに一軸成型（１ton/cm2 ）し、 820℃で３時間焼結し
たものである。また、酸化亜鉛板２２２は、酸化亜鉛粉
末（粒径１μｍ）を油圧プレスで直径10mm 、厚さ1.6 m
mに一軸成型（１ton/cm2 ）し、950 ℃で３時間焼結し
たものである。前記酸化銅板２２１と酸化亜鉛板２２２
の接触面は目の細かい紙ヤスリで加工を施してある。又
前記酸化銅板２２１及び酸化亜鉛板２２２の電極側に
は、銀ペーストによって直径 0.1mmの銀製のリード線２
２３が取付けられる。 （実験装置の説明）図９は実験に用いた装置の概略図で
あり、図５に示す半導体繊維ガスセンサを設置した状態
を示している。半導体繊維ガスセンサ３０は石英ガラス
管２４０（内径37mm、長さ1000mm）に入れられ、電気炉
２４１（ＴＲＡＮＳ−ＴＥＭＰ社Ｂ型）の中央に位置す
るように設置されている。前記石英ガラス管２４０の両
端には、シリコン栓２４６に取付けられたガス導入口２
４７とガス排出口２４８が形成されている。前記半導体
繊維ガスセンサ３０は、ガス導入口２４７から30cm程離
して設置されている。また、前記半導体繊維ガスセンサ
３０は、酸化銅線３１側が正、酸化亜鉛棒４１側が負に
なるように直流電源２４５（日置電機、交流／直流定電
圧／定電流電源７０２０）と電流計２４４（アドバンテ
スト、デジタルマルチメータＴＲ６８４７）にリード線
３３によって直列に接続されている。前記ガス導入口２
４７は、第１の流量計２４２ａ（小島製作所、ＲＫ−１
３５０Ｖ）と、第２の流量計２４２ｂと、第３の流量計
２４２ｃに連結されている。前記第２の面積流量計２４
２ｂは窒素（Ｎ2 ）ボンベに、前記第３の流量計２４２
ｃは酸素ボンベ（Ｏ2 ）にそれぞれ連結されている。又
前記第１の流量計２４２ａは切替えバルブ２４３に連結
され、窒素ガスと一酸化炭素（ＣＯ）ガス（CO:955.9pp
m/N2バランス）の切替えが可能の構成となっている。か
かる装置において、先ず電気炉２４１を 260℃に加熱
し、流量計２４２ａから窒素ガス120ml/min を、流量計
２４２ｂから窒素ガス40ml/minを、流量計２４２ｃから
酸素40ml/min（酸素濃度20％、全流量200ml/min ）を流
しておく。次いで切替えバルブ２４３を一酸化炭素ガス
側に切替え、半導体繊維ガスセンサ３０に一酸化炭素ガ
ス（573.5ppm）を送込み、電流出力値の経時的変化を測
定した。次に、半導体繊維ガスセンサ３０を取り除き、
従来のヘテロ接触式ガスセンサ２２０に替えて同様に電
流出力値の経時的変化を測定した［この場合、切替えバ
ルブ２４３を切り替えてから電流が立ち上がり始めるま
で（一酸化炭素ガスがガスセンサに到達するまで）に約
30秒程要している］。電流出力値の経時的変化を図１０
に示す。図１０において、Ａは図５に示す半導体繊維ガ
スセンサ３０の測定結果を、Ｂは従来のヘテロ接触式ガ
スセンサ２２０の測定結果を示す（尚、図５に示す半導
体繊維ガスセンサ３０と従来のヘテロ接触式ガスセンサ
２２０では、酸化亜鉛と酸化銅の接触面積等が異なり、
電流値そのものも異なるため、電流出力値を電流の立ち
上がりから最大電流になるまでの百分率で表わした。ま
た、時間は立上がり始めた点を０秒にそろえてある）。
図１０より、出力が最大になるまでに従来のヘテロ接触
式ガスセンサ２２０では120 秒以上要しているのに対
し、図５に示す半導体繊維ガスセンサ３０では約80秒程
ですみ、図５に示す半導体繊維ガスセンサは従来のヘテ
ロ接触式ガスセンサに比べ２／３の時間で反応し応答速
度が速いことが分かる。
た、図５に示す本発明に係る半導体繊維ガスセンサと図
１１に示す従来のヘテロ接触式ガスセンサとの一酸化炭
素ガスに対する反応速度の測定結果を図１０に示す。 （実験に用いた従来のヘテロ接触式ガスセンサの説明）
図１１に示す従来のヘテロ接触式ガスセンサ２２０は、
接触させた酸化銅（ＣｕＯ）板２２１と酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）板２２２を２枚のアルミナ板２２４、２２４で挟
み、更にこのアルミナ板２２４、２２４をアルミ板２２
５、２２５で挟持し、ねじ２２６を締付けることによ
り、酸化銅板２２１と酸化亜鉛板２２２に機械的圧力を
かけ、ヘテロ接触式ガスセンサ２２０を形成している。
酸化銅板２２１は、塩基性酸化銅（ＣｕＣＯ3 ・Ｃｕ
（ＯＨ）2 ・ｘＨ2 Ｏ）を 600℃で４時間加熱分解し、
生成した酸化銅粉末を油圧プレスで直径10mm、厚さ 1.6
mmに一軸成型（１ton/cm2 ）し、 820℃で３時間焼結し
たものである。また、酸化亜鉛板２２２は、酸化亜鉛粉
末（粒径１μｍ）を油圧プレスで直径10mm 、厚さ1.6 m
mに一軸成型（１ton/cm2 ）し、950 ℃で３時間焼結し
たものである。前記酸化銅板２２１と酸化亜鉛板２２２
の接触面は目の細かい紙ヤスリで加工を施してある。又
前記酸化銅板２２１及び酸化亜鉛板２２２の電極側に
は、銀ペーストによって直径 0.1mmの銀製のリード線２
２３が取付けられる。 （実験装置の説明）図９は実験に用いた装置の概略図で
あり、図５に示す半導体繊維ガスセンサを設置した状態
を示している。半導体繊維ガスセンサ３０は石英ガラス
管２４０（内径37mm、長さ1000mm）に入れられ、電気炉
２４１（ＴＲＡＮＳ−ＴＥＭＰ社Ｂ型）の中央に位置す
るように設置されている。前記石英ガラス管２４０の両
端には、シリコン栓２４６に取付けられたガス導入口２
４７とガス排出口２４８が形成されている。前記半導体
繊維ガスセンサ３０は、ガス導入口２４７から30cm程離
して設置されている。また、前記半導体繊維ガスセンサ
３０は、酸化銅線３１側が正、酸化亜鉛棒４１側が負に
なるように直流電源２４５（日置電機、交流／直流定電
圧／定電流電源７０２０）と電流計２４４（アドバンテ
スト、デジタルマルチメータＴＲ６８４７）にリード線
３３によって直列に接続されている。前記ガス導入口２
４７は、第１の流量計２４２ａ（小島製作所、ＲＫ−１
３５０Ｖ）と、第２の流量計２４２ｂと、第３の流量計
２４２ｃに連結されている。前記第２の面積流量計２４
２ｂは窒素（Ｎ2 ）ボンベに、前記第３の流量計２４２
ｃは酸素ボンベ（Ｏ2 ）にそれぞれ連結されている。又
前記第１の流量計２４２ａは切替えバルブ２４３に連結
され、窒素ガスと一酸化炭素（ＣＯ）ガス（CO:955.9pp
m/N2バランス）の切替えが可能の構成となっている。か
かる装置において、先ず電気炉２４１を 260℃に加熱
し、流量計２４２ａから窒素ガス120ml/min を、流量計
２４２ｂから窒素ガス40ml/minを、流量計２４２ｃから
酸素40ml/min（酸素濃度20％、全流量200ml/min ）を流
しておく。次いで切替えバルブ２４３を一酸化炭素ガス
側に切替え、半導体繊維ガスセンサ３０に一酸化炭素ガ
ス（573.5ppm）を送込み、電流出力値の経時的変化を測
定した。次に、半導体繊維ガスセンサ３０を取り除き、
従来のヘテロ接触式ガスセンサ２２０に替えて同様に電
流出力値の経時的変化を測定した［この場合、切替えバ
ルブ２４３を切り替えてから電流が立ち上がり始めるま
で（一酸化炭素ガスがガスセンサに到達するまで）に約
30秒程要している］。電流出力値の経時的変化を図１０
に示す。図１０において、Ａは図５に示す半導体繊維ガ
スセンサ３０の測定結果を、Ｂは従来のヘテロ接触式ガ
スセンサ２２０の測定結果を示す（尚、図５に示す半導
体繊維ガスセンサ３０と従来のヘテロ接触式ガスセンサ
２２０では、酸化亜鉛と酸化銅の接触面積等が異なり、
電流値そのものも異なるため、電流出力値を電流の立ち
上がりから最大電流になるまでの百分率で表わした。ま
た、時間は立上がり始めた点を０秒にそろえてある）。
図１０より、出力が最大になるまでに従来のヘテロ接触
式ガスセンサ２２０では120 秒以上要しているのに対
し、図５に示す半導体繊維ガスセンサ３０では約80秒程
ですみ、図５に示す半導体繊維ガスセンサは従来のヘテ
ロ接触式ガスセンサに比べ２／３の時間で反応し応答速
度が速いことが分かる。
【００２１】
【効 果】本発明は以上の如く構成され、本発明によれ
ば次の効果を奏する。 ２つの半導体をヘテロ接合させるに際し、少なくと
も一方の半導体を繊維状に形成してあるため、ガスの拡
散性を犠牲にすることなく、接触面積を拡大することが
可能であり、ガス検知感度が向上するとともに、応答速
度の安定した半導体繊維ガスセンサが得られる。 また、２つの半導体を繊維状に形成し、網状あるい
は格子状に組みあげ、半導体の一方の繊維に対して、そ
れぞれ異なったバイアス電圧を印加することで、簡単な
回路構成であるにもかかわらず、ガス検知の応答性が向
上する。 さらに、繊維状に形成した導体の表面に半導体を被
着させパイプに収容することで、効率良くしかも確実な
ガス検知が可能となる。
ば次の効果を奏する。 ２つの半導体をヘテロ接合させるに際し、少なくと
も一方の半導体を繊維状に形成してあるため、ガスの拡
散性を犠牲にすることなく、接触面積を拡大することが
可能であり、ガス検知感度が向上するとともに、応答速
度の安定した半導体繊維ガスセンサが得られる。 また、２つの半導体を繊維状に形成し、網状あるい
は格子状に組みあげ、半導体の一方の繊維に対して、そ
れぞれ異なったバイアス電圧を印加することで、簡単な
回路構成であるにもかかわらず、ガス検知の応答性が向
上する。 さらに、繊維状に形成した導体の表面に半導体を被
着させパイプに収容することで、効率良くしかも確実な
ガス検知が可能となる。
【図 １】２つの半導体の接触面における整流特性の変
化によって被検知ガスを検出する本発明の原理図であ
る。
化によって被検知ガスを検出する本発明の原理図であ
る。
【図 ２】本発明に係る半導体繊維ガスセンサを示す斜
視図である。
視図である。
【図 ３】図２に示す半導体繊維ガスセンサの断面略図
である。
である。
【図 ４】図２に示す半導体繊維を用いて構成した整流
特性の変化を検出するための回路図である。
特性の変化を検出するための回路図である。
【図 ５】本発明に係る半導体繊維ガスセンサの他の例
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図 ６】本発明に係る半導体繊維ガスセンサのもう一
つ他の例を示す斜視図である。
つ他の例を示す斜視図である。
【図 ７】本発明に係る半導体繊維ガスセンサの更にも
う一つ他の例を示す斜視図である。
う一つ他の例を示す斜視図である。
【図 ８】図７に示す半導体繊維ガスセンサの断面略図
である。
である。
【図 ９】本発明に係る半導体繊維ガスセンサと従来の
ヘテロ接触式ガスセンサの反応速度を比較するのに用い
た実験装置の概略図である。
ヘテロ接触式ガスセンサの反応速度を比較するのに用い
た実験装置の概略図である。
【図１０】図５に示す半導体繊維ガスセンサと従来のヘ
テロ接触式ガスセンサの電流出力値の経時的変化の測定
結果を示すグラフである。
テロ接触式ガスセンサの電流出力値の経時的変化の測定
結果を示すグラフである。
【図１１】従来のヘテロ接触式ガスセンサの概略図であ
る。
る。
１ 第１の半導体 ２ 第２の半導体 ９ ガス検知素子 １０ 半導体繊維ガスセンサ １１ 第１の半導体 １９ ガス検知素子 ２１ 第２の半導体 ３０ 半導体繊維ガスセンサ ３１ 第１の半導体 ３９ ガス検知素子 ４１ 第２の半導体 ５１ 第１の半導体 ５２ 半導体繊維 ５３ 半導体繊維 ５４ 半導体繊維 ５５ 半導体繊維 ３６ 半導体繊維 ５７ 半導体繊維 ６１ 第２の半導体 ６２ 半導体繊維 ６３ 半導体繊維 ６４ 半導体繊維 ６５ 半導体繊維 ６６ 半導体繊維 ６７ 半導体繊維 ９１ 第１の半導体 １０１ 第２の半導体 １１０ パイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梶原 貞次郎 東京都港区元赤坂壱丁目６番６号 綜合警 備保障株式会社内 (72)発明者 荒井 康裕 東京都港区元赤坂壱丁目６番６号 綜合警 備保障株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】第１の半導体と、該第１の半導体とヘテロ
接合した第２の半導体を備え、この第１の半導体と第２
の半導体とでガス検知素子を構成し、該ガス検知素子に
バイアス電圧を印加し、前記第１の半導体と第２の半導
体との接触界面に被検知ガスを導き、接触面における整
流特性の変化を検出しガスの検知を行うガスセンサであ
って、 前記第１の半導体と第２の半導体の少なくとも一方を繊
維状素子として形成したことを特徴とする半導体繊維ガ
スセンサ。 - 【請求項２】第１の半導体と、該第１の半導体とヘテロ
接合した第２の半導体を備え、この第１の半導体と第２
の半導体とでガス検知素子を構成し、該ガス検知素子に
バイアス電圧を印加し、前記第１の半導体と第２の半導
体との接触界面に被検知ガスを導き、接触面における整
流特性の変化を検出しガスの検知を行うガスセンサであ
って、 前記第１の半導体と第２の半導体の一方を繊維状素子と
して形成するとともに、他方を棒状素子として形成し、
前記繊維状素子を前記棒状素子の外周に巻着して形成し
たことを特徴とする半導体繊維ガスセンサ。 - 【請求項３】第１の半導体と、該第１の半導体とヘテロ
接合した第２の半導体を備え、この第１の半導体と第２
の半導体とでガス検知素子を構成し、該ガス検知素子に
バイアス電圧を印加し、前記第１の半導体と第２の半導
体との接触界面に被検知ガスを導き、接触面における整
流特性の変化を検出しガスの検知を行うガスセンサであ
って、 前記第１の半導体と第２の半導体の各々を繊維状素子と
して形成し、前記ガス検知素子を前記第１の半導体と第
２の半導体の各繊維状素子を格子状あるいは網状に組み
あげて構成したことを特徴とする半導体繊維ガスセン
サ。 - 【請求項４】導電性の線状物質の表面に半導体物質を被
着して繊維状に形成した、第１の半導体と第２の半導体
を備え、この第１の半導体と第２の半導体とをヘテロ接
合しかつパイプ内にガスが拡散するスペースを保持しな
がら収容したことを特徴とする半導体ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11171794A JPH07294470A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 半導体繊維ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11171794A JPH07294470A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 半導体繊維ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07294470A true JPH07294470A (ja) | 1995-11-10 |
Family
ID=14568385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11171794A Pending JPH07294470A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 半導体繊維ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07294470A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006503277A (ja) * | 2002-10-12 | 2006-01-26 | 富士通株式会社 | 分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサーデバイスのための半導体装置及びその製造方法 |
| KR101283685B1 (ko) * | 2009-11-23 | 2013-07-08 | 한국전자통신연구원 | 환경가스 센서 및 그의 제조방법 |
| CN107164837A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-09-15 | 江苏时瑞电子科技有限公司 | 一种ZnO纳米纤维气敏材料的制备方法 |
| JP2020503503A (ja) * | 2016-12-22 | 2020-01-30 | マテリアルズ センター レオーベン フォルシャン ゲーエムベーハー | 複数のガスの濃度を決定および場合により測定するためのセンサ機構、およびセンサ構造を製造する方法 |
-
1994
- 1994-04-28 JP JP11171794A patent/JPH07294470A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006503277A (ja) * | 2002-10-12 | 2006-01-26 | 富士通株式会社 | 分子エレクトロニクスと分子エレクトロニクスに基づいたバイオセンサーデバイスのための半導体装置及びその製造方法 |
| KR101283685B1 (ko) * | 2009-11-23 | 2013-07-08 | 한국전자통신연구원 | 환경가스 센서 및 그의 제조방법 |
| JP2020503503A (ja) * | 2016-12-22 | 2020-01-30 | マテリアルズ センター レオーベン フォルシャン ゲーエムベーハー | 複数のガスの濃度を決定および場合により測定するためのセンサ機構、およびセンサ構造を製造する方法 |
| EP3559659B1 (de) * | 2016-12-22 | 2024-07-31 | Materials Center Leoben Forschung GmbH | Sensoranordnung zur bestimmung und gegebenenfalls messung einer konzentration von mehreren gasen und verfahren zur herstellung einer sensoranordnung |
| CN107164837A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-09-15 | 江苏时瑞电子科技有限公司 | 一种ZnO纳米纤维气敏材料的制备方法 |
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