JPH0750054B2 - ガスセンサの製造方法 - Google Patents
ガスセンサの製造方法Info
- Publication number
- JPH0750054B2 JPH0750054B2 JP61230645A JP23064586A JPH0750054B2 JP H0750054 B2 JPH0750054 B2 JP H0750054B2 JP 61230645 A JP61230645 A JP 61230645A JP 23064586 A JP23064586 A JP 23064586A JP H0750054 B2 JPH0750054 B2 JP H0750054B2
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- Japan
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- metal oxide
- oxide semiconductor
- gas sensor
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は金属酸化物半導体薄膜をガス感応体とするガス
センサの製造方法に関する。
センサの製造方法に関する。
（従来の技術） 従来から、Ｎ型半導体特性を示すSnO2,ZnO,Fe2O3などの
金属酸化物をガス感応体として用いたガスセンサが知ら
れている。これは、金属酸化物半導体が還元性ガスに接
触すると、その電気伝導度が増大、すなわち抵抗値が減
少するという現象を利用したものである。これまで前記
の金属酸化物半導体の多くは焼結体ないしは厚膜で用い
られたものが多かった。近年、多機能化及び量産性の要
請に応えて、薄膜タイプの素子に関する研究が進められ
ている。この形成の素子は、前記の金属酸化物半導体
を、スパッタ法、蒸着法、CVD法などの薄膜形成法で被
着せしめて薄膜とした構造のものである。
金属酸化物をガス感応体として用いたガスセンサが知ら
れている。これは、金属酸化物半導体が還元性ガスに接
触すると、その電気伝導度が増大、すなわち抵抗値が減
少するという現象を利用したものである。これまで前記
の金属酸化物半導体の多くは焼結体ないしは厚膜で用い
られたものが多かった。近年、多機能化及び量産性の要
請に応えて、薄膜タイプの素子に関する研究が進められ
ている。この形成の素子は、前記の金属酸化物半導体
を、スパッタ法、蒸着法、CVD法などの薄膜形成法で被
着せしめて薄膜とした構造のものである。
熱分解型酸化スズ薄膜ガスセンサの例をあげると、これ
は、アルミナの絶縁基板上に電極を形成し、リード線を
付けた後、リフトオフ法により、有機スズ化合物の被膜
を形成し、500〜600℃で焼成して酸化スズ薄膜の素子を
得たものである。さらにこの上に適当な増感剤被膜を形
成した上でセンサとして用いる。この方法は蒸着による
薄膜形成法と異なり、高価な装置を必要とはしないが、
薄膜形成前にリード線をとりつけなければならず、量産
性の点で劣る。量産性の向上のためには、多数個の素子
の薄膜を一括して形成した後に、分割、配線を施すこと
が必要である。それには薄膜のパターン形成が不可欠と
なる。
は、アルミナの絶縁基板上に電極を形成し、リード線を
付けた後、リフトオフ法により、有機スズ化合物の被膜
を形成し、500〜600℃で焼成して酸化スズ薄膜の素子を
得たものである。さらにこの上に適当な増感剤被膜を形
成した上でセンサとして用いる。この方法は蒸着による
薄膜形成法と異なり、高価な装置を必要とはしないが、
薄膜形成前にリード線をとりつけなければならず、量産
性の点で劣る。量産性の向上のためには、多数個の素子
の薄膜を一括して形成した後に、分割、配線を施すこと
が必要である。それには薄膜のパターン形成が不可欠と
なる。
上記リフトオフ法を適用すると、基板全面に被膜が形成
されるため、薄膜形成後のエッチングによるパターン形
成が考えられる。しかし、エッチングに用いるプラズマ
や種々の薬剤は金属酸化物半導体薄膜の汚染や基板およ
び電極表面の活性化によるガス感応性の異常という悪影
響をもたらすおそれがある。
されるため、薄膜形成後のエッチングによるパターン形
成が考えられる。しかし、エッチングに用いるプラズマ
や種々の薬剤は金属酸化物半導体薄膜の汚染や基板およ
び電極表面の活性化によるガス感応性の異常という悪影
響をもたらすおそれがある。
次に、基板上にマスキング用の有機物金属被膜を形成
し、リフトオフ法により全面に薄膜を塗布した後、マス
キング用有機物金属被膜をその上の金属酸化物半導体薄
膜成形剤の塗膜とともに除去するパターン形成法が考え
られる。しかしながら、この場合にも、各種薬剤を用い
ることになるため、前記と同様の影響が考えられる。
し、リフトオフ法により全面に薄膜を塗布した後、マス
キング用有機物金属被膜をその上の金属酸化物半導体薄
膜成形剤の塗膜とともに除去するパターン形成法が考え
られる。しかしながら、この場合にも、各種薬剤を用い
ることになるため、前記と同様の影響が考えられる。
また、厚膜集積回路の製造で用いられているスクリーン
印刷の手法は、量産性の高いすぐれた方法である。しか
し、現在薄膜への応用においてはスクリーン印刷に適し
た粘度をもつペーストを作ることが困難とされている。
そのため金属酸化物半導体薄膜のパターンを形成するこ
とができなかった。
印刷の手法は、量産性の高いすぐれた方法である。しか
し、現在薄膜への応用においてはスクリーン印刷に適し
た粘度をもつペーストを作ることが困難とされている。
そのため金属酸化物半導体薄膜のパターンを形成するこ
とができなかった。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、前記リフトオフ法における金属酸化物半導体
薄膜の形成以前の多数個の素子の分割、配線の必要性の
ため、量産性が悪い点、また、その製造工程で使用され
るプラズマやエッチング用薬液は感ガス膜や電極、基板
を汚損する可能性をもつ上、製造工程が複雑化する点、
更に、スクリーン印刷法においては、使用されるペース
トの曳糸性が高く、また粘度が低いため、実用に耐える
薄膜パターンを得ることが困難である点に鑑みてなされ
たもので、金属酸化物半導体薄膜をガス感応体とするガ
スセンサにおいて、前記薄膜のパターン形成を容易に行
ない、量産性の高いガスセンサを歩留まり良く製造でき
る製造方法を提供することを目的とする。
薄膜の形成以前の多数個の素子の分割、配線の必要性の
ため、量産性が悪い点、また、その製造工程で使用され
るプラズマやエッチング用薬液は感ガス膜や電極、基板
を汚損する可能性をもつ上、製造工程が複雑化する点、
更に、スクリーン印刷法においては、使用されるペース
トの曳糸性が高く、また粘度が低いため、実用に耐える
薄膜パターンを得ることが困難である点に鑑みてなされ
たもので、金属酸化物半導体薄膜をガス感応体とするガ
スセンサにおいて、前記薄膜のパターン形成を容易に行
ない、量産性の高いガスセンサを歩留まり良く製造でき
る製造方法を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る製造方法で
は、前記基板にヒータ材を取付ける工程と、前記絶縁基
板の前記ヒータ材の取付けられていない部分の面に印刷
法によって対向電極を設ける工程と、前記絶縁基板上の
前記対向電極の配設領域を含む所定領域に有機金属化合
物を含むペーストを用いて印刷を行った後、上記ペース
トを熱分解させてガス感応体としての金属酸化物半導体
膜層を形成する工程と、前記金属酸化物半導体膜層の上
に触媒用のペーストを用いて印刷を行った後に上記ペー
ストを焼成する工程とを備えている。
は、前記基板にヒータ材を取付ける工程と、前記絶縁基
板の前記ヒータ材の取付けられていない部分の面に印刷
法によって対向電極を設ける工程と、前記絶縁基板上の
前記対向電極の配設領域を含む所定領域に有機金属化合
物を含むペーストを用いて印刷を行った後、上記ペース
トを熱分解させてガス感応体としての金属酸化物半導体
膜層を形成する工程と、前記金属酸化物半導体膜層の上
に触媒用のペーストを用いて印刷を行った後に上記ペー
ストを焼成する工程とを備えている。
（作用） 本発明に係る製造方法では、対向電極、金属酸化物半導
体膜層および触媒層を印刷法で形成するようにしてい
る。なお、有機金属化合物を含むペーストとしては、有
機金属化合物にテルペン系溶媒およびセルロース系ポリ
マーを加えることによりペーストを調製する。セルロー
ス系ポリマーの量を0.5ないし15重量パーセントに調製
することにより数万cPsの粘度を持ち、曳糸性も低い印
刷に適したペーストを得ることができた。
体膜層および触媒層を印刷法で形成するようにしてい
る。なお、有機金属化合物を含むペーストとしては、有
機金属化合物にテルペン系溶媒およびセルロース系ポリ
マーを加えることによりペーストを調製する。セルロー
ス系ポリマーの量を0.5ないし15重量パーセントに調製
することにより数万cPsの粘度を持ち、曳糸性も低い印
刷に適したペーストを得ることができた。
このペーストを用い、印刷の後乾燥、焼成の工程を経
て、サブミクロン程度の金属酸化物半導体薄膜を形成す
ることができた。
て、サブミクロン程度の金属酸化物半導体薄膜を形成す
ることができた。
有機金属化合物と前記ポリマーおよびテルペン系溶媒か
らなるペーストを印刷により対向電極間にパターニング
した後400〜600℃の温度で焼成する。前記ペーストを使
用することにより、均一で丈夫な金属酸化物半導体薄膜
を得ることができる。さらに、マスキングおよびエッチ
ングの工程が削除され、プラズマ等の影響も防ぐことが
できる。
らなるペーストを印刷により対向電極間にパターニング
した後400〜600℃の温度で焼成する。前記ペーストを使
用することにより、均一で丈夫な金属酸化物半導体薄膜
を得ることができる。さらに、マスキングおよびエッチ
ングの工程が削除され、プラズマ等の影響も防ぐことが
できる。
有機金属化合物を使用するため、比較的低温での焼成が
可能となる。また、対向電極、金属酸化物半導体膜層お
よび触媒層を印刷法で形成しているので、均一な特性を
有するガスセンサの製造が可能となり、90％以上の歩留
まりが可能である。
可能となる。また、対向電極、金属酸化物半導体膜層お
よび触媒層を印刷法で形成しているので、均一な特性を
有するガスセンサの製造が可能となり、90％以上の歩留
まりが可能である。
（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
本実施例のガスセンサの触媒厚膜形成の工程まで多数個
どりの一括処理を行なう。第１図および第２図はこの多
数個取り基板上のチップ１個分を詳細に示すものであ
る。絶縁基板９としてのアルミナ基板の裏面に酸化ルテ
ニウムからなるヒータ６を設ける。次に、絶縁基板９上
にAuの厚膜導体ペーストにより、表面には対向電極１お
よび対向電極用パッド２を、裏面にはヒータ用電極パッ
ド７をそれぞれ印刷して形成する。そののち、以下の方
法で対向電極１上に金属酸化物半導体薄膜４をパターン
形成する。３は対向電極用リード線、８はヒータ用リー
ド線である。
どりの一括処理を行なう。第１図および第２図はこの多
数個取り基板上のチップ１個分を詳細に示すものであ
る。絶縁基板９としてのアルミナ基板の裏面に酸化ルテ
ニウムからなるヒータ６を設ける。次に、絶縁基板９上
にAuの厚膜導体ペーストにより、表面には対向電極１お
よび対向電極用パッド２を、裏面にはヒータ用電極パッ
ド７をそれぞれ印刷して形成する。そののち、以下の方
法で対向電極１上に金属酸化物半導体薄膜４をパターン
形成する。３は対向電極用リード線、８はヒータ用リー
ド線である。
印刷に用いたペーストはエチルヒドロキシエチルセルロ
ースをベースポリマーとする。このエチルヒドロキシエ
チルセルロースを60〜80℃に加熱したテルペン油に加
え、充分に溶解したものと、有機金属化合物であるヘキ
リエートSnおよびNbレジネートにキシレンを加えたもの
を十分に混合し、均一な溶液系のペーストを得る。この
ペーストの組成は、 ヘキソエートSn 49.4％ Nbレジネート 0.6％ エチルヒドロキシエチルセルロース 3.5％ キシレン 15.0％ テルペン油 31.5％ である。これを印刷し、120℃で15分乾燥したのち、500
〜600℃の電気炉を用いて５〜30分かけて焼成する。こ
うして形成された薄膜の上に、以下の方法で触媒厚膜５
を形成する。
ースをベースポリマーとする。このエチルヒドロキシエ
チルセルロースを60〜80℃に加熱したテルペン油に加
え、充分に溶解したものと、有機金属化合物であるヘキ
リエートSnおよびNbレジネートにキシレンを加えたもの
を十分に混合し、均一な溶液系のペーストを得る。この
ペーストの組成は、 ヘキソエートSn 49.4％ Nbレジネート 0.6％ エチルヒドロキシエチルセルロース 3.5％ キシレン 15.0％ テルペン油 31.5％ である。これを印刷し、120℃で15分乾燥したのち、500
〜600℃の電気炉を用いて５〜30分かけて焼成する。こ
うして形成された薄膜の上に、以下の方法で触媒厚膜５
を形成する。
まず、Cu−Ｗを所定量担持させたアルミナ粉体をエチル
ヒドロキシエチルセルロースを溶かしたテルピネオール
に分散させ、さらにAlレジネートを結合強化剤として添
加したペーストを印刷し、120℃で20分乾燥させたの
ち、500〜600℃で焼成する。
ヒドロキシエチルセルロースを溶かしたテルピネオール
に分散させ、さらにAlレジネートを結合強化剤として添
加したペーストを印刷し、120℃で20分乾燥させたの
ち、500〜600℃で焼成する。
この様に、触媒厚膜５を形成した時点で、基板をチップ
に分割したのち、対向電極用パッド２およびヒータ用電
極パッド７にリード線3,8をとりつけ、チップの実装を
行ない、ガスセンサを得る。
に分割したのち、対向電極用パッド２およびヒータ用電
極パッド７にリード線3,8をとりつけ、チップの実装を
行ない、ガスセンサを得る。
上記の様に製造したガスセンサの各種ガス500ppmに対す
る感度を測定し、第１表にその結果をまとめた。なお、
感度はRair/Rgas（Rair;空気中における抵抗値,Rgas;ガ
ス中における抵抗値）とした。また、Rgasはセンサをガ
ス雰囲気中で置いて約３分後の値を用いた。この時のセ
ンサ動作時間は約500℃である。第１表には比較例とし
て従来型のガスセンサの感度を示した。
る感度を測定し、第１表にその結果をまとめた。なお、
感度はRair/Rgas（Rair;空気中における抵抗値,Rgas;ガ
ス中における抵抗値）とした。また、Rgasはセンサをガ
ス雰囲気中で置いて約３分後の値を用いた。この時のセ
ンサ動作時間は約500℃である。第１表には比較例とし
て従来型のガスセンサの感度を示した。
第１表より上記の方法で製造したガスセンサは従来型の
ガスセンサとほぼ同等の感度を持っていることが明らか
となった。なお、ガス検知において、妨害となるC2H5OH
や（CH3)2COにやや低感度を示すのは好都合ということ
ができる。
ガスセンサとほぼ同等の感度を持っていることが明らか
となった。なお、ガス検知において、妨害となるC2H5OH
や（CH3)2COにやや低感度を示すのは好都合ということ
ができる。
［発明の効果］ 以上のように、本発明によるガスセンサの製造方法にお
いては、対向電極、金属酸化物半導体膜層および触媒層
を印刷法で形成しているので、ガス感応体や基板，電極
を汚損しがちなプラズマや薬液を使用することなく、ク
ラックや剥離のない均一な金属酸化物半導体薄膜のパタ
ーン形成を容易に行なうことが可能となる。従って、多
数個どり一括処理ができることによる量産性の高い、ま
た十分なガス感度を有するガスセンサを歩留まり良く得
ることができる。
いては、対向電極、金属酸化物半導体膜層および触媒層
を印刷法で形成しているので、ガス感応体や基板，電極
を汚損しがちなプラズマや薬液を使用することなく、ク
ラックや剥離のない均一な金属酸化物半導体薄膜のパタ
ーン形成を容易に行なうことが可能となる。従って、多
数個どり一括処理ができることによる量産性の高い、ま
た十分なガス感度を有するガスセンサを歩留まり良く得
ることができる。
第１図は、本発明の一実施例を示す表面図及び裏面図、
第２図は第１図の１点鎖線部分の断面図である。 １……対向電極、２……対向電極用パッド、３……対向
電極用リード線、４……金属酸化物半導体薄膜、５……
触媒厚膜、６……ヒータ。、７……ヒータ用電極・パッ
ド、８……ヒータ用リード線、９……絶縁基板。
第２図は第１図の１点鎖線部分の断面図である。 １……対向電極、２……対向電極用パッド、３……対向
電極用リード線、４……金属酸化物半導体薄膜、５……
触媒厚膜、６……ヒータ。、７……ヒータ用電極・パッ
ド、８……ヒータ用リード線、９……絶縁基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−38642（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−70449（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−38641（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−47702（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】絶縁基板にヒータ材を取付ける工程と、前
記絶縁基板の前記ヒータ材の取付けられていない部分の
面に印刷法によって対向電極を設ける工程と、前記絶縁
基板上の前記対向電極の配設領域を含む所定領域に有機
金属化合物，テルペン系溶媒およびセルロース系ポリマ
ーを含むペーストを用いて印刷を行った後、上記ペース
トを熱分解させてガス感応体としての金属酸化物半導体
膜層を形成する工程と、前記金属酸化物半導体膜層の上
に触媒用のペーストを用いて印刷を行った後に上記ペー
ストを焼成する工程とを具備してなることを特徴とする
ガスセンサの製造方法。 - 【請求項２】前記有機金属化合物を含むペーストが、ヒ
ドロキシエチルセルロース，ヒドロキシプロピルセルロ
ース，ヒドロキシブチルメチルセルロース，ヒドロキシ
プロピルメチルセルロース，エチルヒドロキシエチルセ
ルロースの群から選ばれた１種類のポリマーを0.5重量
パーセントないし15重量パーセント含むことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のガスセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61230645A JPH0750054B2 (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | ガスセンサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61230645A JPH0750054B2 (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | ガスセンサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6383650A JPS6383650A (ja) | 1988-04-14 |
| JPH0750054B2 true JPH0750054B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=16911034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61230645A Expired - Lifetime JPH0750054B2 (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | ガスセンサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750054B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109298022A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-02-01 | 西安交通大学 | 一种基于二维碲烯薄膜的气体传感器及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5938641A (ja) * | 1982-08-27 | 1984-03-02 | Toshiba Corp | ガス検知素子 |
| JPS5938642A (ja) * | 1982-08-27 | 1984-03-02 | Toshiba Corp | ガス検知素子 |
| JPS5947702A (ja) * | 1982-09-10 | 1984-03-17 | 株式会社富士通ゼネラル | 感湿素子の製造方法 |
| JPS6170449A (ja) * | 1984-09-13 | 1986-04-11 | Toshiba Corp | ガス検知素子 |
-
1986
- 1986-09-29 JP JP61230645A patent/JPH0750054B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6383650A (ja) | 1988-04-14 |
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