JPH0772106A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH0772106A JPH0772106A JP23737593A JP23737593A JPH0772106A JP H0772106 A JPH0772106 A JP H0772106A JP 23737593 A JP23737593 A JP 23737593A JP 23737593 A JP23737593 A JP 23737593A JP H0772106 A JPH0772106 A JP H0772106A
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- Japan
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- metal oxide
- oxide semiconductor
- gas
- semiconductor layer
- gas sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 １つの検出部にてガスの検出を選択できるガ
スセンサの提供。 【構成】 基板、および該基板上に設けられたガス検出
用の金属酸化物半導体層を有するガスセンサにおいて、
ガス検出用の金属酸化物半導体層が、ガス感度を異にす
る単一もしくは複数の金属元素からなる金属酸化物半導
体で構成される積層物であることを特徴とするガスセン
サ。
スセンサの提供。 【構成】 基板、および該基板上に設けられたガス検出
用の金属酸化物半導体層を有するガスセンサにおいて、
ガス検出用の金属酸化物半導体層が、ガス感度を異にす
る単一もしくは複数の金属元素からなる金属酸化物半導
体で構成される積層物であることを特徴とするガスセン
サ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気中のガスを定性
的、あるいは定量的に検知するガスセンサに関するもの
である。
的、あるいは定量的に検知するガスセンサに関するもの
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を用
い、それらの抵抗値が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、その概略を図１
（ａ）（ｂ）に示す。耐熱性基板１上にヒーター膜２が
形成され、その上に絶縁膜４を介して電極５、６及びガ
ス感応膜５１が形成された構造をしたものである。ま
た、３はヒーター膜２への電力供給線、５はガス感応膜
９の信号取り出し線を表わしている。一方、図２に他の
ガスセンサのバルク式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ヒーターコイル６、６間
に２〜３ｍｍ角の金属酸化物半導体の焼結体（ガス感応
物質１０）を保持させている。なお、このタイプのガス
センサは、一対の電極の一方と他方とからガス感応物質
１０の信号取り出し線が引出せるように工夫されてお
り、また、ヒーターコイル６、６はガス感応物質１０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、１１はベース、１２は電極ピンである。
い、それらの抵抗値が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、その概略を図１
（ａ）（ｂ）に示す。耐熱性基板１上にヒーター膜２が
形成され、その上に絶縁膜４を介して電極５、６及びガ
ス感応膜５１が形成された構造をしたものである。ま
た、３はヒーター膜２への電力供給線、５はガス感応膜
９の信号取り出し線を表わしている。一方、図２に他の
ガスセンサのバルク式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ヒーターコイル６、６間
に２〜３ｍｍ角の金属酸化物半導体の焼結体（ガス感応
物質１０）を保持させている。なお、このタイプのガス
センサは、一対の電極の一方と他方とからガス感応物質
１０の信号取り出し線が引出せるように工夫されてお
り、また、ヒーターコイル６、６はガス感応物質１０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、１１はベース、１２は電極ピンである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の図２に示したタ
イプのものでは、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、応答性とも良好である。しかしながら複
数のガスを検出するには金属酸化物半導体と電極リード
の材料を変える多ガス識別検出装置（特開平２−１３６
７３８）を用いて、検出部を複数必要とする。
イプのものでは、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、応答性とも良好である。しかしながら複
数のガスを検出するには金属酸化物半導体と電極リード
の材料を変える多ガス識別検出装置（特開平２−１３６
７３８）を用いて、検出部を複数必要とする。
【０００４】
【目的】本発明は、１つの検出部にてガスの検出を選択
できるガスセンサの提供を目的とする。
できるガスセンサの提供を目的とする。
【０００５】
【構成】本発明のガスセンサは、基板、および該基板上
に設けられたガス検出用の金属酸化物半導体層を有する
ガスセンサにおいて、ガス検出用の金属酸化物半導体層
が、基板上にガス感度を異にする単一もしくは複数の金
属元素からなる金属酸化物半導体層で構成される積層物
であることを特徴とする。該ガスセンサは、１つの検出
部にて駆動温度を変え、ガスの検出が可能なものであ
る。本発明のガスセンサにおいて、１つの検出部にて駆
動温度を変え、ガスの検出を可能にする構成としては種
々の構成のものを採用することができる。
に設けられたガス検出用の金属酸化物半導体層を有する
ガスセンサにおいて、ガス検出用の金属酸化物半導体層
が、基板上にガス感度を異にする単一もしくは複数の金
属元素からなる金属酸化物半導体層で構成される積層物
であることを特徴とする。該ガスセンサは、１つの検出
部にて駆動温度を変え、ガスの検出が可能なものであ
る。本発明のガスセンサにおいて、１つの検出部にて駆
動温度を変え、ガスの検出を可能にする構成としては種
々の構成のものを採用することができる。
【０００６】以下、図面に基づいて本発明のガスセンサ
の代表的構成を具体的に説明する。図３および図４に示
すガスセンサは、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、
基板上にガス感応度を異にする金属酸化物半導体層７お
よび８を積層して形成されたものである。図３に示すも
のは、前記半導体層７の表面全体上に前記半導体層８を
積層したものであり、図４に示すものは、前記半導体層
７の表面上に、部分的に半導体層を積層したものであ
る。前記半導体層７および８の形成方法としては、蒸着
法、スパッタリング、あるいは本発明者の一人である太
田が発明した「真空蒸着装置」（特開昭５９−８９７６
３）を用いる方法等があるが、該任意の薄膜の形成方法
を用いることができ、特にその種類が制限されるもので
はない。また、該半導体層７および８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（以下、
半導体層形成材料という。）が挙げられ、該金属酸化物
は、単一もしくは複数の金属元素からなる金属酸化物半
導体で構成されるものである。金属酸化物半導体である
酸化亜鉛は、４５０℃にてトリメチルアミン（ＴＭ
Ａ）、ジメチルアミン（ＤＭＡ）、４００℃にてブタ
ン、プロパン等にも高感度を示す。また、酸化スズ、酸
化タングステンは２００℃以下では高感度を示す。以上
に示すものが代表的なものであるが、これら以外にも、
前記のような金属酸化物半導体の群の中から目的に合っ
たガス感応度を異にする金属酸化物半導体の組合せを採
用することができる。半導体層７および８を形成する金
属酸化物半導体材料として、前者の材料として酸化ス
ズ、後者の材料として酸化インジウムを使用し、順次３
０００Åおよび１０００Åの厚さに蒸着により積層し
た。図４のように、半導体層８を半導体層７上に部分的
に積層するためには、マスク例えばメタルマスクを用い
て形成する。酸化スズで形成した半導体層７は、４５０
℃程度の温度で可燃性ガス（イソブタン、メタン、水素
等）に高感度を示す。一方、酸化インジウムで形成した
半導体層８は、２００℃程度の温度で水素に対し高感度
を示す。したがって、図３および図４に示すガスセンサ
は、低温度の駆動時には水素ガスに対する検知を行な
い、高温度の駆動時には他の可燃性ガスの検知を行なう
ことができる。
の代表的構成を具体的に説明する。図３および図４に示
すガスセンサは、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、
基板上にガス感応度を異にする金属酸化物半導体層７お
よび８を積層して形成されたものである。図３に示すも
のは、前記半導体層７の表面全体上に前記半導体層８を
積層したものであり、図４に示すものは、前記半導体層
７の表面上に、部分的に半導体層を積層したものであ
る。前記半導体層７および８の形成方法としては、蒸着
法、スパッタリング、あるいは本発明者の一人である太
田が発明した「真空蒸着装置」（特開昭５９−８９７６
３）を用いる方法等があるが、該任意の薄膜の形成方法
を用いることができ、特にその種類が制限されるもので
はない。また、該半導体層７および８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（以下、
半導体層形成材料という。）が挙げられ、該金属酸化物
は、単一もしくは複数の金属元素からなる金属酸化物半
導体で構成されるものである。金属酸化物半導体である
酸化亜鉛は、４５０℃にてトリメチルアミン（ＴＭ
Ａ）、ジメチルアミン（ＤＭＡ）、４００℃にてブタ
ン、プロパン等にも高感度を示す。また、酸化スズ、酸
化タングステンは２００℃以下では高感度を示す。以上
に示すものが代表的なものであるが、これら以外にも、
前記のような金属酸化物半導体の群の中から目的に合っ
たガス感応度を異にする金属酸化物半導体の組合せを採
用することができる。半導体層７および８を形成する金
属酸化物半導体材料として、前者の材料として酸化ス
ズ、後者の材料として酸化インジウムを使用し、順次３
０００Åおよび１０００Åの厚さに蒸着により積層し
た。図４のように、半導体層８を半導体層７上に部分的
に積層するためには、マスク例えばメタルマスクを用い
て形成する。酸化スズで形成した半導体層７は、４５０
℃程度の温度で可燃性ガス（イソブタン、メタン、水素
等）に高感度を示す。一方、酸化インジウムで形成した
半導体層８は、２００℃程度の温度で水素に対し高感度
を示す。したがって、図３および図４に示すガスセンサ
は、低温度の駆動時には水素ガスに対する検知を行な
い、高温度の駆動時には他の可燃性ガスの検知を行なう
ことができる。
【０００７】図５に示すガスセンサは、ガス検出用の金
属酸化物半導体層が、基板上に前記金属酸化物半導体層
７上に前記金属酸化物半導体８を島状構造に形成したも
のである。図６示すガスセンサは、ガス検出用の金属酸
化物半導体層が、同一基板上に前記金属酸化物半導体層
７と前記金属酸化物半導体層８を単層で形成されたもの
である。図７に示すガスセンサは、ガス検出用の金属酸
化物半導体層が、同一基板上に図３に示すガス検出用の
金属酸化物半導体層と前記単層の金属酸化物半導体層７
を組合わせて構成されたものである。図８に示すガスセ
ンサは、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、図５に示
すガス検出用の金属酸化物半導体層と前記金属酸化物半
導体層７を組合わせて構成されたものである。図９に示
すガスセンサは、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、
図４に示すガス検出用の金属酸化物半導体層と前記金属
酸化物半導体層７を組合わせて構成されたものである。
属酸化物半導体層が、基板上に前記金属酸化物半導体層
７上に前記金属酸化物半導体８を島状構造に形成したも
のである。図６示すガスセンサは、ガス検出用の金属酸
化物半導体層が、同一基板上に前記金属酸化物半導体層
７と前記金属酸化物半導体層８を単層で形成されたもの
である。図７に示すガスセンサは、ガス検出用の金属酸
化物半導体層が、同一基板上に図３に示すガス検出用の
金属酸化物半導体層と前記単層の金属酸化物半導体層７
を組合わせて構成されたものである。図８に示すガスセ
ンサは、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、図５に示
すガス検出用の金属酸化物半導体層と前記金属酸化物半
導体層７を組合わせて構成されたものである。図９に示
すガスセンサは、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、
図４に示すガス検出用の金属酸化物半導体層と前記金属
酸化物半導体層７を組合わせて構成されたものである。
【０００８】図２および図８に示すガスセンサは、ガス
検出用の金属酸化物半導体層の表面積が増加することに
より、感度の向上ができる。また、図３、４、５、６、
７、８、９に示される構造のガスセンサにおいては、金
属酸化物半導体層７および８の出力を比較することによ
り、定量的にガス種を検出できる。２００℃における金
属酸化物半導体層７（検知部１）、８（検知部２）の水
素ガス中の抵抗値変化を図１１に示す。検知部１で抵抗
値Ｒ1、検知部２で抵抗値Ｒ2の時、図１０の回路によっ
て抵抗値の差、もしくは比を濃度に換算することにより
水素ガスを定量することができる。
検出用の金属酸化物半導体層の表面積が増加することに
より、感度の向上ができる。また、図３、４、５、６、
７、８、９に示される構造のガスセンサにおいては、金
属酸化物半導体層７および８の出力を比較することによ
り、定量的にガス種を検出できる。２００℃における金
属酸化物半導体層７（検知部１）、８（検知部２）の水
素ガス中の抵抗値変化を図１１に示す。検知部１で抵抗
値Ｒ1、検知部２で抵抗値Ｒ2の時、図１０の回路によっ
て抵抗値の差、もしくは比を濃度に換算することにより
水素ガスを定量することができる。
【０００９】前記各図で示したガスセンサの基板として
は、高温でも変形しない材料、例えばＳｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｎｉ，Ｃｒ等が好ましい。また、ガス検出用の金属
酸化物半導体層を構成する各金属酸化物半導体層は、該
半導体層のガス感応度を高めるために、貴金属触媒層を
前記金属酸化物半導体層上に形成したり、または該半導
体層中に保持させることができる。そのための手段とし
ては、例えば、ＣＶＤ、金属塩含浸法、共沈法等の気相
化学反応や、スパッタリング、蒸着等の物理的方法が挙
げられる。また、基板としては、本出願人が先に出願し
ているような空中に張り出し部を有する型の基板（例え
ば、特願平４−１８８７８８号）を用いることができ、
該空中に張り出した基板部分に、前記金属酸化物半導体
層、さらには貴金属触媒層を設けてもよい。なお、本発
明のガスセンサは、前記図３〜９に示されるもののみで
はなく、それ以外にも、図３〜９中に示される金属酸化
物半導体層を適宜組み合わせて構成したガス検出用の金
属酸化物半導体層を有するものであってもよく、また、
本出願の発明者らが既に提案してあるマイクロヒータ構
造を有するガスセンサ（特開平１−６７６４５）の検知
膜にも適用することができる。
は、高温でも変形しない材料、例えばＳｉ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｎｉ，Ｃｒ等が好ましい。また、ガス検出用の金属
酸化物半導体層を構成する各金属酸化物半導体層は、該
半導体層のガス感応度を高めるために、貴金属触媒層を
前記金属酸化物半導体層上に形成したり、または該半導
体層中に保持させることができる。そのための手段とし
ては、例えば、ＣＶＤ、金属塩含浸法、共沈法等の気相
化学反応や、スパッタリング、蒸着等の物理的方法が挙
げられる。また、基板としては、本出願人が先に出願し
ているような空中に張り出し部を有する型の基板（例え
ば、特願平４−１８８７８８号）を用いることができ、
該空中に張り出した基板部分に、前記金属酸化物半導体
層、さらには貴金属触媒層を設けてもよい。なお、本発
明のガスセンサは、前記図３〜９に示されるもののみで
はなく、それ以外にも、図３〜９中に示される金属酸化
物半導体層を適宜組み合わせて構成したガス検出用の金
属酸化物半導体層を有するものであってもよく、また、
本出願の発明者らが既に提案してあるマイクロヒータ構
造を有するガスセンサ（特開平１−６７６４５）の検知
膜にも適用することができる。
【００１０】
【効果】本発明によって、１つの検出部にて駆動温度を
変えることによりガス種を選択的に、かつ定性的または
定量的に検知可能なガスセンサが提供された。
変えることによりガス種を選択的に、かつ定性的または
定量的に検知可能なガスセンサが提供された。
【図１】薄膜式の従来のガスセンサの１例であり、
（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図２】バルク式の従来のガスセンサの１例の斜視図で
ある。
ある。
【図３】本発明のガスセンサの１例である（金属酸化物
半導体層７上に金属酸化物半導体層８を全面的に被覆し
たもの）。
半導体層７上に金属酸化物半導体層８を全面的に被覆し
たもの）。
【図４】本発明のガスセンサの他の例であり（金属酸化
物半導体層７上に金属酸化物半導体層８を部分的に被覆
したもの）、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
物半導体層７上に金属酸化物半導体層８を部分的に被覆
したもの）、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】本発明のガスセンサの他の例であり（金属酸化
物半導体層７上に金属酸化物半導体層８を島状に形成し
たもの）、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
物半導体層７上に金属酸化物半導体層８を島状に形成し
たもの）、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】本発明のガスセンサの他の例である（同一基板
上に金属酸化物半導体層７と金属酸化物半導体層８を単
層で別個に形成したもの）。
上に金属酸化物半導体層７と金属酸化物半導体層８を単
層で別個に形成したもの）。
【図７】本発明のガスセンサの他の例である（同一基板
上に、図３に示すガス検出用の金属酸化物半導体層と単
層の金属酸化物半導体層７を設けたもの）。
上に、図３に示すガス検出用の金属酸化物半導体層と単
層の金属酸化物半導体層７を設けたもの）。
【図８】本発明のガスセンサの他の例である（同一基板
上に、図５に示すガス検出用の金属酸化物半導体層と単
層の金属酸化物半導体層７を設けたもの）。
上に、図５に示すガス検出用の金属酸化物半導体層と単
層の金属酸化物半導体層７を設けたもの）。
【図９】本発明のガスセンサの他の例である（同一基板
上に、図４に示すガス検出用の金属酸化物半導体層と単
層の金属酸化物半導体層７を設けたもの）。
上に、図４に示すガス検出用の金属酸化物半導体層と単
層の金属酸化物半導体層７を設けたもの）。
【図１０】検知部１および２の抵抗値に基づき、水素ガ
ス濃度を定量する回路を示す図である。
ス濃度を定量する回路を示す図である。
【図１１】水素ガス中、２００℃にてガスセンサ駆動時
の検知部１および２における抵抗値変化を示す図であ
る。
の検知部１および２における抵抗値変化を示す図であ
る。
１ 耐熱性基板 ２ ヒータ膜 ３ ヒータリード線 ４ 絶縁膜 ５ 電極リード線 ６ 電極 ７ 金属酸化物半導体 ８ 金属酸化物半導体 ９ ガス感応膜 １０ ガス感応物質 １１ ベース １２ 電極ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 康弘 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内
Claims (7)
- 【請求項１】 基板、および該基板上に設けられたガス
検出用の金属酸化物半導体層を有するガスセンサにおい
て、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、ガス感度を異
にする単一もしくは複数の金属元素からなる金属酸化物
半導体で構成される積層物であることを特徴とするガス
センサ。 - 【請求項２】 ガス感度を異にする単一もしくは複数の
金属元素からなる金属酸化物半導体で構成される積層物
が、１方の金属酸化物半導体薄膜上に、他方の金属酸化
物半導体薄膜を島状に設けたものである請求項１記載の
ガスセンサ。 - 【請求項３】 ガス感度を異にする単一もしくは複数の
金属元素からなる金属酸化物半導体で構成される積層物
が、１方の金属酸化物半導体薄膜上に、他方の金属酸化
物半導体薄膜を少なくとも部分的に積層したものである
請求項１記載のガスセンサ。 - 【請求項４】 基板、および該基板上に設けられたガス
検出用の金属酸化物半導体層を有するガスセンサにおい
て、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、同一基板上に
ガス感応度の異なる単層の金属酸化物半導体層を２個以
上有することを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項５】 基板、および該基板上に設けられたガス
検出用の金属酸化物半導体層を有するガスセンサにおい
て、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、同一基板上に
単層の金属酸化物半導体層と請求項１記載のガス検出用
の金属酸化物半導体層を有することを特徴とするガスセ
ンサ。 - 【請求項６】 基板、および該基板上に設けられたガス
検出用の金属酸化物半導体層を有するガスセンサにおい
て、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、同一基板上に
単層の金属酸化物半導体層と請求項２記載のガス検出用
の金属酸化物半導体層を有することを特徴とするガスセ
ンサ。 - 【請求項７】 基板、および該基板上に設けられたガス
検出用の金属酸化物半導体層を有するガスセンサにおい
て、ガス検出用の金属酸化物半導体層が、同一基板上に
単層の金属酸化物半導体層と請求項３記載のガス検出用
の金属酸化物半導体層を有することを特徴とするガスセ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23737593A JPH0772106A (ja) | 1993-06-30 | 1993-08-30 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-187315 | 1993-06-30 | ||
| JP18731593 | 1993-06-30 | ||
| JP23737593A JPH0772106A (ja) | 1993-06-30 | 1993-08-30 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0772106A true JPH0772106A (ja) | 1995-03-17 |
Family
ID=26504280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23737593A Pending JPH0772106A (ja) | 1993-06-30 | 1993-08-30 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0772106A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114910522A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-16 | 广东氢芯智能科技有限公司 | 一种基于mocvd生长氧化物氢敏薄膜及其制备方法 |
-
1993
- 1993-08-30 JP JP23737593A patent/JPH0772106A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114910522A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-16 | 广东氢芯智能科技有限公司 | 一种基于mocvd生长氧化物氢敏薄膜及其制备方法 |
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