JPH0781973B2 - 酸化物半導体ガスセンサ - Google Patents
酸化物半導体ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH0781973B2 JPH0781973B2 JP63315571A JP31557188A JPH0781973B2 JP H0781973 B2 JPH0781973 B2 JP H0781973B2 JP 63315571 A JP63315571 A JP 63315571A JP 31557188 A JP31557188 A JP 31557188A JP H0781973 B2 JPH0781973 B2 JP H0781973B2
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- JP
- Japan
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- gas
- layer
- metal electrode
- oxide semiconductor
- resistance
- Prior art date
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は酸化スズ，酸化亜鉛等の金属酸化物半導体を
用いたガスセンサに係り、特に酸化物半導体と金属電極
層との間の接触抵抗の少ないガスセンサに関する。
用いたガスセンサに係り、特に酸化物半導体と金属電極
層との間の接触抵抗の少ないガスセンサに関する。
〔従来の技術〕 金属酸化物半導体を用いるガスセンサは酸化スズや酸化
亜鉛などのｎ型半導体が可燃性ガスと接触して電気抵抗
を減ずる性質を利用しており、ガスもれの検出，排ガス
組成の簡便な検出等に広く利用されている。特公昭45−
38200号公報においてこの方式のガスセンサが開示され
て以来、ガス検知機構の解明、実用化が進められ、現在
までに種々の形態の素子が提案されてきているが素子構
造は大別して焼結型と膜型に分けることができる。焼結
型は第３図に示すように酸化物粉末31を水などと混練し
て調製したペーストを電極コイル６のまわりに付着させ
て乾燥することによって形成される。膜型は第４図に示
すように例えばアルミナ等の基板１の主面上に金属電極
層11,12,感ガス層2,被覆層３が順次積層され、基板１の
他の主面にヒータ４が設けられる。
亜鉛などのｎ型半導体が可燃性ガスと接触して電気抵抗
を減ずる性質を利用しており、ガスもれの検出，排ガス
組成の簡便な検出等に広く利用されている。特公昭45−
38200号公報においてこの方式のガスセンサが開示され
て以来、ガス検知機構の解明、実用化が進められ、現在
までに種々の形態の素子が提案されてきているが素子構
造は大別して焼結型と膜型に分けることができる。焼結
型は第３図に示すように酸化物粉末31を水などと混練し
て調製したペーストを電極コイル６のまわりに付着させ
て乾燥することによって形成される。膜型は第４図に示
すように例えばアルミナ等の基板１の主面上に金属電極
層11,12,感ガス層2,被覆層３が順次積層され、基板１の
他の主面にヒータ４が設けられる。
〔発明が解決しようとする課題〕 膜型の素子は製造工程が簡単で量産性に富む利点を有し
ているが、焼結型の素子に比し、イソブタン，メタン，
水素等の可燃性ガスに対する抵抗変化の感度が充分でな
い、特定のガスに対して感度を高めるような選択性能が
得られない、長期的安定性に欠けるなどの問題があっ
た。
ているが、焼結型の素子に比し、イソブタン，メタン，
水素等の可燃性ガスに対する抵抗変化の感度が充分でな
い、特定のガスに対して感度を高めるような選択性能が
得られない、長期的安定性に欠けるなどの問題があっ
た。
この発明は上記の点に鑑みてなされ、その目的は酸化物
半導体である感ガス層と金属電極層間の接触抵抗を減ら
すことにより再現性，感度，選択性，安定性等に優れる
酸化物半導体ガスセンサを提供することにある。
半導体である感ガス層と金属電極層間の接触抵抗を減ら
すことにより再現性，感度，選択性，安定性等に優れる
酸化物半導体ガスセンサを提供することにある。
本発明者は膜型素子の示す電気抵抗について鋭意研究を
重ねた結果、焼結型の場合と異なり素子の抵抗が酸化物
半導体である感ガス層の抵抗の他、感ガス層と金属電極
層間の接触抵抗からなっており、この接触抵抗が素子性
能上の阻害要因になっていることを見い出し、この知見
に基いて本発明をなすに至った。
重ねた結果、焼結型の場合と異なり素子の抵抗が酸化物
半導体である感ガス層の抵抗の他、感ガス層と金属電極
層間の接触抵抗からなっており、この接触抵抗が素子性
能上の阻害要因になっていることを見い出し、この知見
に基いて本発明をなすに至った。
上述の目的はこの発明によれば基板上に形成された一対
の金属電極層と、該金属電極層の一部を覆うように基板
上に形成された貴金属を担持したｎ型酸化物半導体から
なる感ガス層とを備えた酸化物半導体ガスセンサにおい
て、前記金属電極層と該金属電極層上に形成された感ガ
ス層との間に、該金属電極層と感ガス層間をオーミック
接触させるｎ型酸化物半導体を低抵抗化した接触層を設
けることにより達成される。
の金属電極層と、該金属電極層の一部を覆うように基板
上に形成された貴金属を担持したｎ型酸化物半導体から
なる感ガス層とを備えた酸化物半導体ガスセンサにおい
て、前記金属電極層と該金属電極層上に形成された感ガ
ス層との間に、該金属電極層と感ガス層間をオーミック
接触させるｎ型酸化物半導体を低抵抗化した接触層を設
けることにより達成される。
接触層はｎ型酸化物に例えば他元素をドーピングするな
どしてｎ型酸化物を低抵抗化することにより形成され
る。この場合例えばSnO2の比抵抗は１〜10Ω・cmである
がSbを１％ドーピングしたSnO2の比抵抗は１×10-3Ω・
cmとなる。
どしてｎ型酸化物を低抵抗化することにより形成され
る。この場合例えばSnO2の比抵抗は１〜10Ω・cmである
がSbを１％ドーピングしたSnO2の比抵抗は１×10-3Ω・
cmとなる。
ｎ型半導体層が仕事関数のより大きな金属電極層と接触
するとシヨツトキー障壁が形成され非オーミツクで大き
な接触抵抗を示すが、ｎ型半導体からなる感ガス層と金
属電極層の間にｎ型半導体を低抵抗化した接触層を設け
ると、感ガス層と接触層との間は両層の仕事関係が近似
するためこの２層はオーミツクな接触をする。一方接触
層と金属電極層間はトンネル効果により電流が流れ実用
上オーミツク接触となる。このようにして感ガス層と金
属電極層間はオーミツクな接触をするので接触抵抗を小
さくすることができ、素子の示す全抵抗は感ガス層の示
す抵抗によって主として支配されるようになる。
するとシヨツトキー障壁が形成され非オーミツクで大き
な接触抵抗を示すが、ｎ型半導体からなる感ガス層と金
属電極層の間にｎ型半導体を低抵抗化した接触層を設け
ると、感ガス層と接触層との間は両層の仕事関係が近似
するためこの２層はオーミツクな接触をする。一方接触
層と金属電極層間はトンネル効果により電流が流れ実用
上オーミツク接触となる。このようにして感ガス層と金
属電極層間はオーミツクな接触をするので接触抵抗を小
さくすることができ、素子の示す全抵抗は感ガス層の示
す抵抗によって主として支配されるようになる。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。第１図
はこの発明の実施例に係るガスセンサの膜式断面図であ
る。このガスセンサは基板１上の金属電極層11,12と感
ガス層２との間に接触層５が設けられている点が従来の
ガスセンサと異なる。
はこの発明の実施例に係るガスセンサの膜式断面図であ
る。このガスセンサは基板１上の金属電極層11,12と感
ガス層２との間に接触層５が設けられている点が従来の
ガスセンサと異なる。
このようなガスセンサは以下のようにして調製される。
基板１上に所定のパターンで白金ペーストがスクリーン
印刷され1000℃で焼付けられて金属電極層11,12および
ヒータ４が形成される。次に五酸化アンチモン（Sb
2O5）を１重量％の割合で含む酸化スズ（SnO2）ペレツ
トを原料として用い、電子ビーム蒸着により金属電極層
11,12の上に接触層５が形成される。接触層の厚さは0.0
5〜0.5μｍに調整される。続いて平均粒径２μｍの酸化
スズの粉末に白金として0.5重量％となるよう塩化白金
酸の水溶液を含浸させ、乾燥後600℃で２時間加熱し酸
化スズ粉末の表面に白金微粒子を担持させる。この粉末
に水とシリカゾルを加えてペーストを調製し、接触層を
設けた基板１上に70μｍの厚さになるよう印刷し、乾燥
したのち750℃の温度で30分熱処理して酸化スズの感ガ
ス層２が形成される。感ガス層２の形成に続いて平均粒
径２μｍの酸化スズの粉末に白金として２重量％となる
よう塩化白金酸の水溶液を含浸させ、乾燥後600℃で２
時間加熱して酸化スズ粉末の表面に白金微粒子を担持さ
せる。この白金担持酸化スズの粉末に水とシリカゾルを
加えペーストを調製し、感ガス層２を被覆するよう50μ
ｍ厚さに塗布し、常温で乾燥後730℃で30分加熱し、被
覆層３が形成される。
基板１上に所定のパターンで白金ペーストがスクリーン
印刷され1000℃で焼付けられて金属電極層11,12および
ヒータ４が形成される。次に五酸化アンチモン（Sb
2O5）を１重量％の割合で含む酸化スズ（SnO2）ペレツ
トを原料として用い、電子ビーム蒸着により金属電極層
11,12の上に接触層５が形成される。接触層の厚さは0.0
5〜0.5μｍに調整される。続いて平均粒径２μｍの酸化
スズの粉末に白金として0.5重量％となるよう塩化白金
酸の水溶液を含浸させ、乾燥後600℃で２時間加熱し酸
化スズ粉末の表面に白金微粒子を担持させる。この粉末
に水とシリカゾルを加えてペーストを調製し、接触層を
設けた基板１上に70μｍの厚さになるよう印刷し、乾燥
したのち750℃の温度で30分熱処理して酸化スズの感ガ
ス層２が形成される。感ガス層２の形成に続いて平均粒
径２μｍの酸化スズの粉末に白金として２重量％となる
よう塩化白金酸の水溶液を含浸させ、乾燥後600℃で２
時間加熱して酸化スズ粉末の表面に白金微粒子を担持さ
せる。この白金担持酸化スズの粉末に水とシリカゾルを
加えペーストを調製し、感ガス層２を被覆するよう50μ
ｍ厚さに塗布し、常温で乾燥後730℃で30分加熱し、被
覆層３が形成される。
第２図に0.2％イソブタンガス中における素子抵抗が示
される。折れ線Ａは従来の素子の抵抗値、折れ線Ｂが本
発明の実施例に係る素子の抵抗値である。従来の素子は
抵抗値が12〜27KΩで高い上にバラツキが大きい。本発
明の実施例に係る素子は抵抗値が6.8〜9KΩと低くバラ
ツキも少ないことがわかる。従来の素子と本発明の実施
例に係る素子の素子抵抗の違いは接触抵抗の大小によ
る。即ち従来の素子は感ガス層と金属電極層の間が非オ
ーミツクな接触をなすために接触抵抗の値が大きい。こ
れに対し本発明の実施例に係る素子は感ガス層２と金属
電極層11,12の間がオーミツクな接触をなすために接触
抵抗が小さくなって素子抵抗は感ガス素子の示す抵抗に
よって決まる。折れ線Ａと折れ線Ｂとの差はシヨツトバ
リアの示す非オーミツクな接触抵抗であり約10KΩの大
きさであることがわかる。従って従来の素子は素子抵抗
のうち約50％が非オーミツク性の接触抵抗で占められて
いたことになる。この接触抵抗は種々の要因に支配され
不安定であるため、素子抵抗の再現性，長期安定性を阻
害し、また感ガス層の抵抗変化をマスクして素子の感
度，選択性能を悪化させるが、本発明の実施例に係る素
子は接触抵抗が小さいために接触抵抗の影響を受けるこ
とがなく、感ガス層のみの抵抗変化がとり出され、再現
性，安定性，感度，選択性に優れるガスセンサを調製す
ることが可能となる。
される。折れ線Ａは従来の素子の抵抗値、折れ線Ｂが本
発明の実施例に係る素子の抵抗値である。従来の素子は
抵抗値が12〜27KΩで高い上にバラツキが大きい。本発
明の実施例に係る素子は抵抗値が6.8〜9KΩと低くバラ
ツキも少ないことがわかる。従来の素子と本発明の実施
例に係る素子の素子抵抗の違いは接触抵抗の大小によ
る。即ち従来の素子は感ガス層と金属電極層の間が非オ
ーミツクな接触をなすために接触抵抗の値が大きい。こ
れに対し本発明の実施例に係る素子は感ガス層２と金属
電極層11,12の間がオーミツクな接触をなすために接触
抵抗が小さくなって素子抵抗は感ガス素子の示す抵抗に
よって決まる。折れ線Ａと折れ線Ｂとの差はシヨツトバ
リアの示す非オーミツクな接触抵抗であり約10KΩの大
きさであることがわかる。従って従来の素子は素子抵抗
のうち約50％が非オーミツク性の接触抵抗で占められて
いたことになる。この接触抵抗は種々の要因に支配され
不安定であるため、素子抵抗の再現性，長期安定性を阻
害し、また感ガス層の抵抗変化をマスクして素子の感
度，選択性能を悪化させるが、本発明の実施例に係る素
子は接触抵抗が小さいために接触抵抗の影響を受けるこ
とがなく、感ガス層のみの抵抗変化がとり出され、再現
性，安定性，感度，選択性に優れるガスセンサを調製す
ることが可能となる。
この発明よれば、基板上に形成された一対の金属電極層
と、該金属電極層の一部を覆うように基板上に形成され
た貴金属を担持したｎ型酸化物半導体からなる感ガス層
とを備えた酸化物半導体ガスセンサにおいて、前記金属
電極層と該金属電極層上に形成された感ガス層との間
に、該金属電極層と感ガス層間をオーミック接触させる
ｎ型酸化物半導体を低抵抗化した接触層を設けたことに
より、感ガス層と金属電極層の間がオーミツクな接触を
することになり、接触抵抗が小さくなって素子抵抗は感
ガス層の示す抵抗値で支配されることとなりその結果再
現性，安定性，感度，選択性等に優れる酸化物半導体ガ
スセンサが得られる。
と、該金属電極層の一部を覆うように基板上に形成され
た貴金属を担持したｎ型酸化物半導体からなる感ガス層
とを備えた酸化物半導体ガスセンサにおいて、前記金属
電極層と該金属電極層上に形成された感ガス層との間
に、該金属電極層と感ガス層間をオーミック接触させる
ｎ型酸化物半導体を低抵抗化した接触層を設けたことに
より、感ガス層と金属電極層の間がオーミツクな接触を
することになり、接触抵抗が小さくなって素子抵抗は感
ガス層の示す抵抗値で支配されることとなりその結果再
現性，安定性，感度，選択性等に優れる酸化物半導体ガ
スセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の実施例に係るガスセンサの模式断面
図、第２図は従来の素子とこの発明の実施例に係る素子
の素子抵抗を示す線図、第３図は焼結型の従来のガスセ
ンサを示す模式断面図、第４図は従来の膜型ガスセンサ
を示す模式断面図である。 １……基板、２……感ガス層、３……被覆層、５……接
触層。
図、第２図は従来の素子とこの発明の実施例に係る素子
の素子抵抗を示す線図、第３図は焼結型の従来のガスセ
ンサを示す模式断面図、第４図は従来の膜型ガスセンサ
を示す模式断面図である。 １……基板、２……感ガス層、３……被覆層、５……接
触層。
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に形成された一対の金属電極層と、
該金属電極層の一部を覆うように基板上に形成された貴
金属を担持したｎ型酸化物半導体からなる感ガス層とを
備えた酸化物半導体ガスセンサにおいて、前記金属電極
層と該金属電極層上に形成される感ガス層との間に、該
金属電極層と感ガス層間をオーミック接触させるｎ型酸
化物半導体を低抵抗化した接触層を設けたことを特徴と
する酸化物半導体ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63315571A JPH0781973B2 (ja) | 1988-12-14 | 1988-12-14 | 酸化物半導体ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63315571A JPH0781973B2 (ja) | 1988-12-14 | 1988-12-14 | 酸化物半導体ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02161344A JPH02161344A (ja) | 1990-06-21 |
| JPH0781973B2 true JPH0781973B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=18066947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63315571A Expired - Lifetime JPH0781973B2 (ja) | 1988-12-14 | 1988-12-14 | 酸化物半導体ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0781973B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2830518C2 (de) * | 1978-07-12 | 1980-09-04 | Swf-Spezialfabrik Fuer Autozubehoer Gustav Rau Gmbh, 7120 Bietigheim-Bissingen | Füllstandsgeber, insbesondere zur Messung des Tankinhalts bei Kraftfahrzeugen |
| JPS5731101A (en) * | 1980-08-01 | 1982-02-19 | Tokyo Shibaura Electric Co | Moisture sensitive element |
-
1988
- 1988-12-14 JP JP63315571A patent/JPH0781973B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02161344A (ja) | 1990-06-21 |
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