JPH0810202B2 - ガス検知方法 - Google Patents
ガス検知方法Info
- Publication number
- JPH0810202B2 JPH0810202B2 JP61184506A JP18450686A JPH0810202B2 JP H0810202 B2 JPH0810202 B2 JP H0810202B2 JP 61184506 A JP61184506 A JP 61184506A JP 18450686 A JP18450686 A JP 18450686A JP H0810202 B2 JPH0810202 B2 JP H0810202B2
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- gas
- porous silicon
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種の気体に反応するガスセンサを用いた
ガス検知方法に係るもので、特に多孔質シリコンを利用
してガスを検知する方法に関するものである。
ガス検知方法に係るもので、特に多孔質シリコンを利用
してガスを検知する方法に関するものである。
ガスセンサとしての材料は種々あり、またその構造に
ついても種々考えられている。その中でシリコンなどの
半導体基板を用いたものは、増幅器などを一体に形成で
き、小型化が可能などといつた利点があり注目を集めて
いる。
ついても種々考えられている。その中でシリコンなどの
半導体基板を用いたものは、増幅器などを一体に形成で
き、小型化が可能などといつた利点があり注目を集めて
いる。
しかし、ガスセンサとして用いるためには、構造が複
雑になつたり、生化学物質を用いなければならないとい
つた問題があり、コストなどの面で満足できるものは少
なかつた。
雑になつたり、生化学物質を用いなければならないとい
つた問題があり、コストなどの面で満足できるものは少
なかつた。
そこで、発明者は多孔質シリコンを利用してガスセン
サを得ることを提案した（特願昭61−42966）。これは
単結晶シリコンと多孔質シリコンを組み合わせた素子に
電極を形成した簡単な構造のものである。しかし、電極
を形成する方法、反応及び復帰の時間などの面で必ずし
も満足できるものではなかつた。
サを得ることを提案した（特願昭61−42966）。これは
単結晶シリコンと多孔質シリコンを組み合わせた素子に
電極を形成した簡単な構造のものである。しかし、電極
を形成する方法、反応及び復帰の時間などの面で必ずし
も満足できるものではなかつた。
本発明は、上記のような問題点を解決して、反応及び
復帰が短時間でなされる多孔質シリコンを利用したガス
検知方法を提供することを目的とする。
復帰が短時間でなされる多孔質シリコンを利用したガス
検知方法を提供することを目的とする。
また、用いる素子の電極の形成も容易で、安定した特
性を得られるガス検知方法を提供することを目的とす
る。
性を得られるガス検知方法を提供することを目的とす
る。
本発明は、多孔質シリコンを形成した素子に直流バイ
アスに代えて交流バイアスを印加しその容量の変化を検
出することによつて上記の目的を達成するものである。
アスに代えて交流バイアスを印加しその容量の変化を検
出することによつて上記の目的を達成するものである。
すなわち、一表面に多孔質シリコン層を具えた単結晶
シリコン基板の該多孔質シリコン層表面及びその裏面の
単結晶シリコン基板表面にそれぞれ電極を形成した素子
をガス雰囲気中に配置し、該素子の容量の変化によつて
ガスを検知することに特徴を有するものである。
シリコン基板の該多孔質シリコン層表面及びその裏面の
単結晶シリコン基板表面にそれぞれ電極を形成した素子
をガス雰囲気中に配置し、該素子の容量の変化によつて
ガスを検知することに特徴を有するものである。
また、この容量の変化を周波数の変化として検出する
ことによつて検出を容易にするものである。
ことによつて検出を容易にするものである。
本発明は、大きな表面積を有する多孔質シリコンの性
質を研究する過程でなされたもので、付着するガスによ
つて多孔質シリコンの電気的特性が変化することを利用
したものである。その原理についてはまだ完全に解明さ
れていない点もある。また、多孔質シリコンそのものの
性質についても不明な点があるが、十分な再現性を有し
て電気的特性の変化が確認された。以下に実施例につい
て説明する。
質を研究する過程でなされたもので、付着するガスによ
つて多孔質シリコンの電気的特性が変化することを利用
したものである。その原理についてはまだ完全に解明さ
れていない点もある。また、多孔質シリコンそのものの
性質についても不明な点があるが、十分な再現性を有し
て電気的特性の変化が確認された。以下に実施例につい
て説明する。
第１図は本発明に利用するセンサ部の一例を示す正面
断面図である。
断面図である。
単結晶シリコン基板10の一表面に多孔質シリコン層11
が形成してあり、多孔質シリコン層11の表面の一部分に
電極12が形成されリード線が接続されている。一方、裏
面の単結晶シリコン基板10に接して全面に電極13が形成
されている。
が形成してあり、多孔質シリコン層11の表面の一部分に
電極12が形成されリード線が接続されている。一方、裏
面の単結晶シリコン基板10に接して全面に電極13が形成
されている。
多孔質シリコン層11は単結晶シリコン基板10の表面を
陽極化成処理することによつて形成する。ボロンをドー
プしたＰ型単結晶シリコン基板（ρ＝９Ω・cm）の一表
面をフッ化水素（HF）溶液中で陽極化成処理を施した。
陽極化成処理の条件によつて多孔質シリコン層の厚みが
決まるが、本発明を実施するにあたつては７〜45μｍの
厚みとした。
陽極化成処理することによつて形成する。ボロンをドー
プしたＰ型単結晶シリコン基板（ρ＝９Ω・cm）の一表
面をフッ化水素（HF）溶液中で陽極化成処理を施した。
陽極化成処理の条件によつて多孔質シリコン層の厚みが
決まるが、本発明を実施するにあたつては７〜45μｍの
厚みとした。
電極13は何を用いても良く、アルミニウムなどによつ
て形成できる。多孔質シリコン層11の表面に形成する電
極12は全面にわたつてではなく10mm×10mmの表面の中央
部のみに形成した。この電極12の材料としてはアルミニ
ウムを真空蒸着したものやPb−Sn−Zn−Cd合金を超音波
半田付けしたものあるいは金のスパッタ膜を用いた。
て形成できる。多孔質シリコン層11の表面に形成する電
極12は全面にわたつてではなく10mm×10mmの表面の中央
部のみに形成した。この電極12の材料としてはアルミニ
ウムを真空蒸着したものやPb−Sn−Zn−Cd合金を超音波
半田付けしたものあるいは金のスパッタ膜を用いた。
上記のように形成した素子を各種のガス雰囲気中でど
のように反応するかを測定した。測定は真空状態に置い
た場合と水またはアルコールの飽和蒸気中に置いた場合
とを比較した。
のように反応するかを測定した。測定は真空状態に置い
た場合と水またはアルコールの飽和蒸気中に置いた場合
とを比較した。
多孔質シリコン層の厚みが22μｍに形成された試料に
おいて、24.3℃の真空中での容量が28pFであつたのに比
較して飽和アルコール蒸気中では180pF、飽和水蒸気中
では2900pFと容量が大幅に増加した。また、多孔質シリ
コン層の厚みが37μｍに形成された試料においては22℃
の真空中で30pFであつたものが飽和水蒸気中で2700pFに
増加した。
おいて、24.3℃の真空中での容量が28pFであつたのに比
較して飽和アルコール蒸気中では180pF、飽和水蒸気中
では2900pFと容量が大幅に増加した。また、多孔質シリ
コン層の厚みが37μｍに形成された試料においては22℃
の真空中で30pFであつたものが飽和水蒸気中で2700pFに
増加した。
このようにいずれもガスに反応して容量が大幅に増加
していることが確認された。なお、この容量の測定はLC
Rメータを用いて行つた。
していることが確認された。なお、この容量の測定はLC
Rメータを用いて行つた。
なお、容量と並列に形成される抵抗について測定する
と20MΩから0.5MΩを約20分の１に減少していた。この
抵抗の減少は容量の増加と関係があるものと考えられる
が詳しいメカニズムは解明されていない。
と20MΩから0.5MΩを約20分の１に減少していた。この
抵抗の減少は容量の増加と関係があるものと考えられる
が詳しいメカニズムは解明されていない。
多孔質シリコン層11に形成する電極12の材料の違いは
前記の特性の変化にはほとんど影響が無かつた。
前記の特性の変化にはほとんど影響が無かつた。
上記の容量の変化を周波数の変化として検出するため
に素子とTL071CP（TI社製）を用いた発振器を組み合わ
せた例を第２図に示す。センサ素子20を発振回路21に接
続しその出力に周波数計22に接続したものである。この
発振回路はこの例に限られるものではなく他の構成のも
のを用いても良い。
に素子とTL071CP（TI社製）を用いた発振器を組み合わ
せた例を第２図に示す。センサ素子20を発振回路21に接
続しその出力に周波数計22に接続したものである。この
発振回路はこの例に限られるものではなく他の構成のも
のを用いても良い。
第２図のセンサ素子を空温で乾燥空気中と飽和水蒸気
中にそれぞれ置いたときの発振周波数の変化を示したの
が第３図である。乾燥空気中から飽和水蒸気中に置いた
ときの発振周波数の変化を示すのが曲線31であり、短時
間に急激に周波数が下がつていることを示している。約
40秒でほゞ安定した周波数となる。このことから、数秒
で周波数の顕著な変化が現れることになる。この素子を
再び乾燥空気中に置いて復帰の状況を示したのが曲線32
である。約60秒でほゞ完全に復帰しており、このことか
ら応答、復帰のいずれも短時間であることが分る。
中にそれぞれ置いたときの発振周波数の変化を示したの
が第３図である。乾燥空気中から飽和水蒸気中に置いた
ときの発振周波数の変化を示すのが曲線31であり、短時
間に急激に周波数が下がつていることを示している。約
40秒でほゞ安定した周波数となる。このことから、数秒
で周波数の顕著な変化が現れることになる。この素子を
再び乾燥空気中に置いて復帰の状況を示したのが曲線32
である。約60秒でほゞ完全に復帰しており、このことか
ら応答、復帰のいずれも短時間であることが分る。
なお、第４図は第２図の発振回路を用いた場合の容量
と周波数の関係を示したもので、電極間の容量が増加す
るに従つて発振周波数が下がつていることを示してい
る。
と周波数の関係を示したもので、電極間の容量が増加す
るに従つて発振周波数が下がつていることを示してい
る。
第２図に示した例では測定に周波数計を用いている
が、これをスピーカあるいはブザーに代えると音が変化
して検知することもできる。短時間で急激に周波数が変
化するので容易に変化を知ることができる。
が、これをスピーカあるいはブザーに代えると音が変化
して検知することもできる。短時間で急激に周波数が変
化するので容易に変化を知ることができる。
反応するガスとしては、前記のアルコール、水だけで
なく酢酸、アセトンなどにおいても効果が確認された。
極性分子の雰囲気には実験したもののほとんどが反応を
示した。
なく酢酸、アセトンなどにおいても効果が確認された。
極性分子の雰囲気には実験したもののほとんどが反応を
示した。
測定において、真空中と雰囲気ガス中で比較するより
も、空気中と雰囲気ガス中で比較した方が応答、復帰の
時間が短くなることも確認された。例えば空気中とアセ
トンガス中に交互に置いた場合、直ちに変化が生じた。
も、空気中と雰囲気ガス中で比較した方が応答、復帰の
時間が短くなることも確認された。例えば空気中とアセ
トンガス中に交互に置いた場合、直ちに変化が生じた。
本発明によれば、センサ素子として簡単な構造の多孔
質シリコン層を具えたシリコン基板を用いることがで
き、各種のガスを検知することができる。
質シリコン層を具えたシリコン基板を用いることがで
き、各種のガスを検知することができる。
また、極めて短い時間で応答、復帰が可能となり、実
用的なガス検知方法が得られる。
用的なガス検知方法が得られる。
更に、多種のガスに反応するので用途の広範な検知方
法である利点も有する。
法である利点も有する。
第１図は本発明に用いるセンサ素子の一例の正面断面
図、第２図は測定方法の一例を示す回路図、第３図は応
答の状況を示す説明図、第４図は容量と周波数の関係を
示す説明図である。 10……単結晶シリコン基板， 11……多孔質シリコン層， 12,13……電極
図、第２図は測定方法の一例を示す回路図、第３図は応
答の状況を示す説明図、第４図は容量と周波数の関係を
示す説明図である。 10……単結晶シリコン基板， 11……多孔質シリコン層， 12,13……電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本橋 章 埼玉県坂戸市大字片柳727番地１ (56)参考文献 特開 昭60−259943（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−201344（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】一表面に多孔質シリコン層を具えた単結晶
シリコン基板の該多孔質シリコン層表面及びその裏面の
単結晶シリコン基板表面にそれぞれ電極を形成した素子
をガス雰囲気中に配置し、該素子の電極間の容量の変化
によつてガスを検知することを特徴とするガス検知方
法。 - 【請求項２】該容量の変化を周波数の変化としてガスを
検知することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ガス検知方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61184506A JPH0810202B2 (ja) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | ガス検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61184506A JPH0810202B2 (ja) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | ガス検知方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6340847A JPS6340847A (ja) | 1988-02-22 |
| JPH0810202B2 true JPH0810202B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=16154383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61184506A Expired - Fee Related JPH0810202B2 (ja) | 1986-08-06 | 1986-08-06 | ガス検知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810202B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022114660A1 (ko) * | 2020-11-25 | 2022-06-02 | 한양대학교에리카산학협력단 | 정전용량형 가스센서 및 그 제조 방법 |
| KR20230120535A (ko) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 복합 가스 센서, 그 제조방법 및 복합 가스 센서의 제어방법 |
| WO2023153561A1 (ko) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 복합 가스 센서, 그 제조방법 및 복합 가스 센서의 제어방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5662945B2 (ja) * | 2008-12-23 | 2015-02-04 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 微多孔性有機ケイ酸塩材料を有する有機化学センサ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4143177A (en) * | 1977-01-31 | 1979-03-06 | Panametrics, Inc. | Absolute humidity sensors and methods of manufacturing humidity sensors |
-
1986
- 1986-08-06 JP JP61184506A patent/JPH0810202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022114660A1 (ko) * | 2020-11-25 | 2022-06-02 | 한양대학교에리카산학협력단 | 정전용량형 가스센서 및 그 제조 방법 |
| KR20220072618A (ko) * | 2020-11-25 | 2022-06-02 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 정전용량형 가스센서 및 그 제조 방법 |
| US12590918B2 (en) | 2020-11-25 | 2026-03-31 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus | Capacitive gas sensor and method for manufacturing same |
| KR20230120535A (ko) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 복합 가스 센서, 그 제조방법 및 복합 가스 센서의 제어방법 |
| KR20230120536A (ko) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 복합 가스 센서, 그 제조방법 및 복합 가스 센서의 제어방법 |
| WO2023153561A1 (ko) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 복합 가스 센서, 그 제조방법 및 복합 가스 센서의 제어방법 |
| US20240361235A1 (en) * | 2022-02-09 | 2024-10-31 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica Campus | Complex gas sensor, manufacturing method thereof, and control method of complex gas sensor |
| US12601678B2 (en) | 2022-02-09 | 2026-04-14 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University Erica | Complex gas sensor, method for manufacturing same, and method for controlling complex gas sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6340847A (ja) | 1988-02-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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