JPH0894560A - 薄膜型ガスセンサー - Google Patents
薄膜型ガスセンサーInfo
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- JPH0894560A JPH0894560A JP21749194A JP21749194A JPH0894560A JP H0894560 A JPH0894560 A JP H0894560A JP 21749194 A JP21749194 A JP 21749194A JP 21749194 A JP21749194 A JP 21749194A JP H0894560 A JPH0894560 A JP H0894560A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 応答速度の速い薄膜型ガスセンサーを提供す
る。 【構成】 発明の一態様のガスセンサーにおいて、単結
晶の絶縁性基板（１）の上にガス感応膜としての金属酸
化膜（２）をエピタクシャル成長させ、この金属酸化膜
上に対向電極（３，４）を設ける。
る。 【構成】 発明の一態様のガスセンサーにおいて、単結
晶の絶縁性基板（１）の上にガス感応膜としての金属酸
化膜（２）をエピタクシャル成長させ、この金属酸化膜
上に対向電極（３，４）を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスセンサーに関し、特
に応答速度が速く高感度な薄膜型ガスセンサーに関す
る。
に応答速度が速く高感度な薄膜型ガスセンサーに関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び課題】金属酸化物を用いた薄膜型ガス
センサーは既知である（例えば特公平４−６５６６２号
等）。しかしながら、従来の薄膜型ガスセンサーは、金
属酸化物の微小な結晶粒界を通じて検知ガスが拡散する
ため、ガス導入時の応答時間、及びガス除去時の回復時
間がそれぞれ１分から１０分程度にもなり、高速動作を
要求される自動車等の排気ガスセンサー等には不向きで
あった。又、吸着脱離反応によりガス濃度を測定するも
のであるため、雰囲気のガス濃度とそれに対応した熱平
衡状態の表面濃度に達するために数十秒から数分にわた
る応答時間が必要であり、瞬間的にガスの濃度が変化す
る様な場合には応答時間が遅かった。
センサーは既知である（例えば特公平４−６５６６２号
等）。しかしながら、従来の薄膜型ガスセンサーは、金
属酸化物の微小な結晶粒界を通じて検知ガスが拡散する
ため、ガス導入時の応答時間、及びガス除去時の回復時
間がそれぞれ１分から１０分程度にもなり、高速動作を
要求される自動車等の排気ガスセンサー等には不向きで
あった。又、吸着脱離反応によりガス濃度を測定するも
のであるため、雰囲気のガス濃度とそれに対応した熱平
衡状態の表面濃度に達するために数十秒から数分にわた
る応答時間が必要であり、瞬間的にガスの濃度が変化す
る様な場合には応答時間が遅かった。
【０００３】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は応答速
度が速い薄膜型ガスセンサーを提供することを目的とす
る。本発明の薄膜型ガスセンサーの一態様は、単結晶の
絶縁性基板の上にガス感応膜としての金属酸化膜をエピ
タクシャル成長させ、この金属酸化膜上に対向した電極
を有する構造を提供する。
度が速い薄膜型ガスセンサーを提供することを目的とす
る。本発明の薄膜型ガスセンサーの一態様は、単結晶の
絶縁性基板の上にガス感応膜としての金属酸化膜をエピ
タクシャル成長させ、この金属酸化膜上に対向した電極
を有する構造を提供する。
【０００４】又他の態様では、微小間隔で対向した電極
を有する薄膜型ガスセンサーを提供する。更に別の態様
では、薄膜の膜厚を結晶粒界の大きさと同程度とした薄
膜型ガスセンサーを提供する。
を有する薄膜型ガスセンサーを提供する。更に別の態様
では、薄膜の膜厚を結晶粒界の大きさと同程度とした薄
膜型ガスセンサーを提供する。
【０００５】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１の実施例 図１は本実施例に係る薄膜型ガスセンサーの略式断面図
であり、単結晶サファイヤ基板１上に、反応性スパッタ
法によりガス感応膜であるチタン酸バリウム２を約６５
０度Ｃ以上の温度で約５００ｎｍ程度形成したものであ
る。この様なプロセスによって、ほとんど結晶粒界の無
いエピタクシャル膜を形成することができる。このエピ
タクシャル金属酸化膜の上にＡｕ，ＰＤ等の貴金属をス
パッタ法により約５００ｎｍ程度形成し、半導体製造技
術でよく使用されるリソグラフィ技術およびエッチング
技術を利用して電極３と４を形成する。この電極３及び
４の間に電圧を印加し、検知ガスにさらしてその電気抵
抗の変化を測定する。本実施例において、検知ガスとし
てＮＯx およびＯ2 を用いてこの薄膜型ガスセンサーの
応答性を調べたが、応答時間が１秒以下ときわめて優れ
た特性を示した。
であり、単結晶サファイヤ基板１上に、反応性スパッタ
法によりガス感応膜であるチタン酸バリウム２を約６５
０度Ｃ以上の温度で約５００ｎｍ程度形成したものであ
る。この様なプロセスによって、ほとんど結晶粒界の無
いエピタクシャル膜を形成することができる。このエピ
タクシャル金属酸化膜の上にＡｕ，ＰＤ等の貴金属をス
パッタ法により約５００ｎｍ程度形成し、半導体製造技
術でよく使用されるリソグラフィ技術およびエッチング
技術を利用して電極３と４を形成する。この電極３及び
４の間に電圧を印加し、検知ガスにさらしてその電気抵
抗の変化を測定する。本実施例において、検知ガスとし
てＮＯx およびＯ2 を用いてこの薄膜型ガスセンサーの
応答性を調べたが、応答時間が１秒以下ときわめて優れ
た特性を示した。
【０００６】さらに、約１００ppm のＮＯx ガスを含む
窒素ガスに対する感度を、ガス感応膜の膜厚を変化させ
て調べたのが図２である。特に、ガス検知感度すなわ
ち、前記ＮＯX ガスにさらした場合の電気抵抗の相対変
化はエピタクシャル金属酸化膜の膜厚が約５００ｎｍの
ところで急激に増加した。詳細な機構解析の結果、第３
図に示すようにＮＯx ガスの吸着による空乏層５の広が
りが膜厚程度になる場合に電流がほとんど流れなくなる
ために大きな電気抵抗の変化が起こることがわかった。
この空乏層の厚みは前記エピタクシャル金属酸化膜の中
の不純物の量におよび膜の形成条件に強く依存すること
がわかった。いずれにせよ、この空乏層の厚みと前記エ
ピタクシャル金属酸化膜の厚みを同程度にすれば非常に
感度の高い薄膜型ガスセンサーを形成できることが分か
った。以上本発明では、二つの概念すなわちガス感応薄
膜をエピタクシャル成長させることにより結晶粒界の効
果を除くことにより応答速度を速くし、さらにこのガス
感応薄膜の膜厚を空乏層の厚み程度とすることによって
感度を向上させることができる。
窒素ガスに対する感度を、ガス感応膜の膜厚を変化させ
て調べたのが図２である。特に、ガス検知感度すなわ
ち、前記ＮＯX ガスにさらした場合の電気抵抗の相対変
化はエピタクシャル金属酸化膜の膜厚が約５００ｎｍの
ところで急激に増加した。詳細な機構解析の結果、第３
図に示すようにＮＯx ガスの吸着による空乏層５の広が
りが膜厚程度になる場合に電流がほとんど流れなくなる
ために大きな電気抵抗の変化が起こることがわかった。
この空乏層の厚みは前記エピタクシャル金属酸化膜の中
の不純物の量におよび膜の形成条件に強く依存すること
がわかった。いずれにせよ、この空乏層の厚みと前記エ
ピタクシャル金属酸化膜の厚みを同程度にすれば非常に
感度の高い薄膜型ガスセンサーを形成できることが分か
った。以上本発明では、二つの概念すなわちガス感応薄
膜をエピタクシャル成長させることにより結晶粒界の効
果を除くことにより応答速度を速くし、さらにこのガス
感応薄膜の膜厚を空乏層の厚み程度とすることによって
感度を向上させることができる。
【０００７】なお、本実施例においては薄膜ガスセンサ
ーの本体の金属酸化膜にはチタン酸バリウム膜（ＢａＴ
ｉＯ3 ）を例にとって示したが、本発明はこれらの材料
を限定しない。すなわち、薄膜ガスセンサーの本体とし
ては酸化チタンＴｉＯ2 ，（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3 ，Ｓｒ
ＴｉＯ3 ，（Ｐｂ，Ｚｒ）ＴｉＯ3 ，ＰｂＴｉＯ3 ，Ｔ
ａ2 Ｏ5 ，ＷＯ3 、Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2 等の遷移金属
酸化膜等が考えられるし、さらにそれらに所望の不純物
が混入されていても構わない。また、基板としてはサフ
ァイヤのほかにＭｇＯ単結晶基板等を用いてもよい。
ーの本体の金属酸化膜にはチタン酸バリウム膜（ＢａＴ
ｉＯ3 ）を例にとって示したが、本発明はこれらの材料
を限定しない。すなわち、薄膜ガスセンサーの本体とし
ては酸化チタンＴｉＯ2 ，（ＢａＳｒ）ＴｉＯ3 ，Ｓｒ
ＴｉＯ3 ，（Ｐｂ，Ｚｒ）ＴｉＯ3 ，ＰｂＴｉＯ3 ，Ｔ
ａ2 Ｏ5 ，ＷＯ3 、Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2 等の遷移金属
酸化膜等が考えられるし、さらにそれらに所望の不純物
が混入されていても構わない。また、基板としてはサフ
ァイヤのほかにＭｇＯ単結晶基板等を用いてもよい。
【０００８】本実施例においてはサファイヤ基板上のＢ
ａＴｉＯ3 は良好な特性を示したが、両者の格子定数の
差が大きいため、ＢａＴｉＯ3 はエピタクシャル成長す
るものの完全な単結晶薄膜にはならないことが多かっ
た。一方、サファイヤ基板上にＴｉＯ2 を真空中で形成
したところ、良好なガス検知特性を示した。また、Ｍｇ
Ｏ単結晶基板上には結晶性の良いＢａＴｉＯ3 膜が作ら
れ、良好な薄膜型ガスセンサーを形成することができ
た。
ａＴｉＯ3 は良好な特性を示したが、両者の格子定数の
差が大きいため、ＢａＴｉＯ3 はエピタクシャル成長す
るものの完全な単結晶薄膜にはならないことが多かっ
た。一方、サファイヤ基板上にＴｉＯ2 を真空中で形成
したところ、良好なガス検知特性を示した。また、Ｍｇ
Ｏ単結晶基板上には結晶性の良いＢａＴｉＯ3 膜が作ら
れ、良好な薄膜型ガスセンサーを形成することができ
た。
【０００９】上記実施例の薄膜型ガスセンサーは、単結
晶の絶縁性基板の上にガス感応膜としての金属酸化膜を
エピタクシャル成長させ、この金属酸化膜上に対向した
電極を有し、これにより、ガス感応膜は結晶粒界と反応
せず表面層のみと反応し高速にガスの濃度変化を検知す
ることができる。さらに、この金属酸化膜の膜厚をガス
吸着によって生ずる空乏層の厚みと同程度にすることに
より、ガス吸着によって生ずる電気抵抗の変化を増加さ
せることによって感度も向上させることができる。
晶の絶縁性基板の上にガス感応膜としての金属酸化膜を
エピタクシャル成長させ、この金属酸化膜上に対向した
電極を有し、これにより、ガス感応膜は結晶粒界と反応
せず表面層のみと反応し高速にガスの濃度変化を検知す
ることができる。さらに、この金属酸化膜の膜厚をガス
吸着によって生ずる空乏層の厚みと同程度にすることに
より、ガス吸着によって生ずる電気抵抗の変化を増加さ
せることによって感度も向上させることができる。
【００１０】第２の実施例 この実施例の薄膜型ガスセンサーは微小間隔で対向した
電極を有し、さらにこの電極間に溝状に薄膜を形成する
ことによって、電極間の距離を狭め電流を増大させ検知
ガスに対する応答速度を増大させることができる。さら
に溝状に薄膜ガスセンサーを形成し、実効的に面積を増
大させることができるため、感度も改善できる。
電極を有し、さらにこの電極間に溝状に薄膜を形成する
ことによって、電極間の距離を狭め電流を増大させ検知
ガスに対する応答速度を増大させることができる。さら
に溝状に薄膜ガスセンサーを形成し、実効的に面積を増
大させることができるため、感度も改善できる。
【００１１】本実施例のセンサーにおいては、図４のよ
うに約５０ｎｍほど表面酸化したシリコン基板６の上に
ＰｔまたはＡｕ，Ｐｄ等の貴金属をスパッタ法により約
５０ｎｍ程度蒸着し、半導体製造技術でよく使われるリ
ソグラフィ技術及びエッチング技術を利用し、すだれ状
電極８と９を形成する。その後、例えばスパッタ法を用
いて約５００ｎｍほどの膜厚の金属酸化膜（チタン酸バ
リウム膜）を形成し本発明の薄膜型ガスセンサーを形成
した。この電極８と９の間の間隔を１から１００ミクロ
ンの間で変えたものを試作し５００ppm のＮＯx ガスを
含む窒素ガスに被爆し、この電極間の電気抵抗の変化を
調べたのが図５である。これから、明らかのように電極
８と９の間の間隔が１００ミクロン以下で前記ＮＯx ガ
スの導入及び排気時の応答性が著しく改善していること
がわかる。さらに、電極間の間隔が狭いほど抵抗値の相
対変化すなわち感度も著しく改善していることも分か
る。従って、本発明においては前記電極８と９の間の間
隔を１００ミクロン以下にすることにより感度および応
答速度が著しく改善した薄膜型ガスセンサーを製造する
ことができる。
うに約５０ｎｍほど表面酸化したシリコン基板６の上に
ＰｔまたはＡｕ，Ｐｄ等の貴金属をスパッタ法により約
５０ｎｍ程度蒸着し、半導体製造技術でよく使われるリ
ソグラフィ技術及びエッチング技術を利用し、すだれ状
電極８と９を形成する。その後、例えばスパッタ法を用
いて約５００ｎｍほどの膜厚の金属酸化膜（チタン酸バ
リウム膜）を形成し本発明の薄膜型ガスセンサーを形成
した。この電極８と９の間の間隔を１から１００ミクロ
ンの間で変えたものを試作し５００ppm のＮＯx ガスを
含む窒素ガスに被爆し、この電極間の電気抵抗の変化を
調べたのが図５である。これから、明らかのように電極
８と９の間の間隔が１００ミクロン以下で前記ＮＯx ガ
スの導入及び排気時の応答性が著しく改善していること
がわかる。さらに、電極間の間隔が狭いほど抵抗値の相
対変化すなわち感度も著しく改善していることも分か
る。従って、本発明においては前記電極８と９の間の間
隔を１００ミクロン以下にすることにより感度および応
答速度が著しく改善した薄膜型ガスセンサーを製造する
ことができる。
【００１２】図６は本実施例の他の例の説明に使用する
工程順断面図である。上述の例においては電極間の金属
酸化膜は平坦なシリコン酸化膜１０の上に形成したがこ
れを溝状に加工されたシリコン酸化膜上に形成すること
によりさらにコンパクトなガスセンサーを形成できたの
で開示する。
工程順断面図である。上述の例においては電極間の金属
酸化膜は平坦なシリコン酸化膜１０の上に形成したがこ
れを溝状に加工されたシリコン酸化膜上に形成すること
によりさらにコンパクトなガスセンサーを形成できたの
で開示する。
【００１３】以下この方法を断面図を用いて説明する。
図６(a) においてフォトレジスト１１で電極パターンを
形成し、(b) のようにドライエッチ法により微細な溝を
形成した。その後、(c) のように表面を酸化し、(d) の
工程ではスパッタ法を用いてＰｔ金属電極８と９を形成
した。この溝の側面には通常薄いＰｔが形成されるが王
水等で軽くエッチングしてやれば(d) のような電極構造
が形成される。その後、ＣＶＤ法等によりチタン酸バリ
ウム膜等の金属酸化膜１２を形成して薄膜型センサーを
形成した(e) 。この構造により、著しい感度の向上があ
った。
図６(a) においてフォトレジスト１１で電極パターンを
形成し、(b) のようにドライエッチ法により微細な溝を
形成した。その後、(c) のように表面を酸化し、(d) の
工程ではスパッタ法を用いてＰｔ金属電極８と９を形成
した。この溝の側面には通常薄いＰｔが形成されるが王
水等で軽くエッチングしてやれば(d) のような電極構造
が形成される。その後、ＣＶＤ法等によりチタン酸バリ
ウム膜等の金属酸化膜１２を形成して薄膜型センサーを
形成した(e) 。この構造により、著しい感度の向上があ
った。
【００１４】図７は本実施例の別の例の説明に使用する
工程順断面図である。上述の第２の例では図６(d) の工
程において側壁部に金属を形成しないようにプロセスを
制御する必要があるが、本例においては絶縁物の上に直
接センサーを形成することによってこの問題を解決し
た。図７(a) において絶縁物基板例えばアルミナ６上に
Ｐｔ等の貴金属８，９をスパッタ法により約５００ｎｍ
ほど形成しフォトレジスト１１で電極パターンを形成
し、たとえば、ドライエッチ法により(b) のように溝を
形成する。その後、(c) のようにセンサー本体となるチ
タン酸バリウム膜等の金属酸化膜をＣＶＤ法やスピンコ
ート法等を利用して堆積する。この構造において、例え
ば金属電極８を陽極とし金属電極９を陰極として両者間
の抵抗変化を検知ガスＮＯx にさらしたところ優れた特
性を示した。
工程順断面図である。上述の第２の例では図６(d) の工
程において側壁部に金属を形成しないようにプロセスを
制御する必要があるが、本例においては絶縁物の上に直
接センサーを形成することによってこの問題を解決し
た。図７(a) において絶縁物基板例えばアルミナ６上に
Ｐｔ等の貴金属８，９をスパッタ法により約５００ｎｍ
ほど形成しフォトレジスト１１で電極パターンを形成
し、たとえば、ドライエッチ法により(b) のように溝を
形成する。その後、(c) のようにセンサー本体となるチ
タン酸バリウム膜等の金属酸化膜をＣＶＤ法やスピンコ
ート法等を利用して堆積する。この構造において、例え
ば金属電極８を陽極とし金属電極９を陰極として両者間
の抵抗変化を検知ガスＮＯx にさらしたところ優れた特
性を示した。
【００１５】上記の第２および第３の例において、電極
間隔および深さを調節すれば所望の特性を有する薄膜型
ガスセンサーを形成できる。なお、本実施例においては
薄膜型ガスセンサーの本体の金属酸化膜にはチタン酸バ
リウム膜（ＢａＴｉＯ3 ）を例にとって示したが、本発
明はこれらの材料を限定しない。すなわち、薄膜ガスセ
ンサーの本体としては酸化チタン、（ＢａＳｒ）ＴｉＯ
3 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＷＯ 3 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2 等の遷
移金属酸化膜等が考えられるし、さらにそれらに所望の
不純物が混入されていても構わない。
間隔および深さを調節すれば所望の特性を有する薄膜型
ガスセンサーを形成できる。なお、本実施例においては
薄膜型ガスセンサーの本体の金属酸化膜にはチタン酸バ
リウム膜（ＢａＴｉＯ3 ）を例にとって示したが、本発
明はこれらの材料を限定しない。すなわち、薄膜ガスセ
ンサーの本体としては酸化チタン、（ＢａＳｒ）ＴｉＯ
3 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＷＯ 3 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2 等の遷
移金属酸化膜等が考えられるし、さらにそれらに所望の
不純物が混入されていても構わない。
【００１６】第３の実施例 この実施例の薄膜ガスセンサーは薄膜の膜厚と結晶粒径
の大きさを同程度にすることによって、検知ガスに対す
る応答時間を向上させることができる。従来のＮＯx ガ
スセンサーの動作機構を図８の概念的断面図を用いて説
明する。アルミナ基板１３上にＰｔで形成した陰極１４
と陽極１５がそれぞれ形成され、その上にチタン酸バリ
ウム（ＢＴＯ）膜がガス感応薄膜１６として形成されて
いる。この電極１４と１５の間に電圧を印加し検知する
ガス例えばＮＯx ガスにさらす。すると、この感応薄膜
１６の表面もしくは表面近くの結晶粒界にＮＯxガスが
吸着され膜の電気伝導度が変化しセンサーとして動作す
る。この構造の問題点は、結晶粒界にガスが吸着脱離す
る工程に応答時間が支配されることにある。すなわち、
ＮＯx ガスが結晶粒界を拡散するために時間がかかり、
逆に、センサー表面のＮＯx ガスの濃度が急激に減少し
た場合に、ガス脱離が結晶粒界を介して起こるため時間
がかかる。従って、このようなセンサーにおいては、ガ
ス濃度の急激な時間変化に応答できないという欠点があ
った。また、膜厚が厚く結晶粒が小さいと結晶粒界を通
じてガスが膜中に拡散するための時間が長いため、応答
速度が不十分であった。
の大きさを同程度にすることによって、検知ガスに対す
る応答時間を向上させることができる。従来のＮＯx ガ
スセンサーの動作機構を図８の概念的断面図を用いて説
明する。アルミナ基板１３上にＰｔで形成した陰極１４
と陽極１５がそれぞれ形成され、その上にチタン酸バリ
ウム（ＢＴＯ）膜がガス感応薄膜１６として形成されて
いる。この電極１４と１５の間に電圧を印加し検知する
ガス例えばＮＯx ガスにさらす。すると、この感応薄膜
１６の表面もしくは表面近くの結晶粒界にＮＯxガスが
吸着され膜の電気伝導度が変化しセンサーとして動作す
る。この構造の問題点は、結晶粒界にガスが吸着脱離す
る工程に応答時間が支配されることにある。すなわち、
ＮＯx ガスが結晶粒界を拡散するために時間がかかり、
逆に、センサー表面のＮＯx ガスの濃度が急激に減少し
た場合に、ガス脱離が結晶粒界を介して起こるため時間
がかかる。従って、このようなセンサーにおいては、ガ
ス濃度の急激な時間変化に応答できないという欠点があ
った。また、膜厚が厚く結晶粒が小さいと結晶粒界を通
じてガスが膜中に拡散するための時間が長いため、応答
速度が不十分であった。
【００１７】次に本実施例の概念を図面を参照して説明
する。図９は実施例の説明に使用するセンサーの断面説
明図である。まず、図９のようにガス感応膜１６を結晶
粒径程度になるようにスパッタ法による形成温度および
膜形成後の熱処理によって制御して形成した。ここでは
チタン酸バリウム（ＢＴＯ）膜をガス感応薄膜１６とし
て形成した。通常は、薄膜形成条件によるがこのチタン
酸バリウム（ＢＴＯ）膜の結晶粒界の大きさは数十ナノ
メートルから数ミクロンに及ぶ。従って、膜厚をこの結
晶粒径程度になるように決めればよい。これにより、図
９に示すようにガスが拡散する結晶粒界を通して経路が
短いため、従来のガスセンサーに比べて著しい応答時間
の改善が見られた。この実施例では結晶粒は約２層分積
まれているが、もちろん１層を形成してもよいし、４か
ら５層分積まれていても構わない。この、膜の作製方法
としてはスパッタ法のほかに、ＣＶＤ法またはスピンコ
ート法等を用いてもよい。
する。図９は実施例の説明に使用するセンサーの断面説
明図である。まず、図９のようにガス感応膜１６を結晶
粒径程度になるようにスパッタ法による形成温度および
膜形成後の熱処理によって制御して形成した。ここでは
チタン酸バリウム（ＢＴＯ）膜をガス感応薄膜１６とし
て形成した。通常は、薄膜形成条件によるがこのチタン
酸バリウム（ＢＴＯ）膜の結晶粒界の大きさは数十ナノ
メートルから数ミクロンに及ぶ。従って、膜厚をこの結
晶粒径程度になるように決めればよい。これにより、図
９に示すようにガスが拡散する結晶粒界を通して経路が
短いため、従来のガスセンサーに比べて著しい応答時間
の改善が見られた。この実施例では結晶粒は約２層分積
まれているが、もちろん１層を形成してもよいし、４か
ら５層分積まれていても構わない。この、膜の作製方法
としてはスパッタ法のほかに、ＣＶＤ法またはスピンコ
ート法等を用いてもよい。
【００１８】上記の実施例において、結晶粒径と膜厚を
制御することによって所望の特性を有する薄膜型ガスセ
ンサーを形成できることが分かった。なお、本実施例に
おいては薄膜ガスセンサーの本体の金属酸化膜にはチタ
ン酸バリウム膜（ＢａＴｉＯ 3 ）を例にとって示した
が、本発明はこれらの材料を限定しない。すなわち、薄
膜ガスセンサーの本体としては酸化チタン、（ＢａＳ
ｒ）ＴｉＯ3 ，Ｔａ2 Ｏ5，ＷＯ3 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，Ｓｎ
Ｏ2 等の遷移金属酸化膜等が考えられるし、さらにそれ
らに所望の不純物（例えば、Ｍｇ等）が混入されていて
も構わない。以上本発明を実施例に関し説明したが本発
明はこれに限定されるものではない。
制御することによって所望の特性を有する薄膜型ガスセ
ンサーを形成できることが分かった。なお、本実施例に
おいては薄膜ガスセンサーの本体の金属酸化膜にはチタ
ン酸バリウム膜（ＢａＴｉＯ 3 ）を例にとって示した
が、本発明はこれらの材料を限定しない。すなわち、薄
膜ガスセンサーの本体としては酸化チタン、（ＢａＳ
ｒ）ＴｉＯ3 ，Ｔａ2 Ｏ5，ＷＯ3 ，Ｉｎ2 Ｏ3 ，Ｓｎ
Ｏ2 等の遷移金属酸化膜等が考えられるし、さらにそれ
らに所望の不純物（例えば、Ｍｇ等）が混入されていて
も構わない。以上本発明を実施例に関し説明したが本発
明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
【発明の効果】応答速度の速いガスセンサーを提供でき
る。
る。
【図１】本発明の第１の実施例に係る薄膜型ガスセンサ
ーを説明するための断面図。
ーを説明するための断面図。
【図２】本発明の第１の実施例に係る薄膜型ガスセンサ
ーの１００ppm のＮＯx ガスに対する応答を、ガス感応
膜の膜厚をパラメータとして示した図。
ーの１００ppm のＮＯx ガスに対する応答を、ガス感応
膜の膜厚をパラメータとして示した図。
【図３】本発明の第１の実施例に係る薄膜型ガスセンサ
ーのガス検知機構を説明するための断面図。
ーのガス検知機構を説明するための断面図。
【図４】本発明の第２の実施例を説明する平面図及び断
面図。
面図。
【図５】本発明の第２の実施例に係る薄膜型ガスセンサ
ーの５００ppm のＮＯx ガスに対する応答を、電極間の
間隔をパラメータとして示した図。
ーの５００ppm のＮＯx ガスに対する応答を、電極間の
間隔をパラメータとして示した図。
【図６】本発明の第２の実施例に係る薄膜型ガスセンサ
ーを説明するために分図して示す工程順断面図。
ーを説明するために分図して示す工程順断面図。
【図７】本発明の第２の実施例に係る薄膜型ガスセンサ
ーの別の例を説明するために分図して示す工程順断面
図。
ーの別の例を説明するために分図して示す工程順断面
図。
【図８】本発明の第３の実施例に係る薄膜型ガスセンサ
ーの従来技術を説明するための断面図。
ーの従来技術を説明するための断面図。
【図９】本発明の第３の実施例に係る薄膜型ガスセンサ
ーの概念断面図。
ーの概念断面図。
１，６，１３ 基板 ２，１２，１６ ガス感応膜（金属酸化膜） ３，４，８，９，１４，１５ 電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１２月２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術及び課題】金属酸化物を用いた薄膜型ガス
センサーは既知である。しかしながら、従来の薄膜型ガ
スセンサーは、金属酸化物の微小な結晶粒界を通じて検
知ガスが拡散するため、ガス導入時の応答時間、及びガ
ス除去時の回復時間がそれぞれ１分から１０分程度にも
なり、高速動作を要求される自動車等の排気ガスセンサ
ー等には不向きであった。又、吸着脱離反応によりガス
濃度を測定するものであるため、雰囲気のガス濃度とそ
れに対応した熱平衡状態の表面濃度に達するために数十
秒から数分にわたる応答時間が必要であり、瞬間的にガ
スの濃度が変化する様な場合には応答時間が遅かった。
センサーは既知である。しかしながら、従来の薄膜型ガ
スセンサーは、金属酸化物の微小な結晶粒界を通じて検
知ガスが拡散するため、ガス導入時の応答時間、及びガ
ス除去時の回復時間がそれぞれ１分から１０分程度にも
なり、高速動作を要求される自動車等の排気ガスセンサ
ー等には不向きであった。又、吸着脱離反応によりガス
濃度を測定するものであるため、雰囲気のガス濃度とそ
れに対応した熱平衡状態の表面濃度に達するために数十
秒から数分にわたる応答時間が必要であり、瞬間的にガ
スの濃度が変化する様な場合には応答時間が遅かった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池奥 孝幸 茨城県つくば市御幸が丘17番地 テキサ ス・インスツルメンツ筑波研究開発センタ ー内 (72)発明者 中坪 敏爾 茨城県つくば市御幸が丘17番地 テキサ ス・インスツルメンツ筑波研究開発センタ ー内 (72)発明者 森永 洋司 茨城県つくば市御幸が丘17番地 テキサ ス・インスツルメンツ筑波研究開発センタ ー内
Claims (5)
- 【請求項１】 単結晶の絶縁性基板と、前記基板上にエ
ピタクシャル成長されたガス感応膜としての金属酸化膜
と、前記金属酸化膜の上側または下側に位置する対向電
極とを含む薄膜型ガスセンサー。 - 【請求項２】 金属酸化膜の厚さがガス吸着によって生
ずる空乏層の厚みと同程度に形成されている請求項１記
載の薄膜型ガスセンサー。 - 【請求項３】 基板と、前記基板上に形成されたガス感
応膜としての金属酸化膜と、１００ミクロン以下の間隔
ですだれ上に形成された電極とを含む薄膜型ガスセンサ
ー。 - 【請求項４】 薄膜型ガスセンサーにおいて、電極間に
溝状にガス検知用薄膜が形成されていることを特徴とす
る薄膜型ガスセンサー。 - 【請求項５】 薄膜型ガスセンサーにおいて、ガス感応
膜の膜厚が結晶粒界の大きさと同程度である薄膜型ガス
センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21749194A JPH0894560A (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 薄膜型ガスセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21749194A JPH0894560A (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 薄膜型ガスセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0894560A true JPH0894560A (ja) | 1996-04-12 |
Family
ID=16705077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21749194A Pending JPH0894560A (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 薄膜型ガスセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0894560A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002323467A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Denso Corp | 薄膜型ガスセンサ及びその製造方法 |
| JP2007187476A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Sony Corp | ガスセンサ及びその製造方法 |
| US20100024181A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | E. I. Dupont De Nemours And Company | Processes for forming barium titanate capacitors on microstructurally stable metal foil substrates |
-
1994
- 1994-09-12 JP JP21749194A patent/JPH0894560A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002323467A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Denso Corp | 薄膜型ガスセンサ及びその製造方法 |
| JP2007187476A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Sony Corp | ガスセンサ及びその製造方法 |
| US8578758B2 (en) | 2006-01-11 | 2013-11-12 | Sony Corporation | Gas sensor and method for production thereof |
| US20100024181A1 (en) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | E. I. Dupont De Nemours And Company | Processes for forming barium titanate capacitors on microstructurally stable metal foil substrates |
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