JPS5883244A - ガス感応膜 - Google Patents
ガス感応膜Info
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- JPS5883244A JPS5883244A JP56182078A JP18207881A JPS5883244A JP S5883244 A JPS5883244 A JP S5883244A JP 56182078 A JP56182078 A JP 56182078A JP 18207881 A JP18207881 A JP 18207881A JP S5883244 A JPS5883244 A JP S5883244A
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- gas
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明はガス、アルコール等の外的作用因子に対して相
互作用を有し、ガス、アルコールの濃度を高感度に検出
しうるガス感応膜を提供するものである。 本発明は、ガス感応膜として用いる薄膜の膜厚の最適化
を図ることにより、ガスセンサの感度を上げることがで
きる事実を発見したことに基づいてな嘔れたものアある
。 ２１、− 一般に物質の電気伝導度σは、キャリ、ア濃度ｎおよび
キャリアの移動度μを用いて σ二ｎ８μ （１）（ここで嘗は単
位電荷である。） と表わされる。薄膜のガスセンサの動作機構を明確にす
るために、ホール効果の測定によりσをｎとμとに分離
した。第１図にアルコール濃度［０）に対するσ、μ、
ｎの変化を示す。第１図（ＩＬＩは膜厚が４ｏλ程度の
酸化錫薄膜の場合であり、第１図（′ｂ）は膜厚が１０
０ｏλ程度の酸化錫薄膜の場合である。これらの薄膜は
いずれも錫をターゲットにした反応性ＲＦススパーク法
より作製した。すなわち、ペルジャー内のアルゴンの圧
力を約０．６Ｐａ 、酸素の圧力をｃ）、ｅｓＰａに
して、表面研磨を施した無アルカリガラス基板を１６０
℃程度に加熱した状態で錫をスパッタする。この時のＲ
Ｆ電力を２００Ｗにすると基板上には約６０人／分の速
さで酸化錫薄膜が形成される。この後、空気中で３６０
℃−２時間の熱処理を施こし特性を安定化させる。第１
図（ＩＬ）の場合にはスノ（ツタ時間は３７、−ミ ６０秒、第１図（ｂｌの場合はスパッタ時間は２０分で
ある。 アルコールガスに対する感度の測定は、いずれも試料の
動作温度を２６０℃とした。 いずれの試料もその導電率σはエチルアルコール濃度〔
Ｃ〕の増加に対して対数グラフ上で直線的に増加してゆ
く。すなわち σ＝αＣＯ〕Ｎ ＠）（ここでα、Ｎ
は定数である。） と表わすことができる。第１図（ＩＬ）で示した膜厚が
４０人程度の薄膜の場合はＨ；１であり、第１図（ｂ）
に示した膜厚が１０００人程度の薄膜の場合にはＮ：；
０．５である。 このホール効果の測定は、エチルアルコールの吸着によ
る導電率変化の機構が薄膜の膜厚で大きく異なっている
ことを非常に明確にした。 キャリア濃度ｎはエチルアルコール濃度〔Ｃ）の増加に
つれて増加する。そしてその傾きはＣ５である。すなわ
ち △（ｉｏｉ ｎ ）／△（ｌｏｇｃｃ〕）＝ｏ、５
ｐ）である。ガス吸着により誘起するキャリア濃度の
増加は酸化錫という固体とエチルアルコールという気体
との化学反応によってのみ決定される。それゆえ、同一
条件（雰囲気温度、動作温度など）で測定するならば薄
膜の膜厚に無関係に△（ｌｏｇｎ／△（ｌｏｇ［Ｃ］
）の値が同一になるのは当然である。 通常の大気中では膜表面にはその膜の動作温度で決まる
型で酸素が吸着している。後で述べるようにこの酸素の
吸着状態は次式の平衡式によって表わされる。 ０２ （ｇ１８０２ （ａｄ ）＋！ ０２” （ＩＬ
（１３４：！Ｏ−（ＩＬ（１）１”’ ０２−（ａｄ）
４０２− （ｌａｔ） ＋４ ここでｆｌ 、 ＆（１、ｌａｔはそれぞれガス、吸着
。 格子の各状態を表わしｅは伝導電子を表わす。 ２６０℃の動作温度では酸素の吸着状態は〇−である。 この膜表面に吸着している０−とエチルアルコール分子
との反応は次のように表すことができる。 ｊ ０２Ｈ５０Ｈ＋ Ｏ−ｄ ０Ｔ１ｓＯＨＯ＋Ｈ２０＋
ｅ （＠ｂ ６２．− すなわち、２６０°Ｃの動作温度では膜表面に一吸着し
たあるいは雰囲気中にあるエチルアルコール分子は膜表
面に吸着している酸素イオンにより酸化てれてアセトア
ルデヒドに変化する。この時、酸素イオンから遊離した
電子が膜中に戻りキャリア濃度が増加する。この反応の
妥当性は質量分析の測定で確かめられている。（６）式
で示した反応の平衡状態においては、質量作用の法則よ
りｋｆ［Ｃ２Ｈ５ＯＨ］Ｏ−］ ＝ｋｂ［ＣＨｓＣＨＯ
］［ＨｚＯ’）［ｅ〕（＠となる。エチルアルコール濃
度が表面吸着酸素イオン濃度に比べて低い場合には、（
６）式において酸素イオン濃度〔０−〕は一定と考える
ことができる。 そしてまた、水分子は空気中に十分多く存在しているの
で［Ｈ２０］も一定と考える。（＠式より〔０ＨｓＣ；
ＨＯ〕＝ ［ｅ］ （７）である。 ＋６１ ？ （６３ｔ （７）式と前記仮定とから［ｅ
ｌ＝［Ｃ２Ｈ５ＯＨ］捧 （＠となる。 すなわちキャリア濃度の増加はエチルアルコール濃度の
平方根に比例して増加する。この解析結果は第１図の結
果とよく一致している。 一方、移動度μｍのエチルアルコール濃度〔Ｃ〕依存性
は膜厚゛が４ｏ人からなる薄膜の場合と、１０００人か
らなる薄膜の場合とで大きく異っている。すなわち、膜
厚が４０人の場合（第１図（ａ））では△Ｃ１ｏｇｔｘ
）／△（７！Ｏｇ［（］）：；０．６１膜厚が１０００
人の場合（第１図（ｂ））では△（ｌｏｇ／−ｍ）／△
（ｌｏｇ［ｃ〕）−０である。この人（ｌ ｏ ｇ ｔ
ｔ、ＶＭｌｏｔｆ−Ｃ８）の値は薄膜の膜厚に大きく依
存している。 さて、上述の実験結果をここで整理すると、膜の導電率
σは（１）式で示した如く σ＝ｎ、％、μ （１） で表現される。この（１）式の両辺をアルコール濃度〔
Ｃ〕で微分すると となる。（９）式の右辺第１項は膜の種類、その作製条
件に無関係であり膜の動作温度が２５０℃の場合には約
０．６である。（９）式の右辺第２項は膜の性質に強く
関係している。膜厚が４０人程度の薄膜では約ｑ６であ
るが１０００人の薄膜の場合には７１−ミ ○である。これらの理由により（９１式の左辺は最適な
膜厚を有する薄膜の場合には１になり膜厚が最適値より
厚い場合には１より小さな値になる。すなわち、薄膜の
高いガス感度特性はガス吸着による膜の移動度の変化に
帰因しており、薄膜におけるこの移動度のガス吸着によ
る変化の量は膜厚と密接な関係がある。 第２図に膜動作温度が２６０℃の時の薄膜の△（ｌｏｇ
ｔｓｉ）／△（ｌｏｇ
互作用を有し、ガス、アルコールの濃度を高感度に検出
しうるガス感応膜を提供するものである。 本発明は、ガス感応膜として用いる薄膜の膜厚の最適化
を図ることにより、ガスセンサの感度を上げることがで
きる事実を発見したことに基づいてな嘔れたものアある
。 ２１、− 一般に物質の電気伝導度σは、キャリ、ア濃度ｎおよび
キャリアの移動度μを用いて σ二ｎ８μ （１）（ここで嘗は単
位電荷である。） と表わされる。薄膜のガスセンサの動作機構を明確にす
るために、ホール効果の測定によりσをｎとμとに分離
した。第１図にアルコール濃度［０）に対するσ、μ、
ｎの変化を示す。第１図（ＩＬＩは膜厚が４ｏλ程度の
酸化錫薄膜の場合であり、第１図（′ｂ）は膜厚が１０
０ｏλ程度の酸化錫薄膜の場合である。これらの薄膜は
いずれも錫をターゲットにした反応性ＲＦススパーク法
より作製した。すなわち、ペルジャー内のアルゴンの圧
力を約０．６Ｐａ 、酸素の圧力をｃ）、ｅｓＰａに
して、表面研磨を施した無アルカリガラス基板を１６０
℃程度に加熱した状態で錫をスパッタする。この時のＲ
Ｆ電力を２００Ｗにすると基板上には約６０人／分の速
さで酸化錫薄膜が形成される。この後、空気中で３６０
℃−２時間の熱処理を施こし特性を安定化させる。第１
図（ＩＬ）の場合にはスノ（ツタ時間は３７、−ミ ６０秒、第１図（ｂｌの場合はスパッタ時間は２０分で
ある。 アルコールガスに対する感度の測定は、いずれも試料の
動作温度を２６０℃とした。 いずれの試料もその導電率σはエチルアルコール濃度〔
Ｃ〕の増加に対して対数グラフ上で直線的に増加してゆ
く。すなわち σ＝αＣＯ〕Ｎ ＠）（ここでα、Ｎ
は定数である。） と表わすことができる。第１図（ＩＬ）で示した膜厚が
４０人程度の薄膜の場合はＨ；１であり、第１図（ｂ）
に示した膜厚が１０００人程度の薄膜の場合にはＮ：；
０．５である。 このホール効果の測定は、エチルアルコールの吸着によ
る導電率変化の機構が薄膜の膜厚で大きく異なっている
ことを非常に明確にした。 キャリア濃度ｎはエチルアルコール濃度〔Ｃ）の増加に
つれて増加する。そしてその傾きはＣ５である。すなわ
ち △（ｉｏｉ ｎ ）／△（ｌｏｇｃｃ〕）＝ｏ、５
ｐ）である。ガス吸着により誘起するキャリア濃度の
増加は酸化錫という固体とエチルアルコールという気体
との化学反応によってのみ決定される。それゆえ、同一
条件（雰囲気温度、動作温度など）で測定するならば薄
膜の膜厚に無関係に△（ｌｏｇｎ／△（ｌｏｇ［Ｃ］
）の値が同一になるのは当然である。 通常の大気中では膜表面にはその膜の動作温度で決まる
型で酸素が吸着している。後で述べるようにこの酸素の
吸着状態は次式の平衡式によって表わされる。 ０２ （ｇ１８０２ （ａｄ ）＋！ ０２” （ＩＬ
（１３４：！Ｏ−（ＩＬ（１）１”’ ０２−（ａｄ）
４０２− （ｌａｔ） ＋４ ここでｆｌ 、 ＆（１、ｌａｔはそれぞれガス、吸着
。 格子の各状態を表わしｅは伝導電子を表わす。 ２６０℃の動作温度では酸素の吸着状態は〇−である。 この膜表面に吸着している０−とエチルアルコール分子
との反応は次のように表すことができる。 ｊ ０２Ｈ５０Ｈ＋ Ｏ−ｄ ０Ｔ１ｓＯＨＯ＋Ｈ２０＋
ｅ （＠ｂ ６２．− すなわち、２６０°Ｃの動作温度では膜表面に一吸着し
たあるいは雰囲気中にあるエチルアルコール分子は膜表
面に吸着している酸素イオンにより酸化てれてアセトア
ルデヒドに変化する。この時、酸素イオンから遊離した
電子が膜中に戻りキャリア濃度が増加する。この反応の
妥当性は質量分析の測定で確かめられている。（６）式
で示した反応の平衡状態においては、質量作用の法則よ
りｋｆ［Ｃ２Ｈ５ＯＨ］Ｏ−］ ＝ｋｂ［ＣＨｓＣＨＯ
］［ＨｚＯ’）［ｅ〕（＠となる。エチルアルコール濃
度が表面吸着酸素イオン濃度に比べて低い場合には、（
６）式において酸素イオン濃度〔０−〕は一定と考える
ことができる。 そしてまた、水分子は空気中に十分多く存在しているの
で［Ｈ２０］も一定と考える。（＠式より〔０ＨｓＣ；
ＨＯ〕＝ ［ｅ］ （７）である。 ＋６１ ？ （６３ｔ （７）式と前記仮定とから［ｅ
ｌ＝［Ｃ２Ｈ５ＯＨ］捧 （＠となる。 すなわちキャリア濃度の増加はエチルアルコール濃度の
平方根に比例して増加する。この解析結果は第１図の結
果とよく一致している。 一方、移動度μｍのエチルアルコール濃度〔Ｃ〕依存性
は膜厚゛が４ｏ人からなる薄膜の場合と、１０００人か
らなる薄膜の場合とで大きく異っている。すなわち、膜
厚が４０人の場合（第１図（ａ））では△Ｃ１ｏｇｔｘ
）／△（７！Ｏｇ［（］）：；０．６１膜厚が１０００
人の場合（第１図（ｂ））では△（ｌｏｇ／−ｍ）／△
（ｌｏｇ［ｃ〕）−０である。この人（ｌ ｏ ｇ ｔ
ｔ、ＶＭｌｏｔｆ−Ｃ８）の値は薄膜の膜厚に大きく依
存している。 さて、上述の実験結果をここで整理すると、膜の導電率
σは（１）式で示した如く σ＝ｎ、％、μ （１） で表現される。この（１）式の両辺をアルコール濃度〔
Ｃ〕で微分すると となる。（９）式の右辺第１項は膜の種類、その作製条
件に無関係であり膜の動作温度が２５０℃の場合には約
０．６である。（９）式の右辺第２項は膜の性質に強く
関係している。膜厚が４０人程度の薄膜では約ｑ６であ
るが１０００人の薄膜の場合には７１−ミ ○である。これらの理由により（９１式の左辺は最適な
膜厚を有する薄膜の場合には１になり膜厚が最適値より
厚い場合には１より小さな値になる。すなわち、薄膜の
高いガス感度特性はガス吸着による膜の移動度の変化に
帰因しており、薄膜におけるこの移動度のガス吸着によ
る変化の量は膜厚と密接な関係がある。 第２図に膜動作温度が２６０℃の時の薄膜の△（ｌｏｇ
ｔｓｉ）／△（ｌｏｇ
〔０〕の値の膜厚依存性を示す。
膜厚が３Ｃ）〜４０人のときに△（ｌＯｇＪＨ）／△（
ｚｏｇｃｃｐ ）の値は最大値を示し、膜厚が厚くなる
につれて急激に減少する。ＩｏｏＡｌｌ上の膜厚ではΔ
Ｉｌｏｇ〜】／△（７！ｏｇＣＣ））Ｑ値はほとんど０
である。 大気中では酸化錫薄膜の表面には酸素が負電荷吸着して
いる。Ｃｈａｎらは動作温度が１５０℃〜２６０℃の範
囲ではこの吸着酸素は〇−の形であジ、さらに高温にな
ると０２−の形になると１ｃＳＲの測定カラ結論づけた
。ＣＳ、Ｃ６Ｃｈａｎｇ：Ｊ、Ｖａｃ。 ＳＣＪ＆Ｔｅｃｈｎ０７！、１７（１９８０）３６６１
゜ｎ形半導体である酸化錫薄膜の表面に吸着したこ００
″（オンは、膜中を移動するキャリア（電子）の散乱中
心になる。この叶 イオンがキャリアの動きに大きく影
響を与える距離は（１ｏ）式に示すデバイ長で表わすこ
とができる。 ここでεは誘電率（’＝ １３．５Ｘ８．８５Ｘ１０”
η１にはボルツマン定数（＝１．３８×１σ２３Ｊ１０
Ｋ）シは動作温度 ｎは真のキャリア濃度である。 雰囲気中の酸素分圧が高くなり吸着０− イオンの数が
増加するにしたがいキャリアの移動が妨げられる領域が
増加し、ついには表面からδの厚さを有する連続的な帯
を構成するようになると考えられる。 この様子を模型的に第３図（＆）に示す。図に示すよう
に、表面に吸着した０−イオンのため、薄膜表面からδ
の距離の間はキャリア（電子）が入り込む事ができない
。すなわち、キャリアにとっての実効的なチャンネルの
厚みＬＯは（１１）式で表９、−二・ わす値になる。 Ｌｃ＝＝Ｄ−２δ （１１）今、ホー
ル効果の測定結果から求まるキャリア濃度は２ Ｘ １
０” （Ｉｍ−’であるので膜を２６０”Ｃ（Ｄ動作温
ｉに作詩した場合、Ｔｏ＝＝５２３°Ｋ 、ｎ＝。 ２、ＯＸ １ ｄ ８ｃｒｎ−’を（１０）式に代入す
るとδ：；４’０人と計算できる。 膜厚が４０人程度の試料ではＬｃはほとんどＯに近く非
常に狭くなる。 第３図（′ｂ）は超微粒子膜表面あるいは雰囲気中に存
在するエチルアルコールが吸着０−イオンと反応した場
合を模型的に示している。同図（ＩＬＩの場合には、キ
ャリアが膜中を自由に移動できる実効的なチャンネル厚
みＬｃは Ｌｃ＝ｎ−２６（１１） である′が、同図ｆｂ）で示す如く、エチルアルコール
が存在しく６）式で示した如き反応が起こると薄膜表面
に吸着していたＯ−イオンは水になって膜から脱離して
ゆく。・この時には、キャリアを膜中に与えると同時に
、従来の散乱中心としての作用も消１０、。 滅する。そのために実効的なチャンネル厚みＬｃは中で
部分的に ＬｃりＤ （１２）Ｓなる。 エチルアルコール濃度の増加につれて、（３）式で示し
た如くキャリア濃度は ・ △（ｌｏｇｌ／△（ｊｌｏｇ［ｃ））＝ｏ、ｓ
（３）の割合で増加する。すなわち酸素イオン濃度中−
〕は △（６０ｇ［０−）３／△（Ｊｏｇ［Ｃ］）＝−ｏ、ｔ
ｓ （１３）の割合で減少する。このため、膜のチャン
ネル領域中で実効チャンネル厚みＬｃがＬｃ：？Ｄとな
る部分ムは △（ｌｏｇム）／△（Ｊｏｇ ［Ｃ） ３ ＝ ｏ、ｃ
ｓ （１４）の割合で増加する。この結果、移動度μ
Ｈも増加する。 上述の（１３）、（１４）式が成立するのはエチルアル
コールが存在しない状態、すなわち第３図（＆）におい
て実効チャンネル厚みＬｃが０の場合である。この時に
、ガス吸着によるＬｃの変化すなわちμｍの変化が最大
になる。Ｌｃが大きくなるに１１ｚ’−： つれて、すなわちＤが大きくなるにつれて△（７！ｏｇ
ｐＨ）／△（Ｊｏｇ［Ｃ）） ｏ値は小す＜ｆｉル。 膜厚が４ｏ人程度の薄膜ではδは２５０℃の動作温度で
は（１０）式より４０人であるのでＬＣ：ｌ：０になり
、△（ＪｏｇμＨ）／△ＣｌｏｇＣ（］）は第１図（ａ
）に示す如く約０．６となり最大の値を示す。 膜厚が１０００人になってくると実効チャンネル厚みＬ
ｃはエチルアルコールの存在には無関係に Ｌｃ；Ｄ （４−
１９）となるため、第１図ｔｂ＋に示した如く△（ｌｏ
ｇμＶ△（ｌＯｇＣ，Ｃ〕）二〇となる。 すなわち、等２図において、△（１４０ｇｐＨ）／△（
βｏｇｃｃ］）の値が０．４以上になる（通常用いられ
ている数１００Ａ１９上の薄膜の場合に比べてガス感度
が８０％以上増加する）膜厚は、４０Å以上、５ｏＡｌ
ｉ下であることがわかる。 以上述べた如く、薄膜ガス感応膜の膜厚を、デバイ長の
１〜２倍の範囲に設定する事により、それ以上の膜厚の
場合に比べて約８０％以上、ガス感度を向上させること
ができることがわかった。 なおここでは酸化錫ｉ［とエチルアルコールとの反応に
ついて述べたが、本モデルは酸化亜鉛や酸化銅などの他
の金属酸化物薄膜にもまた水素やイソブタンなどの他の
還元性ガスとの反応にも適用できるものであることは言
うまでもない。 以上のように本発明は感度が非常にすぐｎたガス感応膜
を提供するものである。
ｚｏｇｃｃｐ ）の値は最大値を示し、膜厚が厚くなる
につれて急激に減少する。ＩｏｏＡｌｌ上の膜厚ではΔ
Ｉｌｏｇ〜】／△（７！ｏｇＣＣ））Ｑ値はほとんど０
である。 大気中では酸化錫薄膜の表面には酸素が負電荷吸着して
いる。Ｃｈａｎらは動作温度が１５０℃〜２６０℃の範
囲ではこの吸着酸素は〇−の形であジ、さらに高温にな
ると０２−の形になると１ｃＳＲの測定カラ結論づけた
。ＣＳ、Ｃ６Ｃｈａｎｇ：Ｊ、Ｖａｃ。 ＳＣＪ＆Ｔｅｃｈｎ０７！、１７（１９８０）３６６１
゜ｎ形半導体である酸化錫薄膜の表面に吸着したこ００
″（オンは、膜中を移動するキャリア（電子）の散乱中
心になる。この叶 イオンがキャリアの動きに大きく影
響を与える距離は（１ｏ）式に示すデバイ長で表わすこ
とができる。 ここでεは誘電率（’＝ １３．５Ｘ８．８５Ｘ１０”
η１にはボルツマン定数（＝１．３８×１σ２３Ｊ１０
Ｋ）シは動作温度 ｎは真のキャリア濃度である。 雰囲気中の酸素分圧が高くなり吸着０− イオンの数が
増加するにしたがいキャリアの移動が妨げられる領域が
増加し、ついには表面からδの厚さを有する連続的な帯
を構成するようになると考えられる。 この様子を模型的に第３図（＆）に示す。図に示すよう
に、表面に吸着した０−イオンのため、薄膜表面からδ
の距離の間はキャリア（電子）が入り込む事ができない
。すなわち、キャリアにとっての実効的なチャンネルの
厚みＬＯは（１１）式で表９、−二・ わす値になる。 Ｌｃ＝＝Ｄ−２δ （１１）今、ホー
ル効果の測定結果から求まるキャリア濃度は２ Ｘ １
０” （Ｉｍ−’であるので膜を２６０”Ｃ（Ｄ動作温
ｉに作詩した場合、Ｔｏ＝＝５２３°Ｋ 、ｎ＝。 ２、ＯＸ １ ｄ ８ｃｒｎ−’を（１０）式に代入す
るとδ：；４’０人と計算できる。 膜厚が４０人程度の試料ではＬｃはほとんどＯに近く非
常に狭くなる。 第３図（′ｂ）は超微粒子膜表面あるいは雰囲気中に存
在するエチルアルコールが吸着０−イオンと反応した場
合を模型的に示している。同図（ＩＬＩの場合には、キ
ャリアが膜中を自由に移動できる実効的なチャンネル厚
みＬｃは Ｌｃ＝ｎ−２６（１１） である′が、同図ｆｂ）で示す如く、エチルアルコール
が存在しく６）式で示した如き反応が起こると薄膜表面
に吸着していたＯ−イオンは水になって膜から脱離して
ゆく。・この時には、キャリアを膜中に与えると同時に
、従来の散乱中心としての作用も消１０、。 滅する。そのために実効的なチャンネル厚みＬｃは中で
部分的に ＬｃりＤ （１２）Ｓなる。 エチルアルコール濃度の増加につれて、（３）式で示し
た如くキャリア濃度は ・ △（ｌｏｇｌ／△（ｊｌｏｇ［ｃ））＝ｏ、ｓ
（３）の割合で増加する。すなわち酸素イオン濃度中−
〕は △（６０ｇ［０−）３／△（Ｊｏｇ［Ｃ］）＝−ｏ、ｔ
ｓ （１３）の割合で減少する。このため、膜のチャン
ネル領域中で実効チャンネル厚みＬｃがＬｃ：？Ｄとな
る部分ムは △（ｌｏｇム）／△（Ｊｏｇ ［Ｃ） ３ ＝ ｏ、ｃ
ｓ （１４）の割合で増加する。この結果、移動度μ
Ｈも増加する。 上述の（１３）、（１４）式が成立するのはエチルアル
コールが存在しない状態、すなわち第３図（＆）におい
て実効チャンネル厚みＬｃが０の場合である。この時に
、ガス吸着によるＬｃの変化すなわちμｍの変化が最大
になる。Ｌｃが大きくなるに１１ｚ’−： つれて、すなわちＤが大きくなるにつれて△（７！ｏｇ
ｐＨ）／△（Ｊｏｇ［Ｃ）） ｏ値は小す＜ｆｉル。 膜厚が４ｏ人程度の薄膜ではδは２５０℃の動作温度で
は（１０）式より４０人であるのでＬＣ：ｌ：０になり
、△（ＪｏｇμＨ）／△ＣｌｏｇＣ（］）は第１図（ａ
）に示す如く約０．６となり最大の値を示す。 膜厚が１０００人になってくると実効チャンネル厚みＬ
ｃはエチルアルコールの存在には無関係に Ｌｃ；Ｄ （４−
１９）となるため、第１図ｔｂ＋に示した如く△（ｌｏ
ｇμＶ△（ｌＯｇＣ，Ｃ〕）二〇となる。 すなわち、等２図において、△（１４０ｇｐＨ）／△（
βｏｇｃｃ］）の値が０．４以上になる（通常用いられ
ている数１００Ａ１９上の薄膜の場合に比べてガス感度
が８０％以上増加する）膜厚は、４０Å以上、５ｏＡｌ
ｉ下であることがわかる。 以上述べた如く、薄膜ガス感応膜の膜厚を、デバイ長の
１〜２倍の範囲に設定する事により、それ以上の膜厚の
場合に比べて約８０％以上、ガス感度を向上させること
ができることがわかった。 なおここでは酸化錫ｉ［とエチルアルコールとの反応に
ついて述べたが、本モデルは酸化亜鉛や酸化銅などの他
の金属酸化物薄膜にもまた水素やイソブタンなどの他の
還元性ガスとの反応にも適用できるものであることは言
うまでもない。 以上のように本発明は感度が非常にすぐｎたガス感応膜
を提供するものである。
第１図（＆） 、 （ｂｌはそれぞれ酸化錫薄膜よりな
るガス感応膜の電気伝導度、キャリア濃度、移動度のア
ルコール濃度に対する変化を示す図、第２図は前記ガス
感応膜の移動度のアルコール濃度に対する変化の大きさ
の膜厚依存性を示す図、第３図＋ＩＬＩ膜表面に吸着で
ｆて・いる酸累イオンに還元性ガスが反応している状態
を、それぞれ模型的に示す図である。 １・・・・・・ガラス基板、２−・・・−・酸化錫薄膜
、３・・・−・・１３、、、 電極。 １１１図 （α）
るガス感応膜の電気伝導度、キャリア濃度、移動度のア
ルコール濃度に対する変化を示す図、第２図は前記ガス
感応膜の移動度のアルコール濃度に対する変化の大きさ
の膜厚依存性を示す図、第３図＋ＩＬＩ膜表面に吸着で
ｆて・いる酸累イオンに還元性ガスが反応している状態
を、それぞれ模型的に示す図である。 １・・・・・・ガラス基板、２−・・・−・酸化錫薄膜
、３・・・−・・１３、、、 電極。 １１１図 （α）
Claims (2)
- （１）一方の面がガス雰囲気に接することによりその抵
抗値が変化する薄膜よりなり、前記薄膜の膜厚がデバイ
長の１から２倍の範囲に設定式れたことを特徴とするガ
ス感応膜。 - （２）薄膜が還元性ガスに対してｎ形の導電性を示す金
属酸化物半導体からなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載のガス感応膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56182078A JPS5883244A (ja) | 1981-11-12 | 1981-11-12 | ガス感応膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56182078A JPS5883244A (ja) | 1981-11-12 | 1981-11-12 | ガス感応膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5883244A true JPS5883244A (ja) | 1983-05-19 |
Family
ID=16111959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56182078A Pending JPS5883244A (ja) | 1981-11-12 | 1981-11-12 | ガス感応膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5883244A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62222153A (ja) * | 1984-09-29 | 1987-09-30 | Hiroshi Komiyama | 金属と誘電体とを含むガス感応性複合体とその製造方法 |
| CN114646419A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-06-21 | 中山大学 | 一种气体压强传感器及其制备方法和气体压强检测方法 |
-
1981
- 1981-11-12 JP JP56182078A patent/JPS5883244A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62222153A (ja) * | 1984-09-29 | 1987-09-30 | Hiroshi Komiyama | 金属と誘電体とを含むガス感応性複合体とその製造方法 |
| CN114646419A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-06-21 | 中山大学 | 一种气体压强传感器及其制备方法和气体压强检测方法 |
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