JPS6029652A - センサ素子 - Google Patents
センサ素子Info
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- JPS6029652A JPS6029652A JP13584183A JP13584183A JPS6029652A JP S6029652 A JPS6029652 A JP S6029652A JP 13584183 A JP13584183 A JP 13584183A JP 13584183 A JP13584183 A JP 13584183A JP S6029652 A JPS6029652 A JP S6029652A
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- Japan
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- sensor
- sensors
- substrate
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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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
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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
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、高集積化した雰囲気センサの改良に係り、セ
ンサ素子の特性を損うことなくガスの選択性を向上する
と共に、生産性をも向上したセンサ素子に関する。
ンサ素子の特性を損うことなくガスの選択性を向上する
と共に、生産性をも向上したセンサ素子に関する。
快適な居住性を得るために、現在は各種ガスの検知を行
なう多機能センサの開発が進められている。
なう多機能センサの開発が進められている。
この多機能センサは、一つの基板上に、それぞれのガス
に応じた特性を有するセンサを複数塔載したいわゆる集
積センサ素子である。
に応じた特性を有するセンサを複数塔載したいわゆる集
積センサ素子である。
この集積センサ素子に要求されるものとして重要なもの
は、各種ガスを区別して検知するいわゆる選択性の問題
と、もう一つは、生産性を高くして、安価で且つ信頼性
のある製品を得ることである。
は、各種ガスを区別して検知するいわゆる選択性の問題
と、もう一つは、生産性を高くして、安価で且つ信頼性
のある製品を得ることである。
一般に湿ｙや各種ガス（例えば都市ガスについていえば
、水素ガス、メタンガス、−酸化炭素など）を検知する
雰囲気センサは、各センサの感度の向上及びセンサ表面
に付着した塵埃を焼失してセンサの特性を保持する、い
わゆる加熱クリーニングを行なうだめに、加熱ヒータを
一体化したセンサ素子が用いられる。
、水素ガス、メタンガス、−酸化炭素など）を検知する
雰囲気センサは、各センサの感度の向上及びセンサ表面
に付着した塵埃を焼失してセンサの特性を保持する、い
わゆる加熱クリーニングを行なうだめに、加熱ヒータを
一体化したセンサ素子が用いられる。
又センサは、そのガスに対する検知特性を有する酸化物
半導体によって形成される。この酸化物半導体材料は、
それぞれ、固有抵抗値が異る・ 特に集積センサにあっては、それぞれのセンサの抵抗値
によってガスを検知する複数のセンサを塔載しているの
で選択性か悪く、従って、集積センサ素子を作る場合は
、それぞれのセンサの固有抵抗イｉが同じになるように
その抵抗値を調整して、選択性の向上を計っている。
半導体によって形成される。この酸化物半導体材料は、
それぞれ、固有抵抗値が異る・ 特に集積センサにあっては、それぞれのセンサの抵抗値
によってガスを検知する複数のセンサを塔載しているの
で選択性か悪く、従って、集積センサ素子を作る場合は
、それぞれのセンサの固有抵抗イｉが同じになるように
その抵抗値を調整して、選択性の向上を計っている。
従来の集積センサは、第１図に示すように、センサの面
積を変えることによって、基板上に塔載しだセンサの固
有抵抗値を調整し同じにしていた。
積を変えることによって、基板上に塔載しだセンサの固
有抵抗値を調整し同じにしていた。
図において、絶縁基板１上には、それぞれ面積を異にす
る４種類のセンサ２．３．４．５が厚膜法によって形成
されている。
る４種類のセンサ２．３．４．５が厚膜法によって形成
されている。
図中６．７．８．９は上部電極、１０１１は下部電極で
あり、４イ里類のセンサ２３４５は、上記上下電極によ
りサンドイッチ状に挾まれている。
あり、４イ里類のセンサ２３４５は、上記上下電極によ
りサンドイッチ状に挾まれている。
なお１２は、絶縁基板１の裏面に形成された加熱ヒータ
である。
である。
このように構成した従来の集積センサにおいて、例えば
、抵抗値が最も低い材料よ構成るセンサ５は、他のセン
サとの抵抗値を同じにすＺために、有効面積を小さくし
、又最も抵抗値の高いセンサ２．４は、有効面積を大き
くして、絶縁基板１に塔載した４種類のセンサ２′５．
４．５の抵抗値を同じにしていた。
、抵抗値が最も低い材料よ構成るセンサ５は、他のセン
サとの抵抗値を同じにすＺために、有効面積を小さくし
、又最も抵抗値の高いセンサ２．４は、有効面積を大き
くして、絶縁基板１に塔載した４種類のセンサ２′５．
４．５の抵抗値を同じにしていた。
このように、各センサの面積が異ると、基板土兄の配置
が制限され、第１図に見られるように、各センサ間の隙
間が一足しない、そのため加熱ヒータによって加熱され
た基板上の温度分布が一称にならず、良好な温度分布内
にセンサを位置させることが難しく、その結果、センサ
の特性に大きく影響するという欠点があった。
が制限され、第１図に見られるように、各センサ間の隙
間が一足しない、そのため加熱ヒータによって加熱され
た基板上の温度分布が一称にならず、良好な温度分布内
にセンサを位置させることが難しく、その結果、センサ
の特性に大きく影響するという欠点があった。
又一方において、センサの面積に制限されて小型化する
ことができず、その結果、加熱ヒータへの供給電力の低
減化や、センナ素子の低価格化が不可能であシ、社会的
要求を満すことができないと゛いう欠点があった。
ことができず、その結果、加熱ヒータへの供給電力の低
減化や、センナ素子の低価格化が不可能であシ、社会的
要求を満すことができないと゛いう欠点があった。
これに代る別の方法として、酸化物半導体材料の固有抵
抗値を変えることが従来より行なわれている。
抗値を変えることが従来より行なわれている。
即ち、酸化物半導体材料に、導電率の高い材料（例えば
ルテニウム等）を添加し、固有抵抗値を低下することで
調整していた。
ルテニウム等）を添加し、固有抵抗値を低下することで
調整していた。
然しなから、上記固有抵抗値の調整は、ガス検知特性の
低下をもたらし、又添加材と母体となっているセンサ材
料との間の微細構造の安定性が悪くなり、これが抵抗値
のドリフ現象となって現れ、経時変化特性が低下すると
いう欠点があった。
低下をもたらし、又添加材と母体となっているセンサ材
料との間の微細構造の安定性が悪くなり、これが抵抗値
のドリフ現象となって現れ、経時変化特性が低下すると
いう欠点があった。
本発明は、上記従来の欠点を解決し、センサ素子の特性
を損なうことなく選択性の向上を可能にすると共に生産
性の向上をも可能にした、センサ素子を提供せんとする
ものである。
を損なうことなく選択性の向上を可能にすると共に生産
性の向上をも可能にした、センサ素子を提供せんとする
ものである。
即ち本発明は、従来のように、センサの有効面積乃至は
添加済によって、センサの固有抵抗値を調整するのでは
なく、センサの膜厚によって固有抵抗値を調整するよう
にしたものであって、基板上に塔載される複数のセンサ
の膜厚さをそれぞれに変えることによって、各センサの
固有抗抵値を調整し、基板上に塔載した各センサの固有
抵抗値を同じにしたものである。
添加済によって、センサの固有抵抗値を調整するのでは
なく、センサの膜厚によって固有抵抗値を調整するよう
にしたものであって、基板上に塔載される複数のセンサ
の膜厚さをそれぞれに変えることによって、各センサの
固有抗抵値を調整し、基板上に塔載した各センサの固有
抵抗値を同じにしたものである。
又このように各センナの膜厚さを調整することにより、
各センサの有効面積をＦｆＪ−にし、基板上に同一有効
面積のセンサを僅数塔軸ニジたことを特徴どする。
各センサの有効面積をＦｆＪ−にし、基板上に同一有効
面積のセンサを僅数塔軸ニジたことを特徴どする。
以下本発明の一実施例について詳細にｍｌ明する。先ず
、本発明者等が行なった：７コ験についてｎ発明する。
、本発明者等が行なった：７コ験についてｎ発明する。
センサ材料（酸化物半導体材料）として、ＷＯ３、Ｓｎ
Ｏ２、ＺｎＯ１Ｍ ｎ Ｏ２の４種６７＋を選んだ・ 第１表及び第２表に実験結果を示す。
Ｏ２、ＺｎＯ１Ｍ ｎ Ｏ２の４種６７＋を選んだ・ 第１表及び第２表に実験結果を示す。
第１表
第 ２ 表
第１表は、４種類のセンサの膜厚さを１０μｍにし、そ
れぞれ固有抵抗値を測定したものであるＯ この第１表より明らかな通り、４種偵のセンサ材料の抵
抗値は、それぞれのセンサ材料に応じた固有の抵抗値を
示している・ 第２表は、それぞれのセンサ材料の抵抗値が４５にΩに
なるように、膜厚さを調整したも′の°である。
れぞれ固有抵抗値を測定したものであるＯ この第１表より明らかな通り、４種偵のセンサ材料の抵
抗値は、それぞれのセンサ材料に応じた固有の抵抗値を
示している・ 第２表は、それぞれのセンサ材料の抵抗値が４５にΩに
なるように、膜厚さを調整したも′の°である。
この実験から、発明者等は、センサ材料の個有抵抗値は
、膜厚によって変ることを確認し、センサ材料の個有抵
抗値を一定にするには、センサ材料の膜厚を調整すれば
よいことを見出したー 以下その一実施例を図に示し、詳細に説明する。第２図
において、絶縁基板１上に同一寸法（同一有効面積）の
４種類のガスセンサ１５．１４゜１５．１６が厚膜で形
成されている。この４種類のガスセンサ１３．１４．１
５．１６は、絶縁基板１上に規則正しく配設されている
。又図中、１７．１８．１９２０は上部電極、点線で示
す２１．２２．２３．２４は下部電極であり、これら上
下電極によって、ガスセンサ１３．１４．１５１６は挾
まれた状態になっている。
、膜厚によって変ることを確認し、センサ材料の個有抵
抗値を一定にするには、センサ材料の膜厚を調整すれば
よいことを見出したー 以下その一実施例を図に示し、詳細に説明する。第２図
において、絶縁基板１上に同一寸法（同一有効面積）の
４種類のガスセンサ１５．１４゜１５．１６が厚膜で形
成されている。この４種類のガスセンサ１３．１４．１
５．１６は、絶縁基板１上に規則正しく配設されている
。又図中、１７．１８．１９２０は上部電極、点線で示
す２１．２２．２３．２４は下部電極であり、これら上
下電極によって、ガスセンサ１３．１４．１５１６は挾
まれた状態になっている。
本実施例では、下部電）ｌｋ ２１．２２．２５．２４
は、電気的に接続された共通電極になっている。
は、電気的に接続された共通電極になっている。
なお１２は、絶縁基板１の裏面に形成した加熱ヒータで
ある。
ある。
この集積センサの製造方法について説明する先ず、アル
ミナ絶縁基板１０表面に、下部電極２１、２２．２３．
２４を、それぞれセンサ材料が塔載される所ボの位置に
、センサ材料の面積よりも僅少面積でもって、スクリー
ン印刷法によシ膜厚２０μｍに形成した・ 次にこれを乾燥した後、アルミナ基板１の裏面に加熱ヒ
ータ１２を３厚２０．／ｊ７７Ｌに印刷形成した。
ミナ絶縁基板１０表面に、下部電極２１、２２．２３．
２４を、それぞれセンサ材料が塔載される所ボの位置に
、センサ材料の面積よりも僅少面積でもって、スクリー
ン印刷法によシ膜厚２０μｍに形成した・ 次にこれを乾燥した後、アルミナ基板１の裏面に加熱ヒ
ータ１２を３厚２０．／ｊ７７Ｌに印刷形成した。
これを乾燥した後、箱型硅藻炉にて１２００°Ｃ１２時
間焼成し、アルミナ基板１０表面に下部電！ ２１．２
２．２３．２４及び裏面に加熱ヒータ１２を形成。
間焼成し、アルミナ基板１０表面に下部電！ ２１．２
２．２３．２４及び裏面に加熱ヒータ１２を形成。
した集積化センサ用基板１′を用意した。
次に上記用意した集積化センサ用基板１′の下部電極２
１．２２．２３．２４上に、ガスセンサ材料１ろ１４．
１５．１６をスクリーン印刷法によって形成しだ・ この時のガスセンサの膜厚は、ガスセンサ材料１３にあ
っては、ＷＯ３を５５μｍ１１４にあっては、８ｎ０２
を４５μｍ、１５にあっては、ＺｎＯを１９ｔｔｍｓ１
６にあっては、Ｍ ｎ ０２を１２ｔｔｍである。
１．２２．２３．２４上に、ガスセンサ材料１ろ１４．
１５．１６をスクリーン印刷法によって形成しだ・ この時のガスセンサの膜厚は、ガスセンサ材料１３にあ
っては、ＷＯ３を５５μｍ１１４にあっては、８ｎ０２
を４５μｍ、１５にあっては、ＺｎＯを１９ｔｔｍｓ１
６にあっては、Ｍ ｎ ０２を１２ｔｔｍである。
次にこのセンサ材料１３．１４．１５．１６の上面に、
これらセンサ材料よりも僅少面積にした上部電極１７．
１８．１９．２０を、膜厚２０１１ｍに印刷形成した。
これらセンサ材料よりも僅少面積にした上部電極１７．
１８．１９．２０を、膜厚２０１１ｍに印刷形成した。
これを乾燥した後、最高温度９００００に設定した厚膜
べ／ｌ／ ）炉にて１０分間焼成した。
べ／ｌ／ ）炉にて１０分間焼成した。
これによって、抵抗値４５１（Ωの集積センサ索子とし
だ。
だ。
以上のように構成した本実施例において、アルミナ基板
１上に、同−有効面植を有するガスセンサ１３．１４．
１５．１／＋を規則正しく配設することにより、加熱ヒ
ータ１２によって加熱されるアルミナ基板１の温度分布
は一称になり、ガスセンサ１３．１４．１５．１６を良
好な温度雰囲気内に保持する。
１上に、同−有効面植を有するガスセンサ１３．１４．
１５．１／＋を規則正しく配設することにより、加熱ヒ
ータ１２によって加熱されるアルミナ基板１の温度分布
は一称になり、ガスセンサ１３．１４．１５．１６を良
好な温度雰囲気内に保持する。
又第５図に示すように、センサの有効面積を小さくする
ことにより、高集積化が可能である。
ことにより、高集積化が可能である。
第５図において、２５．２６．２７．２８．２９． ｉ
の６種類のセンサを同一寸法の基板１上に塔載しだなお
図中点線で示す３Ｚろ８．３９．４０．４１．４２は下
部電極、６１．６２．５”１３４．３５．３（Ｓ、は上
部電極、１２は加熱ヒータである。
の６種類のセンサを同一寸法の基板１上に塔載しだなお
図中点線で示す３Ｚろ８．３９．４０．４１．４２は下
部電極、６１．６２．５”１３４．３５．３（Ｓ、は上
部電極、１２は加熱ヒータである。
又添加剤を用いない各センサ材料は、それぞれのガスに
対する特性値は変らず、各センサ材料の特性値が保証さ
れる・ 次に本実施例を用いたマイクロプロセッサによる演算回
路の一例を第６図に示し説明する。
対する特性値は変らず、各センサ材料の特性値が保証さ
れる・ 次に本実施例を用いたマイクロプロセッサによる演算回
路の一例を第６図に示し説明する。
先ずセンサ素子の抵抗値（４５にΩ）を清浄な雰囲気（
例えは一般家庭を例にとれば、アルコール等の妨害ガス
が発生していないｆ５ｉ ）で測定し、その場所にばっ
た初期値とする ここで、例えば、ｈｙｈｉガス成分のうち、特にそのガ
スの漏洩に対し７、警報を発すべき検知レベルを下記の
１出シ設定する。
例えは一般家庭を例にとれば、アルコール等の妨害ガス
が発生していないｆ５ｉ ）で測定し、その場所にばっ
た初期値とする ここで、例えば、ｈｙｈｉガス成分のうち、特にそのガ
スの漏洩に対し７、警報を発すべき検知レベルを下記の
１出シ設定する。
一酸化炭素について ２００ＰＰｍ
メタンについて １２．５００ＰＰｍ
水素について ｉｏ、ｏｏｏ、ｐｒ’ｍアルコールにつ
いて ｉ、ｏｏｏｐｐ７ｒ＆但しアルコールについては
妨害ガスとして検知するものである。
いて ｉ、ｏｏｏｐｐ７ｒ＆但しアルコールについては
妨害ガスとして検知するものである。
このように、それぞれ検知するガスの濃度が異９、又ガ
ス検知感度の異るセンサを用いて、選択的にガスの検知
を行なう場合、各センサの抵抗値を同一レベルにした上
記初期値を基に行なうことができる。
ス検知感度の異るセンサを用いて、選択的にガスの検知
を行なう場合、各センサの抵抗値を同一レベルにした上
記初期値を基に行なうことができる。
これを更に詳しく説明すると、第４図において、（ａ）
はガス漏洩がない時の各センナの抵抗イ＋ｔレベル（初
期値）である・ （ｂ）は−酸化炭素２００ＰＰｍ１（Ｑはメタ７１２５
００ＰＰｍ、（ｄ）は、水素１０００ＰＰ７７１を検出
した時の抵抗１直である。
はガス漏洩がない時の各センナの抵抗イ＋ｔレベル（初
期値）である・ （ｂ）は−酸化炭素２００ＰＰｍ１（Ｑはメタ７１２５
００ＰＰｍ、（ｄ）は、水素１０００ＰＰ７７１を検出
した時の抵抗１直である。
検出出力としては、電圧変ｉｔをもってＡ／Ｄ変換後、
マイクロプロセッサに入力し、演算して、予め記憶させ
ておいた濃度レベルと比較し警報を発する。
マイクロプロセッサに入力し、演算して、予め記憶させ
ておいた濃度レベルと比較し警報を発する。
以上詳述した通り本発明のセンサ素子によれば、センナ
の固有抵抗値をセンサのｊ模厚によって調整することに
よυ、センサの有効４Ｍｊ ４９を同一にし、各センサ
の抵抗値を同じにすることができた。
の固有抵抗値をセンサのｊ模厚によって調整することに
よυ、センサの有効４Ｍｊ ４９を同一にし、各センサ
の抵抗値を同じにすることができた。
又−＋＝ンサの有効面積を同一にしたので、センサの小
型化が可能になり、尚集積化センサ素子の製造が容易に
なることは物論のこと、特に加熱ヒータを心安とするセ
ンサ素子にあっては、良好な温度に保持してセンサの感
度を向上させると共に、加熱ヒータに供給する電力量の
低減を行なうことができた。
型化が可能になり、尚集積化センサ素子の製造が容易に
なることは物論のこと、特に加熱ヒータを心安とするセ
ンサ素子にあっては、良好な温度に保持してセンサの感
度を向上させると共に、加熱ヒータに供給する電力量の
低減を行なうことができた。
又添加剤を使用しないので、センサ材料の感度や経時変
化に対し影響がなく、センサの特性を損なうことがない
。
化に対し影響がなく、センサの特性を損なうことがない
。
このようにして、センサの抵抗値を同じにして且つセン
サの出力を安定化させることによって、選択性を向上さ
せると共に量産性をも向上し、安価にして信頼性の高い
センサ素子とすることができ産業上優れた効果を有する
サの出力を安定化させることによって、選択性を向上さ
せると共に量産性をも向上し、安価にして信頼性の高い
センサ素子とすることができ産業上優れた効果を有する
第１図は、従来のセンサ素子の斜視図である第２図乃至
第５図は、本発明の一実施例であり第２図は、４種類の
センサを塔載したセンサ素子の斜視図、第３図は、マイ
クロプロセッサを組込んだ場合の接続図、第４図は、集
積センサバｒｋｆ−ＪＪＪ−す、 ｊＭ Ｌロユフλ俵
シー二１ と−り四由１ｔ／ｌ 喘【図は、６４１類の
センナを塔載したセンサ素子の斜視図である。 １・・・・・・アルミナ基板（基板） ２．３．４．５．１５．１４．１５．１６．２５．２６
．２７． ２Ｂ、２９．５０・・・・・・センサ材料 ６、７．８．９．３１．３２．３３．３４．３５．３６
・・・・・・上部電極１０、１１．３７．３８．３９．
４０．４１．４２・・・・・・下部電極１２・・・・・
・加熱ヒータ 第 １ η 第 ２の
第５図は、本発明の一実施例であり第２図は、４種類の
センサを塔載したセンサ素子の斜視図、第３図は、マイ
クロプロセッサを組込んだ場合の接続図、第４図は、集
積センサバｒｋｆ−ＪＪＪ−す、 ｊＭ Ｌロユフλ俵
シー二１ と−り四由１ｔ／ｌ 喘【図は、６４１類の
センナを塔載したセンサ素子の斜視図である。 １・・・・・・アルミナ基板（基板） ２．３．４．５．１５．１４．１５．１６．２５．２６
．２７． ２Ｂ、２９．５０・・・・・・センサ材料 ６、７．８．９．３１．３２．３３．３４．３５．３６
・・・・・・上部電極１０、１１．３７．３８．３９．
４０．４１．４２・・・・・・下部電極１２・・・・・
・加熱ヒータ 第 １ η 第 ２の
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、酸化物半導体を材料とするセンサを同一基板上に形
成した集積センサにおいて、上記基板上に形成しだセン
サの膜厚さを変え、基板上に形成した複数個のセンサの
抵抗値を同一にしたことを特徴とするセンサ素子。 ２、酸化物半導体を材料とするセンサを同一基板上に形
成した集積センサにおいて、上記基板上に形成したセン
サの膜厚さを変え、基板上に形成した複数個のセンサの
抵抗値を同一にし、基板上に同一有効面積のセンサを形
成したことを特徴とするセンサ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13584183A JPS6029652A (ja) | 1983-07-27 | 1983-07-27 | センサ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13584183A JPS6029652A (ja) | 1983-07-27 | 1983-07-27 | センサ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6029652A true JPS6029652A (ja) | 1985-02-15 |
Family
ID=15161008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13584183A Pending JPS6029652A (ja) | 1983-07-27 | 1983-07-27 | センサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6029652A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01147749U (ja) * | 1988-03-28 | 1989-10-12 | ||
| KR20190060783A (ko) * | 2016-10-04 | 2019-06-03 | 옥스퍼드 브룩스 유니버시티 | 멤리스트 기반의 센서 |
-
1983
- 1983-07-27 JP JP13584183A patent/JPS6029652A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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