JPS603612B2 - ガス検知素子 - Google Patents
ガス検知素子Info
- Publication number
- JPS603612B2 JPS603612B2 JP53152839A JP15283978A JPS603612B2 JP S603612 B2 JPS603612 B2 JP S603612B2 JP 53152839 A JP53152839 A JP 53152839A JP 15283978 A JP15283978 A JP 15283978A JP S603612 B2 JPS603612 B2 JP S603612B2
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- JP
- Japan
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- gas
- layer
- insulating layer
- sensitive
- adsorption
- Prior art date
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- Expired
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はガス検知素子に関するものである。
一般に、ガス検知素子は、Ｓｎ０２，Ｚｎ○，シーＦｅ
２０３のようなＮ型半導体を主成分として構成されてい
る。このようなガス検知素子は、可燃性ガスに接触する
と素子表面で還元作用が起こって鋭敏な電気抵抗の変化
が起こるため、それによって可燃性ガスの存在を検知す
るようになっている。ところが、このようなガス検知素
子は、被検知雰囲気中の湿度（水分）に対して可燃性ガ
スを同様に感応し、湿度の変化によって大きな影響（例
えばガス検知感度の低下）を受けるという問題を有して
いた。このようなガス検知素子のうち、ｙ−Ｆｅ２０３
を主成分とする素子は、湿度の影響が短時間の間は少な
いものの、長時間になるとやはりかなり影響を受けてい
た。すなわち、従来のガス検知素子は殆んどが湿度の影
響を受けるものであった。したがって、湿度の影響を受
けないガス検知素子の実現が強く望まれていた。この発
明は、このような事情に鑑みなされたもので、金属酸化
物半導体からなるガス感応層と、ガス透過性をもつ無機
材料からなり前記ガス感応層の表面に密着形成された電
気絶縁層と、ガス透過性および水分吸着性をもつ無機材
料からなり前記電気絶縁層の表面に密着形成された吸着
層とを備え、高温で使用されることを特徴とするガス検
知素子をその要旨とするものである。
２０３のようなＮ型半導体を主成分として構成されてい
る。このようなガス検知素子は、可燃性ガスに接触する
と素子表面で還元作用が起こって鋭敏な電気抵抗の変化
が起こるため、それによって可燃性ガスの存在を検知す
るようになっている。ところが、このようなガス検知素
子は、被検知雰囲気中の湿度（水分）に対して可燃性ガ
スを同様に感応し、湿度の変化によって大きな影響（例
えばガス検知感度の低下）を受けるという問題を有して
いた。このようなガス検知素子のうち、ｙ−Ｆｅ２０３
を主成分とする素子は、湿度の影響が短時間の間は少な
いものの、長時間になるとやはりかなり影響を受けてい
た。すなわち、従来のガス検知素子は殆んどが湿度の影
響を受けるものであった。したがって、湿度の影響を受
けないガス検知素子の実現が強く望まれていた。この発
明は、このような事情に鑑みなされたもので、金属酸化
物半導体からなるガス感応層と、ガス透過性をもつ無機
材料からなり前記ガス感応層の表面に密着形成された電
気絶縁層と、ガス透過性および水分吸着性をもつ無機材
料からなり前記電気絶縁層の表面に密着形成された吸着
層とを備え、高温で使用されることを特徴とするガス検
知素子をその要旨とするものである。
すなわち、このガス検知素子は、水分吸着層（以下、「
吸着層」と略す）によって、可燃性ガスに帯同する水分
（被検知雰囲気中のもの）を吸着して保持し、可燃性ガ
スのみを感応層に到達させるようにするため、被検知雰
囲気中の湿度の影響を受けないのである。
吸着層」と略す）によって、可燃性ガスに帯同する水分
（被検知雰囲気中のもの）を吸着して保持し、可燃性ガ
スのみを感応層に到達させるようにするため、被検知雰
囲気中の湿度の影響を受けないのである。
つぎに、この発明を詳しく説明する。
この発明のガス検知素子は、ガス感応層と、このガス感
応層の表面に密着形成された電気絶縁層と、この電気絶
縁層の表面に密着形成された吸着層の３層構造となって
いる。
応層の表面に密着形成された電気絶縁層と、この電気絶
縁層の表面に密着形成された吸着層の３層構造となって
いる。
ガス感応層は、Ｓｎ０２，ＺｎＯ，ｙ−Ｆｅ２Ｑ等の金
属酸化物半導体を主成分とするガス感応体で構成されて
おり、電気絶縁層は、例えば多孔質皮膜状になっていて
、Ｓｉ０２，ＡＩ２０３，Ｍｇ○等の電気絶縁性が優れ
ているガス透過性をもつ無機材料で構成されている。
属酸化物半導体を主成分とするガス感応体で構成されて
おり、電気絶縁層は、例えば多孔質皮膜状になっていて
、Ｓｉ０２，ＡＩ２０３，Ｍｇ○等の電気絶縁性が優れ
ているガス透過性をもつ無機材料で構成されている。
この電気絶縁層は、吸着層に水分が吸着されると吸着層
の電気抵抗が変化するため、それによってガス感応層の
電気抵抗が影響を受けないように、吸着層とガス感応層
とを電気的に遮断するために設けられているものである
。また、吸着層も例えば多孔質皮膜状になっており、Ｎ
ａ２〇‐ｎＳｉ〇２，Ｋ２〇・ｎＨ２〇，Ｌｉ２〇・ｎ
Ｈ２〇，Ｓｎ０２，ＬｉＣ１，Ｚｎ○−Ｖ２０５一Ｌｉ
２０，Ｋ２０一Ｆｅ２０３，Ｎａ２０−Ｆｅ２０３，Ｍ
ｇＣｒ２０４−Ｔｉ０２，Ｓｉ０２−Ｂ２０３，Ｚの２
，ｍ０２等のガス透過性および水分吸着性をもつ無機材
料で構成されている。ガス感応層を構成する金属酸化物
半導体は、高温で化学吸着を起こし良好な感度を示すた
め、この発明のガス検知素子は高温で使用される。
の電気抵抗が変化するため、それによってガス感応層の
電気抵抗が影響を受けないように、吸着層とガス感応層
とを電気的に遮断するために設けられているものである
。また、吸着層も例えば多孔質皮膜状になっており、Ｎ
ａ２〇‐ｎＳｉ〇２，Ｋ２〇・ｎＨ２〇，Ｌｉ２〇・ｎ
Ｈ２〇，Ｓｎ０２，ＬｉＣ１，Ｚｎ○−Ｖ２０５一Ｌｉ
２０，Ｋ２０一Ｆｅ２０３，Ｎａ２０−Ｆｅ２０３，Ｍ
ｇＣｒ２０４−Ｔｉ０２，Ｓｉ０２−Ｂ２０３，Ｚの２
，ｍ０２等のガス透過性および水分吸着性をもつ無機材
料で構成されている。ガス感応層を構成する金属酸化物
半導体は、高温で化学吸着を起こし良好な感度を示すた
め、この発明のガス検知素子は高温で使用される。
したがって、前記電気絶縁層や吸着層を構成する材料は
そのような高温に耐える材料、すなわち無機材料でなけ
ればならないのである。このような３層構造のガス検知
素子は、例えばつぎのようにして製造される。
そのような高温に耐える材料、すなわち無機材料でなけ
ればならないのである。このような３層構造のガス検知
素子は、例えばつぎのようにして製造される。
すなわち、まずガス感応層構成材料を焼結してガス感応
層をつくり、このガス感応層に対して電気絶縁層構成材
料を用いてスパッタリングを行い、ガス感応層上に多孔
質皮膜（電気絶縁層）を形成して被覆する。つぎにこの
電気絶縁層上に、Ｚｎ○−Ｖ２０５−Ｌｉ２０，Ｋ２０
一Ｆｅ２０３，Ｎａ２０一Ｆｅ２０３，ＭｇＣて２０４
一Ｔｉ０２，Ｓｉ０２−Ｂ２０３，Ｚｒ０２，Ｔｈｏ２
等の吸着層構成材料微粉末の分散液を塗布（吹付け、浸
猿等）して被覆し、３層構造となった状態で最終焼結を
行う。その結果、３層構造のガス検知素子が製造される
。また、このようにして電気絶縁層上に吸着層を形成す
るのではなく、吸着層構成材料のうち、特にＳｎ０２を
用いてＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｅｒｄｅｐｏ
ｓｉｔｊｏｎ）によって電気絶縁層上に吸着層を形成す
ることもできる。また、ＬｉＣＩは焼結によって電気絶
縁層に一体化させなくても、バィンダを用い電気絶縁層
上に塗布することによって吸着層を形成することができ
る。このようにしてガス検知素子を製造する場合におい
て、ガス感応層に電極が接続され、この電極が電気絶縁
層および吸着層を通って素子の外部に引き出されるが、
この電極は吸着層（水分吸着によってそれ自身の電気抵
抗が変化する）と絶縁しておくことが必要である。また
、可燃性ガスは、電気絶縁層および吸着層に多少吸着さ
れるため、それらの厚みをあまり大きくすると可燃性ガ
スが初期濃度よりもかなり低し・濃度でガス感応層に到
達するようになり好ましくない。例えば電気絶縁層の厚
さの異なる２層構造のガス検知素子をつくり、その電気
絶縁層の厚さとガス感度の関係を調べたところ、電気絶
縁層の厚さが大になる程ガス感度が小さくなっていた。
これについてより詳しく述べると、Ｓｎ０２粉末を用い
、これを、白金電極を埋め込んで円筒状に成形し空気中
で焼成してガス感応体（ガス感応層）をつくった。つぎ
に、これを、種々の濃度の微粒子ケイ酸（コロィダルシ
リカを乾燥し焼成して粉砕したもの）のポリエチレング
リコール分散液に浸潰して乾燥したのち再度焼成して種
々の膜厚の電気絶縁皮膜をもつ２層構造のガス検知素子
を製造した。つぎに、このようにして得られたガス検知
素子について、空気中の素子抵抗値（Ｒａｉｒ）とィソ
ブタン濃度２００の血の雰囲気中の素子抵抗値（Ｒｇａ
ｓ）を下記の測定条件で測定した。
層をつくり、このガス感応層に対して電気絶縁層構成材
料を用いてスパッタリングを行い、ガス感応層上に多孔
質皮膜（電気絶縁層）を形成して被覆する。つぎにこの
電気絶縁層上に、Ｚｎ○−Ｖ２０５−Ｌｉ２０，Ｋ２０
一Ｆｅ２０３，Ｎａ２０一Ｆｅ２０３，ＭｇＣて２０４
一Ｔｉ０２，Ｓｉ０２−Ｂ２０３，Ｚｒ０２，Ｔｈｏ２
等の吸着層構成材料微粉末の分散液を塗布（吹付け、浸
猿等）して被覆し、３層構造となった状態で最終焼結を
行う。その結果、３層構造のガス検知素子が製造される
。また、このようにして電気絶縁層上に吸着層を形成す
るのではなく、吸着層構成材料のうち、特にＳｎ０２を
用いてＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｅｒｄｅｐｏ
ｓｉｔｊｏｎ）によって電気絶縁層上に吸着層を形成す
ることもできる。また、ＬｉＣＩは焼結によって電気絶
縁層に一体化させなくても、バィンダを用い電気絶縁層
上に塗布することによって吸着層を形成することができ
る。このようにしてガス検知素子を製造する場合におい
て、ガス感応層に電極が接続され、この電極が電気絶縁
層および吸着層を通って素子の外部に引き出されるが、
この電極は吸着層（水分吸着によってそれ自身の電気抵
抗が変化する）と絶縁しておくことが必要である。また
、可燃性ガスは、電気絶縁層および吸着層に多少吸着さ
れるため、それらの厚みをあまり大きくすると可燃性ガ
スが初期濃度よりもかなり低し・濃度でガス感応層に到
達するようになり好ましくない。例えば電気絶縁層の厚
さの異なる２層構造のガス検知素子をつくり、その電気
絶縁層の厚さとガス感度の関係を調べたところ、電気絶
縁層の厚さが大になる程ガス感度が小さくなっていた。
これについてより詳しく述べると、Ｓｎ０２粉末を用い
、これを、白金電極を埋め込んで円筒状に成形し空気中
で焼成してガス感応体（ガス感応層）をつくった。つぎ
に、これを、種々の濃度の微粒子ケイ酸（コロィダルシ
リカを乾燥し焼成して粉砕したもの）のポリエチレング
リコール分散液に浸潰して乾燥したのち再度焼成して種
々の膜厚の電気絶縁皮膜をもつ２層構造のガス検知素子
を製造した。つぎに、このようにして得られたガス検知
素子について、空気中の素子抵抗値（Ｒａｉｒ）とィソ
ブタン濃度２００の血の雰囲気中の素子抵抗値（Ｒｇａ
ｓ）を下記の測定条件で測定した。
（測定条件）素子温度 ： ４００００
周囲湿度 ： Ｄｐ＝１３℃
素子通電電流 ：ｌｍＡ
その結果を第１図に示す。
第１図において、曲線Ａは空気中の素子抵抗値（Ｒａｉ
ｒ）曲線、曲線Ｂはガス中の素子抵抗値（Ｒｇａｓ）曲
線である。図面から明らかなように電気絶縁皮膜の膜厚
が厚くなるとＲａｉｒとＲ鞍ｓの差が小さくなりガス感
度が下がることがわかる。以上のように、この発明のガ
ス検知素子は、ガス感応層と電気絶縁層と吸着層の３層
構造となっていて、可燃性ガスに帯同する水分が吸着層
によって吸着されてガスのみがガス感応層に到達するよ
うになっているため、被検知雰囲気中の湿度の影響を受
けることがない。
ｒ）曲線、曲線Ｂはガス中の素子抵抗値（Ｒｇａｓ）曲
線である。図面から明らかなように電気絶縁皮膜の膜厚
が厚くなるとＲａｉｒとＲ鞍ｓの差が小さくなりガス感
度が下がることがわかる。以上のように、この発明のガ
ス検知素子は、ガス感応層と電気絶縁層と吸着層の３層
構造となっていて、可燃性ガスに帯同する水分が吸着層
によって吸着されてガスのみがガス感応層に到達するよ
うになっているため、被検知雰囲気中の湿度の影響を受
けることがない。
つぎに、実施例について説明する。
金属スズを濃硝酸（６９％）中に添加して白色沈殿をつ
くり、これを仮焼（６００午ｏ）したのち粉砕してＳの
２粉末をつくった。
くり、これを仮焼（６００午ｏ）したのち粉砕してＳの
２粉末をつくった。
つぎに、このＳｎＱ粉末を「白金電極を埋め込んで円筒
状に成形（・寸法２０×２肋）し、ついで空気中で１０
００℃にて焼成し円筒状のガス感応体をつくった。この
ガス感応体に、ＳｉＱをスパッタリングして電気絶縁膜
をつくった。他方、Ｎａ２０・Ｓｉ０２を充分粉砕して
微粒子状にしたものを、ポリエチレングリコールを添加
したアルコール溶液中に分散して分散液をつくった。つ
ぎに、この分散液に電気絶縁膜を形成したガス感応体を
浸潰し、ついで引き上げて乾燥したのち再び焼成して目
的とする３層構造のガス検知素子を得た。このようにし
て得られたガス検知素子について、上記のＳｎ０２粉末
を円筒状に成形して焼成したガス感応体（従来のガス検
知素子に相当する）を比較例として対照しながら空気中
の素子抵抗値（Ｒａｉｒ）とィソプタン濃度２００の岬
雰囲気中の素子抵抗値（Ｒ鱗ｓ）を下記の測定条件で測
定した。
状に成形（・寸法２０×２肋）し、ついで空気中で１０
００℃にて焼成し円筒状のガス感応体をつくった。この
ガス感応体に、ＳｉＱをスパッタリングして電気絶縁膜
をつくった。他方、Ｎａ２０・Ｓｉ０２を充分粉砕して
微粒子状にしたものを、ポリエチレングリコールを添加
したアルコール溶液中に分散して分散液をつくった。つ
ぎに、この分散液に電気絶縁膜を形成したガス感応体を
浸潰し、ついで引き上げて乾燥したのち再び焼成して目
的とする３層構造のガス検知素子を得た。このようにし
て得られたガス検知素子について、上記のＳｎ０２粉末
を円筒状に成形して焼成したガス感応体（従来のガス検
知素子に相当する）を比較例として対照しながら空気中
の素子抵抗値（Ｒａｉｒ）とィソプタン濃度２００の岬
雰囲気中の素子抵抗値（Ｒ鱗ｓ）を下記の測定条件で測
定した。
（漁り定条件）素子温度 ： ４００ｏ０
周囲湿度 ： Ｄｐ＝１チ○
素子透露電流 ：ｌｍＡ
その結果を第２図に示す。
第２図において、曲線Ｃａは実施例の空気中の素子抵抗
値曲線、曲線Ｃｇは実施例のガス中の素子抵抗曲線、曲
線Ｄａは比較例の空気中の素子抵抗曲線、曲線Ｄｇは比
較例のガス中の素子抵抗曲線である。第２図から明らか
なように、実施例のガス検知素子は湿度の影響を殆んど
受けないことがわかる。
値曲線、曲線Ｃｇは実施例のガス中の素子抵抗曲線、曲
線Ｄａは比較例の空気中の素子抵抗曲線、曲線Ｄｇは比
較例のガス中の素子抵抗曲線である。第２図から明らか
なように、実施例のガス検知素子は湿度の影響を殆んど
受けないことがわかる。
第１図は電気絶縁層の厚さとガス感度の関係を説明する
説明図、第２図はこの発明の一実施例の効果を説明する
ための湿度−素子抵抗線図である。 第１図 第２図
説明図、第２図はこの発明の一実施例の効果を説明する
ための湿度−素子抵抗線図である。 第１図 第２図
Claims (1)
- １ 金属酸化物半導体からなるガス感応層と、ガス透過
性をもつ無機材料からなり前記ガス感応層の表面に密着
形成された電気絶縁層と、ガス透過性および水分吸着性
をもつ無機材料からなり前記電気絶縁層の表面に密着形
成された水分吸着層とを備え、高温で使用されることを
特徴とするガス検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53152839A JPS603612B2 (ja) | 1978-12-08 | 1978-12-08 | ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53152839A JPS603612B2 (ja) | 1978-12-08 | 1978-12-08 | ガス検知素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5578236A JPS5578236A (en) | 1980-06-12 |
| JPS603612B2 true JPS603612B2 (ja) | 1985-01-29 |
Family
ID=15549251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53152839A Expired JPS603612B2 (ja) | 1978-12-08 | 1978-12-08 | ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS603612B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6017813A (ja) * | 1983-07-07 | 1985-01-29 | 近畿電機株式会社 | プラスチツク製碍子の漏電防止方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5999343A (ja) * | 1982-11-30 | 1984-06-08 | Toshiba Corp | ガス検知素子 |
| WO2026018550A1 (ja) * | 2024-07-19 | 2026-01-22 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ガス検出装置及びガス検出方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5435757Y2 (ja) * | 1973-06-09 | 1979-10-30 | ||
| JPS51114087U (ja) * | 1975-03-13 | 1976-09-16 |
-
1978
- 1978-12-08 JP JP53152839A patent/JPS603612B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6017813A (ja) * | 1983-07-07 | 1985-01-29 | 近畿電機株式会社 | プラスチツク製碍子の漏電防止方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5578236A (en) | 1980-06-12 |
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