JPS6340847A - ガス検知方法 - Google Patents
ガス検知方法Info
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- JPS6340847A JPS6340847A JP18450686A JP18450686A JPS6340847A JP S6340847 A JPS6340847 A JP S6340847A JP 18450686 A JP18450686 A JP 18450686A JP 18450686 A JP18450686 A JP 18450686A JP S6340847 A JPS6340847 A JP S6340847A
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- porous silicon
- silicon layer
- silicon substrate
- gas
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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】
〔厘業上の利用分野〕
本発明は、各種の気体に反応するガスセンサを用い九ガ
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。
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ろシ、またその構造につ
いても種々青光られている。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った利点があり注目を集めてい
る。
いても種々青光られている。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っ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
になったり、生化学物質を用いなければならないといっ
た問題がｓｂ、コストなどの面で満足できるものは少な
かった。
になったり、生化学物質を用いなければならないといっ
た問題がｓｂ、コストなどの面で満足できるものは少な
かった。
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６ｌ−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
子に電極を形成し九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った。
を得ることを提案した（特願昭６ｌ−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
子に電極を形成し九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った。
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。
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。
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
することによって上記の目的を達成するものである。
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
することによって上記の目的を達成するものである。
すなわち、−表ｉｊ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ｆ甑を形成した素子
をガス雰囲気中に配置し、該素子の容量の変化によって
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ｆ甑を形成した素子
をガス雰囲気中に配置し、該素子の容量の変化によって
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じて検出するこ
とＫよって検出を容易べするものである。
とＫよって検出を容易べするものである。
本発明は、大きな表面積を有する多孔質クリコ／の性質
を研究する過程でなされたもので、付着するガスによっ
て多孔質シリコンの電気的特性がＩ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。
を研究する過程でなされたもので、付着するガスによっ
て多孔質シリコンの電気的特性がＩ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。以下に実施列について説明する。
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。以下に実施列について説明する。
第１図は本発明に利用するセンサ部の一列を示す正面断
ｒＩＩＪ図である。
ｒＩＩＪ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Ｎｊ
１１が形成してあり、多孔質シリコン層１１０表面の一
部分に電ＩＩ！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
に電慨１３が形成されている。
１１が形成してあり、多孔質シリコン層１１０表面の一
部分に電ＩＩ！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
に電慨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１００表面
を陽極化成処理することによって形成する。
を陽極化成処理することによって形成する。
ボロンをドープしたＰ型巣結晶シリコン基板（ρ＝９０
・創）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って多孔質シリ
コン層の厚みが決まるが、本発明を実施するＫあたりて
は７〜４５μｍの厚みとした。
・創）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って多孔質シリ
コン層の厚みが決まるが、本発明を実施するＫあたりて
は７〜４５μｍの厚みとした。
′ＴｊＬ極１３は何を用いても良く、アルミニウムなど
Ｋよって形成できる。多孔質シリコン層１１０表面に形
成する電極１２は全面にわたりてではなく１０■Ｘ１０
ｍの表面の中央部のみに形成した。
Ｋよって形成できる。多孔質シリコン層１１０表面に形
成する電極１２は全面にわたりてではなく１０■Ｘ１０
ｍ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−８ｎ−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模を用いた。
たものやＰｂ−８ｎ−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模を用いた。
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
場合と水ま九はアルコールの飽和蒸気中に置いた場合と
を比較した。
ように反応するかを測定した。測定は真空状態に置いた
場合と水ま九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、２４．５℃の真空中での容量が２８ｐＦであっ
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、多孔質シリては２２℃の真空中で３０ｐＦでめ
ったものが飽和水蒸気中で２７００ｐＦに増加した。
おいて、２４．５℃の真空中での容量が２８ｐＦであっ
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、多孔質シリては２２℃の真空中で３０ｐＦでめ
ったものが飽和水蒸気中で２７００ｐＦに増加した。
このようＫいずれもガスに反応して答情が大幅に増加し
ていることが確認された。なお、この容置の測定はＬＣ
Ｒメータを用いて行ったゆなお、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α５ＭΩと約２０分の−に減少し
ていた。この抵抗の減少は容度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。
ていることが確認された。なお、この容置の測定はＬＣ
Ｒメータを用いて行ったゆなお、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α５ＭΩと約２０分の−に減少し
ていた。この抵抗の減少は容度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った。
は前記の特性の変化にはほとんど影響が無かった。
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ＴＬＯ７１ＣＰ（ＴＩ社製）を用いた発振器を組
み合わせた列を第２図に示す。セン？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列に限られるものではなく
池の構成りも第２図のセンサ素子な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５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ｓｂ、短時間に急激に周波数が下がっていることを示
している。約４０秒ではソ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５２でらる。約６０秒ではソ完全に復帰し
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。
素子とＴＬＯ７１ＣＰ（ＴＩ社製）を用いた発振器を組
み合わせた列を第２図に示す。セン？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列に限られるものではなく
池の構成りも第２図のセンサ素子な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５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ｓｂ、短時間に急激に周波数が下がっていることを示
している。約４０秒ではソ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５２でらる。約６０秒ではソ完全に復帰し
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置と
周波数の関係を示したもので、環極間の容量が増加する
に従って発振周波数が下がっていることを示している。
周波数の関係を示したもので、環極間の容量が増加する
に従って発振周波数が下がっていることを示している。
第２図に示した列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。
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。
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。
、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。
ちに変化が生じた。
本発明によれば、センナ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。
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。
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。
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図は測定方法の一関１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
示す説明図でめる。 １０・・・・・・単結晶シリコン基板。 １１・・・・・・多孔質シリコｙ ｈ ＋１２．１３・
・・・・・電極 理
、第２図は測定方法の一関１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
示す説明図でめる。 １０・・・・・・単結晶シリコン基板。 １１・・・・・・多孔質シリコｙ ｈ ＋１２．１３・
・・・・・電極 理
Claims (2)
- （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。 - （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 true JPS6340847A (ja) | 1988-02-22 |
| JPH0810202B2 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 (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012513590A (ja) * | 2008-12-23 | 2012-06-14 | 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 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102489142B1 (ko) * | 2020-11-25 | 2023-01-13 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 정전용량형 가스센서 및 그 제조 방법 |
| WO2023153561A1 (ko) * | 2022-02-09 | 2023-08-17 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 복합 가스 센서, 그 제조방법 및 복합 가스 센서의 제어방법 |
| KR102750205B1 (ko) * | 2022-02-09 | 2025-01-07 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 복합 가스 센서, 그 제조방법 및 복합 가스 센서의 제어방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60259943A (ja) * | 1977-01-31 | 1985-12-23 | パナメトリクス・インコーポレイテツド | 湿度センサ |
-
1986
- 1986-08-06 JP JP61184506A patent/JPH0810202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60259943A (ja) * | 1977-01-31 | 1985-12-23 | パナメトリクス・インコーポレイテツド | 湿度センサ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012513590A (ja) * | 2008-12-23 | 2012-06-14 | 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0810202B2 (ja) | 1996-01-31 |
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Legal Events
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