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JPS6037423B2 - ガスセンサ - Google Patents

ガスセンサ

Info

Publication number
JPS6037423B2
JPS6037423B2 JP16588579A JP16588579A JPS6037423B2 JP S6037423 B2 JPS6037423 B2 JP S6037423B2 JP 16588579 A JP16588579 A JP 16588579A JP 16588579 A JP16588579 A JP 16588579A JP S6037423 B2 JPS6037423 B2 JP S6037423B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
capacitance
film
changes
ultrafine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP16588579A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5687852A (en
Inventor
久仁 小川
惇 阿部
雅博 西川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP16588579A priority Critical patent/JPS6037423B2/ja
Publication of JPS5687852A publication Critical patent/JPS5687852A/ja
Publication of JPS6037423B2 publication Critical patent/JPS6037423B2/ja
Expired legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス、湿度の変化を超微粒子材料膜の容量変化
として高感度に検出しうる改良された素構造のガス・セ
ンサを提供しようとするものである。
これまで、出願人においては第1図に示すような感応体
である超微粒子材料膜の厚さ方向に電極を形成し、ガス
・湿度に対する電極間の容量を測定する素子を提案した
(侍顔昭54一68413号、(侍開昭55一1591
4y号公報))。
ここで1はガラス・セラミックスもしくはシリコン等か
らなる基板であり、その上に下部電極となる金属膜2、
たとえばAu等が数千Aの厚さに蒸着などにより形成さ
れている。3は数〜数十Amの厚さの超微粒子材料から
なる感応体であり、たとえばSn,Cu,Mn等の金属
酸化物を主成分としてる。
4は上部電極であり、不活性ガス雰囲気中で形成したガ
ス・水蒸気の流通性に優れかつ前記感応体3との電気的
接触に優れているAuもしくはSn等の金属超微粒子膜
である。
この構造の素子のィソブタンガスに対する電気特性、す
なわち容量Csおよび抵抗値Rsの変化を第2図に示す
イソブタンガス濃度の10岬pmから1000ppmへ
の変化に対して容量値が10他Fから100他Fへ増加
し、抵抗値が40k0から10kQに低下する。
さらに、この素子の電気特性と素子動作温度との関係を
第3図に示す。素子動作温度が10000から400℃
の範囲内であるとき、ィソブタンガス0%の雰囲気中で
は容量Coはほぼ50pFで一定であり、温度依存性が
非常に少ないが、抵抗値Roは複雑な変化を示し、温度
依存性が非常に強い。この種の構造の素子では感応体で
ある金属酸化物超微粒子膜と上部電極、下部電極との接
触抵抗の大きさが各素子間でかなりの違いを生じるのは
避けがたく、抵抗変化素子として用いようとすると素子
抵抗のばらつきが大きくなり、歩蟹りが低下する。
一方、容量変化素子としては、接触抵抗のばらつきはほ
とんど問題にならない。このように、素子を動作させる
ときの素子動作温度制御の点でも、素子を製造するとき
の容易この点からも、この種の素子では抵抗変化素子と
してよりも容量変化素子として使用する方が優れている
と言える。
容量変化素子として用いる場合、たとえば雰囲気ガスの
変化を発振回路の一部分に組込んだセソサの素子容量変
化として検出することにより、たとえば安全な低濃度ガ
ス領域では50〜100HZ程度で、ガス濃度が増して
危険度が高まるにつれてlkHZ〜球日2といった具合
に、ガス濃度により発振周波数が変化するような警報器
を非常に容易に構成することができる。
ところが、第1図に示した構造の素子では第2図で示す
ように、ガス濃度の変化という現象に対して素子パラメ
ータとして容量Csと抵抗Rsとの二つが同時に変化す
る。
これは、発振回路などの設計を非常に複雑にしてしまう
ので、好ましいことではない。棚こ、容歌決まるインピ
ーダンス方を 抵抗値Rsよりも十分小さくするために、発振周波数を
高くしなければならない。
たとえば、イソブタンガス100■pmのときの値を考
えると、Rs=10kQに対してCs=100蛇Fであ
るので、周波数が低くても100kHZ(このときゴミ
=16kQ)以上‘ま必要となり、可聴城の発振が得ら
れないし、また使用する回路部品も高周波用のものを必
要とし、回路構成が高価なものになる。
本発明は、上記のような素子の欠点を除去したものであ
り、雰囲気ガス濃度の変化に対して、感応体である超微
粒子材料膜の容量のみが変化するように構成したもので
ある。
以下、第4図を用いて本発明による検知装置一実施例に
ついて説明する。
1,2,3,4は第1図の素子におけるものと同じくそ
れぞれ基板、下部電極、感応体となる金属酸化物超微粒
子膜、上部電極となる金属超微粒子材料膜であるここで
感応体はSn,Cu,Mnの金属酸化物を少なくとも含
む金属酸化物超微粒子膜であり、これは以下の様にして
作製できる。
ここでは、Sn酸化物の超微粒子膜の作製を例にあげて
、第7図を用いて超微粒子の形成方法を詳しく説明する
。通常の真空蒸着装層71中の試料ホルダー72に、基
板1を取付け、固定する。蒸着用ボート73中にSn,
SnOまたはSN02等の4蒸発材料74をセットした
後、排気口75に接続した真空ポンプ(図示せず)を作
動させて、装置の内部を5×10‐6Tor8塁度の真
空度にする。この後、02ガス導入口76のコックを開
き、装置内に02ガスを導入し、その圧力をたとえば0
.5Ton程度に保つ。次に、蒸発用電源7によりボー
ト73に通電させ、それを発熱させて、02ガス雰囲気
のもとで蒸発材料74を十数秒から数分間蒸発させる。
たとえば蒸発材料74としてSnを使用したとき、ボー
ト73に70〜80A、4Vの電力を1分間印加したと
ころ、平均粒径が30A程度の粒子からなる約1山mの
厚さのSn酸化物超微粒子膜が基板1上に形成された。
0 ここでは、蒸発材料を蒸発させる方法として、抵抗
加熱法を例にあげて述べたが、他の方法たとえば誘導加
熱法や赤外線加熱法でもよいことは言うまでもないこと
である。
このようにして得られる超微粒子膜の特性は、その製造
条件によってかなり異なる。
種々の作製パラメーターの中でも、特に超微粒子形成過
程となる雰囲気すなわち02ガスの圧力に強く依存する
。Sn酸化物の超微粒子の場合を例にとると、Qガス圧
10morrでは平均粒径が百数十A・02ガス圧IT
orrでは数十Aの超微粒子が形成される。一般に、超
微粒子の粒蓬が小さくなるほど、粒子中に占める表面の
割合が大きくなり、粒子全エネルギー中に占める表面エ
ネルギーの割合が大きくなる。すなわち、表面活性度が
増加する。そのため、ガス・水蒸気などの外的作用因子
に対してきわめて敏感に感応する。Sn酸化物超微粒子
膜の、ィソブタンガスに対する02ガス圧力依存性を測
定した結果、感度は平均粒径が10〜120Aのときに
認められることがわかった。
次に、上部電極となる金属超微粒子は、上記金属酸化物
超微粒子膜作製時に用いた02ガスのかわりに〜やHe
などの不活性ガスを用いて、Au,Sn,Cuなどの金
属をITon程度のガス雰囲気中で蒸発させることによ
り容易に作製できる。
5は下部電極2と感応体3とを直流電気的に遮蔽するた
めに設けた数千A程度の厚さのSi02,Si3N4,
A〆203などの絶縁膜である。
ここで必要とされる絶縁膜の特性は100〜10kHZ
の周波数領域においてRs>50×CsW‐1であれば
よい。この特性は1000〜3000△の厚さの前記絶
縁膜では容易に達成できるものである。この絶縁膜は、
Si0やSiQをスパッタリングしたり、あるいは、酸
素を含んだ雰囲気中で約450℃の温度でSi比ガスを
熱分解させたりすることより容易に形成できる。
今一例として感応体として平均粒径が約30Aの酸化錫
超微粒子膜を上部電極として約0.5Torrの〜雰囲
気で作製した平均粒径が約80Aの錫超微粒子を、絶縁
膜としてスパッタリングにより1000Aの厚さSi0
2膜を下部電極2と感応体3との間に設けると、Si0
2膜の部分の容量は5000pF程度になる。
このときの素子のィソブタンガスに対するCs,Rsの
変化を第5図に示す。ィソブタンガスが10加pmから
100蛇pmに変化すると、Csは約100pFから8
30pF程に変化する。一方、Rsは第1図の素子に比
べて10併音程度増大し、数MQになり、Csのインピ
ーダンスに比べて、回路構成上、全く問題がないほど大
きくなる。第6図は本発明の他の実施例を示したもので
ある。
基板61は銅、コパールなどの導電性材料からなり、こ
れは下部電極と素子加熱のためのヒーターの役目を兼ね
ている。62はSi02などの絶縁膜、63は金属酸化
物超微粒子からなる感応部、64は金属超微粒子からな
る上部電極、65は上部電極のとりだし部分である。
素子の容量は端子65,67間で測定し、素子加熱は端
子66,67間に通電して行えるようにしている。以上
述べたように本発明は、電極部と感応部との間に絶縁層
を介在させることにより、外的作用因子の変化を実用上
感応体の容量変化としてのみ検出することができ、周辺
回路構成を容易にできるという利点を有するものである
【図面の簡単な説明】
第1図は改良前の構造の半導体検知装置の要部断面図、
第2図はそのィソブタンガスに対する容量Csおよび抵
抗値Rsの変化を示す図、第3図はその容量Csおよび
抵抗値Rs動作温度依存性を示す図である。 第4図は本発明にかかる半導体検知装置の一実施例の要
部断面図、第5図はそのィソブタンガスに対する容量C
sおよび抵抗値Rsの変化を示す図、第6図は本発明の
他の実施例の要部斜視図、第7図は本発明の実施例にお
ける真空蒸着装層の断面図である。1・・…・基板、2
・・・・・・下部電極、3・・・・・・感応体、4・・
・・・・上部電極、5・・・・・・絶縁膜、61・…・
・基板、62・・・・・・絶縁膜、63・・・・・・感
応部、64・・・・・・上部電極、65・…・・下部電
極。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 平均粒径が10Å以上で120Å以下であるSn,
    Mn,Cuの酸化物を少くとも含む金属酸化物超微粒子
    材料膜をはさんで形成した二つの電極の少なくとも一方
    の電極が、絶縁性薄膜を介して前記超微粒子材料膜に接
    してることを特徴とするガスセンサ。
JP16588579A 1979-12-19 1979-12-19 ガスセンサ Expired JPS6037423B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16588579A JPS6037423B2 (ja) 1979-12-19 1979-12-19 ガスセンサ

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JP16588579A JPS6037423B2 (ja) 1979-12-19 1979-12-19 ガスセンサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5687852A JPS5687852A (en) 1981-07-16
JPS6037423B2 true JPS6037423B2 (ja) 1985-08-26

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ID=15820820

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JP16588579A Expired JPS6037423B2 (ja) 1979-12-19 1979-12-19 ガスセンサ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5896722A (ja) * 1981-12-04 1983-06-08 今井 淑夫 容量式湿度センサ及びその製造法
JPS62203447U (ja) * 1986-06-16 1987-12-25

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JPS5687852A (en) 1981-07-16

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