JP2702279B2 - ガス検知素子 - Google Patents
ガス検知素子Info
- Publication number
- JP2702279B2 JP2702279B2 JP2340843A JP34084390A JP2702279B2 JP 2702279 B2 JP2702279 B2 JP 2702279B2 JP 2340843 A JP2340843 A JP 2340843A JP 34084390 A JP34084390 A JP 34084390A JP 2702279 B2 JP2702279 B2 JP 2702279B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- platinum
- electrode
- detection element
- gas detection
- 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 - Lifetime
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 66
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 148
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 41
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 20
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 15
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 10
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001922 gold oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003445 palladium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003446 platinum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003450 rhodium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 166
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 68
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 53
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 38
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 27
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 17
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 15
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 14
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 13
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 12
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 12
- 229910052763 palladium Chemical group 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 9
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 229910018967 Pt—Rh Inorganic materials 0.000 description 7
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 7
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical group [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011787 zinc oxide Chemical group 0.000 description 3
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 2
- 101150003085 Pdcl gene Proteins 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010718 Oxidation Activity Effects 0.000 description 1
- 229910000629 Rh alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- SZOADBKOANDULT-UHFFFAOYSA-K antimonous acid Chemical compound O[Sb](O)O SZOADBKOANDULT-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- FAPDDOBMIUGHIN-UHFFFAOYSA-K antimony trichloride Chemical compound Cl[Sb](Cl)Cl FAPDDOBMIUGHIN-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C UQEAIHBTYFGYIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003915 liquefied petroleum gas Substances 0.000 description 1
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- PXXKQOPKNFECSZ-UHFFFAOYSA-N platinum rhodium Chemical compound [Rh].[Pt] PXXKQOPKNFECSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- CVNKFOIOZXAFBO-UHFFFAOYSA-J tin(4+);tetrahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Sn+4] CVNKFOIOZXAFBO-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
- G01N27/16—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas
-
- G—PHYSICS
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- 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
漏洩検知器やガス漏れ警報器等のためのセンサとして使
用されるガス検知素子に関する。
体式ガス検知素子は検出対象の燃料ガス以外の水素やア
ルコールに対しても感度を有していた。これが警報器の
誤警報の大きな原因となっていた。そのため水素やアル
コール等の妨害(干渉)ガスとよばれる雑ガスに対する
感度を選択的に低下させた、言い換えれば燃料ガス等に
対し選択的な感度を有する、半導体式ガス検知素子が求
められている。
ス検知素子を得るために、従来は半導体式ガス検知素子
の表面層に各種の活性物質を担持させてフィルター層と
したり、活性な物質よりなるフィルター層を新たに設け
た半導体式ガス検知素子等があった。
検知素子(5′)を第10図に示した。本素子は白金製の
金属電極(4)のまわりに酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛
(ZnO)等の金属酸化物半導体層(1′)を設け更にそ
れを覆うようにして、例えば、アルミナ等の担体にPt,P
d等の活性な貴金属を担持したフィルター層(3)を設
けている。以上の従来の半導体式ガス検知素子(5′)
においては金属酸化物半導体層そのものやガスと接触す
る外表面にのみ注目し、その金属酸化物半導体層
(1′)の全体にあるいは外表面に選択的に添加物を添
加したり、それらの半導体層を多層化したり又はフィル
ター層を付加することによってガス感度の選択性を変化
させていた。
みた結果、従来の半導体式ガス検知素子は雰囲気(ガス
雰囲気)−金属酸化物半導体層(1′)間の界面の反応
にのみ注目していたと考えられる。しかし半導体式ガス
検知素子にはもう一つの界面として金属酸化物半導体層
(1′)−金属電極(4)間の界面(M)が存在する。
この界面(M)に到達するまでに検知対象ガスは半導体
層(1′)中で反応するため、この界面(M)はガス感
度特性とは直接関係が無いと考えられていた。
ス検知素子はフィルター層を有するために構造が複雑に
なり量産性に欠けていた。更にこのような半導体式ガス
検知素子は高濃度の燃料ガスと接触した場合はフィルタ
ー層において接触燃焼が起き、その反応熱によって内部
半導体が高温にさらされて変質し感度が低下したりする
等構成上の問題があった。
層等を使用しない単純な構造で量産性にすぐれた、新し
い構成のガス検知素子を提供することを目的とする。
(4)間の界面(M)がガス感度特性において重要な役
割を果していることを見出した。その内容を以下に説明
する。発明者はその界面(M)を形成する一つの重要な
要素として電極(4)の表面に着目した。その表面上に
各種の金属又は非金属を付着させてそれらのガス感度特
性に及ぼす影響を詳細に試験した。その結果、電極表面
の状態が重要な因子であることが分かった。また、同一
の電極材料であってもその電極表面に同種又は異種の金
属を付着させることによって特定のガスに対する選択性
を得られることや、その選択性の程度を制御できること
が分った。尚本発明において付着とは電着、化学蒸着及
び熱分解による付着を包含する。
物半導体層(1′)についてはそれを酸化錫、酸化イン
ジウムあるいは酸化亜鉛に置き換えた時に、白金電極表
面に白金やパラジウムを電着したものを例としてガス感
度特性に及ぼす影響を調べた。その結果金属酸化物半導
体層の種類、すなわち酸化錫、酸化インジウムあるいは
酸化亜鉛、によって著しく異なる影響を及ぼすことが分
った。特に、酸化錫の場合は影響が大きく、次に酸化亜
鉛、そして酸化インジウムの順に影響は減少した。これ
らの傾向は、ポテンシャル障壁層としての機能を有する
付着層に由来するものであり、電極と半導体層の界面
(M)に形成されたポテンシャル障壁の状態(例えばポ
テンシャルの高さ)やそれらの界面の化学的活性状態に
深く関係していると考えらえる。
子は、 白金、パラジウム、ロジウム、金、銀、銅、酸化ケイ素
のうちから選択された少なくとも1つの物質を有する付
着層を外面に形成した貴金属製電極、 前記貴金属製電極を覆って形成した酸化錫を主成分と
する半導体層、 を具備する。
ム、金、銀、銅又は酸化ケイ素等の物質を有する付着層
を外面に形成した貴金属製電極を半導体層で覆って形成
したことによって、各種の可燃性ガスについて水素やア
ルコール等の雑ガスに対する感度を抑え、燃料ガスに対
する選択性を与える。
酸化錫を金属酸化物半導体層として使用した場合に得ら
れた結果を具体的実施例として説明する。
す。このガス検知素子(5)はコイル状の電極(4)の
回りに0.1原子%のアンチモンを添加した酸化錫を主成
分として半導体層(1)を直径約0.45mmの球状に形成し
ている。
塩化アンチモンの水溶液にアンモニア水を滴下し、加水
分解して生成される水酸化錫と水酸化アンチモンの混合
ゲルを電気炉で約600℃で焼成して酸化物として得られ
たものである。こうして得られたアンチモンを添加した
酸化錫を蒸留水に分散してペースト状にしたものによっ
てコイル状の電極(4)を直径約0.45mmφで覆って塗付
し、その後電極(4)に電流を流して約600℃で加熱焼
結することによって半導体層(1)を形成した。
をコイル状に数回〜十数回巻回して電極(4)として形
成したものである。次に0.01mol/lの塩化白金酸(H2PtC
l6)水溶液中でこの電極(4)を陰極とし、白金線を陽
極として2.0Vの電圧を印加して電極(4)表面に白金を
電着させた。この白金の電着により一種の白金の付着層
が電極(4)の外面に形成される。この電着時間を0秒
から120秒まで種々に変化させて得られた複数の電極
(4)に上記の半導体層(1)を各々形成して複数のガ
ス検知素子を得た。
回路に接続して清浄空気中、水素1vol%のガス中、及び
メタン0.1vol%のガス中において各々のガス検知素子出
力を測定した。本回路ではガス検知素子(5)と他の固
定抵抗(Ro),(R1),(R2)によってブリッジ回路を
構成して電源(e)によって素子印加電圧Eを加え、ブ
リッジ電圧VBをガス検知素子出力として測定している。
ようになる。清浄空気中のガス検知素子(5)の抵抗値
Rsaが測定対象ガス雰囲気中で抵抗値Rsgに変化した時、
それに対応して、ガス検知素子出力VBはVaからVgに変化
する。その時のガス検知素子出力VBの変化分(ΔV)を
感度と呼び、次式(1)により定義する。
よび素子の負荷抵抗となる固定抵抗(Ro)の抵抗値Ro′
とにより次式で与えられる。
示す。第3図は、各々のガス検知素子の清浄空気中での
出力を白金電極表面への電着時間に対してプロットした
ものである。このようなデータを以後電着時間依存性を
示すデータという。ここで電着時間0秒の点は電着を行
なわない比較例のガス検知素子に対するデータである。
清浄空気中でのガス検知素子出力は電着時間の増加と共
に減少する。すなわち、素子抵抗が増加する。この増加
現象は、白金電極と酸化錫半導体との接触抵抗が増加す
ること、すなわちポテンシャル障壁の高さが増加するこ
と(ポテンシャル障壁が高くなったこと)によって生じ
たと考えられる。
(0.1vol%)に対する感度(ΔV)及び妨害ガスの代表
例としての水素(H2)(1.0vol%)に対する感度(Δ
V)の電着時間依存性を示す。水素感度は電着時間20秒
までに著しく低下し(約64%低下)、その後徐々に低下
していく。一方、メタン感度は、同様に電着時間20秒ま
でに31%低下し、以後は徐々に低下していく。この結果
を水素/メタン感度比(H2(1.0vol%)/CH4(0.1vol
%))の電着時間依存性を示す第5図に示す。
着されるまで感度比の値が低下し、以後ほぼ一定となっ
ていることを示している。つまり、ある一定量以上の白
金を電着させることによって感度比が向上することがわ
かった。
ンシャル障壁が白金の白金電極表面への電着により高く
なることや、この界面で起きる検知対象ガスとの化学反
応(主に、酸化錫半導体表面に存在する負電荷をもった
吸着酸素との酸化反応)及びその反応に伴うポテンシャ
ル障壁が低減されることによって検知対象ガスの感度が
支配されている。
下: 白金が電着された白金電極表面では、素子の動作温度
付近で水素に対する酸化活性がメタンやイソブタンに対
するそれに比べて大きく低下している。このためメタン
との反応によって以上に説明したポテンシャル障壁を低
減させる程度は水素との反応によってポテンシャル障壁
を低減させる程度と比べて大きくなり、その結果水素に
対するメタンの選択性が大きくなっていると考えられ
る。
をファラデーの法則によって求めた結果を第1表に示し
た。
上白金電極表面上に電着することが必要であることが分
かった。
して白金電極に電着を行っていないガス検知素子(A)
及び前述の白金を電着した白金電極(電着時間90秒)を
使用した本発明のガス検知素子(B)の濃度1000ppmの
各種のガス:メタン(CH4)、イソブタン(i−C
4H10)、水素(H2)、一酸化炭素(CO)及びエチルアル
コール(C2H5OH)に対する感度(ΔV)の素子印加電圧
依存性を示す。
に、本発明のガス検知素子(B)は同じ素子印加電圧
(2.3V程度)において、イソブタン、メタン等の燃料ガ
スに対する相対感度を水素、一酸化炭素、エチルアルコ
ール等の雑ガスに対する相対感度の3〜4倍程度にさせ
ている。これに比べて比較例のガス検知素子(A)は素
子印加電圧2.3V程度で燃料ガス(特にメタン)に対する
相対感度を雑ガス(特に水素)に対する相対感度と同程
度にさせているに過ぎない。すなわち本発明のガス検知
素子(B)は素子印加電圧Eを適当に選択することによ
って雑ガスに対する優れた燃料ガス選択性が得られる。
はコスト低減等の面から素子印加電圧の誤差が±1%程
度の簡単な構成の電源回路によって駆動されている。こ
れらの民生用の都市ガス用警報器では検出対象ガスであ
るイソブタンやメタンに対しては、実際のガスを使用し
て各々のガス検知素子毎に警報器としての警報設定を行
なうので以上の素子印加電圧の誤差は問題とならない。
一方雑ガスに対する感度が素子印加電圧の誤差によって
各々のガス検知素子毎に異なることは好ましくない。そ
のため雑ガスに対する感度の素子印加電圧依存性が小さ
いことが要求される。第6図(b)に示した雑ガスに対
する感度の素子印加電圧依存性は第6図(a)に示した
比較例のそれに較べて小さくなっている。従ってガス検
知素子(B)はこの点においても民生用の都市ガス用警
報器のガス検知素子として有用である。
着させて白金電極表面の活性を変化させて、各種ガスに
対するガス検知素子の感度を測定した。それに対してこ
の第2の具体的実施例では、白金電極に白金以外の金属
を電着し又は酸化ケイ素を化学蒸着により付着させて付
着層を構成した各ガス検知素子の燃料ガスに対する感度
を雑ガスに対する感度と比較した。このガス検知素子の
構造は前記具体的実施例1のガス検知素子(第1図参
照)と同様である。
場合、燃料ガスとしてイソブタンに対して数百ppm(例
えば100ppm)の警報濃度が設定されることが多い。ま
た、家庭用のガス漏れ警報器では、燃料ガスとしてメタ
ンに対して数千ppm(例えば4000ppm)の警報濃度が設定
されることが多い。そこでイソブタン100ppmと同等のガ
ス検知素子出力を得る時の雑ガスの例としての水素及び
エチルアルコールの濃度を第2表に、メタン4000ppmと
同等のガス検知素子出力を得る時の雑ガスの例としての
水素及びエチルアルコールの濃度を第3表に示した。
(Pd),金(Au)を電着させたガス検知素子が雑ガスに
対してイソブタンの十分な選択性を得られることが分
る。
(Pd),銀(Ag),ロジウム(Rh),銅(Cu)を電着さ
せたガス検知素子及び酸化ケイ素(SiO2)を化学蒸着さ
せたガス検知素子が雑ガスに対してメタンの十分な選択
性を得られることが分る。
着させても上記第2表及び第3表の白金やパラジウムと
同様のデータが得られた。このことから上記の物質を2
種類以上同一の電極に電着させても各々の物質の効果と
ほぼ同等の効果が得られると考えられる。
条件及び酸化ケイ素の化学蒸着の条件を以下にまとめて
示す。
件で90秒間白金を白金電極に電着した。
の条件で60秒間パラジウムを白金電極に電着した。
60秒間金を白金電極に電着した。
条件で60秒間ロジウムを白金電極に電着した。
0秒間銅を白金電極に電着した。
0秒間銀を白金電極に電着した。
H3)3)}の室温での飽和蒸気濃度(例えば20℃、4.2vol
%)雰囲気において白金電極を約60分間約500℃に加熱
して酸化ケイ素を白金電極に化学蒸着した。
した白金電極上に金属等を付着させた場合のガス検知素
子の感度の変化を試験した。次に白金線以外の貴金属製
の金属線として白金ロジウム合金線(20μmφ)(以後
Pt−Rh線と略す)に白金を電着させて電極として使用し
た場合の各種のガスに対するガス検知素子の感度を測定
した。このガス検知素子も前述の具体的実施例1のガス
検知素子(第1図参照)と同様に構成されたものであ
る。
水溶液中で電解電圧2.0Vの条件で90秒間白金をPt−Rh線
に電着することによって行なった。
Rh線電極を使用した比較例のガス検知素子(C)の濃度
1000ppm各種のガスに対する感度(ΔV)の素子印加電
圧依存性を示す。第7図(b)は白金を電着させたPt−
Rh線電極を有する本発明のガス検知素子(D)の濃度10
00ppmの各種のガスに対する感度(ΔV)の素子印加電
圧依存性を示す。第7図(b)と第7図(a)を比較す
ると、白金を電着させることによって、水素、エチルア
ルコール及び一酸化炭素等の雑ガスに対するガス検知素
子出力がメタン及びイソブタンに対するそれに比べて大
きく低下してることが分る。すなわち本発明のガス検知
素子(D)は雑ガスに対する優れた燃料ガス選択性が得
られる。
加電圧依存性も印加電圧2.2〜2.6Vの範囲で小さいの
で、先に述べた具体的実施例1のガス検知素子(B)と
同様にガス検知素子(D)も民生用の都市ガス用警報器
のガス検知素子として望ましい特性を示している。
のガス検知素子出力を得る時の雑ガスの例としての水素
及びエチルアルコールの濃度を第4表に、メタン4000pp
mと同等のガス検知素子出力を得る時の雑ガスの例とし
ての水素及びエチルアルコールの濃度を第5表に示し
た。
検知素子が白金を電着していないガス検知素子に比べて
雑ガスに対するイソブタンの選択性を約2倍程度向上さ
せていることが分る。
検知素子が白金を電着していないガス検知素子に比べて
雑ガスに対するメタンの選択性も約2倍程度向上させて
いることが分る。
的強度も優れているので電極材料として白金よりも好ま
しい。
に述べた電着法の代りに熱分解法を使用することを試験
した。この方法は、一定の濃度の金属塩の溶液(水溶液
や非水溶液)を加熱された電極上に滴下しながら熱分解
により金属又は金属酸化物を電極上に付着させる方法で
ある。ただしこの方法は付着物質の前駆体である金属塩
(錯塩)が溶液状である金属種にしか適用できない。
(Pd),金(Au),銀(Ag),ロジウム(Rh)及びイリ
ジウム(Ir)の熱分解による付着を試みた。各々の金属
塩としてH2PtCl6,PdCl2,HAuCl4,AgNO3,RhCl3及びIr
Cl3の0.01mol/lの濃度の水溶液を使用した。熱分解法の
工程を以下に簡単に記す。
上に滴下する。
出する。
れ電極表面に付着する。
1と同様にして、酸化錫半導体層を形成してガス検知素
子とした。各々のガス検知素子について、前記具体的実
施例2と同様に種々のガスに対する感度を測定した。そ
れらの結果を同様にイソブタン100ppmと同等のガス検知
素子出力を得る時の雑ガスの例としての水素及びエチル
アルコールの濃度を第6表に、メタン4000ppmと同等の
ガス検知素子出力を得る時の雑ガスの例としての水素及
びエチルアルコールの濃度を第7表に示した。
熱分解による付着させたガス検知素子が雑ガスに対して
イソブタンの十分な選択性を得られることが分った。
銀、ロジウムを熱分解により付着させたガス検知素子が
雑ガスに対してメタンの十分な選択性を得られることが
分った。
間の界面において、電極表面に同種又は異種の金属等を
電着等の方法により付着させることによって素子のガス
感度特性を制御し得ることが分った。
度特性を調整しメタンやイソブタン等の燃料ガスを検知
する際に干渉する水素やアルコール等の雑ガスに対する
感度を選択的に低下させることが分った。
が知られている。金属酸化物半導体と電極との界面はい
ずれの構造の素子においても共通して存在している。
9図に示す基板型の半導体式のガス検知素子において、
上記の具体的実施例1と同様の試験を行った。アルミナ
基板(13)上の白金電極(4a)又は(4a)(4b)を蒸着
法又は印刷手段によって形成した後に白金電極(4a)又
は(4a)(4b)上に上記具体的実施例1と同様に白金を
電着させてその上に酸化錫半導体層(1)を形成した。
電着にあたってはアルミナ基板(13)には電圧が印加さ
れないので白金がそのアルミナ基板上に電着されること
はない。なお第9図に示した基板型の半導体式ガス検知
素子(5b)はアルミナ基板(13)の裏面に加熱用のヒー
タ(6)を別に形成している。
型の半導体式ガス検知素子(5a)(5b)において種々の
ガス(メタン、イソブタン、水素等)に対する感度の素
子印加電圧依存性(ガス検知素子(5b)の場合は素子温
度依存性)を測定した。その結果、前述の具体的実施例
1の第6図(b)とほぼ同様のデータを得られた。した
がって、金属酸化物半導体と電極の界面を有する構造の
素子であれば、電極表面に物質を電着、熱分解等の処理
によって付着する処理によってガス検知素子のガス感度
特性を制御することが可能と考えられる。
ム、銀、銅又は酸化ケイ素等を有する付着層を形成した
貴金属電極を覆って酸化錫を主成分とする半導体層を形
成しているので、フィルター層等を必要とせず、このた
め構成が非常に単純となった。更に以上のようにガス検
知素子を構成することによって各種可燃性ガス等に対す
るガス感度が変化する。それによって、水素やアルコー
ル等の雑ガスに対する感度を選択的に低下させ、メタ
ン、プロパン等の燃料ガスに対する感度を相対的に向上
させる。さらに上記のように低下させられた雑ガスに対
する感度の素子印加電圧依存性も小さい。
視図、第2図はガス検知素子出力を測定するブリッジ回
路の原理図、第3図は清浄空気中でのガス検知素子出力
の電着時間依存性を示す図、第4図はガス検知素子のメ
タン及び水素に対する感度の電着時間依存性を示す図、
第5図はガス検知素子の水素/メタン感度比の電着時間
依存性を示す図、第6図(a)は比較例のガス検知素子
(A)の濃度1000ppmの各種のガスに対する感度の素子
印加電圧依存性を示す図、第6図(b)は本発明のガス
検知素子(B)の濃度1000ppmの各種のガスに対する感
度の素子印加電圧依存性を示す図、第7図(a)はPt−
Rh線電極を使用した比較例のガス検知素子(C)の濃度
1000ppmの各種のガスに対する感度の素子印加電圧依存
性を示す図、第7図(b)は白金を電着させたPt−Rh線
電極を使用した本発明のガス検知素子(D)の濃度1000
ppmの各種のガスに対する素子印加電圧依存性を示す
図、第8図は基板型の半導体式ガス検知素子の構成を示
す一部断面斜視図、第9図は他の基板型の半導体式ガス
検知素子の構成を示す一部断面斜視図、第10図は従来の
ガス検知素子を示す斜視図である。 図中、(1)は半導体層、(4)は電極、(5)はガス
検知素子である。
Claims (4)
- 【請求項1】白金、パラジウム、ロジウム、金、銀、銅
の金属及び酸化ケイ素のうちから選択された少なくとも
1つの物質を有する付着層を外面に形成した貴金属製電
極、 前記貴金属製電極を覆って形成した酸化錫を主成分とす
る半導体層、 を具備するガス検知素子、 - 【請求項2】前記付着層が前記金属のうちから選択され
た少なくとも1つの金属を電着することによって形成さ
れたことを特徴とする請求項(1)記載のガス検知素
子。 - 【請求項3】前記付着層が酸化ケイ素を化学蒸着するこ
とによって形成されたことを特徴とする請求項(1)記
載のガス検知素子。 - 【請求項4】前記付着層を前記金属のうちから選択され
た少なくとも1つの金属の化合物の熱分解によって付着
させて形成したことを特徴とする請求項(1)記載のガ
ス検知素子。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2340843A JP2702279B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | ガス検知素子 |
DE69124207T DE69124207T2 (de) | 1990-11-30 | 1991-09-12 | Gassensor |
EP91308347A EP0488503B1 (en) | 1990-11-30 | 1991-09-12 | Gas sensor |
CA002051556A CA2051556C (en) | 1990-11-30 | 1991-09-17 | Gas sensor |
US08/155,548 US5457333A (en) | 1990-11-30 | 1993-11-22 | Gas sensor used in leak detectors or alarm units |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2340843A JP2702279B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | ガス検知素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04208847A JPH04208847A (ja) | 1992-07-30 |
JP2702279B2 true JP2702279B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=18340817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2340843A Expired - Lifetime JP2702279B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | ガス検知素子 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5457333A (ja) |
EP (1) | EP0488503B1 (ja) |
JP (1) | JP2702279B2 (ja) |
CA (1) | CA2051556C (ja) |
DE (1) | DE69124207T2 (ja) |
Families Citing this family (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5625209A (en) * | 1992-08-26 | 1997-04-29 | Texas Instruments Incorporated | Silicon based sensor apparatus |
GB9313320D0 (en) * | 1993-06-28 | 1993-08-11 | Univ Loughborough | Sensing devices |
GB9408542D0 (en) * | 1994-04-29 | 1994-06-22 | Capteur Sensors & Analysers | Gas sensing resistors |
GB2303924A (en) * | 1994-04-29 | 1997-03-05 | Capteur Sensors & Analysers | Resistive gas sensing |
DE4437692A1 (de) * | 1994-10-21 | 1996-04-25 | Fraunhofer Ges Forschung | Kohlendioxid-Sensor |
US5594162A (en) * | 1995-06-06 | 1997-01-14 | Dolan; James P. | Valve stem gas leak detector |
US5777207A (en) * | 1995-11-27 | 1998-07-07 | Lg Electronics Inc. | Gas sensor and method for fabricating the same |
US5955776A (en) * | 1996-12-04 | 1999-09-21 | Ball Semiconductor, Inc. | Spherical shaped semiconductor integrated circuit |
JPH11142356A (ja) * | 1997-11-07 | 1999-05-28 | Fis Kk | 半導体ガスセンサ |
JP2000283943A (ja) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Matsushita Seiko Co Ltd | ガス検出装置 |
JP3518800B2 (ja) * | 1999-12-16 | 2004-04-12 | フィガロ技研株式会社 | ガスセンサ及びガス検出装置 |
US6197610B1 (en) * | 2000-01-14 | 2001-03-06 | Ball Semiconductor, Inc. | Method of making small gaps for small electrical/mechanical devices |
US7096865B1 (en) | 2000-10-18 | 2006-08-29 | Oxygen Lifeline, Llc | Personal gas supply delivery system |
JP2002139469A (ja) * | 2000-11-02 | 2002-05-17 | Yazaki Corp | ガス検知素子及びそれを有するガス検知装置 |
US6498643B1 (en) | 2000-11-13 | 2002-12-24 | Ball Semiconductor, Inc. | Spherical surface inspection system |
ITTO20030318A1 (it) * | 2003-04-24 | 2004-10-25 | Sacmi | Dispositivo sensore di gas a film sottile semiconduttore. |
CN100468029C (zh) * | 2005-03-03 | 2009-03-11 | 清华大学 | 标准漏孔及其制作方法 |
US7694547B2 (en) * | 2007-03-01 | 2010-04-13 | The Ohio State University Research Foundation | Robust high temperature composite and CO sensor made from such composite |
JP4580405B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2010-11-10 | エフアイエス株式会社 | 水素ガスセンサ |
DE102008042859A1 (de) * | 2008-10-15 | 2010-04-22 | Robert Bosch Gmbh | Elektronisches Bauelement |
US8501269B2 (en) * | 2008-10-16 | 2013-08-06 | Apollo, Inc. | Sensitive materials for gas sensing and method of making same |
DE102009007940B4 (de) * | 2009-02-06 | 2010-11-18 | Heraeus Sensor Technology Gmbh | Nichtleitfähiges Zirkonoxid |
JP6224311B2 (ja) * | 2012-11-06 | 2017-11-01 | Nissha株式会社 | 半導体ガスセンサ素子 |
US9377426B2 (en) * | 2012-11-16 | 2016-06-28 | The Regents Of The University Of California | Selective nanoscale asymmetric gas sensors |
CN105453272B (zh) * | 2013-08-19 | 2020-08-21 | 出光兴产株式会社 | 氧化物半导体基板及肖特基势垒二极管元件 |
JP6472168B2 (ja) * | 2014-03-25 | 2019-02-20 | 新コスモス電機株式会社 | 接触燃焼式ガスセンサ |
CN105738416B (zh) * | 2016-02-25 | 2018-11-09 | 华南师范大学 | 一种表面活性剂诱导电沉积加工ZnO气体传感器的方法 |
EP3908836B1 (en) * | 2019-01-11 | 2024-03-13 | ETH Zürich | Device and method for detecting methanol and/or ethanol |
CN112142093B (zh) * | 2020-09-17 | 2023-02-28 | 上海大学 | 一种负载Pd的棱状氧化锌及其制备方法和应用 |
CN114354724B (zh) * | 2022-01-11 | 2022-11-22 | 山西大学 | 一种金属氧化物半导体气体传感器及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA915458A (en) * | 1970-07-06 | 1972-11-28 | British Columbia Research Council | Method and apparatus for identifying gases |
US4030340A (en) * | 1976-07-22 | 1977-06-21 | General Monitors, Inc. | Hydrogen gas detector |
GB1601119A (en) * | 1977-11-30 | 1981-10-28 | Nat Res Dev | Gas sensors |
US4169369A (en) * | 1978-07-24 | 1979-10-02 | General Motors Corporation | Method and thin film semiconductor sensor for detecting NOx |
JPS56112638A (en) * | 1980-02-13 | 1981-09-05 | Nippon Denso Co Ltd | Gas component detecting element |
US4358951A (en) * | 1981-02-17 | 1982-11-16 | General Motors Corporation | Zinc oxide thin film sensor having improved reducing gas sensitivity |
JPS5991350A (ja) * | 1982-11-17 | 1984-05-26 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 薄膜酸素センサ |
JPS59120945A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-12 | Shinkosumosu Denki Kk | 水素選択性センサ |
JPS62847A (ja) * | 1985-02-12 | 1987-01-06 | Shinkosumosu Denki Kk | アルコール選択用検知素子 |
JPS6246247A (ja) * | 1985-08-23 | 1987-02-28 | Matsushita Electric Works Ltd | ガスセンサ |
JPS6247542A (ja) * | 1985-08-27 | 1987-03-02 | Matsushita Electric Works Ltd | ガスセンサ |
JPH0623709B2 (ja) * | 1986-02-28 | 1994-03-30 | 朝安 中野 | ガスセンサ |
JPS63109359A (ja) * | 1986-10-28 | 1988-05-14 | Figaro Eng Inc | センサ |
JPS63109357A (ja) * | 1986-10-28 | 1988-05-14 | Figaro Eng Inc | 燃焼安全装置 |
JPH02193053A (ja) * | 1988-07-14 | 1990-07-30 | Figaro Eng Inc | 排ガスセンサ及びその製造方法 |
US5047214A (en) * | 1989-03-08 | 1991-09-10 | New Cosmos Electric Co., Ltd. | Smell sensing element and smell sensing device |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2340843A patent/JP2702279B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-09-12 DE DE69124207T patent/DE69124207T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-12 EP EP91308347A patent/EP0488503B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-17 CA CA002051556A patent/CA2051556C/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-11-22 US US08/155,548 patent/US5457333A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5457333A (en) | 1995-10-10 |
CA2051556A1 (en) | 1992-05-31 |
EP0488503A3 (en) | 1993-04-28 |
DE69124207T2 (de) | 1997-08-21 |
EP0488503A2 (en) | 1992-06-03 |
EP0488503B1 (en) | 1997-01-15 |
CA2051556C (en) | 1996-11-12 |
JPH04208847A (ja) | 1992-07-30 |
DE69124207D1 (de) | 1997-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2702279B2 (ja) | ガス検知素子 | |
US4387165A (en) | H2 S Detector having semiconductor and noncontinuous inert film deposited thereon | |
US20100012919A1 (en) | Gas sensor having zinc oxide nano-structures and method of fabricating the same | |
EP3786627B1 (en) | Mems type semiconductor gas detection element | |
US4123225A (en) | Combustible gas detectors | |
EP0017375A1 (en) | Exhaust gas sensor having porous metal-impregnated ceramic element | |
EP0130785B1 (en) | Gas detecting element | |
JP3795944B2 (ja) | 半導体式ガスセンサの製造方法 | |
JP2001108649A (ja) | 可燃性ガス濃度測定装置及びこれを用いた可燃性ガス濃度測定方法並びに炭化水素ガス濃度測定装置及びこれを用いた炭化水素ガス濃度測定方法 | |
US20190317036A1 (en) | Gas sensor | |
JP6128598B2 (ja) | 金属酸化物半導体式ガスセンサ | |
EP0056339A1 (en) | A method of producing a stannic oxide type gas-detecting device | |
JP2005127743A (ja) | アンモニアガスセンサ | |
JP3171734B2 (ja) | 一酸化炭素ガス検知素子 | |
JP3026523B2 (ja) | ガスセンサ | |
JPH063308A (ja) | ガスセンサ | |
KR870001034B1 (ko) | 기체검출소자 | |
TW202011020A (zh) | 氣體偵測裝置 | |
RU201708U1 (ru) | Газовый сенсор паров авиационного керосина | |
JPH0531104B2 (ja) | ||
JPH055715A (ja) | ガスセンサ | |
JP3919306B2 (ja) | 炭化水素ガス検知素子 | |
JPS622145A (ja) | ガス検知素子 | |
JP2575479B2 (ja) | ガスセンサ | |
JPH06148115A (ja) | ガスセンサー |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091003 Year of fee payment: 12 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101003 Year of fee payment: 13 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101003 Year of fee payment: 13 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 14 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111003 Year of fee payment: 14 |