JP2996922B2 - 水素感知用酸化スズ薄膜センサおよびその製造方法 - Google Patents
水素感知用酸化スズ薄膜センサおよびその製造方法Info
- Publication number
- JP2996922B2 JP2996922B2 JP8344102A JP34410296A JP2996922B2 JP 2996922 B2 JP2996922 B2 JP 2996922B2 JP 8344102 A JP8344102 A JP 8344102A JP 34410296 A JP34410296 A JP 34410296A JP 2996922 B2 JP2996922 B2 JP 2996922B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- tin oxide
- oxide thin
- forming
- insulating film
- 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 - Fee Related
Links
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素感知用薄膜セ
ンサおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、触
媒を用いずに、イオンビーム蒸着法によって製造された
酸化スズ薄膜を用いた、水素に対する優れた感度と選択
性を有する水素感知用の酸化スズ薄膜センサおよびその
製造方法に関する。
ンサおよびその製造方法に関する。さらに詳しくは、触
媒を用いずに、イオンビーム蒸着法によって製造された
酸化スズ薄膜を用いた、水素に対する優れた感度と選択
性を有する水素感知用の酸化スズ薄膜センサおよびその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素のような還元性ガスの感知用センサ
として、酸化スズ（ＳｎＯ2)のような酸化物を、塊状ま
たは厚膜状に成形したものが使用されている。しかし、
これらは、粉末状の原料物質を加圧して成形した後、高
温で熱処理して焼結体にする必要があり、大量生産に適
さないばかりでなく、薄膜状のセンサに比べて、対象ガ
スに対する感度も低い。
として、酸化スズ（ＳｎＯ2)のような酸化物を、塊状ま
たは厚膜状に成形したものが使用されている。しかし、
これらは、粉末状の原料物質を加圧して成形した後、高
温で熱処理して焼結体にする必要があり、大量生産に適
さないばかりでなく、薄膜状のセンサに比べて、対象ガ
スに対する感度も低い。
【０００３】数百〜数千Å程度の厚さを有する薄膜セン
サは、一般に感度、再現性および生産性が優れ、電力消
費量が低いうえに、原価的にも有利である。しかしなが
ら、水素の感知に適用し得る薄膜センサは、まだ発表さ
れていない。
サは、一般に感度、再現性および生産性が優れ、電力消
費量が低いうえに、原価的にも有利である。しかしなが
ら、水素の感知に適用し得る薄膜センサは、まだ発表さ
れていない。
【０００４】酸化スズ薄膜に白金またはパラジウムを添
加して、センサとしての感度を増加させる方法が研究さ
れている。このような研究は、物理的スパッタリングま
たはＣＶＤによって薄膜を作製しているために、該薄膜
の厚さ、方向性、結晶度、密度および超微細気孔などを
調節することが極めて難しく、その製造工程も極めて煩
雑である。
加して、センサとしての感度を増加させる方法が研究さ
れている。このような研究は、物理的スパッタリングま
たはＣＶＤによって薄膜を作製しているために、該薄膜
の厚さ、方向性、結晶度、密度および超微細気孔などを
調節することが極めて難しく、その製造工程も極めて煩
雑である。
【０００５】一方、イオンビームを用いて、金属、半導
体および酸化物に、高品位で高密度の薄膜を形成し得る
ことが、本発明者らによって開示されている（S.K. Koh
ら,JVST-A 13 巻 4号, 2123-2127 (1995)参照）。
体および酸化物に、高品位で高密度の薄膜を形成し得る
ことが、本発明者らによって開示されている（S.K. Koh
ら,JVST-A 13 巻 4号, 2123-2127 (1995)参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、水素
に対する高い感度、選択性および再現性を有し、電力損
失が少なく、かつ大量生産に適する、薄膜型の水素感知
用センサ、およびその製造方法を提供することである。
に対する高い感度、選択性および再現性を有し、電力損
失が少なく、かつ大量生産に適する、薄膜型の水素感知
用センサ、およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
【発明を解決するための手段】本発明者らは、メタルガ
ンを用いて金属スズ（Ｓｎ）を蒸発させ、同時にガスイ
オンガンにより、酸素にエネルギーを加えてイオン化
し、基材表面で反応させて、室温で酸化スズ（ＳｎＯ2)
蒸着薄膜を得ることを見出し（S.K. Kohら, Environmen
t Ungyong Mulli, 7巻 2号, 246-252 (1996)参照）、さ
らにこれを本発明の目的に適用し得ることを見出して、
本発明を完成するに至った。
ンを用いて金属スズ（Ｓｎ）を蒸発させ、同時にガスイ
オンガンにより、酸素にエネルギーを加えてイオン化
し、基材表面で反応させて、室温で酸化スズ（ＳｎＯ2)
蒸着薄膜を得ることを見出し（S.K. Kohら, Environmen
t Ungyong Mulli, 7巻 2号, 246-252 (1996)参照）、さ
らにこれを本発明の目的に適用し得ることを見出して、
本発明を完成するに至った。
【０００８】すなわち、本発明の水素感知用酸化スズ薄
膜センサは、半導体基板、該基板上に存在する絶縁膜、
該絶縁膜上に所定の間隔を隔てて存在する下部電極、な
らびに該下部電極および前記絶縁膜上に存在する酸化ス
ズ薄膜を含むか；または、半導体基板、該基板上に存在
する絶縁膜、該絶縁膜上に存在する酸化スズ薄膜、およ
び該酸化スズ薄膜状に所定の間隔を隔てて存在する上部
電極を含むことを特徴とする。また、その製造方法は、
半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程；該絶縁膜上
に、所定の間隔を隔てて下部電極を形成する工程；なら
びに該下部電極および前記絶縁膜上にイオン蒸着を施し
て酸化スズ薄膜を形成する工程を順次行うか；または、
半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程；該絶縁膜上に
酸化スズ薄膜を形成する工程；および該酸化スズ薄膜上
に、所定の間隔を隔てて上部電極を形成する工程を順次
行うことを特徴とする。
膜センサは、半導体基板、該基板上に存在する絶縁膜、
該絶縁膜上に所定の間隔を隔てて存在する下部電極、な
らびに該下部電極および前記絶縁膜上に存在する酸化ス
ズ薄膜を含むか；または、半導体基板、該基板上に存在
する絶縁膜、該絶縁膜上に存在する酸化スズ薄膜、およ
び該酸化スズ薄膜状に所定の間隔を隔てて存在する上部
電極を含むことを特徴とする。また、その製造方法は、
半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程；該絶縁膜上
に、所定の間隔を隔てて下部電極を形成する工程；なら
びに該下部電極および前記絶縁膜上にイオン蒸着を施し
て酸化スズ薄膜を形成する工程を順次行うか；または、
半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程；該絶縁膜上に
酸化スズ薄膜を形成する工程；および該酸化スズ薄膜上
に、所定の間隔を隔てて上部電極を形成する工程を順次
行うことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図１〜３によって、本発明
の水素感知用酸化スズ薄膜センサの構造を、より詳細に
説明する。図１は、該センサの電極の代表例を示す平面
図、図２は、製造された酸化スズ薄膜センサの第１の実
施形態を示す断面図、図３は、製造された酸化スズ薄膜
センサの第２の実施形態を示す断面図である。
の水素感知用酸化スズ薄膜センサの構造を、より詳細に
説明する。図１は、該センサの電極の代表例を示す平面
図、図２は、製造された酸化スズ薄膜センサの第１の実
施形態を示す断面図、図３は、製造された酸化スズ薄膜
センサの第２の実施形態を示す断面図である。
【００１０】本発明の第１の実施形態においては、図２
に示すように、半導体基板（１００）、好ましくはシリ
コン基板上に、好ましくは０．１〜２μm 、代表的には
１μm の厚さの絶縁膜（１０２）、好ましくは二酸化ケ
イ素（ＳｉＯ2)膜が存在する。該絶縁膜（１０２）上
に、好ましくは白金またはパラジウムからなる下部電極
（１０４）が、好ましくは３００Å〜１μm 、代表的に
は６００Åの厚さで存在し、該電極上および絶縁層の該
電極が存在しない部位の上に、センサの機能を果たす酸
化スズ（ＳｎＯ2)薄膜（１０６）が、好ましくは１００
〜１，０００Å、代表的には４００Åの厚さで存在し
て、水素感知用酸化スズ薄膜センサを構成する。
に示すように、半導体基板（１００）、好ましくはシリ
コン基板上に、好ましくは０．１〜２μm 、代表的には
１μm の厚さの絶縁膜（１０２）、好ましくは二酸化ケ
イ素（ＳｉＯ2)膜が存在する。該絶縁膜（１０２）上
に、好ましくは白金またはパラジウムからなる下部電極
（１０４）が、好ましくは３００Å〜１μm 、代表的に
は６００Åの厚さで存在し、該電極上および絶縁層の該
電極が存在しない部位の上に、センサの機能を果たす酸
化スズ（ＳｎＯ2)薄膜（１０６）が、好ましくは１００
〜１，０００Å、代表的には４００Åの厚さで存在し
て、水素感知用酸化スズ薄膜センサを構成する。
【００１１】本発明の第２の実施形態においては、図３
に示すように、半導体基板（１００）上に、絶縁膜（１
０２）、酸化スズ薄膜（１０６）および上部電極（１０
４）がその順序に存在して、水素感知用酸化スズ薄膜セ
ンサを構成する。各部分の材質、好ましい厚さおよび代
表的な厚さは、第１の実施形態と同様で、電極が酸化ス
ズ薄膜の上に存在している点のみが、第１の実施形態と
相違する。
に示すように、半導体基板（１００）上に、絶縁膜（１
０２）、酸化スズ薄膜（１０６）および上部電極（１０
４）がその順序に存在して、水素感知用酸化スズ薄膜セ
ンサを構成する。各部分の材質、好ましい厚さおよび代
表的な厚さは、第１の実施形態と同様で、電極が酸化ス
ズ薄膜の上に存在している点のみが、第１の実施形態と
相違する。
【００１２】本発明の水素感知用酸化スズ薄膜センサの
製造方法においては、上述の第１または第２の実施形態
の順序により、好ましくは絶縁膜および上部電極または
下部電極をイオンビームスパッタリングにより、また酸
化スズ薄膜をイオンビーム蒸着法によって形成する。
製造方法においては、上述の第１または第２の実施形態
の順序により、好ましくは絶縁膜および上部電極または
下部電極をイオンビームスパッタリングにより、また酸
化スズ薄膜をイオンビーム蒸着法によって形成する。
【００１３】これらのイオンビームによるスパッタリン
グおよび蒸着は、好ましくは１０-4〜１０-7Torr、さら
に好ましくは１０-5〜１０-6Torrの高真空で行われる。
温度変化に対して電気抵抗の傾斜が小さく、安定なセン
サ特性を有する酸化スズ薄膜を得るためには、イオンビ
ーム蒸着の際の酸素イオンのエネルギーは、０〜１００
eVの範囲が好ましく、０eVが特に好ましい。さらに、こ
のような条件によって形成されるセンサの構造は、第２
の実施形態による上部電極を用いることが好ましく、該
上部電極が白金電極であることが特に好ましい。
グおよび蒸着は、好ましくは１０-4〜１０-7Torr、さら
に好ましくは１０-5〜１０-6Torrの高真空で行われる。
温度変化に対して電気抵抗の傾斜が小さく、安定なセン
サ特性を有する酸化スズ薄膜を得るためには、イオンビ
ーム蒸着の際の酸素イオンのエネルギーは、０〜１００
eVの範囲が好ましく、０eVが特に好ましい。さらに、こ
のような条件によって形成されるセンサの構造は、第２
の実施形態による上部電極を用いることが好ましく、該
上部電極が白金電極であることが特に好ましい。
【００１４】通常、薄膜型センサを製造する場合、イオ
ンビームを施すと、低温領域下で、金属、半導体、およ
び酸化物にわたる各種物質の高品位、高密度の薄膜を製
造し得ることが知られている。
ンビームを施すと、低温領域下で、金属、半導体、およ
び酸化物にわたる各種物質の高品位、高密度の薄膜を製
造し得ることが知られている。
【００１５】本発明において、酸化スズ薄膜を製造する
ために用いられる製造装備としては、既存のイオン化さ
れたクラスタビーム（以下、ＩＣＢという）をイオン源
とするメタルガンと、冷中空陰極形態のガスイオンガン
を装着したハイブリッドイオンビーム源とが挙げられ
る。
ために用いられる製造装備としては、既存のイオン化さ
れたクラスタビーム（以下、ＩＣＢという）をイオン源
とするメタルガンと、冷中空陰極形態のガスイオンガン
を装着したハイブリッドイオンビーム源とが挙げられ
る。
【００１６】該ガスイオンガンは、イオン化されたガス
イオンのエネルギーおよび電流密度を調節して、薄膜の
結晶性とは異なる多様な電気的および光学的性質を幅広
く調節し得るという長所があり、ＩＣＢの場合は、蒸着
物質の損失が少なく、高品質の薄膜を製造し得るという
長所がある。
イオンのエネルギーおよび電流密度を調節して、薄膜の
結晶性とは異なる多様な電気的および光学的性質を幅広
く調節し得るという長所があり、ＩＣＢの場合は、蒸着
物質の損失が少なく、高品質の薄膜を製造し得るという
長所がある。
【００１７】さらに詳しく説明すると、まず、該ガスイ
オンガンは、たとえば５cmのグリッドが装着された冷中
空陰極の形態であって、代表的には、ガスイオンガンか
ら４５cm程度離れた距離で、±２０°の角度の範囲のイ
オン電流密度の均一性が９０％であるブロードなイオン
源であり、放電電流および加速電圧を変化させてビーム
プロファイルを調節し、イオンを２kVまで加速し得るよ
うになっている。
オンガンは、たとえば５cmのグリッドが装着された冷中
空陰極の形態であって、代表的には、ガスイオンガンか
ら４５cm程度離れた距離で、±２０°の角度の範囲のイ
オン電流密度の均一性が９０％であるブロードなイオン
源であり、放電電流および加速電圧を変化させてビーム
プロファイルを調節し、イオンを２kVまで加速し得るよ
うになっている。
【００１８】一方、該ＩＣＢ源としては、たとえば加速
電極が３cmの直径を有する円筒状の形態であって、代表
的には、クラスタが発生するるつぼのノズルから４５cm
離れた距離で５０％のイオン電流密度を有するように、
基板を装着することが好ましい。
電極が３cmの直径を有する円筒状の形態であって、代表
的には、クラスタが発生するるつぼのノズルから４５cm
離れた距離で５０％のイオン電流密度を有するように、
基板を装着することが好ましい。
【００１９】前述にようにして形成された酸化スズ薄膜
センサは、ドーピングを施さなくても有効に使用できる
が、さらにその電気的および化学的特性と、水素に対す
る感度とを向上させるために、ドーピングを施してもよ
い。ドーピングは、該酸化スズ薄膜をベースに、たとえ
ば、パラジウム、白金、銀およびアルミニウムから選ば
れる少なくとも１種の金属をドーパントとして注入する
ことによって行うことができる。
センサは、ドーピングを施さなくても有効に使用できる
が、さらにその電気的および化学的特性と、水素に対す
る感度とを向上させるために、ドーピングを施してもよ
い。ドーピングは、該酸化スズ薄膜をベースに、たとえ
ば、パラジウム、白金、銀およびアルミニウムから選ば
れる少なくとも１種の金属をドーパントとして注入する
ことによって行うことができる。
【００２０】第１または第２の実施形態によって形成さ
れた酸化スズ薄膜センサの熱安定性の向上を図るため
に、該薄膜センサを空気中、好ましくは６００℃以下、
さらに好ましくは３００〜６００℃、代表的には５００
℃の温度で、好ましくは１０分〜２時間、代表的には１
時間の熱処理を施してもよい。熱処理温度が６００℃を
越えると、薄膜が完全にＳｎＯ2 となって結晶の欠陥が
なくなり、また結晶粒度が大きくなるため、対象ガスに
対する反応性が低下し、感度が低下する。
れた酸化スズ薄膜センサの熱安定性の向上を図るため
に、該薄膜センサを空気中、好ましくは６００℃以下、
さらに好ましくは３００〜６００℃、代表的には５００
℃の温度で、好ましくは１０分〜２時間、代表的には１
時間の熱処理を施してもよい。熱処理温度が６００℃を
越えると、薄膜が完全にＳｎＯ2 となって結晶の欠陥が
なくなり、また結晶粒度が大きくなるため、対象ガスに
対する反応性が低下し、感度が低下する。
【００２１】
【発明の効果】本発明によって提供される水素感知用酸
化スズ薄膜センサは、優れた酸化スズ薄膜および白金電
極またはパラジウム電極を備え、ドーピングまたは触媒
を施さずに、純粋な酸化スズ薄膜だけで用いても、水素
に対する電気的感度が高く、選択性と再現性が優れるな
ど、優秀なセンサ特性を有する。さらに、本発明の水素
感知用酸化スズ薄膜センサの製造方法は、大量生産に適
し、優れた生産性で、上記の酸化スズ薄膜センサを提供
できる。
化スズ薄膜センサは、優れた酸化スズ薄膜および白金電
極またはパラジウム電極を備え、ドーピングまたは触媒
を施さずに、純粋な酸化スズ薄膜だけで用いても、水素
に対する電気的感度が高く、選択性と再現性が優れるな
ど、優秀なセンサ特性を有する。さらに、本発明の水素
感知用酸化スズ薄膜センサの製造方法は、大量生産に適
し、優れた生産性で、上記の酸化スズ薄膜センサを提供
できる。
【００２２】
【実施例】以下、実施例によって、本発明をさらに詳細
に説明する。本発明は、これらの実施例によって限定さ
れるものではない。
に説明する。本発明は、これらの実施例によって限定さ
れるものではない。
【００２３】作製した水素感知用センサの、それぞれの
測定対象ガスに対する感度は、空気中および所定濃度の
対象ガス中の電気抵抗率を測定することにより、式
（Ｉ）によって算出した。
測定対象ガスに対する感度は、空気中および所定濃度の
対象ガス中の電気抵抗率を測定することにより、式
（Ｉ）によって算出した。
【数１】 式中、Ｒa ：空気中のセンサの電気抵抗率 Ｒg ：測定対象ガスを含む空気中のセンサの電気抵抗率
【００２４】センサの選択性は、各種のガスに対するセ
ンサの感度を比較することによって評価した。
ンサの感度を比較することによって評価した。
【００２５】実施例１ １０mm×５mmのＳｉ基板上に、１０-6Torrの高真空で、
アルゴンと酸素の容量比３：２の混合ガス中でＳｉＯ2
をターゲットとしたイオンビームスパッタリングを行っ
て、厚さ１μm のＳｉＯ2 絶縁層を設けた。次に、該絶
縁層に、図１に示すパターンの、幅および間隔がいずれ
も０．５mmの電極を形成するようにスクリーンして、Ａ
ｒイオンビームスパッタリングにより、白金を厚さ６０
０Åに蒸着して下部電極とした。
アルゴンと酸素の容量比３：２の混合ガス中でＳｉＯ2
をターゲットとしたイオンビームスパッタリングを行っ
て、厚さ１μm のＳｉＯ2 絶縁層を設けた。次に、該絶
縁層に、図１に示すパターンの、幅および間隔がいずれ
も０．５mmの電極を形成するようにスクリーンして、Ａ
ｒイオンビームスパッタリングにより、白金を厚さ６０
０Åに蒸着して下部電極とした。
【００２６】ついで、ガスイオンガンにより、酸素をイ
オン化してイオンビームエネルギー（Ｖｉ）をそれぞれ
０、３００、５００または１，０００eVとして、ＩＣＢ
るつぼに収容した純度９９．９９５％以上のＳｎを照射
して蒸発させ、下部電極上、およびＳｉＯ2 絶縁層の該
下部電極を形成しなかった部位の上に、厚さ４００Åの
酸化スズ薄膜を蒸着させた。この積層体を取り出して、
空気中において、５００℃で１時間の熱処理を行い、断
面を図２に示す水素感知用センサを作製した。
オン化してイオンビームエネルギー（Ｖｉ）をそれぞれ
０、３００、５００または１，０００eVとして、ＩＣＢ
るつぼに収容した純度９９．９９５％以上のＳｎを照射
して蒸発させ、下部電極上、およびＳｉＯ2 絶縁層の該
下部電極を形成しなかった部位の上に、厚さ４００Åの
酸化スズ薄膜を蒸着させた。この積層体を取り出して、
空気中において、５００℃で１時間の熱処理を行い、断
面を図２に示す水素感知用センサを作製した。
【００２７】このようにして得られた、下部電極として
白金を用い、酸化スズ薄膜を形成させる際のイオンビー
ムエネルギーを変化させて作製された４個の水素感知用
センサについて、電気抵抗を測定した。
白金を用い、酸化スズ薄膜を形成させる際のイオンビー
ムエネルギーを変化させて作製された４個の水素感知用
センサについて、電気抵抗を測定した。
【００２８】図４は、温度による電気抵抗の変化を示し
たものである。図４から、酸素イオンエネルギーが０eV
のときに、温度の変化に対する電気抵抗の傾斜が特に小
さく、安定した特性を表し、活性化エネルギーが極めて
低いことが明瞭である。
たものである。図４から、酸素イオンエネルギーが０eV
のときに、温度の変化に対する電気抵抗の傾斜が特に小
さく、安定した特性を表し、活性化エネルギーが極めて
低いことが明瞭である。
【００２９】実施例２ 酸化スズ薄膜を形成させる際のイオンビームエネルギー
を３００eVとしたほかは、各成分を形成させる条件を実
施例１と同様にし、電極の形成位置と電極物質を下記の
ように変えて、得られた３個のセンサの、温度による電
気抵抗の変化を比較した。 （１） 白金下部電極（第１の実施形態） （２） 白金上部電極（第２の実施形態） （３） パラジウム上部電極（第２の実施形態）
を３００eVとしたほかは、各成分を形成させる条件を実
施例１と同様にし、電極の形成位置と電極物質を下記の
ように変えて、得られた３個のセンサの、温度による電
気抵抗の変化を比較した。 （１） 白金下部電極（第１の実施形態） （２） 白金上部電極（第２の実施形態） （３） パラジウム上部電極（第２の実施形態）
【００３０】その結果を図５に示す。図５から明らかな
ように、酸素イオンのエネルギーが３００eVの場合、セ
ンサの構造は、図３に示す上部電極の形態がよく、該構
造において電極物質に白金を用いるのが最も好ましい。
ように、酸素イオンのエネルギーが３００eVの場合、セ
ンサの構造は、図３に示す上部電極の形態がよく、該構
造において電極物質に白金を用いるのが最も好ましい。
【００３１】実施例３ 酸化スズ薄膜を形成させる際のイオンビームエネルギー
を０eVとし、第２の実施形態による白金上部電極を形成
させる方法によったほかは、各成分を形成させる条件を
実施例１と同様にして、酸化スズ薄膜を有するセンサを
作製した。このセンサを用いて、感知試験を行った。
を０eVとし、第２の実施形態による白金上部電極を形成
させる方法によったほかは、各成分を形成させる条件を
実施例１と同様にして、酸化スズ薄膜を有するセンサを
作製した。このセンサを用いて、感知試験を行った。
【００３２】水素、プロパンまたはメタンをそれぞれ
３，０００ppm 含有する空気を用いて、それぞれの還元
性ガスについて、測定温度１００〜５００℃の範囲で感
度を測定した。
３，０００ppm 含有する空気を用いて、それぞれの還元
性ガスについて、測定温度１００〜５００℃の範囲で感
度を測定した。
【００３３】その結果を図６に示す。図６から明らかな
ように、プロパンは２５０℃、メタンは４５０℃までの
温度では感度が低く、それらの温度を越えると感度が急
に上昇して、５００℃においてプロパンは４７．３３
％、メタンは２１．２３％の感度を示した。それに比べ
て水素は、センサ用薄膜として純粋な酸化スズを用い、
ドーピングなどを行わなかったのに、全温度領域におい
て９９．３％以上の感度を示した。
ように、プロパンは２５０℃、メタンは４５０℃までの
温度では感度が低く、それらの温度を越えると感度が急
に上昇して、５００℃においてプロパンは４７．３３
％、メタンは２１．２３％の感度を示した。それに比べ
て水素は、センサ用薄膜として純粋な酸化スズを用い、
ドーピングなどを行わなかったのに、全温度領域におい
て９９．３％以上の感度を示した。
【００３４】次に、測定温度１５０℃または２５０℃に
おいて、空気中の水素濃度を１００〜５，０００ppm の
間で変化させて、感度を測定した。その結果を図７に示
す。いずれの温度においても、高濃度ほど感度が高かっ
た。測定温度２５０℃において、特に好適な特性を示
し、微細濃度における測定も可能であった。
おいて、空気中の水素濃度を１００〜５，０００ppm の
間で変化させて、感度を測定した。その結果を図７に示
す。いずれの温度においても、高濃度ほど感度が高かっ
た。測定温度２５０℃において、特に好適な特性を示
し、微細濃度における測定も可能であった。
【００３５】測定温度２５０℃において、水素濃度を１
００〜５，０００ppm の範囲で段階的に上げ、５，００
０ppm から空気に戻した時の出力電圧の変化を図８に示
す。図８に、濃度を切り替えた際の応答時間（単位、
秒）および空気に戻した時の回復時間（単位、秒）を示
す。濃度により確実に区別される応答特性は、１１秒以
内で優れており、回復特性は、４秒の速い回復時間を示
した。
００〜５，０００ppm の範囲で段階的に上げ、５，００
０ppm から空気に戻した時の出力電圧の変化を図８に示
す。図８に、濃度を切り替えた際の応答時間（単位、
秒）および空気に戻した時の回復時間（単位、秒）を示
す。濃度により確実に区別される応答特性は、１１秒以
内で優れており、回復特性は、４秒の速い回復時間を示
した。
【００３６】水素濃度５００ppm において、測定温度を
変化させながら、応答／回復特性を調査した結果を図９
および表１に示す。温度が高いほど速い応答／回復時間
を示し、２５０℃において、産業用に使用可能な限界で
ある２０秒よりも短い、応答時間１２秒および回復時間
２秒を示した。
変化させながら、応答／回復特性を調査した結果を図９
および表１に示す。温度が高いほど速い応答／回復時間
を示し、２５０℃において、産業用に使用可能な限界で
ある２０秒よりも短い、応答時間１２秒および回復時間
２秒を示した。
【００３７】
【表１】
【図１】本発明の水素感知用酸化スズ薄膜センサの電極
の、代表的な平面図である。
の、代表的な平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による水素感知用酸化
スズ薄膜センサの構造を示す断面図である。
スズ薄膜センサの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による水素感知用酸化
スズ薄膜センサの構造を示す断面図である。
スズ薄膜センサの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の白金下部電極を有するセンサの温度−
電気抵抗特性を示すグラフである。
電気抵抗特性を示すグラフである。
【図５】電極位置および電極物質を変化させたセンサの
温度−電気抵抗特性を比較したグラフである。
温度−電気抵抗特性を比較したグラフである。
【図６】酸素イオンエネルギー０eVで酸化スズ薄膜を形
成させ、白金上部電極を有するセンサの、水素、プロパ
ンおよびメタンに対する温度−感度特性を示すグラフで
ある。
成させ、白金上部電極を有するセンサの、水素、プロパ
ンおよびメタンに対する温度−感度特性を示すグラフで
ある。
【図７】酸素イオンエネルギー０eVで酸化スズ薄膜を形
成させ、白金上部電極を有するセンサの、水素濃度−感
度特性を示すグラフである。
成させ、白金上部電極を有するセンサの、水素濃度−感
度特性を示すグラフである。
【図８】酸素イオンエネルギー０eVで酸化スズ薄膜を形
成させ、白金上部電極を有するセンサの、水素濃度−出
力電圧特性を示すグラフである。
成させ、白金上部電極を有するセンサの、水素濃度−出
力電圧特性を示すグラフである。
【図９】酸素イオンエネルギー０eVで酸化スズ薄膜を形
成させ、白金上部電極を有するセンサの、各温度におけ
る応答／回復特性を示すグラフである。
成させ、白金上部電極を有するセンサの、各温度におけ
る応答／回復特性を示すグラフである。
１００ 半導体基板 １０２ 絶縁膜 １０４ 電極 １０６ 酸化スズ薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 崔 源 國 大韓民国ソウル特別市陽川区木５洞903 番地 新市街地アパート303−1202 (72)発明者 尹 英 秀 大韓民国京畿道果川市別陽洞６番地 住 公アパート501−507 (72)発明者 趙 俊 植 大韓民国仁川廣域市南区朱安６洞1004− 18番地７／５ (72)発明者 崔 東 洙 大韓民国京畿道安山市高殘２洞670番地 住公アパート706−402 (72)発明者 全 鎭 錫 大韓民国京畿道安山市月彼洞440−19 (56)参考文献 特開 昭61−191954（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−8548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−155848（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−311407（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−123254（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24 C23C 14/00 - 14/58
Claims (13)
- 【請求項１】 半導体基板、該基板上に存在する厚さが
０．１〜２μm の絶縁膜、該絶縁膜上に所定の間隔を隔
てて存在する厚さが３００Å〜１μm の下部電極、なら
びに該下部電極および前記絶縁膜上に存在する厚さが１
００〜１，０００Åの酸化スズ薄膜を含むことを特徴と
する水素感知用酸化スズ薄膜センサ。 - 【請求項２】 前記下部電極が、白金またはパラジウム
である、請求項１記載の水素感知用酸化スズ薄膜セン
サ。 - 【請求項３】 半導体基板、該基板上に存在する厚さが
０．１〜２μm の絶縁膜、該絶縁膜上に存在する厚さが
１００〜１，０００Åの酸化スズ薄膜、および該酸化ス
ズ薄膜上に所定の間隔を隔てて存在する厚さが３００Å
〜１μm の上部電極を含むことを特徴とする水素感知用
酸化スズ薄膜センサ。 - 【請求項４】 前記上部電極が、白金またはパラジウム
である、請求項３記載の水素感知用酸化スズ薄膜セン
サ。 - 【請求項５】 前記上部電極が、白金である、請求項４
記載の水素感知用酸化スズ薄膜センサ。 - 【請求項６】 半導体基板上に、絶縁膜を形成する工
程；該絶縁膜上に、所定の間隔を隔てて下部電極を形成
する工程；ならびに該下部電極および前記絶縁膜上に、
高真空下で、スズをイオンクラストビームソースにより
蒸着しながら、冷中空陰極タイプのイオンガンを用いて
酸素をイオン化させた後、試料の表面に照射して酸化ス
ズ薄膜を形成する工程を順次行うことを特徴とする水素
感知用酸化スズ薄膜センサの製造方法。 - 【請求項７】 前記下部電極を、イオンビームスパッタ
リング法を用いて形成する、請求項６記載の製造方法。 - 【請求項８】 半導体基板上に、絶縁膜を形成する工
程；該絶縁膜上に、高真空下で、スズをイオンクラスト
ビームソースにより蒸着しながら、冷中空陰極タイプの
イオンガンを用いて酸素をイオン化させた後、試料の表
面に照射して酸化スズ薄膜を形成する工程；および該酸
化スズ薄膜上に、所定の間隔を隔てて上部電極を形成す
る工程を順次行うことを特徴とする水素感知用酸化スズ
薄膜センサの製造方法。 - 【請求項９】 前記上部電極を、イオンビームスパッタ
リング法を用いて形成する、請求項８記載の製造方法。 - 【請求項１０】 前記酸化スズ薄膜を、前記酸素イオン
のエネルギーが０〜１００eVの状態で形成する、請求項
６または８記載の製造方法。 - 【請求項１１】 前記酸化スズ薄膜を形成した後、さら
に、空気中、６００℃以下の温度で熱処理を施す工程を
追加する、請求項６または８記載の製造方法。 - 【請求項１２】 前記酸化スズ薄膜を形成した後、さら
に、該薄膜にドーパントを注入させる工程を行う、請求
項６または８記載の製造方法。 - 【請求項１３】 前記ドーパントが、白金、パラジウ
ム、銀およびアルミニウムから選ばれる、請求項６また
は８記載の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR70198/1995 | 1995-12-31 | ||
| KR1019950070198A KR0173154B1 (ko) | 1995-12-31 | 1995-12-31 | 수소가스 감지용 주석 산화물 박막 센서 및 그 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09196879A JPH09196879A (ja) | 1997-07-31 |
| JP2996922B2 true JP2996922B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=19448728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8344102A Expired - Fee Related JP2996922B2 (ja) | 1995-12-31 | 1996-12-24 | 水素感知用酸化スズ薄膜センサおよびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2996922B2 (ja) |
| KR (1) | KR0173154B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101489891B1 (ko) * | 2013-10-16 | 2015-02-04 | 한국해양대학교 산학협력단 | 인듐 주석 산화물 박막 센서를 이용한 해상 유류 및 위험유해물질 유출 감지장치 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100477422B1 (ko) * | 2002-01-11 | 2005-03-23 | 동양물산기업 주식회사 | 암모니아 가스 검지용 반도체식 박막 가스 센서의 제조방법 및 센서 소자 |
| KR101297809B1 (ko) * | 2011-05-20 | 2013-08-19 | 경북대학교 산학협력단 | 수소이온농도 감지막 및 그 제조 방법 |
| WO2022203370A1 (ko) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | 한국화학연구원 | 수소 가스 센서 |
-
1995
- 1995-12-31 KR KR1019950070198A patent/KR0173154B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1996
- 1996-12-24 JP JP8344102A patent/JP2996922B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101489891B1 (ko) * | 2013-10-16 | 2015-02-04 | 한국해양대학교 산학협력단 | 인듐 주석 산화물 박막 센서를 이용한 해상 유류 및 위험유해물질 유출 감지장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR0173154B1 (ko) | 1999-05-15 |
| JPH09196879A (ja) | 1997-07-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3639165A (en) | Resistor thin films formed by low-pressure deposition of molybdenum and tungsten | |
| US20020132101A1 (en) | Deposited thin film void-column network materials | |
| US6440276B2 (en) | Process for producing thin film gas sensors with dual ion beam sputtering | |
| KR101766114B1 (ko) | 수소 센서 및 그 제조방법 | |
| KR20010083477A (ko) | 고분자 기판 위의 인듐산화물 또는 인듐주석산화물 박막증착 방법 | |
| JP2002042582A (ja) | 透明導電膜付き基板の製造方法、及び該製造方法により製造された透明導電膜付き基板、並びに該基板を用いたタッチパネル | |
| JP2996922B2 (ja) | 水素感知用酸化スズ薄膜センサおよびその製造方法 | |
| JP2000348903A (ja) | 薄膜サーミスタ素子および薄膜サーミスタ素子の製造方法 | |
| Schmidl et al. | The influence of deposition parameters on Ti/Pt film growth by confocal sputtering and the temperature dependent resistance behavior using SiOx and Al2O3 substrates | |
| JP2877764B2 (ja) | 酸化スズ薄膜の製造方法および該薄膜を用いたガス感知用センサ | |
| KR100186286B1 (ko) | 주석산화물 박막을 이용한 메탄 가스 감지용 센서 및 프로판 가스 감지용 센서와 그 제조방법 | |
| JP2000348905A (ja) | 薄膜サーミスタ素子および薄膜サーミスタ素子の製造方法 | |
| JP2004500481A (ja) | 堆積薄膜ボイド・柱状体網目構造物 | |
| Bernstein et al. | Magnetron sputtering of Fe onto GaAs substrates: Energetic bombardment effects | |
| JPH0628313B2 (ja) | 半導体素子 | |
| RU1836487C (ru) | Способ нанесени пленок гидрида металла в вакууме, применение пленки гидрида металла, полученной способом по п.1, и применение субстрата с пленкой гидрида металла, полученной способом по п.1 | |
| Schauer et al. | The influence of film thickness on the formation of β-Ta and bcc-Ta | |
| JP2622144B2 (ja) | ガス感応性薄膜の製造方法 | |
| JPH07198648A (ja) | ガス検知膜とその製法 | |
| JP3831433B2 (ja) | 透明導電膜およびその製造方法 | |
| KR19990048866A (ko) | 이중 이온 빔 스퍼터링을 이용한 sn 타아겟으로부터의 가스센서용 sno₂박막의 제조방법 | |
| JP2926874B2 (ja) | 可燃性ガス検知素子 | |
| Yamada et al. | Study of oxidation process of titanium by oxygen-radical beam assisted evaporation using quartz crystal microbalance | |
| JPS6329243A (ja) | 薄膜感温素子 | |
| JPS6337504B2 (ja) |
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 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |