JP4851610B2 - 薄膜ガスセンサ - Google Patents
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Description
ところで、家庭用として普及しているガス漏れ警報器には、都市ガス用やプロパンガス用の可燃性ガス検知を目的としたものと、燃焼機器の不完全燃焼ガス検知を目的としたもの、または、両方の機能を合わせ持ったものなどがあるが、いずれもコストや設置性の問題から普及率はそれほど高くない。そういったことから、普及率の向上を図るべく設置性の改善、具体的には電池駆動としコードレス化することが望まれている。
これは、例えば以下のように作製されたものである。
まず、両面に熱酸化膜が付いたシリコン(Si)ウエハ1上に、ダイアフラム構造の支持層および熱絶縁層2としてSi3N4とSiO2膜を順次CVD法にて形成する。次にヒーター層3,SiO2絶縁層4の順にスパッタ法で形成する。その上に、接合層5,感知層電極6,感知層7を形成する。成膜はRFマグネトロンスパッタリング装置を用い、通常のスパッタリング法によって行なう。成膜条件は接合層(TaまたはTi)5,感知層電極(PtまたはAu)6とも同じで、Arガス圧力1Pa、基板温度300℃、RFパワー2W/cm2、膜厚は接合層5/感知層電極6=500Å/2000Åである。
ここで、CO感度(CO濃度勾配)とは、例えばCO=300ppmとCO=500ppm時のセンサ抵抗値、CH4選択性は、例えばCH4=4000ppm時とCO=100ppm時のセンサ抵抗値の比、H2選択性は、例えばH2=1000ppm時とCO=100ppm時のセンサ抵抗値の比で定義する。
したがって、この発明の課題は、薄膜ガスセンサにおけるガス選択性をより向上させることにある。
前記ガス感知層を形成する第2層の触媒Ptの添加量を11wt%以上60wt%以下とし、CH4=4000ppm時とCO=100ppm時のセンサ抵抗値の比が1以上となるようにメタンガスに対する選択性を向上させたことを特徴とする。
図1からも明らかなように、感知層電極6を形成するところまでは従来例と同じなので、ここでは異なる点について説明する。なお、8は選択燃焼層を示す。
ターゲットとなる感知層7として、ドナードープの第1層9にはSbを0.5重量パーセント(wt%)有するSnO2を用い、また、触媒ドープの第2層10にはPtを16wt%有するSnO2を用いる。
成膜条件は、Ar+O2ガス圧力2Pa、基板温度150〜300℃、RFパワー2W/cm2、膜厚は第1,第2とも400nmである。さらに、最後に基板裏面よりドライエッチャーを用いてエッチングしてダイアフラム部のSiを除去し、ダイアフラム構造とした。
感知層の第1層はドナーとして例えばSbを添加したSnO2膜であり、膜厚は400nmである。これは、従来例も実施例も同じである。また、第2層については添加した触媒はPtであり、従来例40nm、実施例40または400nmである。同表中の形成条件で第2層触媒濃度としている値は、第2層最表面から厚さ方向に30nm以上の深い位置における触媒元素の濃度を、X線光電子分光分析装置(ESCA)により測定した結果
から重量%に換算した値である。また、図2に従来例と実施例における膜厚方向のPt濃度分布を示す。同図から、濃度は第2層最表面からの深さが約30nm以上になると、安定することが分かる。
実施例2では第2層の膜厚は従来例と同じであるが、触媒濃度を従来例の4wt%に対して11wt%とした。表2によれば水素選択性は2.9倍、メタン選択性は5倍に向上している。
実施例3では、触媒活性を大幅に高くすることをねらい、第2層の膜厚を従来例の10倍、触媒濃度を従来例の約2.7倍とした。表2からCO濃度依存性は従来例とほぼ同じに保たれ、ガス選択性は水素で16倍、メタンでは50倍以上も改善されていることが分かる。
すなわち、従来例と実施例2との比較から、第2層の触媒濃度を上げることでガス選択性を改善でき、また、実施例2と3との比較から、第2層の触媒濃度が同じなら、膜厚の大きい実施例3の方がガス選択性を大幅に改善できる。また、実施例4,5の結果から、第2層の触媒濃度を上げていくと、或るところまではガス選択性を大幅に改善できるが、これにも上限があり、結局10wt%を超え60wt%以下の範囲でガス選択性が改善できることが分かる。
Claims (1)
- 薄膜状の支持膜の外周部または両端部をSi基板により支持し、外周部または両端部が厚く中央部が薄く形成されたダイアフラム様の支持基板上に、薄膜のヒーターを形成し、この薄膜のヒーター層を電気絶縁膜で覆い、その上に第1層としてドナーとなる+5価または+6価の元素を添加したSnO2層、さらにその上に第2層として触媒となる元素Ptを添加したSnO2層を積層した2層構造のガス感知層を形成し、このガス感知層に接し所定間隔おいて1対の貴金属からなる感知電極層を設けてなる薄膜ガスセンサにおいて、
前記ガス感知層を形成する第2層の触媒Ptの添加量を11wt%以上60wt%以下とし、CH4=4000ppm時とCO=100ppm時のセンサ抵抗値の比が1以上となるようにメタンガスに対する選択性を向上させたことを特徴とする薄膜ガスセンサ。
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