JPH0623709B2 - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH0623709B2 JPH0623709B2 JP4296686A JP4296686A JPH0623709B2 JP H0623709 B2 JPH0623709 B2 JP H0623709B2 JP 4296686 A JP4296686 A JP 4296686A JP 4296686 A JP4296686 A JP 4296686A JP H0623709 B2 JPH0623709 B2 JP H0623709B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- porous silicon
- gas sensor
- silicon layer
- curve
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- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種の気体に反応するガスセンサに係るもの
で、特に多孔質シリコンを利用したガスセンサに関する
ものである。
で、特に多孔質シリコンを利用したガスセンサに関する
ものである。
ガスセンサとしての材料は種々あり、またその構造につ
いても種々考えられている。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つた利点があり注目を集めて
いる。
いても種々考えられている。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つ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
になつたり、生化学物質を用いなければならないといつ
た問題があり、コストなどの面で満足できるものは少な
かつた。
になつたり、生化学物質を用いなければならないといつ
た問題があり、コストなどの面で満足できるものは少な
かつた。
本発明は、上記のような問題点を解決して、構造が簡単
で低価格のガスセンサを提供することを目的とする。
で低価格のガスセンサを提供することを目的とする。
また、各種のガスに反応することができるガスセンサを
得ることを目的とする。
得ることを目的とする。
本発明は多孔質シリコンを利用することによつて上記の
目的を達成するものである。
目的を達成するものである。
すなわち、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の表面の一部と裏面の
単結晶シリコン基板上にそれぞれ電極を形成して成るも
のである。
リコン基板の該多孔質シリコン層の表面の一部と裏面の
単結晶シリコン基板上にそれぞれ電極を形成して成るも
のである。
これによつて、二つの電極間に印加する電圧に対する電
流値が特定の気体の存在によつて変化するのを検出しよ
うとするものである。
流値が特定の気体の存在によつて変化するのを検出しよ
うとするものである。
本発明は、大きな表面積を有する多孔質シリコンの性質
を研究する過程でなされたもので、その原理はまだ完全
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、すぐれた効
果と充分な再現性を有するものである。以下には実施例
につき説明する。
を研究する過程でなされたもので、その原理はまだ完全
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、すぐれた効
果と充分な再現性を有するものである。以下には実施例
につき説明する。
第１図は本発明によるガスセンサの一例を示す正面断面
図である。
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層１
１が形成してあり、多孔質シリコン層11の表面の一部分
に電極１２が形成されリード線13が接続されている。一
方、裏面の単結晶シリコン基板１０に接して全面に電極
１４が形成されている。
１が形成してあり、多孔質シリコン層11の表面の一部分
に電極１２が形成されリード線13が接続されている。一
方、裏面の単結晶シリコン基板１０に接して全面に電極
１４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10の表面を
陽極化成処理することによつて形成する。ボロンをドー
プしたＰ型単結晶シリコン基板（ρ＝９．６０（Ω・c
m））の一表面を、フッ化水素（HF）溶液濃度５０vo1
％，化成電流１００ｍＡ／cm2，化成時間５４０秒の条
件で陽極化成処略を施して多孔質シリコン層１１を形成
した。この多孔質シリコン層１１の厚みは４５μｍ程度
と比較的厚く形成した。
陽極化成処理することによつて形成する。ボロンをドー
プしたＰ型単結晶シリコン基板（ρ＝９．６０（Ω・c
m））の一表面を、フッ化水素（HF）溶液濃度５０vo1
％，化成電流１００ｍＡ／cm2，化成時間５４０秒の条
件で陽極化成処略を施して多孔質シリコン層１１を形成
した。この多孔質シリコン層１１の厚みは４５μｍ程度
と比較的厚く形成した。
多孔質シリコン層１１の表面に設ける電極１２は半田に
よつて形成したが、通常の錫・鉛の半田では付着しなか
つたので、超音波半田付装置の専用半田を用いた。この
半田は組成が錫35wt％、鉛25wt％、カドミウム20wt％、
亜鉛20wt％のものである。多孔質シリコン層１１上に形
成する電極１２には銅線のリード線１３が半田付けされ
るが、その際に鏝を利用して約２００℃で約１分間熱処
理を行つた。単結晶シリコン基板１０上に形成される電
極１４は同じ半田を用いる必要はなく、オーミックコン
タクトがとれるものであれば何を用いても良い。
よつて形成したが、通常の錫・鉛の半田では付着しなか
つたので、超音波半田付装置の専用半田を用いた。この
半田は組成が錫35wt％、鉛25wt％、カドミウム20wt％、
亜鉛20wt％のものである。多孔質シリコン層１１上に形
成する電極１２には銅線のリード線１３が半田付けされ
るが、その際に鏝を利用して約２００℃で約１分間熱処
理を行つた。単結晶シリコン基板１０上に形成される電
極１４は同じ半田を用いる必要はなく、オーミックコン
タクトがとれるものであれば何を用いても良い。
上記の熱処理の際に、半田を構成する物質が多孔質シリ
コン層１１内に拡散あるいは浸透し、それによつて多孔
質シリコン層１１の電気的性質に変化が生じるものと考
えられる。通常多孔質シリコンは比較的高抵抗であるこ
とから、その物質が抵抗を下げる上で大きな役割を果し
ていることは間違いない。
コン層１１内に拡散あるいは浸透し、それによつて多孔
質シリコン層１１の電気的性質に変化が生じるものと考
えられる。通常多孔質シリコンは比較的高抵抗であるこ
とから、その物質が抵抗を下げる上で大きな役割を果し
ていることは間違いない。
なお、多孔質シリコン層１１上に形成される電極１２の
面積を小さくするほど反応及復帰の時間の面で有利とな
る。
面積を小さくするほど反応及復帰の時間の面で有利とな
る。
上記のようにして形成した素子が各種のガス雰囲気にど
のように反応するかを測定した結果を第２図から第４図
に示す。図では−５Ｖから＋５Ｖの範囲で各試料から得
られた出力を、反応前、反応時、反応後について示した
ものである。
のように反応するかを測定した結果を第２図から第４図
に示す。図では−５Ｖから＋５Ｖの範囲で各試料から得
られた出力を、反応前、反応時、反応後について示した
ものである。
第２図は飽和水蒸気中における変化を示したものであ
る。３×１０-3Torr の真空中における特性を示したの
が曲線２１であり、この試料を飽和水蒸気中に２．５時
間置いたときの特性を示すのが曲線２２である。曲線２
１に比較して曲線２２は出力電流の変化量が大きくなつ
ている。その後、再度真空中（３×１０-4Torr）に１６
時間置いた後の特性を示したものが曲線２３であり、ほ
ゞ当初の特性と同じになつている。なお、これは試料温
度を２３〜２５℃とし暗中で測定を行つた結果である。
る。３×１０-3Torr の真空中における特性を示したの
が曲線２１であり、この試料を飽和水蒸気中に２．５時
間置いたときの特性を示すのが曲線２２である。曲線２
１に比較して曲線２２は出力電流の変化量が大きくなつ
ている。その後、再度真空中（３×１０-4Torr）に１６
時間置いた後の特性を示したものが曲線２３であり、ほ
ゞ当初の特性と同じになつている。なお、これは試料温
度を２３〜２５℃とし暗中で測定を行つた結果である。
次に飽和アルコール蒸気中における変化を第３図に示
す。３×１０-3Torr の真空中における特性を示したの
が曲線３１であり、この試料をエチルアルコールの飽和
蒸気中に２．５時間置いたときの特性を示すのが曲線３
２である。特に＋の電圧を印加したときには出力の急激
な変化を示している。再度真空中（３×１０-3Torr）に
３６時間置いた後の特性は曲線３３に示してあるが、完
全とは言えないまでも初期の値の近くまで復帰してい
る。なお、この例では試料温度を２２〜２５℃とし暗中
で測定した結果である。
す。３×１０-3Torr の真空中における特性を示したの
が曲線３１であり、この試料をエチルアルコールの飽和
蒸気中に２．５時間置いたときの特性を示すのが曲線３
２である。特に＋の電圧を印加したときには出力の急激
な変化を示している。再度真空中（３×１０-3Torr）に
３６時間置いた後の特性は曲線３３に示してあるが、完
全とは言えないまでも初期の値の近くまで復帰してい
る。なお、この例では試料温度を２２〜２５℃とし暗中
で測定した結果である。
第４図は１気圧の酸素ガス中における応答を示したもの
である。４×１０-3Torrの真空中における特性を示した
のが曲線４１であり、１気圧の酸素ガス中に置いて５分
経過後の特性を曲線４２で示してある。この場合には前
記の例と異なつて抵抗が増加する方向に変化しており、
しかも短時間で反応が現れている。再度真空中（４×１
０-3Torr）に置いて１６時間経過後の特性を曲線４３で
示す。この場合、試料温度は５０〜５５℃とし暗中で測
定した。
である。４×１０-3Torrの真空中における特性を示した
のが曲線４１であり、１気圧の酸素ガス中に置いて５分
経過後の特性を曲線４２で示してある。この場合には前
記の例と異なつて抵抗が増加する方向に変化しており、
しかも短時間で反応が現れている。再度真空中（４×１
０-3Torr）に置いて１６時間経過後の特性を曲線４３で
示す。この場合、試料温度は５０〜５５℃とし暗中で測
定した。
以上の例から明らかなように、飽和水蒸気、飽和アルコ
ール蒸気、酸素に関しては電圧−電流特性が大きく変化
することが確認され、しかも抵抗が減少する場合と増加
する場合のいずれもが測定された。このことから、各種
のガスセンサとして利用できることが明かである。
ール蒸気、酸素に関しては電圧−電流特性が大きく変化
することが確認され、しかも抵抗が減少する場合と増加
する場合のいずれもが測定された。このことから、各種
のガスセンサとして利用できることが明かである。
前記の例において各試料の初期の特性に差異があるが、
これは電極の面積や熱処理の時間などの要素によつて影
響されているものと考えられる。
これは電極の面積や熱処理の時間などの要素によつて影
響されているものと考えられる。
なお、上記の各々の例においては各種のガス中に比較的
長時間置いた後の測定結果を示したが、実際にはそれ程
長時間を経ずに特性の変化が現れており、センサとして
の機能を十分に果たすことができる。
長時間置いた後の測定結果を示したが、実際にはそれ程
長時間を経ずに特性の変化が現れており、センサとして
の機能を十分に果たすことができる。
本発明によれば、簡単な構造でしかも製造が容易なガス
センサが得られる。
センサが得られる。
これまでに説明したように各種のガスに対して明瞭に識
別できる程度の特性の変化が確認されており、きわめて
信頼性の高いガスセンサが得られる。
別できる程度の特性の変化が確認されており、きわめて
信頼性の高いガスセンサが得られる。
また、特性の変化がいずれの方向にも存在することか
ら、一個のガスセンサで二種類の気体を検出することも
可能である。
ら、一個のガスセンサで二種類の気体を検出することも
可能である。
第１図は本発明の実施例を示す正面断面図、第２図から
第４図までは各種ガスに対する電圧−電流特性を示す説
明図である。 １０……単結晶シリコン基板， １１……多孔質シリコン層， １２，１４……電極
第４図までは各種ガスに対する電圧−電流特性を示す説
明図である。 １０……単結晶シリコン基板， １１……多孔質シリコン層， １２，１４……電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−5695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−37547（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項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の表面の一部と裏面
の単結晶シリコン基板上にそれぞれ電極を形成して成る
ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4296686A JPH0623709B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4296686A JPH0623709B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | ガスセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62201344A JPS62201344A (ja) | 1987-09-05 |
| JPH0623709B2 true JPH0623709B2 (ja) | 1994-03-30 |
Family
ID=12650779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4296686A Expired - Lifetime JPH0623709B2 (ja) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0623709B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2702279B2 (ja) * | 1990-11-30 | 1998-01-21 | 新コスモス電機株式会社 | ガス検知素子 |
-
1986
- 1986-02-28 JP JP4296686A patent/JPH0623709B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62201344A (ja) | 1987-09-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |