JPS5999243A - 感ガス素子 - Google Patents
感ガス素子Info
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- JPS5999243A JPS5999243A JP20770682A JP20770682A JPS5999243A JP S5999243 A JPS5999243 A JP S5999243A JP 20770682 A JP20770682 A JP 20770682A JP 20770682 A JP20770682 A JP 20770682A JP S5999243 A JPS5999243 A JP S5999243A
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- sensitive
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- 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
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は感ガス素子、特に触媒層を有する感ガス素子に
関する。
関する。
従来から、各種のガスに接触して抵抗値の変化する例え
ばＳ ｎＯｔ系酸化物半導体等のガス感応体を用いた感
ガス素子について各種の研究がなされている。このよう
な感ガス素子においては、ガスに対する検出感度をあげ
るため等の目的で触媒を用いるが、この触媒を用いる感
ガス素子の１つの構造として、ガス感応体上に触媒層を
設けたものがある。
ばＳ ｎＯｔ系酸化物半導体等のガス感応体を用いた感
ガス素子について各種の研究がなされている。このよう
な感ガス素子においては、ガスに対する検出感度をあげ
るため等の目的で触媒を用いるが、この触媒を用いる感
ガス素子の１つの構造として、ガス感応体上に触媒層を
設けたものがある。
このような触媒層としては一般にＡ−〇、０１等の担体
にＰｉ等の触媒金属を混入した厚膜が用いられている。
にＰｉ等の触媒金属を混入した厚膜が用いられている。
しかしながら厚膜はペースト状の原料の塗布・焼結工程
を経て形成されるため、非常に再現性が悪く感ガス素子
の特性のバラツク場合があるという問題点がちった。さ
らにとの厚膜は厚さが１０ μｔｎ程度のオーダーとな
ってしまうため、ガス検出の際の応答速度が比較的遅い
という欠点があった。また通常感ガス素子はヒータを具
備し、ガス感応体を加熱しながらガス検出を行なうが、
この様に膜厚が厚いと触媒層内に温度勾配が生じ熱応力
が発生しやすく、これに伴ない触媒層にクラック等の生
ずる恐れがあった。さらに触媒層の膜厚が厚いと熱容量
等の関係でガス感応体の正確な温反設定が困難であり、
感ガス素子の特性にバラツキが生じてしまうという問題
点もあった。
を経て形成されるため、非常に再現性が悪く感ガス素子
の特性のバラツク場合があるという問題点がちった。さ
らにとの厚膜は厚さが１０ μｔｎ程度のオーダーとな
ってしまうため、ガス検出の際の応答速度が比較的遅い
という欠点があった。また通常感ガス素子はヒータを具
備し、ガス感応体を加熱しながらガス検出を行なうが、
この様に膜厚が厚いと触媒層内に温度勾配が生じ熱応力
が発生しやすく、これに伴ない触媒層にクラック等の生
ずる恐れがあった。さらに触媒層の膜厚が厚いと熱容量
等の関係でガス感応体の正確な温反設定が困難であり、
感ガス素子の特性にバラツキが生じてしまうという問題
点もあった。
以上の様な厚膜の触媒層を用いた場合の欠点を解消すべ
く、触媒金属からなる薄膜を触媒層として用いることが
研究されている。薄膜はスパッタリング法、蒸着法等に
よシ焼結工程を経ないで形成され、再現性良くかつ膜厚
も数ｎｍ程度まで薄くすることができるので前述のよう
な欠点は解消できるものの新たな問題点が生ずる。
く、触媒金属からなる薄膜を触媒層として用いることが
研究されている。薄膜はスパッタリング法、蒸着法等に
よシ焼結工程を経ないで形成され、再現性良くかつ膜厚
も数ｎｍ程度まで薄くすることができるので前述のよう
な欠点は解消できるものの新たな問題点が生ずる。
すなわち感ガス素子使用時の高温下で触媒金属が凝集、
再結晶し、触媒能力が低下してしまうという問題点であ
る。これは、ガス感応体にガスが接触するように触媒層
は多孔質層となっているが、このように凝集、再結晶し
てしまうと多孔質の状態が保てなくなってしまうからで
ある。
再結晶し、触媒能力が低下してしまうという問題点であ
る。これは、ガス感応体にガスが接触するように触媒層
は多孔質層となっているが、このように凝集、再結晶し
てしまうと多孔質の状態が保てなくなってしまうからで
ある。
〔発明の目的〕
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、応答性が
良く耐久性にも優れた感ガス素子を提供することを目的
とする。
良く耐久性にも優れた感ガス素子を提供することを目的
とする。
本発明は、基板と基板上に設けられ測定対象ガスに接触
して抵抗値の変化するガス感応体と、このガス感応体に
設けられた一対の電極と、このガス感応体表面に設けら
れた触媒層とを有する感ガス素子において、前記触媒層
が、Ａ４０３ 、 Ｓ Ａ０２゜Ｚ ｒ０２のうち少な
くとも一種からなる担体と、前記触媒層に対し１重量％
〜８０重量％のＰｔ、Ｐｄ。
して抵抗値の変化するガス感応体と、このガス感応体に
設けられた一対の電極と、このガス感応体表面に設けら
れた触媒層とを有する感ガス素子において、前記触媒層
が、Ａ４０３ 、 Ｓ Ａ０２゜Ｚ ｒ０２のうち少な
くとも一種からなる担体と、前記触媒層に対し１重量％
〜８０重量％のＰｔ、Ｐｄ。
−Ｒｈのうち少なくとも一種からなる触媒金属とを含み
、膜厚５ｎｍ〜１１０００ｎの薄膜からなる感ガス素子
である。なお本発明において基板としてはＡ４０３ 、
８ Ａ３ Ｎ４ 、 ＢＮ 、 ８１ｏ２等のセラミッ
ク基板等の耐熱性かつ絶縁性の基板を用い、電極として
はＡｕ、Ｐｔ等を用い、スクリーン印刷法、スパッタリ
ング法、蒸着法等によ膜形成する。この電極はガス感応
体上で対向して設けられ、ガス感応体と基板との間、ガ
ス感応体と触媒層との間どちらに設けても良い。
、膜厚５ｎｍ〜１１０００ｎの薄膜からなる感ガス素子
である。なお本発明において基板としてはＡ４０３ 、
８ Ａ３ Ｎ４ 、 ＢＮ 、 ８１ｏ２等のセラミッ
ク基板等の耐熱性かつ絶縁性の基板を用い、電極として
はＡｕ、Ｐｔ等を用い、スクリーン印刷法、スパッタリ
ング法、蒸着法等によ膜形成する。この電極はガス感応
体上で対向して設けられ、ガス感応体と基板との間、ガ
ス感応体と触媒層との間どちらに設けても良い。
また測定対象ガスはＣＯ，メタン等の還元性ガスであり
ガス感応体としては、一般に用いられる５ｎＯｔ系、
ＺｎＯ系、 Ｆｅ１ＯＢ系等の測定対象ガスに接触して
その抵抗値の変化する酸化物半導体を用いる。このＳｎ
Ｏ，系、ＺｎＯ系、Ｆｅ１０３系酸化物半導体は、それ
ぞれ５ｎｏｔ、 ＺｎＯ、Ｆｅ、０１を主成分とし、必
要に応じＮｂ”、 Ｓｂ”、 Ｓｂ” 、Ａ１３”、Ｃ
ｒ３＋等の副成分が添加されたものである。このガス感
応体は、スパッタリング法、蒸着法、塗布焼結、有機化
合物の熱分解法等によ膜形成される。
ガス感応体としては、一般に用いられる５ｎＯｔ系、
ＺｎＯ系、 Ｆｅ１ＯＢ系等の測定対象ガスに接触して
その抵抗値の変化する酸化物半導体を用いる。このＳｎ
Ｏ，系、ＺｎＯ系、Ｆｅ１０３系酸化物半導体は、それ
ぞれ５ｎｏｔ、 ＺｎＯ、Ｆｅ、０１を主成分とし、必
要に応じＮｂ”、 Ｓｂ”、 Ｓｂ” 、Ａ１３”、Ｃ
ｒ３＋等の副成分が添加されたものである。このガス感
応体は、スパッタリング法、蒸着法、塗布焼結、有機化
合物の熱分解法等によ膜形成される。
次に本発明における触媒層の組成比及び膜厚について述
べる。
べる。
触媒層は、Ｐｄ、Ｐｔ、几ｈ＃ｈのうち少なくとも一種
の触媒金属と、人−６２０Ｂ 、 Ｓ １０． 、 Ｚ
ｒ□、のうち少なくとも一種の担体とからなる。この触
媒金属は、ガス応答性、ガス選択性等の感ガス特性を向
上するために用いられるものであシ、担体は感ガス素子
使用時における触媒金属の凝集等による感ガス特性の低
下を防止するために用いられるものである。
の触媒金属と、人−６２０Ｂ 、 Ｓ １０． 、 Ｚ
ｒ□、のうち少なくとも一種の担体とからなる。この触
媒金属は、ガス応答性、ガス選択性等の感ガス特性を向
上するために用いられるものであシ、担体は感ガス素子
使用時における触媒金属の凝集等による感ガス特性の低
下を防止するために用いられるものである。
この触媒金属の含有量は、１重量％未満では触媒層の触
媒能力が充分には発揮されず、８０重量％を越えると触
媒層が絶縁性を保てなくなる。ガス検出は、ガス感応体
の抵抗値の変化を測定して行なうが、ガス感応体上に設
けられる触媒層の絶縁性が保たれていないと、ガス感応
体自体の抵抗値のみではなく、ガス感応体と触媒層との
抵抗値を測定することになり、ガス検出の精度が低下す
る。また触媒層の抵抗値がガス感応体の抵抗値よシ小と
なると、ガス感応体の抵抗値の測定が困難となシ実質的
にガス検出が不可能となってしまう。
媒能力が充分には発揮されず、８０重量％を越えると触
媒層が絶縁性を保てなくなる。ガス検出は、ガス感応体
の抵抗値の変化を測定して行なうが、ガス感応体上に設
けられる触媒層の絶縁性が保たれていないと、ガス感応
体自体の抵抗値のみではなく、ガス感応体と触媒層との
抵抗値を測定することになり、ガス検出の精度が低下す
る。また触媒層の抵抗値がガス感応体の抵抗値よシ小と
なると、ガス感応体の抵抗値の測定が困難となシ実質的
にガス検出が不可能となってしまう。
以上のような理由で触媒層中の触媒金属の重量比を触媒
層に対し１重量％〜８０重量％に限定する。
層に対し１重量％〜８０重量％に限定する。
このような触媒層を設けた本発明の感ガス素子において
は、触媒層とガス感応体を別々に製造するため、それぞ
れに最適の製造条件を設定することができ、感ガス素子
製造時の自由度が増す。また、ガス感応体中に触媒金属
を混入した場合は、感ガス素子の使用につれその分散状
態が変化し、ガス感応体の抵抗値等の特性が変化してし
まう恐れがあるが、担体に触媒金属を混入した触媒層を
設けた本発明の場合この恐れはない。
は、触媒層とガス感応体を別々に製造するため、それぞ
れに最適の製造条件を設定することができ、感ガス素子
製造時の自由度が増す。また、ガス感応体中に触媒金属
を混入した場合は、感ガス素子の使用につれその分散状
態が変化し、ガス感応体の抵抗値等の特性が変化してし
まう恐れがあるが、担体に触媒金属を混入した触媒層を
設けた本発明の場合この恐れはない。
次に触媒層の膜厚について述べる。
膜厚が５ｎｍ未満では触媒層の触媒能力が充分には発揮
されず１１０００ｎを越えると測定対象ガスに対する応
答速度が遅くなってしまうからである。
されず１１０００ｎを越えると測定対象ガスに対する応
答速度が遅くなってしまうからである。
この応答速度には、測定対象ガスに接触した場合の立ち
あがり速度と、測定対象ガスが除去された場合の復帰速
度とがあるが、膜厚が１１０００ｎを越えると両者とも
に遅くなってしまう。特にＣＯを測定対象ガスとするよ
うな危険を知らせる装置に用いるような場合、応答速度
、特に立ちあがシ速吸が遅いとガス検出が遅れてしまい
非常に危険である。以上のような理由で触媒層の膜厚を
５ｎｍ〜１１０００ｎ Ｋ限定する。
あがり速度と、測定対象ガスが除去された場合の復帰速
度とがあるが、膜厚が１１０００ｎを越えると両者とも
に遅くなってしまう。特にＣＯを測定対象ガスとするよ
うな危険を知らせる装置に用いるような場合、応答速度
、特に立ちあがシ速吸が遅いとガス検出が遅れてしまい
非常に危険である。以上のような理由で触媒層の膜厚を
５ｎｍ〜１１０００ｎ Ｋ限定する。
また触媒層には、蒸着法、スパッタリング法等により焼
結工程な経ずに形成された薄膜を用いる。
結工程な経ずに形成された薄膜を用いる。
ペースト状の触媒層原料を塗布し焼結する厚膜を用いた
場合は１０２μｍ程度のオーダの膜厚しか得ることがで
きず、本発明における所望の膜厚６〜１１０００ｎの触
媒層を得ることができない。また焼結工程を経て形成さ
れる厚膜な用いた場合、焼結時の熱歪みが残シ、耐久性
が悪くなってしまう。
場合は１０２μｍ程度のオーダの膜厚しか得ることがで
きず、本発明における所望の膜厚６〜１１０００ｎの触
媒層を得ることができない。また焼結工程を経て形成さ
れる厚膜な用いた場合、焼結時の熱歪みが残シ、耐久性
が悪くなってしまう。
またガス感応体の特性を劣化させないため等で焼結温度
に制限があり、十分な強度が得られず耐久性が悪くなっ
てしまう。以上のような理由で薄膜を触媒層として用い
る。
に制限があり、十分な強度が得られず耐久性が悪くなっ
てしまう。以上のような理由で薄膜を触媒層として用い
る。
このような触媒層の形成法としては組成比の制御が容易
であシ、かつ触媒層中の触媒金属の分散が微細かつ均一
となるスパッタリング法を用いることが好ましい。スパ
ッタリング法により触媒層を形成する場合、ターゲット
として触媒金属と担体な所望の比率で含有した材料を用
いても良いし、ターゲットとして触媒金属とＡｌ１ 、
８ ｒ 、 Ｚｒのうち少なくとも一種とを含んでなる
材料を用い薄膜形成後、酸素存在雰囲気下で加熱酸化を
行ない、触媒層を形成することもできる、また、ターゲ
ットとして触媒金属とｋＡ ＋ ８ ＋ ＋ Ｚ ｒの
うち少なくとも一−−ｍとを含んでなる材料を用込、酸
素存在雰囲気薄膜形成後、大気中等で加熱処理を行なう
ことが好ましい。ターゲットとして触媒金属と担体とを
含む材料を用いた場合も同様である。このようにスパッ
タリング法に用いるターゲットは原料粉体の混合体でも
よいし、合金として用いてもよいし、また単一材料のタ
ーゲツト材の表面の一部を他の材料でコーティングした
ものを夕〜ゲットとして用いてもよい。さらに、二元ス
パッタリング法を用いて行なってもよく、この場合同じ
ターゲットで種々の組成を実現できる。
であシ、かつ触媒層中の触媒金属の分散が微細かつ均一
となるスパッタリング法を用いることが好ましい。スパ
ッタリング法により触媒層を形成する場合、ターゲット
として触媒金属と担体な所望の比率で含有した材料を用
いても良いし、ターゲットとして触媒金属とＡｌ１ 、
８ ｒ 、 Ｚｒのうち少なくとも一種とを含んでなる
材料を用い薄膜形成後、酸素存在雰囲気下で加熱酸化を
行ない、触媒層を形成することもできる、また、ターゲ
ットとして触媒金属とｋＡ ＋ ８ ＋ ＋ Ｚ ｒの
うち少なくとも一−−ｍとを含んでなる材料を用込、酸
素存在雰囲気薄膜形成後、大気中等で加熱処理を行なう
ことが好ましい。ターゲットとして触媒金属と担体とを
含む材料を用いた場合も同様である。このようにスパッ
タリング法に用いるターゲットは原料粉体の混合体でも
よいし、合金として用いてもよいし、また単一材料のタ
ーゲツト材の表面の一部を他の材料でコーティングした
ものを夕〜ゲットとして用いてもよい。さらに、二元ス
パッタリング法を用いて行なってもよく、この場合同じ
ターゲットで種々の組成を実現できる。
また一般に感ガス素子は、ガス感応体を加熱するための
ヒータを備えているが、触媒層を薄膜化したことにより
熱容量が小さくなるため、ヒータの出力を抑えることが
できるので、ヒータの寿命ものび、ひいては感ガス素子
の寿命ものびることとなる。
ヒータを備えているが、触媒層を薄膜化したことにより
熱容量が小さくなるため、ヒータの出力を抑えることが
できるので、ヒータの寿命ものび、ひいては感ガス素子
の寿命ものびることとなる。
さらに触媒層はガス感応体と測定対象ガスとの接触をさ
またげないようにポーラスな状態であることが要求され
る。触媒層が十分薄い場合、例えば膜厚１０ｎｍ以下で
は通常のスパッタリング法を用いても薄膜は島状に成長
するので実質的にポーラスな状態が実現される。また、
例えばＡｒ ＊ ０２ ＋Ｎ等１０３Ｍ Ｔｏ ｒ ｒ
程度の高いガス圧下でスパッタリングを行なうことによ
シ、形成された触媒層中にガスが閉じこめられ、とのガ
スを加熱によ）除去することによシボ−ラスな状態を実
現することもできる。さらに、ターゲットにＰＶＡ等の
有機物を混合しスパッタリングを行ない、有機物が混入
した触媒層を形成した後、加熱によシ有機物を除去しポ
ーラスな状態を実現することもできる。
またげないようにポーラスな状態であることが要求され
る。触媒層が十分薄い場合、例えば膜厚１０ｎｍ以下で
は通常のスパッタリング法を用いても薄膜は島状に成長
するので実質的にポーラスな状態が実現される。また、
例えばＡｒ ＊ ０２ ＋Ｎ等１０３Ｍ Ｔｏ ｒ ｒ
程度の高いガス圧下でスパッタリングを行なうことによ
シ、形成された触媒層中にガスが閉じこめられ、とのガ
スを加熱によ）除去することによシボ−ラスな状態を実
現することもできる。さらに、ターゲットにＰＶＡ等の
有機物を混合しスパッタリングを行ない、有機物が混入
した触媒層を形成した後、加熱によシ有機物を除去しポ
ーラスな状態を実現することもできる。
以上説明したように本発明によれば応答性が良く、耐久
性にも慶れた感ガス素子を提供することができる。
性にも慶れた感ガス素子を提供することができる。
本発明の実施例を以下説明する。
第１図は本発明の実施例を示すための図であり、感ガス
素子の断面図である。
素子の断面図である。
７閣Ｘ ４ ｆｌ Ｘ ０．３−のＡ沼２０８基板（１
）の表面を鏡面研摩し、スクリーン印刷法を用い准（ｉ
ｆｆｌ （２１としてＡｕからなる一対のくし形電極を
設ける。ＡＡ２０゜基板（１）の裏面にはスクリーン印
刷法にょＪ） ＲＬＩ０２からなるヒータ（３）を設け
る。電極（２）及びヒータ（３）にはそれぞれリード（
２）’、 （３）／を設ける。また電極を蒸着法等によ
る薄膜とした場合は、リード接続部を厚膜としリード接
続部における基板との接着強度を増すこともできる。次
に、５ｎｏ２にｓｂ５＋をドーピングしたターゲットを
用い、スパッタリング法によシ膜厚２５ｎｍのガス感応
体（４）を電極（２）間に形成する。続いてＡＡ２０３
粉体に１重量％のｐｔを混合し成形したターゲットを用
いスパッタリング法によシ膜厚５ｎｍの触媒層（５）を
ガス感応体（４）上に形成する。スパッタリングは例え
ば０．０１ ＷＨｇ以上のＡｒ、Ｏ，混合雰囲気中で行
ない、薄膜形成後大気中５００Ｃに昇温し、Ａも０３の
酸化安定化を行なう。
）の表面を鏡面研摩し、スクリーン印刷法を用い准（ｉ
ｆｆｌ （２１としてＡｕからなる一対のくし形電極を
設ける。ＡＡ２０゜基板（１）の裏面にはスクリーン印
刷法にょＪ） ＲＬＩ０２からなるヒータ（３）を設け
る。電極（２）及びヒータ（３）にはそれぞれリード（
２）’、 （３）／を設ける。また電極を蒸着法等によ
る薄膜とした場合は、リード接続部を厚膜としリード接
続部における基板との接着強度を増すこともできる。次
に、５ｎｏ２にｓｂ５＋をドーピングしたターゲットを
用い、スパッタリング法によシ膜厚２５ｎｍのガス感応
体（４）を電極（２）間に形成する。続いてＡＡ２０３
粉体に１重量％のｐｔを混合し成形したターゲットを用
いスパッタリング法によシ膜厚５ｎｍの触媒層（５）を
ガス感応体（４）上に形成する。スパッタリングは例え
ば０．０１ ＷＨｇ以上のＡｒ、Ｏ，混合雰囲気中で行
ない、薄膜形成後大気中５００Ｃに昇温し、Ａも０３の
酸化安定化を行なう。
この実施例においては触媒層の形成にＡ、、ｅ、Ｏ，と
Ｐｔを混合したターゲットを用いたが、Ａ４とＰｉとの
混合物をターゲットとしてスパッタリングを行ない局と
ｐｔが微細に分散した薄膜を形成した後、大気中例えば
５００Ｃ程度で１時間程度保持してａを酸化し、ＡＡ、
０．とＰｔからなる触媒層な形成してもよい。またＡ
４とＰｔとの混合物をターゲットとして用い、例えば酸
素５０％、アルゴン５０％の雰囲気中でスパッタリング
を行ないＡＡ２０．とＰｉからなる薄膜の触媒層を形成
しても良い。一般に酸化物に比べ金属の方がスパッタリ
ング速度が早いのでＡ、、ｅｔ ＯｓとＰｔの混合物を
ターゲットとして用いた場合は、Ｐｔの量を所望の組成
比よシ少なめにすることが望ましい。またｐｔと届の混
合物をターゲットとして用い、酸素存在雰囲気中でスパ
ッタリングを行なう場合も、酸素濃度が大きいとＡＡ、
０３の方がスパッタリング速度が遅く々る。
Ｐｔを混合したターゲットを用いたが、Ａ４とＰｉとの
混合物をターゲットとしてスパッタリングを行ない局と
ｐｔが微細に分散した薄膜を形成した後、大気中例えば
５００Ｃ程度で１時間程度保持してａを酸化し、ＡＡ、
０．とＰｔからなる触媒層な形成してもよい。またＡ
４とＰｔとの混合物をターゲットとして用い、例えば酸
素５０％、アルゴン５０％の雰囲気中でスパッタリング
を行ないＡＡ２０．とＰｉからなる薄膜の触媒層を形成
しても良い。一般に酸化物に比べ金属の方がスパッタリ
ング速度が早いのでＡ、、ｅｔ ＯｓとＰｔの混合物を
ターゲットとして用いた場合は、Ｐｔの量を所望の組成
比よシ少なめにすることが望ましい。またｐｔと届の混
合物をターゲットとして用い、酸素存在雰囲気中でスパ
ッタリングを行なう場合も、酸素濃度が大きいとＡＡ、
０３の方がスパッタリング速度が遅く々る。
以上のようにして形成された本発明の感ガス素子の特性
を第２図乃至第４図に示す。
を第２図乃至第４図に示す。
第２図はＣＯガス２００ｐｐｍ雰囲気中におけるガス応
答特性を示した図であ、６、ｃｏガス２００ｐｐｍ雰囲
中におけるガス感応体の抵抗値の飽和値に対する抵抗値
の時間による変化を示した。比較例−１として塗布・焼
結によシＰｔ−Ｐｄ −Ａ１２０Ｂ （Ｐ ｔ／Ａ右０
３−１／１００ （重量比）、Ｐｔ／Ｐｄ ＝ ２／１
（原子比））の組成で数百μｍ程度の膜厚の触媒層を
、５ｎｏ２系のガス感応体表面に設けたものを容易し、
同様の測定を行なった。実施例、比較例−１とも素子温
度は１０００程度とした。
答特性を示した図であ、６、ｃｏガス２００ｐｐｍ雰囲
中におけるガス感応体の抵抗値の飽和値に対する抵抗値
の時間による変化を示した。比較例−１として塗布・焼
結によシＰｔ−Ｐｄ −Ａ１２０Ｂ （Ｐ ｔ／Ａ右０
３−１／１００ （重量比）、Ｐｔ／Ｐｄ ＝ ２／１
（原子比））の組成で数百μｍ程度の膜厚の触媒層を
、５ｎｏ２系のガス感応体表面に設けたものを容易し、
同様の測定を行なった。実施例、比較例−１とも素子温
度は１０００程度とした。
本発明の実施例（曲線ａ）の場合が１分根度で抵抗値が
飽和し安定した値となるのに比べ、比較例−１（曲線ｂ
）の場合は３分経過後においても抵抗値が飽和せず、徐
々に飽和値に近づいていることがわかる。従って本発明
の感ガス素子の方がガス応答性に優れている。
飽和し安定した値となるのに比べ、比較例−１（曲線ｂ
）の場合は３分経過後においても抵抗値が飽和せず、徐
々に飽和値に近づいていることがわかる。従って本発明
の感ガス素子の方がガス応答性に優れている。
また第８図に感度の経時変化を示す。
感ガス素子はガス検出時の素子温度を１０００とし、大
気雰囲気での抵抗値Ｒａ Ｉ ｒ測定後、ＣＯガス２０
０ｐｐｍ雰雰囲気９仕 Ｒａ ｉ ｒ／Ｒｇａ ｓをガス感度として算出した。
気雰囲気での抵抗値Ｒａ Ｉ ｒ測定後、ＣＯガス２０
０ｐｐｍ雰雰囲気９仕 Ｒａ ｉ ｒ／Ｒｇａ ｓをガス感度として算出した。
この測定は２時間ごとに行ない、Ｒｇａｓ測定後４００
Ｃ１分間のヒートクリーニングを行なった。
Ｃ１分間のヒートクリーニングを行なった。
比較のため前述の比較例−１と、比較例−２としてこの
実施例と同様の構成で触媒層をＰｔのみからなる膜厚５
ｎｍのスパッタリングによる薄膜としたものを用意し、
同様の測定を行なった。
実施例と同様の構成で触媒層をＰｔのみからなる膜厚５
ｎｍのスパッタリングによる薄膜としたものを用意し、
同様の測定を行なった。
第８図から明らかなように、本発明の実施例（曲線ａ）
から１０００時間を越えても安定なのに比べ、比較例−
１（曲線ｂ）及び比較例−２（曲線Ｃ）においては数百
時間程度で感度が低下してしまうことがわかる。
から１０００時間を越えても安定なのに比べ、比較例−
１（曲線ｂ）及び比較例−２（曲線Ｃ）においては数百
時間程度で感度が低下してしまうことがわかる。
このように本発明の感ガス素子は耐久性に非常に優れて
いることがわかる。
いることがわかる。
また第４図に素子温度の変化によるＣＯガス２ＱＯｐｐ
ｍ中のＲａ ｉ ｒ／Ｂｕｇ ａ ｓの変化を示す、比
較のため前述の比較例−２でも同様の測定を行なった。
ｍ中のＲａ ｉ ｒ／Ｂｕｇ ａ ｓの変化を示す、比
較のため前述の比較例−２でも同様の測定を行なった。
本発明の場合は８００Ｃでも十分な感度が得られるのに
対し、比較例−２の場合は素子温度の上昇とともに感度
が低下していることがわかる。
対し、比較例−２の場合は素子温度の上昇とともに感度
が低下していることがわかる。
一般に感ガス素子のガス選択性は、素子温度によυ大き
く変化し、１００Ｃ程度の低温ではＣＯガスに対するガ
ス選択性に優れ、素子温度が高くなるにつれ、メタンガ
ス等に対するガス選択性が優れるようになる。従って本
発明の感ガス素子は広範囲の素子温度領域で高感度を保
持できるので、ガス選択性の調整可能な範囲が大きくな
シ、感ガス素子を用いたガス検出装置の設計が容易とな
る。また一般に感ガス素子においては感度の低下を防止
するため高温状態に保持しヒートクリーニングを行なう
が、本発明ではａｏｏｃ程度の高温でも感度の低下がな
いので、ヒートクリーニングを行なわなくても良いとい
う効果も得ることができる。
く変化し、１００Ｃ程度の低温ではＣＯガスに対するガ
ス選択性に優れ、素子温度が高くなるにつれ、メタンガ
ス等に対するガス選択性が優れるようになる。従って本
発明の感ガス素子は広範囲の素子温度領域で高感度を保
持できるので、ガス選択性の調整可能な範囲が大きくな
シ、感ガス素子を用いたガス検出装置の設計が容易とな
る。また一般に感ガス素子においては感度の低下を防止
するため高温状態に保持しヒートクリーニングを行なう
が、本発明ではａｏｏｃ程度の高温でも感度の低下がな
いので、ヒートクリーニングを行なわなくても良いとい
う効果も得ることができる。
次に触媒層中の触媒金属の量による特性の変化を調べた
。前述の実施例において触媒層中のＰｔの量を変化させ
Ｒａ ｉ ｒを測定し、第５図に示した。
。前述の実施例において触媒層中のＰｔの量を変化させ
Ｒａ ｉ ｒを測定し、第５図に示した。
第５図から明らかなようにＰｔが８０重量％を超えると
急激に抵抗値が下がってしまうことがわかる。これはＰ
ｉが８０重量％をこえると触媒層が導電性を有するよう
になるためであり、このように抵抗値が低下してしまう
とガス感応体の抵抗値の変化が測定しにくくなシ測定対
象ガスに対する感度が低下してしまう。
急激に抵抗値が下がってしまうことがわかる。これはＰ
ｉが８０重量％をこえると触媒層が導電性を有するよう
になるためであり、このように抵抗値が低下してしまう
とガス感応体の抵抗値の変化が測定しにくくなシ測定対
象ガスに対する感度が低下してしまう。
次に前述の実施例と同様の構成で触媒層の厚さのみを変
化したものについて感ガス素子の応答特性の変化を調べ
た。ＣＯガス２００ｐｐｍ中の抵抗値の飽和値に対する
、ＣＯガス導入後８０秒経過後の抵抗値の割合を第６図
に示した。
化したものについて感ガス素子の応答特性の変化を調べ
た。ＣＯガス２００ｐｐｍ中の抵抗値の飽和値に対する
、ＣＯガス導入後８０秒経過後の抵抗値の割合を第６図
に示した。
第６図から明らかな様に触媒層が１１０００ｎを越える
と急激に応答特性が悪くなっていることがわかる。
と急激に応答特性が悪くなっていることがわかる。
次に各種の触媒金属及び担体を用いた感ガス素子のＣＯ
ガス及びＨ２ガスに対する感度を測定した。
ガス及びＨ２ガスに対する感度を測定した。
各々の感ガス素子においてはガス感応体として膜厚２５
ｎｍの８１１０２ （Ｎｂ ドープ）系を用イ、触１
層（７）厚さは５ｎｍとし、ガス感応体、触媒層とも
にスパッタリング法で設けた。比較例として触媒層を触
媒金属のみとし、他の条件は同じの感ガス素子において
も同様に測定を行なった。この結果を下表に示す。以下
太白 この表から明らかなように、本発明の実施例の場合はＣ
Ｏガスに対する感度が大きく、Ｈｔガスに対する感度が
小さいことがわかる。従ってＣＯガスを測定対象ガスと
する場合、本発明は特に有効となる。比較例ではＣＯ感
度が小さくＨ２感度が大きいので、ＣＯガスを測定対象
ガスとする感ガス素子として用いることは困難である。
ｎｍの８１１０２ （Ｎｂ ドープ）系を用イ、触１
層（７）厚さは５ｎｍとし、ガス感応体、触媒層とも
にスパッタリング法で設けた。比較例として触媒層を触
媒金属のみとし、他の条件は同じの感ガス素子において
も同様に測定を行なった。この結果を下表に示す。以下
太白 この表から明らかなように、本発明の実施例の場合はＣ
Ｏガスに対する感度が大きく、Ｈｔガスに対する感度が
小さいことがわかる。従ってＣＯガスを測定対象ガスと
する場合、本発明は特に有効となる。比較例ではＣＯ感
度が小さくＨ２感度が大きいので、ＣＯガスを測定対象
ガスとする感ガス素子として用いることは困難である。
第１図は本発明の実施例を示す感ガス素子の断面図、第
２図は抵抗変化率曲線図、第８図は感度変化率曲線図、
第４図は感度一温度特性曲線図、第５図はＲａ１ｒ −
Ｐｔ量時特性曲線図第６図は抵抗変化率曲線図。 １・・・基板 ２・・・電極 ４・・・ガス感応体 ６・・・触媒層 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）第
１ 図 第 ２ 図 特開（ｎｔ；ｎ） 第 ３ 図 第 ４ 図 Ａ崖 （°Ｃ） 第 ５ 図 ＰＬ 外伐） 第 ６ 図 臘か（ｎｒｎ）
２図は抵抗変化率曲線図、第８図は感度変化率曲線図、
第４図は感度一温度特性曲線図、第５図はＲａ１ｒ −
Ｐｔ量時特性曲線図第６図は抵抗変化率曲線図。 １・・・基板 ２・・・電極 ４・・・ガス感応体 ６・・・触媒層 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名）第
１ 図 第 ２ 図 特開（ｎｔ；ｎ） 第 ３ 図 第 ４ 図 Ａ崖 （°Ｃ） 第 ５ 図 ＰＬ 外伐） 第 ６ 図 臘か（ｎｒｎ）
Claims (1)
- 基板と、この基板上に設けられ測定対象ガスに接触して
抵抗値の変化するガス感応体と、このガス感応体に設け
られた一対の電極と、このガス感応体表面に設けられた
触媒層とを有する感ガス素子にオイテ、前記触媒層が、
Ａ４０ｓ 、 Ｓ １０２ 、 Ｚｒ０ｔのうち少なく
とも一種からなる担体と、前記触媒層に対し１重量−〜
８０重量％のＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも一種か
らなる触媒金属とを含み、膜厚５ｎｍ〜１１０００ｎの
薄膜からなることを特徴とする感ガス素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20770682A JPS5999243A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | 感ガス素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20770682A JPS5999243A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | 感ガス素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5999243A true JPS5999243A (ja) | 1984-06-07 |
| JPS6152420B2 JPS6152420B2 (ja) | 1986-11-13 |
Family
ID=16544213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20770682A Granted JPS5999243A (ja) | 1982-11-29 | 1982-11-29 | 感ガス素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5999243A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62254047A (ja) * | 1986-04-25 | 1987-11-05 | Figaro Eng Inc | 低アルコ−ル感度ガスセンサの製造方法 |
| JPH0254157A (ja) * | 1988-08-18 | 1990-02-23 | Toshiba Corp | ガスセンサ |
| US5086286A (en) * | 1989-07-28 | 1992-02-04 | Kurabe Industrial Co., Ltd. | Gas-sensitive device |
| JP2002323467A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Denso Corp | 薄膜型ガスセンサ及びその製造方法 |
| WO2003006977A2 (de) * | 2001-07-10 | 2003-01-23 | Robert Bosch Gmbh | Schichtverbund und mikromechanisches sensorelement, insbesondere gassensorelement, mit diesem schichtverbund |
| JP2018054593A (ja) * | 2016-09-21 | 2018-04-05 | 大阪瓦斯株式会社 | ガスセンサおよびガス検知装置 |
-
1982
- 1982-11-29 JP JP20770682A patent/JPS5999243A/ja active Granted
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62254047A (ja) * | 1986-04-25 | 1987-11-05 | Figaro Eng Inc | 低アルコ−ル感度ガスセンサの製造方法 |
| JPH0254157A (ja) * | 1988-08-18 | 1990-02-23 | Toshiba Corp | ガスセンサ |
| US5086286A (en) * | 1989-07-28 | 1992-02-04 | Kurabe Industrial Co., Ltd. | Gas-sensitive device |
| JP2002323467A (ja) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Denso Corp | 薄膜型ガスセンサ及びその製造方法 |
| WO2003006977A2 (de) * | 2001-07-10 | 2003-01-23 | Robert Bosch Gmbh | Schichtverbund und mikromechanisches sensorelement, insbesondere gassensorelement, mit diesem schichtverbund |
| WO2003006977A3 (de) * | 2001-07-10 | 2003-04-03 | Bosch Gmbh Robert | Schichtverbund und mikromechanisches sensorelement, insbesondere gassensorelement, mit diesem schichtverbund |
| JP2018054593A (ja) * | 2016-09-21 | 2018-04-05 | 大阪瓦斯株式会社 | ガスセンサおよびガス検知装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6152420B2 (ja) | 1986-11-13 |
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