JPS6069544A

JPS6069544A - ガス　センサ−

Info

Publication number: JPS6069544A
Application number: JP12770184A
Authority: JP
Inventors: レスリー　ジヨン　リグビイ
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH; ITT Industries Inc
Current assignee: TDK Micronas GmbH; ITT Inc
Priority date: 1983-06-24
Filing date: 1984-06-22
Publication date: 1985-04-20
Also published as: GB8317173D0; GB2142147A; DE3422823A1

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。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は半導体ガス　センサー、及びこのようなセンサ
ーの製造方法に関するものである。

工業では、有毒ガスの検出及び測定は重要な問題である
。若干のガス、例えば硫化水素、は非常に有毒であり、
従って百万分の−から百万分の十まで程の低濃度で確か
な測定のできる検出方式を提供することが必要である。

有毒ガスの検出方法は幾つか発表された。ガス　クロマ
トグラフィー法及び吸収／滴定法のような分析技法は、
言うまでもなくこれらの低濃度で正確でもあり、確実で
もあるが、包含する設備は、かさ高であり、且つ扱いに
くいという不利な点がある。その上、これらの技法に固
有の応答時間が比較的長く、従って、一連の継続した読
み取りを行うのには不適切になる。これらの不利な点を
克服しようとして、半導体カス　セン４ノ゛−が開発さ
れた。このタイプのロンサーは、絶縁基体上に沈積させ
た半４　（Ａ物質、代表的には金属酸化物、の薄膜を包
有している。

物質は、調査中の有ｍガスが極微ｈ！存在づれば、電気
抵抗が変化するような物質であり、この抵抗の変化を増
幅器を経て監視する。このような装置は手軽であり、且
つ応答時間は比較的速い【プれども、現今の製造方法で
は、広範囲の電気１２ｆ性を備えた装置を製造するとい
う不利な点かある。このために、検査装置及び品質管理
に比較的太きな装置が必要になる。

米国特許第４，３９９．４２４号明細市では、絶縁基質
にイオンブレーティングした半導体金属酸化物薄膜を包
有し、該酸化物薄膜は、イの固有抵抗が薄膜に近接する
ガス又は蒸気の濃度の関数になっている、カス及び蒸気
を検出し、且つ濃度を測定するための半導体センサーを
開示している。

本発明によって、ガス及び蒸気を検出し、１１つその濃
度を測定するための半導体センサー−を提供するが、セ
ンサーは絶縁基体に担持された半導体金属酸化物薄膜を
包有し、該酸化物薄膜にはガス及び蒸気の濃度に対応づ
る固有抵抗があり、且つ酸化物薄膜に接触している活性
金属があるために、存在しているガス及び蒸気に対する
酸化物の応答を増強している。

代表的には、例えば白金から成る、薄い表面薄膜の形態
をしている活性金属の存在が、存在しているガス及び蒸
気に対する、下にある酸化物質の応答を増強することを
見い出した。

図面を参考にして、本発明を説明するが、図面では、第１図は半導体ガス　センサーの透視図であり、第２図
は第１図のセンサーの横断面図であり、第３図は第１図
及び第２図のセンサーを組み込んであるガス測定回路の
説明略図であり、且つ第４図でｔよ還元性ガスに対する
、第１図及び第２図のセンサーの代表的な応答を示す。

第１図及び第２図を参考にして、一連の貴金属電極１２
，１３．１４を沈積させである絶縁性基体１１、代表的
にはアルミナ、を包有する半導体ガス　センサーを示づ
。金及び金合金は化学的に不活性でもあり、比較的使用
しやすくもあるので、これらの物質の電極を使用Ｊるの
が好ましい。電極は、厚いフィルム　インキを沈積させ
、次に焼成又は真空蒸発によって作るのが代表的である
。

第１図で知ることができるように、一連の電極は、長い
電極１３を間に配置しである、比較的λ０い一対の電極
１２．１４から成る。

次に、実質的にＵ字形をしｌｃ抵抗器通路１５を、通路
の末端か電極１２及び１４とそれぞれ接触するように沈
積させ、且つ長い電極１３を、（〕７字の２本の突出部
分の間に、突出部から間隔を保って、沈積させる。この
抵抗器通路は、非接触遮へい物を通して沈積ざぜ、次に
インキを焼成する、導電性インキで通路を印刷覆る通常
の技法で施してもよい。このような技法は当業界では周
知であって、これ以上の説明はしなくてもよいであろう
１゜次に、半導体金属酸化物、代表的には酸化スズ（Ｓ
ｎ　０２　）　、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は酸化第二鉄（
Ｆｅ２０ａ）、、の薄膜１６を構造体に、かぶせる。こ
の酸化物層は多孔性焼結体として生成させることができ
、あるいは過剰の酸化性蒸気、及び、場合によっては、
薄膜１６の電気的特性を制御するための一種類尾上のド
ープ剤と共に、蒸気形態の金属を含有する無線周波数の
プラズマから、イオンブレーティングで生成させるのが
有利なこともある。装置の活性領域は、長い電極１３と
Ｕ字形抵抗器通路１５との間に配置する薄膜１６の部分
によって規定される。薄膜１６は、アルミナでドープし
、且つ無線周波数酸素プラズマ放電中にスズのアルミニ
ウム０．１％金合金電子衝撃させて生成させた酸化スズ
から成るのが好ましい。

スズ及びアルミニウムはプラズマ内で酸化されて、プラ
ズマに露出した、どの固体表面上にでも、ドープされた
酸化スズの層を生成する。このような薄膜は硫化水素に
対して、非常に特異性があることが見い出された。

好ましい構造体では、基体１１の裏側の表面は、例えば
金インキを塗布又は印刷し、続いて空気中で８５０℃で
約１０分間焼成して生成させた金の層でコーティングづ
−る。この１酌では、二元−列（ＤＩＬ）回路包装置７
のような、適切な保持体の表面に基体をハンダ付けする
ことができる。次に、装置の電極１２，１３、及び１４
を、超音波接着させた接触電線１９を経て、それぞれの
出力ごン１８に連結ターることができる。

半導体薄膜１６の表面を活性金属の薄い、代表的には２
０人の、薄膜１７でコーディングＪ゛る。

これは薄膜１６の電気的特性を調整し、口つ（又は）半
導体表面とガス種との反応で触媒作用をづる金属である
。このためには蒸発白金の使用が代表的であるが、他の
活性金属も勿論使用することができる。金属薄膜１７は
厚さを１０八から１００人までにすることができる。第
２図では、明確にするために金属薄膜１７の厚さを非常
に誇張した。

金属薄膜１７は酸化物薄膜１６の上部表面に施すのが好
ましいりれども、これは必須なことではない。すなわち
、薄膜１７は酸化物層１６の下又は中に配置してもよい
。

代表的なセンサー構造体では、金電極の間に、２００℃
で８１１定した抵抗が１Ｍオームの、アルミニウムをド
ープした酸化スズの５００人の薄膜を使用する。この抵
抗は、２０人の白金表面層を沈　１積さＵれば、増大し
て１００Ｍオームよりも高くなる。乾燥空気中では、０
．１容量％の一酸化炭素の存在で、抵抗が低下して２’
５にオームになり、−酸化炭素の濃度が減じて０．０５
容量％よりも低くなれば回復する。代表的な応答特性を
図面の第４図に示す。

使用に際しては、装置、従って金属酸化物薄膜１６、を
高温に維持するように、電極１２及び１４を経、抵抗器
通路を通って、定電流電源３１（第３図）から定常電流
を流す。装置は、２８０℃では応答時間が短く、且つ硫
化水素ガスに対する選択性の亭いことが見い出されたの
で、この温度に装置を維持するように電流を制御するの
が代表的である。長い電極１３と抵抗器通路との間の金
属酸化物薄膜の抵抗を、出力／表示装置３３に連結した
増幅器３２を介して監視する。検出器をガス、例えば硫
化水素又は−酸化炭素、に％１出１れば、金属酸化物ａ
膜の抵抗の低下をもたらし、この抵抗の低下はガス濃度
の関数である。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体ガス　センサーの透視図であり、第２図
は第１図のセン１ノーの横断面図であり、第３図は第１
図及び第２図のセンサーを組み込んだ、ガス測定回路の
説明略図であり、且つ第４図は第１図及び第２図のセン
リーーの還元性ガスに対する代表的な応答のグラフであ
り、且つ記号１１は基体、１２．１３．１４は電極、１５はＵ字形抵
抗器通路、１６はａ９膜、１７は二元−列回路包装、１
８は出口ビン、１９は接触電線、３１は定電流電源、３２は増幅器、３３は出力／表示装置、である。代理人　浅　４・」　皓図面の浄吉（内′ｄに１更なし）Ｆｉｇ、７手続補正書（方式）％式％１、事件の表示昭和１＋年特許願第Ｚノ２２ρ／号２、発明の名称力ス　杉ン用′− ３、補正をする者事件との関係　特ｉＦ出願人４、代理人５、補正命令の日付昭和４７年　り月ノ女。６、補正により増加する発明の数７、補正の対象８、補正の内容　別紙のとおり図面の浄口　（内容に変更なし）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）絶縁基体、（ｂ）基体に担持された、固有抵抗が濃度に対応する半
導体金属酸化物薄膜、及び（Ｃ）ガス又は蒸気に対する
該薄膜の電気的応答を増進するための、該薄膜と直接接
触している活性金属、から成ることを特徴とする、ガス又は蒸気を検出し、且
つその濃度を測定するセンサー。
（２）　半導体薄膜が主どして、酸化スズ、酸化亜鉛及
び酸化第二鉄から成る群から選定する物質から成ること
を特徴とする、上記第（１）項に記載のセン丈−０
（３）　半導体薄膜がアルミナでドープした酸化スズか
ら成ることを特徴とする、前記第（１）項に記載のセン
サー。
（４）　活性金属が白金であることを特徴とする、前記
第（１）項に記載のセンサー。
（５）　活性金属が白金であることを特徴とづる、前記
第（２）項に記載のセンサー。
（６）　活性金属が白金であることを特徴とする、前記
第（３′）項に記載のセンサー。
（７）　活性金属が酸化物’ＡＩ　Ｂｋの露出している
表面に沈積させた薄膜から成ることを！：ｊ徴とする、
前記第（１）項、第（２）項又は第（３）１０に記載の
センサー。
（８）　金１凰ｉＪ　Ｉ脱の厚さが１０人から１００人
までであることを特徴とづる、上記第（７）　］ｒ口こ
記載のセンサー。
（９）　半導体薄膜はイオンプレーディングで施ずこと
を特徴とづる、前記第（１）項、第（２）項又は第（３
）項に記載のレノ１ノー。
（１０）　Ｉ休がアルミナであることを１４徴とりる、
前記第（１）項、第（２）項又は第（３）項に記載のセ
ンυ−０
（１１）　活性金属が酸化物薄膜の下に沈積さけた薄膜
から成ることを特徴とりる、前記第（１）項、第（２）
項又は第（３）項に記載のセンサー（１２）　活性金属
が酸化物薄膜の中に包有されていることを特徴とする、
前記第（１）項、第（２）項又は第（３）項に記載のセ
ンサー。