JPH01189553A - ガスセンサー用酸化スズ半導体およびその製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は各種還元性ガスを検知するガスセンサーに用い
る触媒を担持した酸化スズ半導体およびその製造方法に
関するものである。

（従来技術） 都市ガスやプロパンガス等の各種還元性ガス用センサー
の検知部としてＳｎＯ□焼結体が広く実用に供されてい
る。ＳｎＯ□はｎ型の半導体で、Ｓｎｕｇ表面にＰｔ、
　Ｉｒ等の酸素活性化吸着触媒を担持させて、酸素を吸
着させてお（と、還元性ガスにより酸素が脱離して、電
気抵抗が低下する。この電気抵抗変化によりガス検知を
行うのが、ＳｎＯ□半導体ガスセンサーである。このセ
ンサーの作動温度は２００〜４００℃でヒーターを必要
とする。現在実用化されているガスセンサーでは、電気
抵抗変化を取出すための電極とヒーター電極を兼用させ
た型と、これらを別々にした型がある。いずれにしても
、現用のものは、ヒーター電極のまわりをＳｎＯ□焼結
体で固め、その表面にＰｔ、　Ｉｒ等の酸素活性化吸着
触媒を担持させるのが普通である。このような構造にお
いては、先ず、Ｓｎｕｇを多孔状の焼結体とする工程に
加え、これに触媒を担持させる工程が必要であり、焼結
条件や触媒の担持方法を厳しく管理しなくてはならず、
又コイル状のヒーターを小型にすることに限界がある。

（本発明が解決しようとする課題） 本発明は、以上述べた現状のＳｎＯ□焼結体センサーの
持つ不具合を解消させ、しかも、高感度の半導体ガスセ
ンサー用酸化スズ半導体及びその製造法の提供を目的と
し、この目的を達成するために本発明では酸化スズ半導
体膜の生成と触媒担持を同時に行なう手段を採用する。

（課題を解決するための手段とその作用）本発明は、各
種の還元性ガス検知に用いられる半導体ガスセンサーの
素子を構成する酸化スズ半導体として、酸化スズ（Ｓｎ
ｏｗ−ＸＩ　　ｘ≦１）とｐｔ。

Ｐｄ、　Ｔｒのいずれか１種あるいは２種以上とをスパ
ッタリング法あるいは真空加勢蒸着法により同時蒸着さ
せて、触媒金属を酸化スズ中に微細に分散させて、高活
性な触媒作用を有する酸化スズ半導体を作製することを
特徴とするものである。以下その作製方法に従って発明
の詳細な説明する。スパッタリング法により作製する場
合は、酸化スズ焼結体ターゲット表面にＰｔ、　Ｐｄ、
　Ｉｒのいずれか１種あるいは２種以上の板状チップを
貼りつけて、複合ターゲットを構成し、計あるいはＡｒ
、　０□の混合ガスを作動気体として、常用されている
高周波スパッタリング装置によりスパッタ膜を適当な基
板上に形成する。出来た膜は、スパッタ時の負荷電力を
、ターゲットの面積当りで１．３　Ｗ　／　ｃｉ以上と
すると、結晶質で金属（Ｐｔ、　Ｐｄ、　Ｉｒ）と酸化
スズ相の二相組織となり、それ以下では、Ｘ線回折で見
る限り、へロバターンを示す非晶質状態の薄膜となる。

スパッタ時の作動ガ妥として、計単独の場合は非晶質状
態となり易（、Ａｒ＋０□の混合ガスの場合は結晶質に
なる傾向がある。しかし、非晶質状態のものでも、約４
００℃以上の大気中、熱処理により、触媒金属（Ｐｔ、
　Ｐｄ、　Ｉｒ等）と酸化スズの二相複合組織となる。

このようにして、作製された触媒金属・酸化スズ二相組
織薄膜に電極を取付は電気抵抗を測定すると、電気抵抗
は酸化スズ単体の電気抵抗よりも、大きくなるが、十分
抵抗変化を計測し得る範囲である。尚、真空加熱蒸着法
により、酸化スズと前述した触媒金属とをベース板上に
同時蒸着させた場合でも、前述したスパッタリング法に
より得られた触媒金属・酸化スズ二相組織薄膜と同様の
薄膜が得られた。

次にこのようにして作製された、触媒金属・酸化スズニ
相組ｍ薄膜に各種還元性ガスを接触させて電気抵抗変化
を計測すると実施例に示す如く、２００℃以上の温度は
勿論、２００℃以下でも各種ガスに対して抵抗変化を示
しており、従来の酸化スズ半導体センサーよりも低温作
動するセンサー素子となることを示している。分散合金
化するＰｄ、　Ｐｔ、　ｉｒは、検知するガスの種類に
より、選択して用いればよい。例えばＰｄを入れると、
メタンガスに対して大きな抵抗変化を示すようになるの
で、メタンガスに対する感度がとくに必要である場合に
都合がよい。またＰｄ、　Ｐｔ、　Ｉｒを併用すれば、
広い範囲のガスに対して感度を有するようになる。

但し、これら金属の割合が多くなると（２０％以上）作
製される膜の性質は金属的になり、各種のガスに対して
、抵抗変化を示さなくなり、ガスセンサー用素子として
用いることが出来なくなる。

（実施例） （１）　　５ｎＯｚ焼結体ターゲット表面にｐｔのチッ
プを貼りつけ、ターゲツト面でのＳｎＯ，とｐｔの量を
変えて、スパッタリング法で薄膜を形成し、出来上った
膜中のｐｔ量が約０．１％〜２０％まで変えて試料を作
製し、その電気抵抗（室温）とガス感度（２００℃で電
気抵抗が１／２以下となる場合）の有無を調べた。スパ
ッタリングの作動ガスとしては、Ａｒ　：　０□＝５：
２の混合ガスを用い、ガス圧１．　ＯＸ　１０−２Ｔｏ
ｒｒターゲツト負荷電力１、５　Ｗ　／　ｃＩＩｌの条
件で１〜２μｍの膜厚の試料を作製した。表１にその結
果を示す。

（２１５ｎｏ２中にＰｔを同時スパッタリングで約７％
分散させた薄膜を作り各温度でのガス感度を調べた結果
を第１図に示す。但し、試料の作製条件は、（１１と同
様であり、被験ガスとしてＨ２を用いた。

表１ （効果） 以上述べたごとく、本発明による触媒金属・酸化スズ二
相組織薄膜は、従来の半導体センサーに比べて十分なガ
ス感度を有しており、触媒担持工程が不要であり、さら
に２００℃以下でも各種還元性ガスに対して感度を有し
ており、薄膜であることから、小型化・集積化が可能で
あり、容易に小型高感度のガスセンサー素子を安価に製
造出来る特徴を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はガス濃度と相対感度との関係を示すグラフ図で
ある。 代理人　弁理士　　桑　原　英　明 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化スズ（ＳｎＯ＿２＿−＿ｘ、ｘ≦１）とＰｔ、
   Ｐｄ、Ｉｒのいずれか１種あるいは２種以上をスパッタ
   リング法あるいは加熱蒸着法により、同時蒸着させて、
   Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒの１種あるいは２種以上とを酸化スズ
   中に微細に分散させることを特徴とするガスセンサー用
   酸化スズ半導体の製造方法。 ２、酸化スズ中に分散させるＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒの１種あ
   るいは２種以上の濃度の合計が重量濃度で０．１％〜２
   ０％であることを特徴とする請求項１記載の方法により
   製造されたガスセンサー用酸化スズ半導体。