JPH05240821A - Gas sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
Gas sensor and manufacturing method thereofInfo
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- JPH05240821A JPH05240821A JP4179092A JP4179092A JPH05240821A JP H05240821 A JPH05240821 A JP H05240821A JP 4179092 A JP4179092 A JP 4179092A JP 4179092 A JP4179092 A JP 4179092A JP H05240821 A JPH05240821 A JP H05240821A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】多成分ガスが検知可能なガスセンサを得る。
【構成】基板1上に複数のセンサ電極 2a,2b,2c,2dを設
け、感ガス層3をこれらセンサ電極上に積層するととも
に、感ガス層3内の白金触媒とパラジウム触媒をセンサ
電極の配列方向に異なるパターンで濃度変化させる。
(57) [Summary] [Objective] To obtain a gas sensor capable of detecting multi-component gas. [Structure] A plurality of sensor electrodes 2a, 2b, 2c, 2d are provided on a substrate 1, a gas sensitive layer 3 is laminated on these sensor electrodes, and a platinum catalyst and a palladium catalyst in the gas sensitive layer 3 are used as sensor electrodes. The density is changed in different patterns in the arrangement direction.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はLPガス,都市ガス,一
酸化炭素,水素,アルコール等に使用されるガスセンサ
およびその製造方法に係り、特に2種類以上のガスを同
時に検知可能で、被検ガスに対する選択性の高いガスセ
ンサおよびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor used for LP gas, city gas, carbon monoxide, hydrogen, alcohol, etc. and a method for manufacturing the same, and more particularly, it can detect two or more kinds of gases at the same time, The present invention relates to a gas sensor having high gas selectivity and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】酸化スズ,酸化亜鉛等のn形金属酸化物
半導体は大気中において300〜500℃程度温度に加
熱されると粒子表面に大気中の酸素が活性化吸着して高
抵抗化しているが、可熱性ガスが接触すると吸着酸素と
可熱性ガスとが反応して吸着酸素が除去され抵抗値が減
少する。このような性質を利用して、酸化スズを用いた
ガスセンサがLPガス,都市ガス等のガス漏れ警報器に
利用されている。2. Description of the Related Art When an n-type metal oxide semiconductor such as tin oxide or zinc oxide is heated to a temperature of about 300 to 500 ° C. in the atmosphere, oxygen in the atmosphere is activated and adsorbed on the surface of the particles to increase the resistance. However, when the heatable gas comes into contact, the adsorbed oxygen reacts with the heatable gas to remove the adsorbed oxygen and reduce the resistance value. Utilizing such a property, a gas sensor using tin oxide is used as a gas leak alarm for LP gas, city gas, and the like.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの種の
センサは1つの被検ガスのみを検知し、2種類以上のガ
スを検知することはできず、またアルコールに対しても
大きな抵抗値の変化を示し、被検ガスを選択的に検知す
ることが困難であった。本発明は前述の点に鑑みてなさ
れ、その目的は感ガス層である金属酸化物半導体層と抵
抗値の変化を検知する電極に改良を加えることにより、
複数の被検ガスを選択的に検知できるガスセンサおよび
その製造方法を提供することにある。However, this type of sensor can detect only one gas to be detected, cannot detect two or more kinds of gases, and has a large change in resistance value against alcohol. It was difficult to selectively detect the test gas. The present invention has been made in view of the above points, and its object is to improve a metal oxide semiconductor layer that is a gas-sensitive layer and an electrode that detects a change in resistance value.
A gas sensor capable of selectively detecting a plurality of test gases and a method for manufacturing the gas sensor are provided.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば、基板の一主面上に複数のセンサ電極とこれら
のセンサ電極上に積層される感ガス層とを有し、感ガス
層は担体に複数の種類の触媒を担持してなり、前記触媒
はセンサ電極の配列方向にそれぞれ異なるパターンでそ
の濃度を連続的に変化してなるとすること、また第二の
発明によれば、第一の工程と第二の工程とを有し、第一
の工程は基板上に複数の電極を積層する工程であり、第
二の工程は担体物質に異なる触媒物質を添加した複数の
ターゲットを異なる位置に配置してスパッタリング法に
より前記複数の電極上に感ガス層を積層する工程である
とすることにより達せられる。According to the first aspect of the present invention, there is provided a plurality of sensor electrodes on one main surface of a substrate and a gas sensitive layer laminated on these sensor electrodes. The gas-sensitive layer has a carrier on which a plurality of types of catalysts are carried, and the concentration of the catalyst is continuously changed in different patterns in the arrangement direction of the sensor electrodes, and according to the second invention. For example, it has a first step and a second step, the first step is a step of laminating a plurality of electrodes on the substrate, the second step is a plurality of carrier material to which different catalyst substances are added. This can be achieved by arranging the targets at different positions and stacking the gas-sensitive layer on the plurality of electrodes by a sputtering method.
【0005】[0005]
【作用】複数の種類の触媒につき異なるパターンで連続
的にその濃度を変化すると感ガス層は部分的にそのガス
選択性を変化するので、検知したい被検ガスによって抵
抗値を測定するべき電極を選択することが可能となる。[Function] When the concentration of a plurality of types of catalysts is continuously changed in different patterns, the gas-sensitive layer partially changes its gas selectivity. Therefore, the electrode whose resistance value should be measured depending on the test gas to be detected is selected. It becomes possible to select.
【0006】[0006]
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基いて説明す
る。図1はこの発明の実施例に係るガスセンサを示し、
(a)は平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図で
ある。センサの支持体である基板1は厚さ0.5mmで1
0mm×4mmの大きさのアルミナ焼結体である。基板にア
ルミナを用いるのは感ガス層3へのヒータからの熱伝導
が良好であるという公知の効果の他に、その表面の微小
な凹凸により感ガス層の薄膜がガスセンサとして適した
ものとなるという効果もある。基板1の1つの主面には
メタルマスクを用いた公知のRFスパッタリング法(A
r圧力0.5Pa,基板温度350℃,投入電力4W/
cm2)により厚さ0.1μmの白金からなるセンサ電
極 2a,2b,2c,2dを形成する。基板1の他の主面にはセン
サ加熱用白金ヒータ4、ヒータ電極6が先程と同一のR
Fスパッタリング法で同一平面上に厚さ1μmで形成さ
れる。本実施例では電極2a,2b,2c,2d、ヒータ4に白金
を用いているがこれに限定されるものではなく、他の金
属や金属酸化物でも良い。またセンサ電極の数も任意の
数にすることができる。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a gas sensor according to an embodiment of the present invention,
(A) is a plan view and (b) is a sectional view taken along the line AA of (a). The substrate 1, which is the support of the sensor, has a thickness of 0.5 mm.
It is an alumina sintered body having a size of 0 mm × 4 mm. The use of alumina for the substrate has a known effect that the heat conduction from the heater to the gas-sensitive layer 3 is good, and the thin unevenness of the gas-sensitive layer makes the thin film suitable as a gas sensor due to the fine irregularities on the surface. There is also the effect. A known RF sputtering method (A) using a metal mask on one main surface of the substrate 1
r Pressure 0.5Pa, substrate temperature 350 ° C, input power 4W /
cm 2 ), sensor electrodes 2a, 2b, 2c and 2d made of platinum having a thickness of 0.1 μm are formed. On the other main surface of the substrate 1, the platinum heater 4 for heating the sensor and the heater electrode 6 are the same R as previously.
It is formed with the thickness of 1 μm on the same plane by the F sputtering method. In this embodiment, platinum is used for the electrodes 2a, 2b, 2c, 2d and the heater 4, but the platinum is not limited to this, and other metals or metal oxides may be used. Also, the number of sensor electrodes can be any number.
【0007】次にセンサ電極 2a,2b,2c,2d上に感ガス層
3である酸化スズ薄膜をメタルマスクを用いた対向ター
ゲット式スパッタリング法(スパッタガス圧0.5P
a,Ar/O2 比2:1,基板温度650℃,投入電力
3W/cm2 )により厚さ0.3μm〜0.5μmで2
mm×10mmの大きさに形成する。このとき左右の対向す
るターゲットの一方にパラジウムを3%混入した酸化ス
ズを用い、他方に白金を3%が混入した酸化スズのター
ゲットを用いる。この場合基板は左右のターゲットから
等しい距離に設置することで、基板中心部からパラジウ
ム添加したターゲットに近い方ではパラジウムの混入量
が多く、白金を添加したターゲットに近い位置では白金
の混入量が多い、酸化スズ膜を形成できる。これにより
電極配列方向に触媒の濃度変化を持たせた酸化スズ膜を
形成することができる。Next, a thin film of tin oxide, which is the gas sensitive layer 3, is formed on the sensor electrodes 2a, 2b, 2c, 2d by a facing target type sputtering method using a metal mask (sputtering gas pressure 0.5P).
a, Ar / O 2 ratio 2: 1, substrate temperature 650 ° C., input power 3 W / cm 2 ) and thickness 0.3 μm to 0.5 μm
It is formed into a size of mm × 10 mm. At this time, tin oxide containing 3% of palladium is used as one of the left and right facing targets, and a tin oxide target containing 3% of platinum is used as the other target. In this case, the substrates are installed at equal distances from the left and right targets, so that the amount of palladium mixed in is larger near the target where palladium is added from the center of the substrate, and the amount of platinum is mixed near the target where platinum is added. A tin oxide film can be formed. This makes it possible to form a tin oxide film having a catalyst concentration change in the electrode arrangement direction.
【0008】図2はこの発明の実施例に係るガスセンサ
の感ガス層につき電極配列方向における白金触媒(イ)
およびパラジウム触媒(ロ)の濃度変化を示す線図であ
る。感ガス層3が電極配列方向に組成変調していること
はX線マイクロアナライザーおよび走査形オージェ電子
分光法によって確認された。本実施例では酸化スズに添
加する触媒に白金及びパラジウムを用いたが、金属酸化
物半導体材料,触媒材料を変更することで様々なガスセ
ンサを形成できる。続いて500℃〜600℃の温度で
大気中または酸素中で熱処理を行う。この熱処理は感ガ
ス層3の酸化スズ薄膜の結晶構造および酸化状態を調整
するという目的のほかにセンサの経時安定性を向上する
という効果もある。センサ電極 2a,2b,2c,2dには感ガス
層3の抵抗値の変化を検出するための白金ワイヤーリー
ド線 5a,5b,5c,5dが接続され、同様にヒータ電極6には
ヒータ電力供給用にリード線 7a,7bが接続される。それ
ぞれのリード線は外部の付帯回路(図示せず)に接続さ
れる。FIG. 2 shows a platinum catalyst (a) in the electrode arrangement direction for the gas-sensitive layer of the gas sensor according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing changes in concentration of palladium catalyst (II) and palladium catalyst (II). It was confirmed by X-ray microanalyzer and scanning Auger electron spectroscopy that the composition of the gas sensitive layer 3 was modulated in the electrode arrangement direction. In this embodiment, platinum and palladium were used as the catalyst added to tin oxide, but various gas sensors can be formed by changing the metal oxide semiconductor material and the catalyst material. Subsequently, heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. to 600 ° C. in the atmosphere or oxygen. This heat treatment has the effect of improving the temporal stability of the sensor in addition to the purpose of adjusting the crystal structure and oxidation state of the tin oxide thin film of the gas sensitive layer 3. Platinum wire lead wires 5a, 5b, 5c, 5d for detecting changes in the resistance value of the gas sensitive layer 3 are connected to the sensor electrodes 2a, 2b, 2c, 2d. Similarly, heater power supply to the heater electrode 6 is performed. Lead wires 7a and 7b are connected for. Each lead wire is connected to an external auxiliary circuit (not shown).
【0009】図3はこの発明の実施例に係るガスセンサ
につきセンサ電極間におけるガス感度を示す線図であ
る。曲線(ハ)は水素ガスに対する感度曲線,曲線
(ニ)は一酸化炭素ガスに対する感度曲線,曲線(ホ)
はイソブタンガスに対する感度曲線である。ガスセンサ
(感ガス層3)の空気中での抵抗値をRo 、被検ガス中
での抵抗値をRg としてRo /Rg を求めてこれをガス
感度とした。ガス感度の測定はそれぞれ0.2%のガス
中で行った。ガスセンサの温度はヒータ4への印加電圧
を調整して350℃となるようにした。センサ電極 2
a,2b 間の白金の濃度が多い領域では水素ガスに感度が
良好で他のガスにはほとんど反応しない。センサ電極 2
b ,2c 間の白金およびパラジウムがほぼ同量の濃度の領
域では一酸化炭素ガスに対して感度を示す。センサ電極
2c,2d間のパラジウムの濃度が多い領域ではイソブタン
ガスに対して感度を示す。FIG. 3 is a diagram showing the gas sensitivity between the sensor electrodes in the gas sensor according to the embodiment of the present invention. Curve (c) is the sensitivity curve for hydrogen gas, curve (d) is the sensitivity curve for carbon monoxide gas, and curve (e)
Is a sensitivity curve for isobutane gas. The resistance of the gas sensor (gas sensitive layer 3) in air was R o , and the resistance of the gas under test was R g , and R o / R g was determined to obtain the gas sensitivity. The gas sensitivity was measured in 0.2% gas. The temperature of the gas sensor was adjusted to 350 ° C. by adjusting the voltage applied to the heater 4. Sensor electrode 2
In the region where the platinum concentration between a and 2b is high, the sensitivity to hydrogen gas is good and it hardly reacts to other gases. Sensor electrode 2
It exhibits sensitivity to carbon monoxide gas in the region where the concentrations of platinum and palladium between b and 2c are almost the same. Sensor electrode
In the high palladium concentration region between 2c and 2d, it shows sensitivity to isobutane gas.
【0010】また対向するターゲットの一方に金を3%
混入した酸化スズを用い、他方に白金を3%混入した酸
化スズのターゲットを用いると、同様の方法で作製した
センサはアルコール,メタン,水素に反応するセンサを
形成することができる。このように触媒濃度および触媒
材料を変化させた感ガス層3を有するセンサを形成し、
被検ガスに適したセンサ電極を選択することで1つのセ
ンサで複数のガス成分を選択的に検出することが可能と
なる。被検ガスが水素の場合、白金触媒濃度が高い場所
のセンサ電極を選択し、被検ガスがイソブタンの場合は
パラジウム触媒の濃度が高い場所のセンサ電極を選択す
る。このように対象とするガスの種類によって使用する
センサの組合わせを変化することにより1つのセンサで
多種類のガスを検出することが可能となる。3% gold on one of the facing targets
When the tin oxide mixed in is used and the target of tin oxide mixed with 3% of platinum is used in the other, the sensor manufactured by the same method can form a sensor that reacts with alcohol, methane, and hydrogen. In this way, a sensor having the gas sensitive layer 3 in which the catalyst concentration and the catalyst material are changed is formed,
By selecting a sensor electrode suitable for the test gas, it becomes possible to selectively detect a plurality of gas components with one sensor. When the gas to be detected is hydrogen, the sensor electrode where the platinum catalyst concentration is high is selected, and when the gas to be detected is isobutane, the sensor electrode where the palladium catalyst concentration is high is selected. In this way, by changing the combination of the sensors to be used depending on the type of target gas, it is possible to detect many types of gas with one sensor.
【0011】[0011]
【発明の効果】第一の発明によれば基板の一主面上に複
数のセンサ電極とこれらセンサ電極上に積層される感ガ
ス層とを有し、感ガス層は担体に複数の種類の触媒を担
持してなり、前記触媒はセンサ電極の配列方向にそれぞ
れ異なるパターンでその濃度を連続的に変化するもので
あり、また第二の発明によれば、第一の工程と第二の工
程とを有し、第一の工程は基板上に複数のセンサ電極を
積層する工程であり、第二の工程は担体物質に異なる触
媒物質を添加した複数のターゲットを異なる位置に配置
してスパッタリング法により前記複数のセンサ電極上に
感ガス層を積層する工程であるので、感ガス層は部分的
にそのガス選択性を変化することとなり、電極の選択に
より、複数のガス成分を同時に検知することが可能なガ
スセンサが容易に得られる。According to the first aspect of the present invention, a plurality of sensor electrodes and a gas-sensitive layer laminated on these sensor electrodes are provided on one main surface of a substrate, and the gas-sensitive layer is formed on a carrier by a plurality of types. A catalyst is carried, and the catalyst continuously changes its concentration in different patterns in the arrangement direction of the sensor electrodes, and according to the second invention, the first step and the second step. The first step is a step of stacking a plurality of sensor electrodes on a substrate, and the second step is a sputtering method in which a plurality of targets obtained by adding different catalyst substances to a carrier substance are arranged at different positions. Is a step of laminating a gas-sensitive layer on the plurality of sensor electrodes, the gas-sensitive layer partially changes its gas selectivity, and a plurality of gas components can be detected simultaneously by selecting electrodes. Easy gas sensor It is.
【図1】この発明の実施例に係るガスセンサを示し、
(a)は平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図、FIG. 1 shows a gas sensor according to an embodiment of the present invention,
(A) is a plan view, (b) is a sectional view taken along the line AA of (a),
【図2】この発明の実施例に係るガスセンサの感ガス層
につき、電極配列方向における白金触媒(イ)およびパ
ラジウム触媒(ロ)の濃度変化を示す線図。FIG. 2 is a diagram showing changes in concentration of platinum catalyst (a) and palladium catalyst (b) in the electrode arrangement direction in the gas-sensitive layer of the gas sensor according to the example of the present invention.
【図3】この発明の実施例に係るガスセンサにつきセン
サ電極間におけるガス感度を示す線図。FIG. 3 is a diagram showing gas sensitivity between sensor electrodes in a gas sensor according to an embodiment of the present invention.
1 基板 2a センサ電極 2b センサ電極 2c センサ電極 2d センサ電極 3 感ガス層 4 ヒータ 5a リード線 5b リード線 5c リード線 5d リード線 6 ヒータ電極 7a リード線 7b リード線 1 substrate 2a sensor electrode 2b sensor electrode 2c sensor electrode 2d sensor electrode 3 gas sensitive layer 4 heater 5a lead wire 5b lead wire 5c lead wire 5d lead wire 6 heater electrode 7a lead wire 7b lead wire
Claims (5)
らセンサ電極上に積層される感ガス層とを有し、 感ガス層は担体に複数の種類の触媒を担持してなり、前
記触媒はセンサ電極の配方向にそれぞれ異なるパターン
でその濃度を連続的に変化してなることを特徴とするガ
スセンサ。1. A substrate having a plurality of sensor electrodes on one main surface thereof and a gas-sensitive layer laminated on these sensor electrodes, the gas-sensitive layer comprising a carrier carrying a plurality of types of catalysts, A gas sensor characterized in that the catalyst has its concentration continuously changed in different patterns in the arrangement direction of the sensor electrodes.
ス層の担体は金属酸化物半導体であることを特徴とする
ガスセンサ。2. The gas sensor according to claim 1, wherein the carrier of the gas sensitive layer is a metal oxide semiconductor.
ス層の触媒は白金とパラジウムであることを特徴とする
ガスセンサ。3. The gas sensor according to claim 1, wherein the catalyst of the gas sensitive layer is platinum and palladium.
ス層の触媒は白金と金であることを特徴とするガスセン
サ。4. The gas sensor according to claim 1, wherein the catalyst of the gas sensitive layer is platinum and gold.
であり、 第二の工程は担体物質に、異なる触媒物質を添加した複
数のターゲットを異なる位置に配置してスパッタリング
法により前記複数のセンサ電極上に感ガス層を積層する
工程であることを特徴とするガスセンサの製造方法。5. A first step and a second step, wherein the first step is a step of stacking a plurality of sensor electrodes on a substrate, and the second step is a carrier material and a different catalyst material. A method of manufacturing a gas sensor, which comprises the step of arranging a plurality of targets added with different amounts at different positions and laminating a gas sensitive layer on the plurality of sensor electrodes by a sputtering method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4179092A JPH05240821A (en) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Gas sensor and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4179092A JPH05240821A (en) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Gas sensor and manufacturing method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05240821A true JPH05240821A (en) | 1993-09-21 |
Family
ID=12618138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4179092A Pending JPH05240821A (en) | 1992-02-28 | 1992-02-28 | Gas sensor and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05240821A (en) |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP4179092A patent/JPH05240821A/en active Pending
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