JPH0623709B2 - Gas sensor - Google Patents
Gas sensorInfo
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- 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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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。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas sensor that reacts with various gases, and more particularly to a gas sensor that uses porous silicon.
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。There are various materials for the gas sensor, and various structures have been considered. Among them, the one using a semiconductor substrate such as silicon has attracted attention because it has an advantage that an amplifier and the like can be integrally formed and can be downsized.
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。However, in order to use it as a gas sensor, there were some problems that the structure became complicated and biochemical substances had to be used, and few things were satisfactory in terms of cost.
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。An object of the present invention is to solve the above problems and provide a gas sensor having a simple structure and a low cost.
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。Moreover, it aims at obtaining the gas sensor which can react with various gases.
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。The present invention achieves the above object by utilizing porous silicon.
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。That is, a single crystal silicon substrate having a porous silicon layer on one surface has electrodes formed on a part of the surface of the porous silicon layer and on the back surface of the single crystal silicon substrate.
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。Accordingly, it is intended to detect that the current value with respect to the voltage applied between the two electrodes changes due to the presence of the specific gas.
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。The present invention was made in the process of studying the properties of porous silicon having a large surface area, and its principle has not yet been completely elucidated. Moreover, although there are unclear points about the properties of the porous silicon itself, it has an excellent effect and sufficient reproducibility. Examples will be described below.
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。FIG. 1 is a front sectional view showing an example of a gas sensor according to the present invention.
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。Porous silicon layer 1 on one surface of single crystal silicon substrate 10
1 is formed, the electrode 12 is formed on a part of the surface of the porous silicon layer 11, and the lead wire 13 is connected to the electrode 12. On the other hand, an electrode 14 is formed on the entire surface in contact with the single crystal silicon substrate 10 on the back surface.
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。The porous silicon layer 11 is formed by anodizing the surface of the single crystal silicon substrate 10. Boron-doped P-type single crystal silicon substrate (ρ = 9.60 (Ω · c
m)) on one surface, hydrogen fluoride (HF) solution concentration 50vo1
%, The formation current was 100 mA / cm 2 , and the formation time was 540 seconds, and the anodization treatment was performed to form the porous silicon layer 11. The porous silicon layer 11 was formed to have a relatively large thickness of about 45 μm.
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。The electrode 12 provided on the surface of the porous silicon layer 11 was formed by soldering, but since it did not adhere with the usual tin-lead solder, the dedicated solder for the ultrasonic soldering device was used. This solder has a composition of 35 wt% tin, 25 wt% lead, 20 wt% cadmium,
It is zinc 20 wt%. A lead wire 13 of a copper wire is soldered to the electrode 12 formed on the porous silicon layer 11, and at this time, heat treatment was performed at about 200 ° C. for about 1 minute using a trowel. It is not necessary to use the same solder for the electrodes 14 formed on the single crystal silicon substrate 10, and any electrode can be used as long as ohmic contact can be made.
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。It is considered that during the above heat treatment, the substance forming the solder diffuses or permeates into the porous silicon layer 11 and thereby changes the electrical properties of the porous silicon layer 11. Since porous silicon usually has a relatively high resistance, it is certain that the substance plays a major role in lowering the resistance.
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。It should be noted that the smaller the area of the electrode 12 formed on the porous silicon layer 11, the more advantageous the reaction and recovery time.
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。The results of measuring how the device formed as described above reacts to various gas atmospheres are shown in FIGS. 2 to 4. In the figure, the output obtained from each sample in the range of -5V to + 5V is shown before the reaction, during the reaction, and after the reaction.
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。FIG. 2 shows changes in saturated steam. A curve 21 shows the characteristics in a vacuum of 3 × 10 −3 Torr, and a curve 22 shows the characteristics when this sample is placed in saturated steam for 2.5 hours. Curve 2
The change amount of the output current of the curve 22 is larger than that of 1. Then, in vacuum (3 × 10 -4 Torr), reapply 16
The curve 23 shows the characteristic after standing for a while, which is almost the same as the original characteristic. It should be noted that this is the result of measurement in the dark with the sample temperature set at 23 to 25 ° C.
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。Next, the change in saturated alcohol vapor is shown in FIG. The curve 31 shows the characteristic in a vacuum of 3 × 10 −3 Torr, and the curve 3 shows the characteristic when this sample is placed in a saturated vapor of ethyl alcohol for 2.5 hours.
It is 2. Especially when a + voltage is applied, the output changes rapidly. The curve 33 shows the characteristics after being placed again in a vacuum (3 × 10 −3 Torr) for 36 hours, but the characteristics have returned to values close to the initial values, if not perfect. In addition, in this example, the sample temperature is 22 to 25 ° C., and the measurement result is obtained in the dark.
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。FIG. 4 shows the response in oxygen gas at 1 atm. A curve 41 shows the characteristics in a vacuum of 4 × 10 −3 Torr, and a curve 42 shows the characteristics after 5 minutes have elapsed in oxygen gas at 1 atm. In this case, unlike the above example, the resistance is changing to increase,
Moreover, the reaction appears in a short time. In vacuum again (4 x 1
The curve 43 shows the characteristics after 16 hours of passage at 0 -3 Torr). In this case, the sample temperature was 50 to 55 ° C. and the measurement was performed in the dark.
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。As is clear from the above examples, it was confirmed that the voltage-current characteristics of the saturated steam, the saturated alcohol vapor, and the oxygen greatly changed, and both the cases where the resistance decreased and the resistance increased were measured. From this, it is clear that it can be used as various gas sensors.
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。Although there are differences in the initial characteristics of each sample in the above example,
It is considered that this is influenced by factors such as the electrode area and the heat treatment time.
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。In addition, in each of the above examples, the measurement results after being placed in various gases for a relatively long time are shown, but in reality, the change in the characteristics appears within such a long time, and as a sensor, It can fulfill its function.
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。According to the present invention, a gas sensor having a simple structure and easy to manufacture can be obtained.
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。As described above, it has been confirmed that the characteristics of the gas can be clearly discriminated from various gases, and a highly reliable gas sensor can be obtained.
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。Further, since the characteristic changes exist in any direction, it is possible to detect two kinds of gas with one gas sensor.
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FIG. 1 is a front sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are explanatory views showing voltage-current characteristics for various gases. 10 ... Single crystal silicon substrate, 11 ... Porous silicon layer, 12, 14 ... Electrode
───────────────────────────────────────────────────── 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) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-53-5695 (JP, A) JP-A-56-37547 (JP, A)
Claims (1)
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。1. A gas sensor comprising a single crystal silicon substrate having a porous silicon layer on one surface thereof, wherein electrodes are formed on a part of the surface of the porous silicon layer and on the back surface of the single crystal silicon substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4296686A JPH0623709B2 (en) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | Gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4296686A JPH0623709B2 (en) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | Gas sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62201344A JPS62201344A (en) | 1987-09-05 |
JPH0623709B2 true JPH0623709B2 (en) | 1994-03-30 |
Family
ID=12650779
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4296686A Expired - Lifetime JPH0623709B2 (en) | 1986-02-28 | 1986-02-28 | Gas sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0623709B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2702279B2 (en) * | 1990-11-30 | 1998-01-21 | 新コスモス電機株式会社 | Gas detection element |
-
1986
- 1986-02-28 JP JP4296686A patent/JPH0623709B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62201344A (en) | 1987-09-05 |
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