JPS5848060B2 - 感ガス素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感ガス素子に係り、特に、ガス検出感度及び高
温安定性に優れた感ガス素子に関する。

酸化物半導体表面にガスが接触すると、酸化物半導体の
表面の比抵抗が変化することを利用した感ガス素子が知
られている。

例えば、Ｎ型半導性を示すＺｏｏ，Ｓｎ０２ ，Ｆ’ｅ
２０３等に還元性ガスが接触すると抵抗値は減少し、ま
た酸化性ガスが接触すると、抵抗値は増加する。

またＰ型半導性を示す酸化物半導体においては抵抗値の
増減が逆の関係を示す。

上記のごとき酸化物半導体において、各種ガスとの反応
性すなわち選択性は、半導体表面温度、表面電子レベル
の構造、気孔率および気孔の大きさ等により決まるが、
一般にぱ酸化物半導体のみでは感ガス素子として感度が
小さく、選択性も十分とは言えない。

そこで従来は、Ｓｔ０２ｔＡｔ２０３，Ｓｉ０２−Ａ７
２０３系化合物などに担持されｒ，ｍＰｔ，Ｐｄなどを
触媒として用い、素子を３００℃程度の高温に保ち感度
を上げる事が試みられている。

これらの触媒を用いた場合、ガス検出感度及び高温安定
性が無触媒の場合に比べ改善されるものの必ずしも充分
なものではなかった。

さらに上記ＳｉＯ２，Ａｔ２０３，ＳｉＯ２−Ａｔ２０
，系化合物などの酸化物担体を用いた場合、担体自体が
触媒金属と共同して作用するため、金属酸化物半導体か
らなるガス感応体の抵抗値を増大せしめ、また、担体自
体が触媒機能を有するため雑ガスに反応し感ガス素子の
誤動作の要因となっていた。

本発明は上記の点に鑑みガス検出感度を著しく向上せし
め、さらに高温における長期安定性を改善した感ガス素
子を提供する事を目的とする。

本発明は＝討の電極間に設けられた金属酸化物半導体か
らなるガス感応体に白金、パラジウム、ロジウム、レニ
ウム、またはそれらの化合物から選ばれた少なくとも一
種か担持された窒化ケイ素を触媒として用いた感ガス素
子であり、特に前記触媒を触媒層としてガス感応体表面
に設けることにより長期安定性が改善されるというもの
である，つまり本発明において昏増媒Ｑ担体として窒化
ケイ素を用いる事により、高温における熱的安定性が高
められ、さらにガス検出感度を従来に比べ６〜１０程度
向上させることができる。

なお実用上窒化ケイ素に対する前記金属の量は０．０５
ｗｔ％〜１０ｗｔ％が好ましい。

すなわち担持される金属量が０．０５ｗｔ％未満では十
分な感度を得る事が困難となり、また１０ｗｔ％を超え
ると通電開始後の安定作動に入るまでの時間が長くなる
。

以下本発明を構造例により詳細に説明する。

例えば第１図及び第２図に断面的に示すごとく、筒状絶
縁基体１外周面に一対の電極２を有し、前記筒状絶縁基
体１および電極２を被覆するようにガス感応体３が設け
られ、本発明に係る感ガス素子４が得られる。

なお本発明に係る触媒は、第１図に示す如く上記ガス感
応体３に添加してもよいし、また第２図に示す如くガス
感応体３表面に触媒層５として設けてもよい。

なお第１図に示す如き構造とする場合は実用上窒化ケイ
素量をガス感応体に対し、２０〜５０ｗｔ俤とする事が
好ましい。

また前記のように構成された感ガス素子４は例えば第３
図に斜視的に示す如くピン足上に組み立てられる。

なお第３図中６はヒータ用リード線を、Ｉは電極用リー
ド線を、８は加熱用ヒータを、９は絶縁板をそれぞれ示
す。

また本発明に係る感ガス素子は以下の如く製造される。

＊＊される。

まず窒化ケイ素粉末を所定量秤取し、これにＨ２ＰｔＣ
ｔ２・６Ｈ２０ もしくはＰｔＣｔ２ 静液を加えペー
スト状とし、一定時間攪拌する。

この後減圧下で一定時間含浸させた後乾燥し電気炉で焼
戊することにより触媒が得られる。

次にガス感応体として例えばＺｎＯ−Ｃｒ２０３系の金
属酸化物半導体を秤取し、前記触媒と加え、メチルセル
ロース等のバインダーを適当量加えてボールミルなどで
一定時間混合しペーストとする。

このペーストを前記電極２を有する筒状絶縁基体１表面
に塗布し、乾燥後３００〜１０００℃で焼成して、第１
図に示す如き構造の感ガス素子４を得た。

また第２図に示す如き構造の感ガス素子４を製造する場
合、触媒およびガス感応体は前述と同様のものを用い、
まず筒状絶縁基体１表面にガス感応体のペーストを塗布
、乾燥した後３００〜１０００℃で焼成する。

次に前記ガス感応体３表面に触媒のペーストを塗布、乾
繰した後３００〜８００℃で暁成することにより触媒層
５を形或すればよい。

上記の如く製造した第１図または第２図の如き構造の感
ガス素子４は第３図の如く取り付けて使用される。

以下本発明を実施例により詳細に説明する。

ガス感応体として、９５ＺｎＯ−５Ｃｒ２０３系酸化物
半導体を用い触媒として、窒化ケイ素と、ｐｔｃｔ２と
を用いた第２図の如き構造の感ガス素子のＣ４Ｈ１０
ガスに対する感度を従来例と併せて第１表に示す。

なおＲｏは空気中における感ガス素子の抵抗値をまたＲ
ｇは０．２ｖｏｔ％の被検出ガス中における抵抗値をそ
れぞれ示し、さらに感度はＲｏ／Ｒｇで示す。

この結果第１表から明らかな如く実施例、比較例共に空
気中における抵抗値は増加するが、その程度は、実施例
の方がはるかに小さい。

一方Ｃ４Ｈ ｔｏ ガス０．２ｖｏｔＳ中では実施例
においては素子抵抗が減少しているのに対し、従来例で
は増加している。

この結果、実施例では従来例に比ベ数倍の感度の上昇が
認められる。

次に上記と同様とし、触媒および検出ガスの種類を変え
た場合の感度を比較例と併せて第２表に示す。

この結果第２表から明らかな如く、本発明に係る感ガス
素子は優れた感度を示す事が明らかである。

なおそれぞれにおげるＲｏ，Ｒｇは第１表と同様の傾向
を示し、またＰｄ，Ｐｔ，Ｒｅ，Ｒｈなどは酸化物，塩
化物、硝酸化物の形で加えても同様の効果が得られた。

また、本発明に係る感ガス素子を第１図の如き構造とし
た場合も第２表と同様の感度を得る事ができたが、寿命
の点では第２図の如き構造とした場合の方が５〜１０倍
優れていた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る感ガス素子の構造例を
示す断面図、第３図は本発明素子を用いる装置例を示す
斜視図。 １・・・筒状絶縁基体、２・・・電極、３・・・ガス感
応体、４・・・感ガス素子、５・・触媒層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の電極間に設けられた金属酸化物半導体からな
   るガス感応体に、白金、パラジウム、ロジウム、レニウ
   ムまたはそれらの化合物から選ばれた少なくとも一種が
   担持された窒化ケイ素を触媒として用いた事を特徴とす
   る感ガス素子。 ２ ％許請求の範囲第１項において、触媒を触媒層とし
   てガス感応体表面に設けた事を特徴とする感ガス素子。