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KR960016712B1 - 가스센서 및 그의 제조방법 - Google Patents

가스센서 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR960016712B1
KR960016712B1 KR1019870012099A KR870012099A KR960016712B1 KR 960016712 B1 KR960016712 B1 KR 960016712B1 KR 1019870012099 A KR1019870012099 A KR 1019870012099A KR 870012099 A KR870012099 A KR 870012099A KR 960016712 B1 KR960016712 B1 KR 960016712B1
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마사미찌 잇뽄마쯔
다께시 마쯔모도
신고오 야꾸시지
가쯔유끼 구로끼
다까시 마쯔자까
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오오니시 마사후미
오오사까 가스 가부시끼가이샤
아오이 죠이찌
가부시끼가이샤 도오시바
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Abstract

요약 없음

Description

가스센서 및 그의 제조방법
제1도는 본 발명 제1실시예 및 제2실시예의 가스센서의 단면도.
제2도는 비교예 1에서 얻어진 가스센서에 의한 가스검지 결과를 도시한 그래프.
제3도는 실시예 1에서 얻어진 가스센서에 의한 가스검지 결과를 도시한 그래프.
제4도는 본 발명 제3실시예 가스센서를 그의 제조에 사용하는 마스크와 같이 나타낸 평면도.
제5도는 제4도에 있어서 선 V-V에 따른 단면도.
제6도는 가스센서의 제조에 사용되는 절연성산화물 피막을 작성하기 위한 스패터링 장치의 개요도.
본 발명은 n형 금속산화물 반도체를 이용한 가스센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
특히 가연성 가스검지용의 가스센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
특정의 가스에 관한 가스센서의 감도(S(gas))는 다음 식(1)에 의하여 표현되는 바와 같이, 건조공기중의 센서저항(R(air))과, 그의 검출하려는 가스가 건조공기중에 예를 들면 3500PPM의 농도로 함유될 때의 센서저항(R(gas))과의 비로서 얻는다.
S(gas)=R(air)/R(gas)………(1)
예를 들면, 메탄가스(CH4)에 관한 감도(S(CH4))는 가스를 함유한 때의 센서저항(R(CH4))을 사용하여 R(air)/R(CH4)에 의해서 얻는다.
이것에 대하여 가스선택성에 관한 지표로서, 어느 가스에 관한 감도 (S(gas1))와 다른 가스에 관한 감도(S(gas2))와의 비, 즉 다음식(2)에 의하여 표현되는 감도비(T(gas1/gas2))가 사용된다.
T(gas1/gas2)=S(gas1)/S(gas2)………(2)
예를 들면 메탄가스(CH4)와 수소가스(H2)와의 감도비는, T(CH4/H2)=S(CH4)/S(H2)로 주어지며, 메탄가스(CH4)와 에탄올 (C2H5OH)과에 관한 감도비는,
T(CH4/C2H5OH)=S(CH4)/S(C2H5OH)
로 주어진다.
일반적으로 도시가스, 특히 천연가스를 주성분으로 하는 도시가스 13A(일본의 가스상법으로 정의되어 있다) 용의 가스센서에서는, 메탄가스 및 수소가스에 대한 감도가 서로 동일한 정도로 높고, 그리고 조리시등에 생기는 에탄올에 대한 감도는 낮은 것이 필요하다.
따라서 예를 들면 도시가스용 가스누출 경보기에 사용하는 가스센서에서는, 메탄가스와 수소가스와에 관한 감도비(T(CH4/H2))가 거의 1에 가깝고, 메탄가스와 에탄올에 관한 감도비(T(CH4/C2H5OH))는 0.5보다 큰 것이 필요하다.
또 T(CH4/C2H5OH)에 대하여는 크면 클수록 좋다.
현재 사용되고 있는 가연성가스(이하 메탄가스에 의해 대표된다) 검지용의 반도체 가스센서는 주로 n형 금속산화물 반도체를 소결시킴으로서 제조된다.
그러나 소결에 의한 제조방법은 공정이 복잡하며, 제품의 성능을 좌우하는 여러가지의 변동요인으로 포함하기 때문에 지품의 신뢰성, 안정성, 내구성등의 점에서 만족스럽지 못하다.
또 소결에 의한 제품은 치수를 일정 이하로 할 수 없으므로, 소비전력이 큰 결점이 있다.
따라서 소결제품에 대신하는 박막형 반도체가스센서의 개발이 진행되고 있으나, 소결제품에 대체할 수 있는 제품은 현재로는 얻지 못하였다.
박막형 반도체 가스센서의 실용화가 곤란한 이유의 하나로서는 일반적으로 박막형 반도체 가스센서는 수소검지능력에는 극히 우수한 것의, 메탄에 대하여는 거의 검지되지 않는 것을 들 수 있다.
이것을 해결하기 위해 예를 들면 규소기판을 산화시켜서 SiO2절연막을 형성하여 그위에 Pt를 도우프한 SnO2막을 형성시키는 방법(일본국특개소54-24094호 공보), SiO2절연막을 형성시킨 규소기판에 P 또는 B를 도우프시키는 방법(특개소57-17849호 공보)등이 제안되어 있으나, 어느 것의 방법에 의하여도 도우펀트 원자가 균일하게 도우프되기 힘들므로, 소망의 효과는 얻지 못한다.
또 SnO2그밖의 금속산화물을 주성분으로 하는 n형 반도체의 초미립자 박막을 스패터링법에 의하여 작성하고 이 박막에 전극을 접촉시킨 구조의 가스센서가 알려져 있다. 예를 들면 특개소 59-83046호 공보에는 SnO2, ZnO2, Cr2O3, Fe2O3또는 TiO2로부터 된 초미립자 박막을 전극에 접촉시킨 구조를 갖는 감응부를 갖춘 가스센서가 표시되어 있다.
이 박막은 스패터링법에 의하여 작성되는 n형 화합물 반도체로서, 450℃의 동작온도에 있어서 에탄올에 대한 감도가 낮고, 메탄가스에 고감도로 감응하여 그 저항들이 변화하는 것이 동공보에 표시되어 있다.
그러나 종래의 박막형 반도체 가스센서에는 메탄가스와 수소가스와의 감도비(T(CH4/H2))와, 메탄가스와 에탄올과의 감도비(T(CH4/C2H5OH))와의 조건을 충분하게 만족할 수는 없었다.
본 발명은 이상의 문제점을 해결하고 메탄가스와 수소가스에 관한 감도비(T(CH4/H2))가 거의 1 가까이 또한 메탄가스와 에탄올에 관한 감도비(T(CH4/C2H5OH))가 0.5보다 큰 가스센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1관점에 의하면 가스에 감응하여 저항율이 변화하는 n형 금속산화물 반도체 박막을 갖춘 가스센서에 있어서, 이 박막의 표면에 절연성 산화물 피막이 설치된 것을 특징으로 하는 가스센서가 제공된다.
메탄가스, 수소가스, 에탄올등의 연소성이 서로 다른 가스는, 절연성금속산화물 피막증을 확산하여 n형 금속산화물 반도체 박막에 도달하는 사이에, 그 일부가 연소하고, 그 때문에 감도비가 조정되는 것이라고 생각된다.
n형 금속산화물 반도체 박막은 SnO2를 주성분으로서 함유하는 것이 바람직하나, ZnO, Cr2O3, FeO3또는 TiO2를 함유할 수도 있다.
이들의 금속산화물은 완전한 산화물의 상태에서는 절연체이나, 그의 산소의 일부가 결핍함으로서 n형 반도체 특성을 나타내는 재료이다.
이와 같은 금속산화물을 가스센서로서 사용하는 경우에는 그의 도전성이 적당한 값이 되도록 산소의 양을 조정하는 것이 필요하다.
실제로는 박막형성시에 산소의 결핍이 생기므로 반응성 스패터에 의해 산소를 보충하든가, 또는 박막형성후에 산화처리를 행하여 도전성의 값을 조정한다.
n형 금속산화물 반도체 박막은 가스와 접하는 면적이 큰 결정구조인 것이 바람직하다.
이와 같은 결정구조로서는 초미립자박막을 사용할 수도 있으나, 본 출원인이 특원소61-152585(1986년 6월 27일 일본국 출원, 본 출원시에 있어서 미공개)에 표시한 바와 같이 기판면에 실질적으로 수직인 방향으로 직경 0.001 내지 10㎛의 주상결정으로 형성되어, 인접하는 주상결정간의 비융착부의 평균길이가 주상결정의 길이의 30% 이상인 결정구조가 바람직하다.
절연성 산화물 피막의 두께는 응답성, 에틴올검출감도 그밖의 관점에서 0.005 내지 3㎛ 정도인 것이 바람직하다. 그의 재질로서는 SiO2, MnO2, MnO, V2O5로 된 군으로부터 선택된 1 이상의 산화물을 함유하는 것이 바람직하다.
절연성 산화물 피막은 에탄올과 반응하여, 그리고 메탄가스 및 수소가스를 투과시키는 필요에서 그 결정구조가 규칙바른 주상인 것이 바람직하다.
본 발명의 제2의 관점에 의하면 n형 금속산화물 반도체 박막상에 규칙바른 주상의 결정구조를 가지는 절연성 산화물 피막을 형성하는 방법이 제공된다.
이 방법은 가스에 감응하여 저항율이 변화하는 n형 반도체 박막을 기판표면에 형성하는 제1공정과, 이 n형 반도체 박막의 표면에 대향하는 막상의 전극을 형성하는 제2공정과, 이 전극에 접촉시켜서 판상의 마스크를 배치하여, 그 개구부를 통하여 스패터링에 의해 상기 n형 금속산화물 반도체 박막의 표면에 절연성 산화물 피막을 형성하는 제3공정을 포함한 가스센서의 제조방법에 있어서, 상기 마스크로서 그의 개구부가 그 두께의 1.5배 이상의 거리에 걸쳐서, 전극이 대향하고 있는 측연으로부터 전극측에 연장된 형상인 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이 방법에 있어서 하지로 되는 n형 금속산화물 반도체 박막도 주상의 결정구조를 갖는 것이 바람직하고, 그를 위해서는 제1공정에 있어서 반응성 스패터에 의해 n형 금속산화물 반도체 박막을 형성하는 것이 바람직하다.
절연성 산화물 피막을 진공증착법이나 CVD법에 의하여 형성할 수도 있으나 그 경우에는 박막의 결정구조가 일정하지 않고 가스센서 제조의 비율이 나쁠뿐만 아니라, 부착력의 큰 절연성 산화물 피막을 제조할 수가 없는일이 있다. 또 이 절연성 산화물 피막을 스패터링법에 의하여 작성하는 경우에 있어서도, 이 피막을 작성하기 위해 사용되는 마스크의 에지에 의하여 스패터 입자가 반사되어, 이 입자가 이 피막중에 침입하는결과, 규칙바른 주상구조를 갖는 피막을 얻을 수가 없고, 상술한 요구되는 감도비를 얻을 수 없다.
본 발명의 경우에도 절연성 산화물 피막을 작성하기 위한 스패터 입자는 마스크의 에지에 의하여 반사되어, 이 피막중에 침입하여 불규칙한 구조를 형성한다.
그러나 본 발명 방법에서는 마스크의 구멍을 형성하는 에지가 전극이 대향하는 측연으로부터 마스크 두께의 1.5배 이상의 거리를 사이에 둔 위치에 배치되기 때문에 불규칙한 구조가 형성되는 영역이 전극상에 한정된다.
이때문에 가스에 감응하는 n형 금속산화물 반도체 박막상에는 규칙바른 주상구조를 가지는 절연성 산화물 피막이 형성된다.
그리고 이 피막은 스패터링법에 의해 형성되기 때문에 그의 부착력은 큰 것으로 된다.
본 발명에 따라 에탄올등이 잡가스의 존재하에서도 탄화수소 가스를 유효하게 검출하는 가스센서를 얻는다. 이와 같은 가스센서는 도시가스의 가스누출 검출에 적합하다.
또한 본 발명에 의하면 n형 금속 산화물 반도체 박막중 가스의 검출에 사용되는 부분의 폭이 좁은 전극을 형성하여도 이 박막상으로 형성되는 절연성 산화물 피막의 결정구조가 규칙바른 주상이기 때문에, 좁은폭의 n형 금속산화물 반도체 박막의 전영역이 유효하게 기능한다. 이 때문에 높은 가스감도가 높은 가스선택성을 갖는 가스센서를 작성할 수가 있다.
따라서 본 발명에 의하면 소형의 가스센서를 제조할 수가 있다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명 가스센서의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
제1도에 도시한 제1실시예 및 제2실시예의 가스센서를 참조하면 절연성 기판(1)은 통상방법에 따라 실리콘기판상에 SiO2절연층을 형성하거나, 또는 사파이어기판을 사용한다. 이 절연성 기판(1)상에는 PVD법 또는 CVD법에 의해 SnO2제 n형 금속산화물 반도체 박막(3)이 형성된다. 전극(5)은 예를 들면 백금으로 형성되어 있다.
이상의 구조는 실질적으로 공지의 가연성 가스센서의 그것과 같으며, 그 재질, 제조방법등의 점에서 특히 한정은 되지 않는다.
본 실시예에서는 n형 금속산화물 반도체 박막(3)상에 다시 SiO2, MnO2, MnO, V2O5등으로부터 이루어진 절연성 산화물 피막(7)을 설치하고 있다. 이 절연성 산화물 피막(7)은 단일의 산화물로 된 단일층으로 형성하여도 좋고, 혹은 예를 들면 SiO2층과 MnO2층을 적층하여(순서는 묻지 않는다) 구성하여도 좋다. 절연성 산화물 피막(7)은 응답성, 에탄올의 검출감도등의 관점에서 0.005 내지 3㎛정도로 하는 것이 바람직하다. 이 절연성 산화물 피막(7)은 PVD법, CVD법등의 공지의 박막 형성방법에 의해 형성할 수 있다.
본 발명은 가스센서에서는 사용시에 가연성 가스에 포함되는 반응성이 보다 높은 에탄올이 절연성 산화물 피막(7)의 표면에서 산화물과 반응하기 시작하여 이것을 통과하는 사이에 농도가 저하한다. 가연성 가스가 n형 금속산화물 반도체 박막(3)에 도달한 때에는 T(CH4/C2H5OH) 감도비가 증대하여 CH4의 선택적인 검출이 용이하게 행하여지게 된다.
이하에 실시예 및 비교예를 표시하여 본 발명의 특징으로 하는 바를 보다 한층 상세하게 설명한다.
비교예 1
사파이어 기판상에, 하기의 조건하에 반응성 스패터링법에 의해 두께 1㎛의 n형 SnO2박막을 형성한 후, 스패터링법에 의해 Pt 전극을 형성하며, 가스센서를 얻었다. n형 SnO2박막의 저항율은 500℃ 질소분위기중에서 2Ω㎝, 공기중에서는 1000Ω㎝이었다.
Figure kpo00001
메탄 3500ppm, 수소 3500ppm 또는 에탄올 2000ppm을 함유하는 공기를 시료로서, 상기에서 얻어진 가스센서의 성능을 조사한바, 제2도에 도시한 결과를 얻었다.
또한 제2도 및 이하의 실시예 1의 결과를 도시한 제3도에 있어서, 각 곡선(I) 내지 (Ⅳ)는 하기 가스에 대한 결과를 도시한 것이다.
곡선(Ⅰ) …… 공기
곡선(Ⅱ) …… 메탄함유공기
곡선(Ⅲ) …… 에탄올 함유공기
곡선(Ⅳ) …… 수소함유공기
이 비교예의 가스센서에 있어서 T(CH4/C2H5OH)로서 도시되는 감도비는 550℃에서 약 0.01이었다.
실시예 1
비교예 1에서 얻은 가스센서의 SnO2박막상에, 스패터링법에 두께 0.3㎛의 SiO2피막을 형성하였다. 이 가스센서에 대하여 비교예 1과 같은 가스를 사용하여 가스검지 성능을 조사하였다. 결과는 제3도에 도시한 바와 같다.
본 실시예 가연성 가스센서에 있어서, T(CH4/C2H5OH)로서 표시되는 감도비는 550℃에서 약 0.5이상이고, CH4에 대한 선택적 검지성능이 우수하다는 것이 명백하다.
실시예 2
SiO2피막에 대신하여 n형 MnO2피막을 형성하는 이외는 실시예 1과 같이 하여 가스센서를 작성하였다. 얻어진 가스센서는 실시예 1의 가스센서와 거의 같은 탄화수소 검지성능을 발휘하였다.
실시예 3
이상의 실시예에서는 n형 금속산화물 반도체상에만 산화물 피막을 형성하는 경우의 예를 표시하였다. 이것들의 실시예에서도 어느정도의 특성을 얻을 수 있으나 또한 산화물 피막의 결정구조를 규칙바른 주상으로 함으로써 보다 좋은 특성이 얻어진다. 이것을 제3실시예로서 설명한다.
제4도는 제3실시예 가스센서를 마스크와 함께 나타낸 평면도이고, 제5도는 제4도의 V-V단면도이다. 또한 제5도의 수직방향은 구성의 설명상, 실제의 두께와는 다른 두께로 그려져 있다.
이 가스센서는 다음과 같이 하여 작성된다.
먼저 예를 들면 사파이어로 된 2.3㎜ 사방의 절연성기판(2)의 표면에, 예를 들면 스패터링법에 의하여, SnO2로 된 n형 금속산화물 반도체 박막(3)을 예를 들면 1.8㎜ 사방, 막두께 1㎛으로 작성한다.
또한 절연제기판(1)은 사파이어제에 한정되는 것은 아니고, 그의 면상에 n형 금속산화물 반도체 박막(3)을 작성할 수 있는 절연체라면 좋다.
또 n형 금속산화물 반도체 박막(3)은 가스에 감응하여 저항율이 변화하는 것이라면 SnO2에 대신하여 ZnO 또는 그외 다른 것을 사용할 수도 있다.
다음에 마스크를 사용한 스패터링법에 의하여 n형 금속산화물 반도체 박막(3)의 상면전체중 중앙의 예를 들면 폭 0.2㎜의 부분을 제외하고, 예를 들면 막두께 0.3㎛의 백금전극을 작성하여 두개가 서로에 대향한 직사각형 막형상의 전극(5,5')으로 한다.
이때 양전극(5,5')의 치수는 1.8㎜×0.8㎜로 되고, 그의 대향하는 측면부(10, 12) 사이의 거리는 0.2㎜로서, 이 부분에는 n형 금속산화물 반도체 박막(3)이 노출되어 있다.
또한 전극(5,5')을 구성하는 재료는 백금에 한하지 않고, 금, 은, 알루미늄의 전기전도도가 높은 것이라면 좋다.
이와 같이 하여 전극(5,5')을 형성한 후, 그위에 판상의 마스크(14)를 배치한다.
이 마스크의 외형은 절연제기판(1)보다 크고, 그의 두께(t)는 예를 들면 0.02㎜로서, 그의 중앙에 개구부(16)를 가진다.
이상에 예시한 치수에 대하여는, 그의 개구부(16)의 치수는 1.8㎜×0.5㎜로 하는 것이 적당하다.
이 마스크(14)는 n형 금속산화물 반도체 박막(3)의 전극(5,5')으로부터 노출된 부분이, 개구부(16)의 중앙의 위치에 있어서 전부 노출되도록 배치되었다.
또 전극(5,5')은, 모두 폭(1)으로 서로 대향하는 부분이 노출한다. 이상에 설명한 예에서는폭(ℓ)의 길이는 0.15㎜로 된다.
즉 이 경우에는, 개구부(16)를 형성하는 에지중, 전극(5,5')을 가로지르도록 측연부(10,12)에 평행으로 배치된 2개의 에지(18,20)는 이 측연부(10,12)의 위치로부터 마스크(14)의 두께 t=0.02㎜의 k=7.5배의 거리 l=0.15㎜의 거리를 둔 위치에 배치된다.
또한 k=1/t로 주어지는 배율 k는, 1.5 이상이라면 좋고, 특히 10이상이라면 바람직하다.
최후에 스패터링법에 의하여, n형 금속산화물 반도체 박막(3)과 전극(5,5')과의 각 노출부분상에, 예를 들면 SiO2으로 되는 절연성 산화물 피막(7)을 3000Å의 막두께로 작성한다.
이때 절연성 산화물 피막(7)을 작성하기 위한 스패터입자는, 마스크(14)의 에지(18,20)에 의하여 반사되어, 이 피막중에 침입하여 불규칙한 구조를 형성한다.
이 불규칙 구조가 형성되는 영역은, 절연성 산화물 피막(7)중에 있어서, 에지(18,20)로부터의 거리가 마스크(14)의 두께의 1.5배 이내의 범위에 한정된다.
그러나, 본 실시예에 있어서는 에지(18,20)가 전극(5,5')의 대향하는 측연부(10,12)로부터 마스크(14)두께의 7.5배의 거리를 사이에 둔 위치에 배치되기 때문에, 가스에 감응하는 n형 금속산화 반도체 박막(3)상에는, 규칙바른 주상구조를 가지는 절연성 산화물 피막(7)이 작성된다.
그리고 이 피막의 작성은 스패터링법에 의하기 때문에, 작성된 절연성 산화물 피막(7)의 부착력은 크고, 또한 규칙바른 주상구조를 가진다.
또한 절연성 산화물 피막(7)의 막두께는 0.01 내지 1㎛의 범위가 바람직하고, 이중 0.01 내지 1㎛의 범위가 특히 바람직하다.
제6도는 절연성 산화물 피막(7)을 작성하기 때문에 사용된 스패터링장치의 개요도이다.
또한 동도는 RF 스패터링을 행하는 경우의 예를 나타내고 있으나, 본 발명은 이 방법에 한정되는 것은 아니다.
진공용기(60)는 접지되며, 이 진공용기(60)의 아래쪽에는 메인밸브(62)를 통하여, 도시하지 않는 진공펌프등으로 이루어지는 배기계(vacuum system)에 접속되어 있다.
이 진공용기(60)의 측방에서는 질량흐름 콘트로울러(64)를 통하여, 캐리어가스인 아르곤가스를 일정유량으로 도입할 수 있도록 되어 있다.
또 진공용기(60)의 상방에는 전극(66)이 배치되어 타게트(68)가 이 전극의 하방에 하향으로 부착되어 있다. SiO2로 된 절연성 산화물 피막을 작성할 때에는 통상 SiO2소결체로 된 타게트(68)가 사용된다.
전극(66)은 진공용기(60)의 외부에 도출되어, 또한 매칭박스(70)를 통하여 RF 전원(72)에 접속되어 있다.
기판호울더(74)의 상방에는 n형 금속산화물 반도체박막(3)과 전극(5,5')이 상술한 바와 같이 하여 형성된 절연제기판(1)에 상술한 바와 같이 마스크(14)를 배치한 부재(58)가 상향으로 부착되어 있다.
타게트(68)와 이 부재(58)와의 사이에는 진공용기의 바깥으로부터 조작하여 회전시킬 수가 있는 샤터(76)가 배치되어 있다.
이상에서 설명한 스패터링 장치를 사용한 때 먼저 메인벨브(62)를 개방하여 진공용기(60)의 내부를 진공까지 도달시킨다.
다음에 질량흐름 콘트로울러(64)를 조절하여 캐리어가스로서 아르곤가스를 예컨대 10cc/min의 일정유량으로 도입하여, 진공용기(60)의 내부를 예컨대 2.0×10-2Torr의 진공도로 설정한다.
이때 샤터(76)를 닫은 그대로 RF 전원(72)의 전원을 투입하여, 진공용기(60)내의 전극(66)에 예를 들면 150W의 RF 파워를 도입한다.
그러면 타게트(68)의 전방에 아르곤의 플라즈마가 발생하여, 아르곤이온에 의하여 두들겨진 타게트로서, 절연성 산화물 입자가 스패터되어 튀어나온다.
이와 같은 트리스패터를 행하여 타게트(68)의 표면을 청정으로 한 후 샤터(76)를 예를 들면 10분 동안만큼 개방하여 스패터 입자를 부재(58)위에 퇴적시킨다.
이와 같이 하여, SiO2로 된 절연성 산화물 피막(7)을 3000Å의 막두께로 작성할 수가 있다. 또한 절연성 산화물 피막(7)의 산화가 부족한 경우에는 아르곤 가스의 도입과 동시에 산소가스를 도입한다.
비교예 2
마스크(14)의 효과를 확인하기 위해 실시예(3)의 가스센서와 마찬가지로 사파이어로 된 절연기판(1) 위에 SnO2로 된 n형 금속산화물 반도체 박막(3) 및 백금으로 된 전극(5,5')를 형성하여, 마스크만을 변경하여 실시예 3과 같은 막두께의 SiO2절연성 산화물 피막(7)을 스패터링법에 의하여 형성한 가스센서를 작성하였다. 또한 n형 금속산화물 반도체(3) 및 백금제의 전극(5,5')에 대하여도 스패터링법에 의하여 막을 형성하였다.
이 비교예에서 사용한 마스크는 그 두께(t)가 0.1㎜로서, 그의 개구부의 치수는 1.8㎜×0.3㎜이다.
이때 n형 금속산화물 반도체 박막(3)은 실시예 3과 같은 0.2㎜의 폭으로 노출되어 있으나, 전극(5,5')의 노출부분의 폭(1)은 어느 전극에 대하여도 0.05㎜이다.
즉 이 경우에는 k=l/t로 주어진 배율 k는 0.5로서 1.5보다 작다. 실시예 3과 비교예 2와의 2개의 가스센서에 대하여,
Figure kpo00002
를 동작온도 450℃ 및 500℃에 있어서 계측한 결과를 제1표에 나타내고, 이들의 결과에서,
Figure kpo00003
를 계산한 결과를 제2표에 각각 표시하였다. 제1표의 결과는 메탄가스, 수소가스 및 에탄올의 농도가 각각 3500ppm일때의 값이다.
제2표에서 실시예 3의 가스센서에 있어서 메탄가스와 수소가스에 관한 감도비(T(CH4/H2))가 개선되어서, 거의 1에 가까이 된 것을 알 수 있다.
또한 메탄가스와 에탄올과에 관한 감도비 (T(CH4/C2H5OH))도 대폭으로 개선이 되어 0.5보다 대폭 큰 수치를 얻는 것을 알 수 있다.
또한 이상의 설명에 있어서 n형 금속산화물 반도체 박막(3) 및 전극(5,5')을 스패터링법에 의하여 작성하였으나, 이들에 대하여는 다른 방법, 예를 들면 진공증착이나 CVD 더우기 스패터링법 이외의 PVD법에 의하여 작성하여도 좋다. 또 전극(5,5')의 형상은 직사각형에 한하지 않고 대향하는 측연부를 가지는 대향전극이라면 좋다.
또한 절연성기판(1)에 대하여는 상술한 바와 같이 작은 크기로 컷트한 것이 아니다 큰 기판을 사용하여, 이 기판상에 동시에 복수의 가스센서를 작성한 후에 각 가스센서를 커트하도록 하여도 좋다.
제1표
Figure kpo00004
제2표
Figure kpo00005

Claims (9)

  1. 가스에 감응하여 저항율이 변화하는 n형 금속산화물 반도체 박막 및 상기 박막의 표면상에 설치된 절연성산화물 피막을 포함하는 가스센서에 있어서, 절연성 산화물 피막은 SiO2, MnO2, MnO 및 V2O5로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  2. 제1항에 있어서, n형 금속산화물 반도체 박막은 SnO2를 주성분으로 함유한 것을 특징으로 하는 가스센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, n형 금속산화물 반도체 박막은 그의 결정구조가 주상인 것을 특징으로 하는 가스센서.
  4. 제1항에 있어서, 절연성 산화물 피막은 그의 두께가 0.005 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는 가스센서.
  5. 제4항에 있어서, 절연성 산화물 피막은 그의 두께가 0.01 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 가스센서.
  6. 제4항에 있어서, 절연성 산화물 피막은 그의 두께가 0.1 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 가스센서.
  7. 제1항에 있어서, 절연성 산화물 피막은 그의 결정구조가 주상인 것을 특징으로 하는 가스센서.
  8. 가스에 감응하여 저항율이 변화하는 n형 금속산화물 반도체 박막을 기판표면에 형성하는 제1의 공정과, 상기 n형 금속산화물 반도체 박막의 표면에 대향하는 막형상의 전극을 형성하는 제2의 공정과, 상기 전극에 접촉시켜서 판상의 마스크를 배치하여, 그의 개구부를 통하여, 스패터링에 의해 상기 n형 금속산화물 반도체 박막의 표면에 절연성 산화물 피막을 형성하는 제3의 공정을 포함하는 가스센서의 제조방법에 있어서, 상기 마스크로서, 그의 개구부가, 이 마스크 두께의 1.5배 이상의 거리에 걸쳐서, 전극의 대향하고 있는 측연으로부터 전극측에 연장된 형상인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 제1의 공정은, 반응성 스패터에 의해 n형 금속산화물 반도체 막막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
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