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JP3000711B2 - Gas sensor - Google Patents
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JP3000711B2 - Gas sensor - Google Patents

Gas sensor

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JP3000711B2
JP3000711B2 JP3110929A JP11092991A JP3000711B2 JP 3000711 B2 JP3000711 B2 JP 3000711B2 JP 3110929 A JP3110929 A JP 3110929A JP 11092991 A JP11092991 A JP 11092991A JP 3000711 B2 JP3000711 B2 JP 3000711B2
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gas
film
gas sensor
thickness
diffusion limiting
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正晃 金森
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Nok Corp
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガスセンサに関する。
更に詳しくは、都市ガス用などに用いられるガスセンサ
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor.
More specifically, the present invention relates to a gas sensor used for city gas and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】都市ガス用などに用いられるガスセンサ
では、メタンあるいは水素ガスなどを選択的に検知する
必要がある。しかしながら、従来の金属酸化物半導体を
用いたセンサでは、その検知原理からみて、本質的な選
択性の付与はできず、専ら触媒の添加、ガス選択透過膜
の付与などにより、検知するガスの前処理を行ってい
る。つまり、このような方法によって妨害ガスの除去を
行い、選択性を付与する必要があった。
2. Description of the Related Art A gas sensor used for city gas or the like needs to selectively detect methane or hydrogen gas. However, a conventional sensor using a metal oxide semiconductor cannot provide essential selectivity in view of the detection principle, and the addition of a catalyst or the provision of a gas selective permeable membrane mainly requires a gas before the gas to be detected. Processing is in progress. That is, it is necessary to remove the interfering gas by such a method and to provide selectivity.

【0003】しかるに、このような方法での選択性の向
上には限界があり、例えばメタンとエタン、メタノール
とエタノールなどの類似ガスの間での識別は不可能であ
った。
[0003] However, there is a limit to the improvement of selectivity by such a method, and it is impossible to discriminate between similar gases such as methane and ethane, and methanol and ethanol.

【0004】一方、このようなガス識別を行うために、
ガス検知能の異なる複数個のガスセンサを用い、それら
の出力パターンを使用しようとする試みもある。しか
し、この場合には互いに性質の異なる複数個のセンサを
必要とするので、装置あるいはデーター処理回路などが
複雑になり、いきおい高価となるのが避けられない。
On the other hand, in order to perform such gas identification,
There is also an attempt to use a plurality of gas sensors having different gas detection capabilities and use their output patterns. However, in this case, since a plurality of sensors having different properties are required, the device or the data processing circuit becomes complicated, and it is inevitable that the cost becomes extremely high.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ガス
選択性の向上およびガス識別能を付与したガスセンサ
を、1個のガスセンサにより形成せしめたものを提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas sensor provided with an improved gas selectivity and a gas discriminating ability formed by a single gas sensor.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
絶縁性基板上に形成された複数組の電極対を被覆したガ
ス感応膜上に、膜厚勾配を有するガス拡散制限膜を積層
したガスセンサによって達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is as follows.
This is achieved by a gas sensor in which a gas diffusion limiting film having a film thickness gradient is laminated on a gas-sensitive film covering a plurality of pairs of electrodes formed on an insulating substrate.

【0007】次に、平面図が図1に、またその断面図が
図2に示される図面を参照しながら、本発明を説明す
る。
Next, the present invention will be described with reference to the drawing whose plan view is shown in FIG. 1 and whose sectional view is shown in FIG.

【0008】石英、アルミナ、ガラスなどの無機材料が
プレート状、シート状などの形で用いられる絶縁性基板
1上には、複数組、一般には3〜5組の電極対、図示さ
れた態様では3組の電極対2,2、3,3、4,4が、
金、白金などからペースト印刷、焼成法により、約5〜5
0μm、好ましくは約20〜50μmの膜厚で形成されてい
る。
On an insulating substrate 1 in which an inorganic material such as quartz, alumina, glass or the like is used in the form of a plate, a sheet, or the like, a plurality of sets, generally 3 to 5 sets of electrode pairs are provided. The three electrode pairs 2,2,3,3,4,4
Approximately 5 to 5 by paste printing and firing from gold, platinum, etc.
It is formed with a thickness of 0 μm, preferably about 20 to 50 μm.

【0009】これらの電極対群は、ガス感応膜5によっ
て被覆されている。ガス感応膜としては、CVD法、スパ
ッタリング法などにより形成された、約0.1〜1μmの膜
厚を有するSnO2、ZnO、Fe2O3などの酸化物半導体の薄膜
が一般に用いられる。
[0009] These electrode pairs are covered with a gas-sensitive film 5. As the gas-sensitive film, a thin film of an oxide semiconductor such as SnO 2 , ZnO, or Fe 2 O 3 having a thickness of about 0.1 to 1 μm formed by a CVD method, a sputtering method, or the like is generally used.

【0010】このガス感応膜上には、膜厚勾配を有する
ガス拡散制限膜6が積層される。絶縁膜をも兼ねるガス
拡散制限膜は、SiO2、AlN、Si3N4、Al2O3などからペー
スト印刷、焼成法あるいはCVD法などにより約0.1〜2μm
程度の膜厚で形成させる。
On this gas sensitive film, a gas diffusion limiting film 6 having a film thickness gradient is laminated. Gas diffusion limiting membrane also serves as an insulating film, SiO 2, AlN, Si 3 N 4, Al 2 O 3 paste printing or the like, about the like baking or CVD 0.1~2μm
It is formed with a film thickness of about.

【0011】この際、1端側の電極対(2,2)上と他端
側の電極対(4,4)上のガス拡散制限膜の膜厚差は、約5
00nm以上になるように設定されなければならない。即
ち、この膜厚差が約500nm以下の場合には、ガス検知時
の各電極対間の導電率に有意な差がみられなくなる。
At this time, the difference in thickness of the gas diffusion limiting film on the electrode pair (2, 2) on one end and the electrode pair (4, 4) on the other end is about
It must be set to be at least 00 nm. That is, when the difference in film thickness is about 500 nm or less, no significant difference is observed in the electric conductivity between each pair of electrodes at the time of gas detection.

【0012】このような膜厚勾配の形成方法は、一般に
図4の(a)に示されるような方法などによって行われ
る。即ち、CVD法用のチャンバ11内に壁部12を有するサ
セプタ13を設置し、そこにガス感応膜被覆電極対群を形
成させた絶縁性基板14,15を搭載させる。そこに、例え
ばSiO2ガス拡散制限膜を積層させる場合には、SiH4-O2
系の原料ガスを用いてCVD法などを適用すると、サセプ
タの中心部から壁部側にかけて次第に膜厚を厚くしたCV
D膜が形成されるようになる。その膜厚勾配の具体例
は、14´,15´に示される如くである。
A method of forming such a film thickness gradient is generally performed by a method as shown in FIG. That is, a susceptor 13 having a wall portion 12 is installed in a chamber 11 for a CVD method, and insulating substrates 14 and 15 on which a gas-sensitive film-coated electrode pair group is formed are mounted thereon. If, for example, an SiO 2 gas diffusion limiting film is to be laminated, SiH 4 -O 2
When the CVD method is applied using the raw material gas of the system, the CV gradually increases in thickness from the center of the susceptor to the wall.
A D film is formed. Specific examples of the film thickness gradient are as shown in 14 'and 15'.

【0013】ここで用いられるサセプタの外径を例えば
150mmとしたとき、サセプタ壁部の高さは約3〜10mmが適
当であり、その場合中心部の膜厚が1200nmのとき、外周
部の膜厚は1800nmになる[図4の(b)参照]。更に、実際
にサセプタに複数枚の基板をセットする場合には、例え
ば10mm角の基板を放射状に並べることによって、膜厚勾
配を有するSiO2膜を形成することができる。
The outer diameter of the susceptor used here is, for example,
When the thickness is 150 mm, the height of the susceptor wall is preferably about 3 to 10 mm. In this case, when the thickness at the center is 1200 nm, the thickness at the outer periphery is 1800 nm [see FIG. ]. Further, when a plurality of substrates are actually set on the susceptor, for example, a 10 mm square substrate is radially arranged to form an SiO 2 film having a film thickness gradient.

【0014】[0014]

【作用】本発明のガスセンサは、一つのセンサ内に複数
組、一般には3〜5組の電極対を形成させ、各電極対間
の導電率を測定し、それらをデーター処理することによ
り、検知ガスの種類を判別しかつ濃度を測定するもので
あるが、電極対群を被覆するガス感応膜上には、膜厚勾
配を有するガス拡散制限膜が積層されているため、その
膜厚に対応して、一定濃度のガスに対しても各電極対間
での導電率が異なってくる。このときの導電率のパター
ンと予め記憶させておいた各種ガスについての導電率の
パターンとを比較することにより、検知ガスの種類およ
び濃度を知ることができ、それは類似ガス間においても
可能である。
According to the gas sensor of the present invention, a plurality of pairs, generally three to five pairs of electrodes are formed in one sensor, the conductivity between each pair of electrodes is measured, and the data is processed to perform detection. The type of gas is determined and the concentration is measured.On the gas-sensitive film covering the electrode pairs, a gas diffusion limiting film with a film thickness gradient is laminated, As a result, the conductivity between the electrode pairs differs even for a gas having a constant concentration. By comparing the conductivity pattern at this time with the conductivity patterns of various gases stored in advance, the type and concentration of the detection gas can be known, and this can be performed between similar gases. .

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明に係るガスセンサは、パターン認
識の概念を導入しているため、従来法よりも選択性の高
いセンサとなっている。しかも、複数個のセンサを必要
とはせず、1個のガス感応体上で同等のガス識別能力を
有するため、センサの小型化、低コスト化などを可能と
させる。
The gas sensor according to the present invention has a higher selectivity than the conventional method because the concept of pattern recognition is introduced. In addition, since a plurality of sensors are not required and the same gas discriminating ability is provided on one gas sensitive body, it is possible to reduce the size and cost of the sensors.

【0016】[0016]

【実施例】アルミナ基板上に、ペースト印刷法により、
互いに対向した位置関係にある白金電極対を3組20μm
の膜厚で形成させ、それらを被覆するように、200nmの
均一膜厚のSnO2ガス感応膜をCVD法により形成させた。
これを、CVD法用のチャンバ内に設置されたサセプタ(外
径150mm、壁部の高さ5mm)に搭載し、SiH4-O2原料ガスを
用いてCVD法を適用した。その結果、1端側の電極対上
と他端側の電極対上とで、膜厚差が1.4μmのSiO2ガス拡
散制限膜が形成された。
EXAMPLE On an alumina substrate, paste printing was used.
3 sets of platinum electrode pairs 20μm facing each other
A SnO 2 gas-sensitive film having a uniform thickness of 200 nm was formed by a CVD method so as to cover them.
This was mounted on a susceptor (outer diameter 150 mm, wall height 5 mm) installed in a chamber for the CVD method, and the CVD method was applied using a SiH 4 —O 2 source gas. As a result, an SiO 2 gas diffusion limiting film having a thickness difference of 1.4 μm was formed between the electrode pair on one end and the electrode pair on the other end.

【0017】このようにして作製されたガスセンサを用
い、SiO2ガス拡散制限膜の膜厚がそれぞれ0.1μm、0.25
μmおよび1.5μmのSiO2ガス拡散制限膜で被覆された電
極対での素子抵抗を測定すると、エタノールおよびメタ
ノールについて図3に示されるような結果が得られた。
Using the gas sensor manufactured as described above, the thickness of the SiO 2 gas diffusion limiting film was 0.1 μm and 0.25 μm, respectively.
When the device resistance of the electrode pair covered with the μm and 1.5 μm SiO 2 gas diffusion limiting films was measured, the results shown in FIG. 3 were obtained for ethanol and methanol.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るガスセンサの一態様の平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view of one embodiment of a gas sensor according to the present invention.

【図2】本発明に係るガスセンサの一態様の断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of a gas sensor according to the present invention.

【図3】ガスセンサのSiO2ガス拡散制限膜の膜厚と素子
抵抗との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a film thickness of an SiO 2 gas diffusion limiting film of a gas sensor and an element resistance.

【図4】膜厚勾配を有するガス拡散制限膜の形成方法を
示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic view showing a method for forming a gas diffusion limiting film having a film thickness gradient.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 電極対 3 電極対 4 電極対 5 ガス感応膜 6 ガス拡散制限膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Electrode pair 3 Electrode pair 4 Electrode pair 5 Gas sensitive film 6 Gas diffusion limiting film

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に形成された複数組の電極
対を被覆したガス感応膜上に、膜厚勾配を有するガス拡
散制限膜を積層してなるガスセンサ。
1. A gas sensor comprising a gas-sensitive film covering a plurality of pairs of electrodes formed on an insulating substrate and a gas diffusion limiting film having a film thickness gradient laminated thereon.
【請求項2】 1端側の電極対上と他端側の電極対上の
ガス拡散制限膜の膜厚差が500nm以上に設定された請求
項1記載のガスセンサ。
2. The gas sensor according to claim 1, wherein the difference between the thickness of the gas diffusion limiting film on the electrode pair on one end side and the electrode pair on the other end side is set to 500 nm or more.
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