JPS6133130B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6133130B2 JPS6133130B2 JP11550578A JP11550578A JPS6133130B2 JP S6133130 B2 JPS6133130 B2 JP S6133130B2 JP 11550578 A JP11550578 A JP 11550578A JP 11550578 A JP11550578 A JP 11550578A JP S6133130 B2 JPS6133130 B2 JP S6133130B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- hydrogen gas
- current
- diode
- voltage characteristics
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は高性能水素ガス検出素子に関する。
従来ガス検知半導体素子は、酸化物半導体の焼
結体、薄膜など多結晶を用いているのでその結晶
粒界、不純物を制御することが不可能であり、信
頼性、互換性を欠いていた。また、この素子にお
おけるガス検知機構は不明である。この素子は約
300℃で実用的感度を示すので加熱部を設ける必
要があつた。
結体、薄膜など多結晶を用いているのでその結晶
粒界、不純物を制御することが不可能であり、信
頼性、互換性を欠いていた。また、この素子にお
おけるガス検知機構は不明である。この素子は約
300℃で実用的感度を示すので加熱部を設ける必
要があつた。
この発明はガス漏れ検知器、火災警報器、ガス
濃度計において、被検ガス中の微量な水素ガスを
室温で安定に検出でき、しかも互換性を有する水
素ガス検出素子を得ることを目的とする。
濃度計において、被検ガス中の微量な水素ガスを
室温で安定に検出でき、しかも互換性を有する水
素ガス検出素子を得ることを目的とする。
この発明を図面にもとづいて説明すると、第１
図において半導体たとえば酸化亜鉛、酸化スズな
どの結晶１に表面処理を施して加工層、不均一
層、汚れを取り除き、これに絶縁膜２たとえば窒
化シリコン膜を被着したのち、写真蝕刻法により
膜２に穴をあけ、真空蒸着法によりオーム性接触
用電極３たとえばインジウム膜、および水素吸収
により仕事関数が変化する金属薄膜４たとえばパ
ラジウム薄膜、ニツケル薄膜などを堆積する。電
極３および薄膜４に導線５および導線６をとりつ
けダイオードを得る。被検ガスにさらしたこのダ
イオードにおいて、電流、電圧、抵抗、容量、半
導体の禁止帯巾より小さいエネルギーをもつ光子
を薄膜４の上方または下方から入射させたときに
生じる光電流、光起電圧などを測定する。
図において半導体たとえば酸化亜鉛、酸化スズな
どの結晶１に表面処理を施して加工層、不均一
層、汚れを取り除き、これに絶縁膜２たとえば窒
化シリコン膜を被着したのち、写真蝕刻法により
膜２に穴をあけ、真空蒸着法によりオーム性接触
用電極３たとえばインジウム膜、および水素吸収
により仕事関数が変化する金属薄膜４たとえばパ
ラジウム薄膜、ニツケル薄膜などを堆積する。電
極３および薄膜４に導線５および導線６をとりつ
けダイオードを得る。被検ガスにさらしたこのダ
イオードにおいて、電流、電圧、抵抗、容量、半
導体の禁止帯巾より小さいエネルギーをもつ光子
を薄膜４の上方または下方から入射させたときに
生じる光電流、光起電圧などを測定する。
厚さ十〜百nmの薄膜４の使用により、その表
面に吸着された水素が迅速に金属半導体界面に達
して薄膜４下面の仕事関数を迅速、敏感、可逆的
に変化させることができる。カーテイン
（Kurtin）等がフイジカル・レビユー・レターズ
（Physical Review Letters）第22巻、1433頁に
おいて示したように、化合物元素間の電気陰性度
の差が0.8以上の半導体と金属の接触における障
壁の高さは金属の仕事関数に依存するので、被検
ガス中の水素ガスが薄膜４に吸収されるとこの障
壁の高さは薄膜４の仕事関数の変化量に対して直
線的に変化する。周知のように酸素は最も大きな
電気陰性度を持つ元素の一つであるので、酸化亜
鉛、酸化スズのほか金属酸化物からなる半導体は
一般に化合物元素間の電気陰性度の差に対する上
記の条件を満足し、上記第１図の半導体結晶１が
金属酸化物の時、第１図の素子は水素ガス検出素
子として良好な特性を示す。被検ガス中の水素ガ
ス濃度が低い場合、上記変化量は水素ガス濃度に
ほぼ比例する。このような障壁の高さの変化はダ
イオードの電流−電圧特性、容量−電圧特性、光
起電圧特性の一意的変化をもたらす。かくしてダ
イオードにおけるこれら特性値の変化量のいずれ
か一つを測定することにより水素ガス濃度を検出
することができる。なお、電気陰性度の差が0.8
以上の半導体たとえばシリコン、ガリウムひ素な
どを用いた場合においても、金属薄膜４を堆積す
る前にこれら半導体に適当な処理を施して表面に
絶縁性極薄膜を形成し、表面準位密度を低下させ
ると、上記効果が認められる。この処理方法を例
示すれば次の通りである。シリコン表面を化学腐
蝕してのち、400℃で酸素雰囲気に10分間さら
す。
面に吸着された水素が迅速に金属半導体界面に達
して薄膜４下面の仕事関数を迅速、敏感、可逆的
に変化させることができる。カーテイン
（Kurtin）等がフイジカル・レビユー・レターズ
（Physical Review Letters）第22巻、1433頁に
おいて示したように、化合物元素間の電気陰性度
の差が0.8以上の半導体と金属の接触における障
壁の高さは金属の仕事関数に依存するので、被検
ガス中の水素ガスが薄膜４に吸収されるとこの障
壁の高さは薄膜４の仕事関数の変化量に対して直
線的に変化する。周知のように酸素は最も大きな
電気陰性度を持つ元素の一つであるので、酸化亜
鉛、酸化スズのほか金属酸化物からなる半導体は
一般に化合物元素間の電気陰性度の差に対する上
記の条件を満足し、上記第１図の半導体結晶１が
金属酸化物の時、第１図の素子は水素ガス検出素
子として良好な特性を示す。被検ガス中の水素ガ
ス濃度が低い場合、上記変化量は水素ガス濃度に
ほぼ比例する。このような障壁の高さの変化はダ
イオードの電流−電圧特性、容量−電圧特性、光
起電圧特性の一意的変化をもたらす。かくしてダ
イオードにおけるこれら特性値の変化量のいずれ
か一つを測定することにより水素ガス濃度を検出
することができる。なお、電気陰性度の差が0.8
以上の半導体たとえばシリコン、ガリウムひ素な
どを用いた場合においても、金属薄膜４を堆積す
る前にこれら半導体に適当な処理を施して表面に
絶縁性極薄膜を形成し、表面準位密度を低下させ
ると、上記効果が認められる。この処理方法を例
示すれば次の通りである。シリコン表面を化学腐
蝕してのち、400℃で酸素雰囲気に10分間さら
す。
この発明の一実施例である種々の濃度の水素ガ
スを含む空気にさらした室温におけるパラジウム
薄膜−ｎ型酸化亜鉛単結晶接触ダイオードにおい
て、導線６と導線５の間に負の電圧を印加した
時、いいかえると導線６を導線５に対して負にバ
イアスした時、すなわち逆バイアス時の電流−電
圧特性および容量−電圧特性をそれぞれ第２図お
よび第３図に導線６と導線５の間に正の電圧を印
加した時、すなわち導線６を導線５に対して正に
バイアスした時の電流−電圧特性を第４図に示し
た。従つて、第２図に示した電流は導線５から導
線６へ向かう電流であり、第４図に示した電流は
導線６から導線５へ向かう電流である。また交流
微小信号を印加してダイオードの抵抗または容量
を測定することにより、水素ガスを検出できる。
素子温度を高めることにより素子の応答速度およ
び感度が増大するので、加熱部を付加して水素ガ
ス検出特性を改善できる。第５図は種々の素子温
度においてこの発明の一実施例であるパラジウム
薄膜−ｎ型酸化亜鉛単結晶接触ダイオードに1V
の逆バイアスを印加し、素子の雰囲気を通常の空
気から水素を含む空気に変えた場合および水素を
含む空気から通常の空気に変えた場合のダイオー
ド電流の過渡的変化を示す。第６、第７、第８お
よび第９図は、それぞれ、この発明の一実施例で
あるパラジウム薄膜−ｎ型シリコン接触ダイオー
ドに対する室温における順方向電流−電圧特性、
逆方向電流−電圧特性、容量−電圧特性および
種々の温度において素子の雰囲気を通常の空気か
ら0.05％H2を含む空気に変えた場合とその逆にし
た場合、順方向バイアス0.1V印加時のダイオー
ド電流の過渡的変化を示す。図面中の記号％は水
素ガスの体積百分率を表わす。
スを含む空気にさらした室温におけるパラジウム
薄膜−ｎ型酸化亜鉛単結晶接触ダイオードにおい
て、導線６と導線５の間に負の電圧を印加した
時、いいかえると導線６を導線５に対して負にバ
イアスした時、すなわち逆バイアス時の電流−電
圧特性および容量−電圧特性をそれぞれ第２図お
よび第３図に導線６と導線５の間に正の電圧を印
加した時、すなわち導線６を導線５に対して正に
バイアスした時の電流−電圧特性を第４図に示し
た。従つて、第２図に示した電流は導線５から導
線６へ向かう電流であり、第４図に示した電流は
導線６から導線５へ向かう電流である。また交流
微小信号を印加してダイオードの抵抗または容量
を測定することにより、水素ガスを検出できる。
素子温度を高めることにより素子の応答速度およ
び感度が増大するので、加熱部を付加して水素ガ
ス検出特性を改善できる。第５図は種々の素子温
度においてこの発明の一実施例であるパラジウム
薄膜−ｎ型酸化亜鉛単結晶接触ダイオードに1V
の逆バイアスを印加し、素子の雰囲気を通常の空
気から水素を含む空気に変えた場合および水素を
含む空気から通常の空気に変えた場合のダイオー
ド電流の過渡的変化を示す。第６、第７、第８お
よび第９図は、それぞれ、この発明の一実施例で
あるパラジウム薄膜−ｎ型シリコン接触ダイオー
ドに対する室温における順方向電流−電圧特性、
逆方向電流−電圧特性、容量−電圧特性および
種々の温度において素子の雰囲気を通常の空気か
ら0.05％H2を含む空気に変えた場合とその逆にし
た場合、順方向バイアス0.1V印加時のダイオー
ド電流の過渡的変化を示す。図面中の記号％は水
素ガスの体積百分率を表わす。
ドナおよびアクセプタ濃度が均一で結晶欠陥の
少ない半導体結晶１を用いることによりダイオー
ドの電流−電圧特性、容量−電圧特性、光起電圧
特性は良好な再現性を示すので素子の互換性が確
保される。また膜２は雰囲気に対して半導体結晶
表面を不活性化するので素子の動作を安定化す
る。
少ない半導体結晶１を用いることによりダイオー
ドの電流−電圧特性、容量−電圧特性、光起電圧
特性は良好な再現性を示すので素子の互換性が確
保される。また膜２は雰囲気に対して半導体結晶
表面を不活性化するので素子の動作を安定化す
る。
この発明は以上説明したように互換性と良好な
再現性を有する小型簡便な金属半導体接触により
高感度、高安定、室温で水素ガスを検出する効果
がある。
再現性を有する小型簡便な金属半導体接触により
高感度、高安定、室温で水素ガスを検出する効果
がある。
第１図はこの発明に係る素子の側断面図、第
２、第４、第６、第７図は素子の電流−電圧特
性、第３、第８図は素子の容量−電圧特性、第
５、第９図素子の温度特性および過渡応答を示
す。 １は半導体結晶、２は絶縁膜、４は金属薄膜。
２、第４、第６、第７図は素子の電流−電圧特
性、第３、第８図は素子の容量−電圧特性、第
５、第９図素子の温度特性および過渡応答を示
す。 １は半導体結晶、２は絶縁膜、４は金属薄膜。
Claims (1)
- １ 半導体結晶１面上の相異なる位置において、
水素吸収により仕事関数が変化する金属薄膜４と
オーム性接触用電極３を前記半導体結晶１に接触
させ、前記金属薄膜４と前記オーム性接触用電極
３を電気的特性検出用端子とすることを特徴とす
る水素ガス検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11550578A JPS5542049A (en) | 1978-09-20 | 1978-09-20 | Hydrogen gas detecting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11550578A JPS5542049A (en) | 1978-09-20 | 1978-09-20 | Hydrogen gas detecting element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5542049A JPS5542049A (en) | 1980-03-25 |
| JPS6133130B2 true JPS6133130B2 (ja) | 1986-07-31 |
Family
ID=14664172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11550578A Granted JPS5542049A (en) | 1978-09-20 | 1978-09-20 | Hydrogen gas detecting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5542049A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5386715A (en) * | 1993-12-06 | 1995-02-07 | Motorola, Inc. | Gas vapor sensor |
-
1978
- 1978-09-20 JP JP11550578A patent/JPS5542049A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5542049A (en) | 1980-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5362975A (en) | Diamond-based chemical sensors | |
| Ito | Hydrogen-sensitive Schottky barrier diodes | |
| US4836012A (en) | Gas sensor | |
| Brattain et al. | The interface between germanium and a purified neutral electrolyte | |
| EP0274890B1 (en) | Stable ohmic contacts to thin films of p-type tellurium-containing II-VI semiconductors | |
| US6109094A (en) | Method and device for gas sensing | |
| JP6432672B2 (ja) | ガスセンサ及びセンサ装置 | |
| Di Francia et al. | A very sensitive porous silicon based humidity sensor | |
| JPH07134110A (ja) | 組合型半導体気体感応素子 | |
| Moiz et al. | Effects of temperature and humidity on electrical properties of organic semiconductor orange dye films deposited from solution | |
| Mizsei et al. | Resistivity and work function measurements on Pd-doped SnO2 sensor surface | |
| CN102507704A (zh) | 基于碳化硅的肖特基势垒二极管氧传感器及制造方法 | |
| CN113406161A (zh) | 一种氢气传感器芯体及其制备方法和氢气传感器 | |
| Flinn et al. | Surface measurements on gallium arsenide | |
| JPS6133130B2 (ja) | ||
| JP6536592B2 (ja) | ガスセンサ及びセンサ装置 | |
| US5403748A (en) | Detection of reactive gases | |
| Ham | Surface charge effects on the resistivity and Hall coefficient of thin silicon‐on‐sapphire films | |
| JPH06105235B2 (ja) | 湿度検知素子 | |
| US3138495A (en) | Semiconductor device and method of manufacture | |
| JPS62124454A (ja) | ヘテロ接合型ガスセンサ | |
| Turner | HgTe contacts to p‐HgCdTe | |
| Matsushima et al. | CO sensitive Pt/SnO2 diode type gas sensor | |
| KR960010681B1 (ko) | 이종 반도체 접합 가스센서 | |
| Campos | Gas sensing properties based on a doped conducting polymer/inorganic semiconductor |