JPH0830691B2 - 限界電流式酸素センサ - Google Patents
限界電流式酸素センサInfo
- Publication number
- JPH0830691B2 JPH0830691B2 JP4335242A JP33524292A JPH0830691B2 JP H0830691 B2 JPH0830691 B2 JP H0830691B2 JP 4335242 A JP4335242 A JP 4335242A JP 33524292 A JP33524292 A JP 33524292A JP H0830691 B2 JPH0830691 B2 JP H0830691B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen sensor
- conductor film
- ion conductor
- film
- cathode electrode
- 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 - Fee Related
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、限界電流式酸素センサ
に係り、特にイオン伝導体膜や電極を薄膜技術により形
成した薄膜型の限界電流式酸素センサに関する。
に係り、特にイオン伝導体膜や電極を薄膜技術により形
成した薄膜型の限界電流式酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、イットリウム（Ｙ）で安定化
した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン
伝導体（固体電解質）として用いたセラミック酸素セン
サが知られている。バルク型のセラミック酸素センサで
は、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体バルクをプレス成
形，焼成により得て、これに触媒作用を有するＰｔ電極
を、Ｐｔペーストの印刷，焼成により形成している。
した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン
伝導体（固体電解質）として用いたセラミック酸素セン
サが知られている。バルク型のセラミック酸素センサで
は、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体バルクをプレス成
形，焼成により得て、これに触媒作用を有するＰｔ電極
を、Ｐｔペーストの印刷，焼成により形成している。
【０００３】このようなバルク型セラミック酸素センサ
に対して、最近、素子の小形化，微細化，量産化のため
に、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体および電極を薄膜
技術により形成する薄膜型の限界電流式酸素センサが提
案されている。この種の薄膜型のセラミック酸素センサ
は、例えば基板上にカソード電極，酸化物イオン伝導体
膜およびアノード電極を順次積層形成して得られる。こ
の薄膜型セラミック酸素センサで基板側を酸素ガス供給
側として限界電流特性を得るためには、基板として、酸
素分子の拡散律速性を有する気体透過性基板が必要であ
る。この様な気体透過性基板として、例えばＺｒＯ2 −
ＢＮがある。
に対して、最近、素子の小形化，微細化，量産化のため
に、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導体および電極を薄膜
技術により形成する薄膜型の限界電流式酸素センサが提
案されている。この種の薄膜型のセラミック酸素センサ
は、例えば基板上にカソード電極，酸化物イオン伝導体
膜およびアノード電極を順次積層形成して得られる。こ
の薄膜型セラミック酸素センサで基板側を酸素ガス供給
側として限界電流特性を得るためには、基板として、酸
素分子の拡散律速性を有する気体透過性基板が必要であ
る。この様な気体透過性基板として、例えばＺｒＯ2 −
ＢＮがある。
【０００４】しかし、上述のような気体透過性基板は、
ポアサイズが０．１〜０．２μm 程度と大きく、したが
って均一な膜形成が難しく、また良好な拡散律速性を持
たせることも難しい。そこで、緻密性基板を用いて、上
述の素子とはアノード，カソード電極を上下逆にして、
カソード電極を覆うように気体拡散層を薄膜技術により
形成することも考えられる。
ポアサイズが０．１〜０．２μm 程度と大きく、したが
って均一な膜形成が難しく、また良好な拡散律速性を持
たせることも難しい。そこで、緻密性基板を用いて、上
述の素子とはアノード，カソード電極を上下逆にして、
カソード電極を覆うように気体拡散層を薄膜技術により
形成することも考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、緻密性基板を
用いて、アノード電極，酸化物イオン伝導体膜およびカ
ソード電極をこの順に積層形成する構造とした場合、イ
オン電流が流れてアノード電極で生成される酸素ガスを
確実に排気する排出経路を確保しなければ、良好な限界
電流特性を得ることができない。本発明は、この様な事
情を考慮してなされたもので、優れた限界電流特性を得
ることができる薄膜型の限界電流式酸素センサを提供す
ることを目的とする。
用いて、アノード電極，酸化物イオン伝導体膜およびカ
ソード電極をこの順に積層形成する構造とした場合、イ
オン電流が流れてアノード電極で生成される酸素ガスを
確実に排気する排出経路を確保しなければ、良好な限界
電流特性を得ることができない。本発明は、この様な事
情を考慮してなされたもので、優れた限界電流特性を得
ることができる薄膜型の限界電流式酸素センサを提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる限界電流
式酸素センサは、基板上全面にアノード電極が形成さ
れ、このアノード電極上に所定パターンをもって酸化物
イオン伝導体膜が形成され、この酸化物イオン伝導体膜
上に酸化物イオン伝導体膜周辺の表面が露出する状態で
カソード電極が重ねて形成され、気体拡散層がカソード
電極の上面および側面を覆い、かつ酸化物イオン伝導体
膜の側面を露出させた状態で形成されていることを特徴
とする。
式酸素センサは、基板上全面にアノード電極が形成さ
れ、このアノード電極上に所定パターンをもって酸化物
イオン伝導体膜が形成され、この酸化物イオン伝導体膜
上に酸化物イオン伝導体膜周辺の表面が露出する状態で
カソード電極が重ねて形成され、気体拡散層がカソード
電極の上面および側面を覆い、かつ酸化物イオン伝導体
膜の側面を露出させた状態で形成されていることを特徴
とする。
【０００７】
【作用】本発明による薄膜型の酸素センサは、カソード
側，アノード側共に、三相界面、即ちイオン伝導体と電
極と大気とが接する界面が十分大きく確保された構造と
なっている。したがって酸素センサの動作に寄与する電
極反応はカソード側，アノード側ともに十分に進む。ア
ノード，カソード電極がイオン伝導体膜を上下に挟んで
形成されているから、イオン電流に対する電気抵抗も小
さい。そして、アノード電極は基板全面に形成されてい
るから、アノード電極で生成された酸素ガスは酸化物イ
オン伝導体膜が形成されていないアノード電極部分から
確実に排出される。以上により、比較的低温で動作する
高速応答性に優れた限界電流式酸素センサが得られる。
側，アノード側共に、三相界面、即ちイオン伝導体と電
極と大気とが接する界面が十分大きく確保された構造と
なっている。したがって酸素センサの動作に寄与する電
極反応はカソード側，アノード側ともに十分に進む。ア
ノード，カソード電極がイオン伝導体膜を上下に挟んで
形成されているから、イオン電流に対する電気抵抗も小
さい。そして、アノード電極は基板全面に形成されてい
るから、アノード電極で生成された酸素ガスは酸化物イ
オン伝導体膜が形成されていないアノード電極部分から
確実に排出される。以上により、比較的低温で動作する
高速応答性に優れた限界電流式酸素センサが得られる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１(a) (b) は、本発明の一実施例に係る薄
膜型限界電流式酸素センサの平面図とそのＡ―Ａ′断面
図である。この実施例では、緻密性絶縁基板１として、
切削加工ができるセラミック基板を用いている。絶縁基
板１の表面は鏡面加工されている。この基板１上にはま
ず、Ｐｔアノード電極２が全面に形成されている。アノ
ード電極２の上には、酸化物イオン伝導体膜であるＺｒ
Ｏ2 −8mol% Ｙ2 Ｏ3 膜（以下、単にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ
3 膜という）３が櫛形パターンをもって形成されてい
る。
説明する。図１(a) (b) は、本発明の一実施例に係る薄
膜型限界電流式酸素センサの平面図とそのＡ―Ａ′断面
図である。この実施例では、緻密性絶縁基板１として、
切削加工ができるセラミック基板を用いている。絶縁基
板１の表面は鏡面加工されている。この基板１上にはま
ず、Ｐｔアノード電極２が全面に形成されている。アノ
ード電極２の上には、酸化物イオン伝導体膜であるＺｒ
Ｏ2 −8mol% Ｙ2 Ｏ3 膜（以下、単にＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ
3 膜という）３が櫛形パターンをもって形成されてい
る。
【０００９】ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３上には重ねて、Ｚ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３のパターンをを縮小した櫛形パタ
ーンをもってＰｔカソード電極４が形成されている。即
ち、カソード電極４の周囲には、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜
３の周辺表面が露出した状態となるように、カソード電
極４がパターン形成されている。更に、カソード電極４
の上面および側面を覆うように気体拡散層５が、ほぼＺ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３と同じ櫛形パターンで形成されて
いる。ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３の側面は、露出したまま
の状態に保たれている。
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３のパターンをを縮小した櫛形パタ
ーンをもってＰｔカソード電極４が形成されている。即
ち、カソード電極４の周囲には、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜
３の周辺表面が露出した状態となるように、カソード電
極４がパターン形成されている。更に、カソード電極４
の上面および側面を覆うように気体拡散層５が、ほぼＺ
ｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３と同じ櫛形パターンで形成されて
いる。ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３の側面は、露出したまま
の状態に保たれている。
【００１０】この様な構造を得るための製造工程を具体
的に説明する。まず緻密性基板１上全面にスパッタ法に
よってＰｔアノード電極２を形成する。次いで、ＺｒＯ
2 −Ｙ2 Ｏ3 セラミックターゲットを用いたスパッタ法
により、メタルマスクを利用して櫛形パターンのＺｒＯ
2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３を形成する。次いで上のメタルマスク
より窓の小さいメタルマスクを用いたスパッタ法によ
り、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3膜３上に重ねてＰｔカソード電
極４を形成する。
的に説明する。まず緻密性基板１上全面にスパッタ法に
よってＰｔアノード電極２を形成する。次いで、ＺｒＯ
2 −Ｙ2 Ｏ3 セラミックターゲットを用いたスパッタ法
により、メタルマスクを利用して櫛形パターンのＺｒＯ
2 −Ｙ2 Ｏ3 膜３を形成する。次いで上のメタルマスク
より窓の小さいメタルマスクを用いたスパッタ法によ
り、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3膜３上に重ねてＰｔカソード電
極４を形成する。
【００１１】次に、カソード電極４をカバーするよう
に、スクリーン印刷と焼成によって気体拡散層５を形成
する。スクリーン印刷のマスクは、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
膜３のパターン形成マスクとほぼ同じとする。具体的に
この実施例では、無機高分子であるポリシラザンにステ
アタイトセラミック粉を約２０wt％混合したペーストを
用いてこれをスクリーン印刷し、窒素ガス雰囲気中で６
００℃以上，１０分の焼成を行って、気体拡散層５を形
成する。なお気体拡散層５の材料としては、無機高分子
の代りにポリイミド等の有機高分子や結晶化ガラス等を
用いることができ、またセラミック粉として窒化珪素等
を用いることもできる。また図では、気体拡散層５がカ
ソード電極４の全面を覆っているが、カソード電極４の
端子取出し部（図示しない）では当然ながら、カソード
電極４を露出させる。
に、スクリーン印刷と焼成によって気体拡散層５を形成
する。スクリーン印刷のマスクは、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3
膜３のパターン形成マスクとほぼ同じとする。具体的に
この実施例では、無機高分子であるポリシラザンにステ
アタイトセラミック粉を約２０wt％混合したペーストを
用いてこれをスクリーン印刷し、窒素ガス雰囲気中で６
００℃以上，１０分の焼成を行って、気体拡散層５を形
成する。なお気体拡散層５の材料としては、無機高分子
の代りにポリイミド等の有機高分子や結晶化ガラス等を
用いることができ、またセラミック粉として窒化珪素等
を用いることもできる。また図では、気体拡散層５がカ
ソード電極４の全面を覆っているが、カソード電極４の
端子取出し部（図示しない）では当然ながら、カソード
電極４を露出させる。
【００１２】この実施例の素子構造では、ＺｒＯ2 −Ｙ
2 Ｏ3 膜３を上下から電極で挟んでいるから、イオン電
流に対する電気抵抗は十分に低い。また、カソード電極
４に対してはその上面および側面に気体拡散層４を通し
て拡散律速された酸素ガスが供給される。更にアノード
電極３は、基板全面に形成されていて、ＺｒＯ2 −Ｙ2
Ｏ3 膜３にも大気にも十分に接している。これらの理由
により、この実施例の酸素センサは、高速応答性に優
れ、比較的低温で良好な限界電流特性を得ることができ
る。実際に試作した素子を用いて大気雰囲気中で酸素ガ
ス測定を行った結果、３００℃で立上がりの急峻なクリ
アな限界電流特性が得られた。
2 Ｏ3 膜３を上下から電極で挟んでいるから、イオン電
流に対する電気抵抗は十分に低い。また、カソード電極
４に対してはその上面および側面に気体拡散層４を通し
て拡散律速された酸素ガスが供給される。更にアノード
電極３は、基板全面に形成されていて、ＺｒＯ2 −Ｙ2
Ｏ3 膜３にも大気にも十分に接している。これらの理由
により、この実施例の酸素センサは、高速応答性に優
れ、比較的低温で良好な限界電流特性を得ることができ
る。実際に試作した素子を用いて大気雰囲気中で酸素ガ
ス測定を行った結果、３００℃で立上がりの急峻なクリ
アな限界電流特性が得られた。
【００１３】
【発明の効果】以上のように本発明による薄膜型酸素セ
ンサは、アノード電極が基板全面に形成され、この上に
酸化物イオン伝導体膜，カソード電極および気体拡散層
が所定パターンをもって重ねられて、アノード，カソー
ドの三相界面が増強された構成となっており、比較的低
温で高速応答性に優れた限界電流特性を得ることができ
る。
ンサは、アノード電極が基板全面に形成され、この上に
酸化物イオン伝導体膜，カソード電極および気体拡散層
が所定パターンをもって重ねられて、アノード，カソー
ドの三相界面が増強された構成となっており、比較的低
温で高速応答性に優れた限界電流特性を得ることができ
る。
【図１】 本発明の一実施例の限界電流式酸素センサを
示す図である。
示す図である。
１…緻密性基板、２…Ｐｔアノード電極、３…ＺｒＯ2
−Ｙ2 Ｏ3 膜、４…Ｐｔカソード電極、５…気体拡散
層。
−Ｙ2 Ｏ3 膜、４…Ｐｔカソード電極、５…気体拡散
層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 克明 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 石橋 功成 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (56)参考文献 特開 昭63−259459（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 緻密性基板と、 この基板上全面に形成されたアノード電極と、 このアノード電極上に櫛形パターンをもって形成された
酸化物イオン伝導体膜と、 この酸化物イオン伝導体膜に酸化物イオン伝導体膜周辺
の表面を露出させた状態で重ねて形成されたカソード電
極と、 このカソード電極が形成された酸化物イオン伝導体膜上
にカソード電極の上面および側面を覆い、かつ酸化物イ
オン伝導体膜側面を露出させた状態で形成された気体拡
散層と、 を備えたことを特徴とする限界電流式酸素センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4335242A JPH0830691B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 限界電流式酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4335242A JPH0830691B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 限界電流式酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160336A JPH06160336A (ja) | 1994-06-07 |
| JPH0830691B2 true JPH0830691B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=18286338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4335242A Expired - Fee Related JPH0830691B2 (ja) | 1992-11-20 | 1992-11-20 | 限界電流式酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0830691B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63259459A (ja) * | 1987-04-17 | 1988-10-26 | Toshiba Corp | 限界電流式ガスセンサ |
-
1992
- 1992-11-20 JP JP4335242A patent/JPH0830691B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06160336A (ja) | 1994-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS59197851A (ja) | 電気化学的素子および装置 | |
| US4762605A (en) | Oxygen sensor | |
| JPH0830691B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JPH0558498B2 (ja) | ||
| JP2514591B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JP2514564B2 (ja) | イオン伝導体デバイス | |
| JP2514590B2 (ja) | 酸素センサ | |
| JP2521875B2 (ja) | イオン伝導体デバイスの製造方法 | |
| JPH06160334A (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| US20090007637A1 (en) | Gas sensor | |
| JPH0820407B2 (ja) | 限界電流式酸素センサおよびその製造方法 | |
| JPH0820405B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JPH0795059B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JP3985684B2 (ja) | 酸素ポンプ素子及び該素子を搭載した酸素ポンプ装置 | |
| JPH04280074A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| JPH06102231A (ja) | イオン伝導体デバイスの製造方法 | |
| JPH05157726A (ja) | 酸素センサ | |
| JPH09304336A (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JP4263116B2 (ja) | 二酸化炭素検出素子 | |
| JPH0830692B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JP2003270201A (ja) | ガスセンサ | |
| JP2514582B2 (ja) | 限界電流式酸素センサの製造方法 | |
| JPH06317555A (ja) | セラミック酸素センサの製造方法 | |
| JPH0820408B2 (ja) | 限界電流式酸素センサおよびその製造方法 | |
| JPH0785071B2 (ja) | 炭酸ガス検知センサ及びその製造法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080327 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090327 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090327 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100327 Year of fee payment: 14 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |