JP2002328108A

JP2002328108A - 水素ガス検出素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002328108A
Application number: JP2001135344A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ueki; 正聡上木; Hitoshi Yokoi; 等横井; Takafumi Oshima; 崇文大島; Yoshikazu Yasukawa; 佳和安川; Kyoichi Muramatsu; 京市村松
Original assignee: Kurabe Industrial Co Ltd; NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Kurabe Industrial Co Ltd; Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】水素ガスに対する感度が高く、且つ十分な選
択性を有し、優れた応答性を備える水素ガス検出素子及
びその製造方法を提供する。【解決手段】ダイアフラム型のシリコン基板１と、Ｓ
ｎＯ₂等の酸化物半導体からなるガス感応膜５と、Ｐｔ
等からなる一対の櫛歯電極４と、Ｐｄ、Ｐｔ等からなる
触媒クラスタ６と、ＳｉＯ₂からなる部分被毒体７と、
を備え、部分被毒体がＳｉ膜を加熱せずに酸化させて形
成された水素ガス検出素子を得る。また、シリコン基板
のガス感応膜に対応する部位は異方性エッチングされ、
キャビティ１１が形成されている。ガス感応膜は、真空
蒸着法により形成された金属錫膜を酸化雰囲気において
酸化させて形成されたＳｎＯ₂膜等とすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素ガス検出素子
及びその製造方法に関する。更に詳しくは、水素ガスに
対する感度が高く、且つ十分な選択性を有し、優れた応
答性を備える水素ガス検出素子及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃等の酸化物半導体を
主成分とするガス感応膜を有するガスセンサは従来より
知られており、可燃性ガスを検知するガスセンサなどと
して実用化されている。そして、ガス感応膜そのもの、
或いはその表面に形成される触媒層等の種類などにより
ガス選択性を向上させる多くの方法が提案されている。
それらのうちで、水素ガスに対する選択性を向上させた
ものとして、素子形成の最終工程において熱処理する方
法が知られている。これにより、水素ガスに対する感度
が向上するとともに、それ以外のガスに対する感度が低
下し、選択性が向上する。また、ガス感応膜の表面にア
ルミナ、シリカ等の酸化物からなる水素ガス選択性を有
する薄膜を形成し、水素ガス以外のガスの影響を低減
し、感度を高めたガスセンサも提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、ガス感
応膜が印刷法等により形成されることも多く、この場合
は、感度、選択性等にばらつきを生ずるという問題があ
る。更に、素子形成の最終工程において熱処理する方法
では、熱処理に相当な時間を必要とし、生産性に劣る。
また、ガス感応膜の表面に酸化物からなる薄膜を形成す
る方法では、水素ガスは、薄膜を透過した後、ガス感応
膜と接触することになるため、感度及び応答性が低下す
るという問題がある。

【０００４】本発明は、上記の従来技術の問題点を解決
するものであり、水素ガスに対する感度が高く、十分な
選択性を有するとともに、応答性に優れる水素ガス検出
素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の水素ガス検出素
子は、少なくとも表層が絶縁性を有する基板と、該基板
上に形成された酸化物半導体からなるガス感応膜と、該
ガス感応膜と接して形成された一対の電極と、該ガス感
応膜と接する貴金属からなる触媒クラスタと、少なくと
も該触媒クラスタと接するＳｉＯ₂からなる部分被毒体
と、を備え、該部分被毒体がＳｉを加熱せずに酸化させ
て形成されたものであることを特徴とする。

【０００６】基板は、全体が絶縁性の材料からなるもの
であってもよく、電極等の他の部材と電気的に絶縁し得
る程度の厚さの絶縁性の表層を有するものであってもよ
い。アルミナ等のセラミック、或いはガラスなどからな
る基板であれば、その全体が絶縁性を有する基板とな
る。また、シリコン等の半導体からなる基板の表面を酸
化させた半導体基板であれば、表層が絶縁性を有する基
板となる。この半導体基板を検出素子に用いることによ
り、一般的な半導体製造技術を応用して容易に検出素子
を小型化することができ、特に好ましい。

【０００７】シリコンからなる半導体基板は、シリコン
を基板形状に成形した後、熱酸化することにより、その
全表面にＳｉＯ₂からなる絶縁層を生成させて形成する
ことができる。絶縁層の厚さは、５〜１０００ｎｍ、特
に３０〜５００ｎｍとすることができ、これによって十
分な絶縁性を有する基板とすることができる。基板の厚
さは特に限定されず、１００〜１０００μｍ、特に２０
０〜８００μｍ程度とすることができる。

【０００８】ガス感応膜を形成するための酸化物半導体
としては、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、Ｃｕ
₂Ｏ、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＷＯ₃等を使用することができ
る。これらの酸化物半導体のうちでは、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂
Ｏ₃、ＳｎＯ₂を主成分とする酸化物半導体、及びＩｎ₂
Ｏ₃を主成分とする酸化物半導体が好ましい。これらの
酸化物半導体を用いれば、感度が高く、水素ガスに対す
る選択性に優れた水素ガス検出素子とすることができ
る。尚、この「主成分」とは、酸化物半導体に８５質量
％以上、特に９５質量％以上のＳｎＯ₂又はＩｎ₂Ｏ₃が
含有されていることを意味する。

【０００９】ガス感応膜の厚さは特に限定されないが、
２５ｎｍ以下、特に１５ｎｍ以下とすることが好まし
い。ガス感応膜をこのように比較的薄膜、特に１５ｎｍ
以下とすることにより、水素ガスを含む雰囲気に晒され
た場合に、その抵抗値が大きく変化する領域が占める割
合を高くすることができる。それにより、検出素子の感
度を大きく向上させることができる。

【００１０】水素ガスを検出するための一対の電極の材
質、形状等は特に限定されず、この種のガス検出素子に
おける一般的な材質及び形状等とすることができる。材
質としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ等が挙げられ、形状は、
平行電極及び櫛歯電極等とすることができる。この一対
の電極は、ガス感応膜の基板と接する面又は反対面のい
ずれかの表面に形成することができる。また、ガス感応
膜に埋設して形成することもできるが、表面に形成する
場合に比べて工程はやや煩雑になる。この電極はスパッ
タリング法、スクリーン印刷等の印刷法などにより形成
することができ、その厚さは、通常、スパッタリング法
では１０〜２００ｎｍ程度、印刷法では５〜３０μｍ程
度とすることができる。尚、ガス感応膜及び電極の厚さ
は、光学式膜厚計、表面段差計等により測定することが
できる。

【００１１】触媒クラスタを形成する貴金属は、Ａｕ、
Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔのいずれで
あってもよいが、水素ガスに対する選択性が大きく向上
するＰｄ又はＰｔであることが好ましい。この触媒クラ
スタの平均厚さは１〜５ｎｍ、特に２〜４ｎｍであるこ
とが好ましい。触媒クラスタの平均厚さが１ｎｍ未満で
あると、感度が経時とともに低下する傾向があり好まし
くない。一方、５ｎｍを越えると、相隣るクラスタが接
触して素子表面に電流が流れることにより、素子性能が
低下するため好ましくない。

【００１２】この触媒クラスタは、基板上に形成しても
よいし、ガス感応膜の表面に形成してもよいが、検出素
子として機能させるためには、ガス感応膜と触媒クラス
タ、及び触媒クラスタと部分被毒体は、少なくともその
一部において必ず接していなければならない。従って、
触媒クラスタを基板上に形成する場合は、触媒クラスタ
と部分被毒体とを基板上に形成した後、ガス感応膜を形
成することになる。また、触媒クラスタをガス感応膜の
表面に形成する場合は、基板上にガス感応膜を形成した
後、このガス感応膜の表面に触媒クラスタと部分被毒体
とを形成することになる。触媒クラスタと部分被毒体の
形成順序は限定されず、どちらが先であっても、ガス感
応膜と触媒クラスタ、及び触媒クラスタと部分被毒体が
接した状態で形成することができる。触媒クラスタの形
成法は特に限定されず、真空蒸着法、スパッタリング
法、ＣＶＤ法等の一般的な成膜法により形成してもよい
し、スクリーン印刷等の印刷法により形成してもよい。

【００１３】触媒クラスタの表面にＳｉＯ₂からなる部
分被毒体を接触させることにより、感度及び応答性を何
ら損なうことなく、水素ガスに対する選択性を向上させ
ることができる。この部分被毒体は、真空蒸着法、スパ
ッタリング法、ＣＶＤ法などにより触媒クラスタ等の表
面にＳｉを付着させ、Ｓｉ膜を形成させた後、このＳｉ
膜を加熱せずに酸化させてＳｉをＳｉＯ₂とすることに
より形成される。酸化は大気に開放することにより容易
になされ、Ｓｉ膜の特に表層部分が酸化される。Ｓｉ膜
が厚い場合は、その内部の多くが酸化されないことにな
るが、それでも部分被毒体として十分に機能し、何ら問
題はない。このＳｉ膜を加熱して酸化させた場合は、触
媒クラスタのガス感応膜への拡散による素子性能の低
下、後述するダイアフラム型の基板の破損、ヒータと絶
縁層との剥離、及びヒータ用電極等のボンディングパッ
ド部位における異種金属間での構成元素の相互拡散によ
るボンディング性の低下等の問題が生じる。

【００１４】部分被毒体の平均厚さは、２ｎｍ以上であ
ることが好ましく、２〜５０ｎｍ、特に２〜２０ｎｍで
あることがより好ましい。部分被毒体の平均厚さが２ｎ
ｍ未満であると、又は５０ｎｍを越えると、被毒効果が
低下し、水素ガスに対する選択性を十分に向上させるこ
とができない。部分被毒体は、基板上又はガス感応膜の
表面に形成された触媒クラスタと接して形成されるが、
通常の製法では基板及びガス感応膜などとも接すること
になる。この基板及びガス感応膜等に接して形成された
部分被毒体は素子性能を損なうことはなく、特に除去す
る必要はない。

【００１５】尚、触媒クラスタは、粒子や不連続膜等の
島状構造を形成しており、Ｓｉ膜及びＳｉが酸化されて
形成される部分被毒体は、同様に島状構造を形成してい
る場合もあり、より連続した膜であることもある。従っ
て、それらの平均厚さとは、均一な厚さの連続膜である
として換算した値である。この平均厚さは、膜厚算出の
ために形成した膜の厚さから求められた成膜速度を基
に、同じ条件で成膜した場合の検出素子における成膜時
間から算出することができる。膜厚算出のために形成し
た膜の厚さは、触媒クラスタについては表面段差計、部
分被毒体についてはエリプソメータにより測定すること
ができる。或いは、成膜装置内に設置された水晶振動子
の共振周波数の変化より、単位面積当たりのクラスタ又
は膜の質量が、密度（既知或いは仮定）と所望の膜厚よ
り予め計算された値と等しくなるように、成膜時間を制
御してもよい。

【００１６】この水素ガス検出素子では、半導体からな
り、少なくともガス感応膜に対応する部位にキャビティ
が形成されたダイアフラム型の基板を使用することが好
ましい。キャビティはエッチング等の技術を応用して容
易に形成することができる。このようにキャビティを設
けた場合は、ガス感応膜等を周囲から熱的に絶縁するこ
とができる。それにより、短時間で起動し、且つより優
れた応答性を有する検出素子とすることができる。

【００１７】また、キャビティが形成された部位を含む
基板の一表面に絶縁層が設けられ、この絶縁層にガス感
応膜の活性化を促進するためのヒータが埋設された素子
とすることが好ましい。このようにヒータが取り付けら
れた場合も、周囲と熱的に絶縁されていることにより、
昇温、降温を短時間で行うことができ、ヒータの消費電
力を低減することもできる。ヒータは、ガス感応膜を所
定温度まで容易に昇温させることができるものであれば
よく、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ等の貴金属からなるヒータ或い
はシリコンヒータなどを使用することができる。絶縁層
の材質も特には限定されないが、Ｓｉ酸化膜、Ｓｉ窒化
膜、Ｓｉ酸窒化膜、Ｔａ₂Ｏ₅、アルミナ等の少なくとも
１種により形成することができる。

【００１８】本発明の水素ガス検出素子は、ガス感応膜
を、真空蒸着法により形成された金属錫膜又は金属イン
ジウム膜を酸素及び水蒸気の少なくとも一方を含む雰囲
気において酸化させて形成し、製造することが好まし
い。酸素及び水蒸気の少なくとも一方を含む雰囲気は、
大気雰囲気とすることができる。金属錫膜又は金属イン
ジウム膜の酸化は、３００〜７００℃、特に４００〜６
００℃の温度範囲において、所要時間、通常、５〜２０
分程度加熱することにより行うことが好ましい。

【００１９】ガス感応膜は、所望の厚さの金属錫膜又は
金属インジウム膜を形成した後、酸化させて形成するこ
とができるが、１５ｎｍ未満の極く薄い膜である場合は
均質な酸化膜とすることが容易ではない。そのような場
合は、所定厚さの１／２程度の金属錫膜又は金属インジ
ウム膜を形成した後、大気に開放し、或いは酸素、水蒸
気等を含む雰囲気において加熱し、酸化させ、次いで、
再び金属錫膜又は金属インジウム膜を形成し、酸化させ
ることによって、より均質なガス感応膜とすることがで
きる。

【００２０】本発明によれば、ガス感応膜の厚さを７〜
２０ｎｍとし、４００〜４０００ｐｐｍの水素ガスを含
有する相対湿度４０％の雰囲気において、後記の実施例
における方法により評価した感度（Ｒａ／Ｒｇ）が約２
〜７５０倍である水素ガス検出素子とすることができ
る。

【００２１】本発明の水素ガス検出素子は、適宜の容器
等に組み込んで水素ガスセンサとすることができる。こ
のセンサは感度が高く、水素ガスに対する選択性に優れ
る。水素ガスを使用する機器において、水素ガスの漏洩
を完全に防止することは極めて困難である。また、水素
ガス自体は生体にとって無毒である。そのため、水素ガ
スセンサでは水素ガスの有無を検出する必要は特にな
く、爆発の危険性を感知することができればよい。従っ
て、現実的濃度の水素ガス以外の妨害ガスに対する出力
に比して、爆発の危険性のある濃度の水素ガスに対する
出力が十分大きければ、実用に供することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の水素ガス検出素子
について実施例により更に詳しく説明する。［１］アルミナ基板を用いた水素ガス検出素子の作製厚さ０．６ｍｍのアルミナ基板を洗浄し、乾燥した後、
スクリーン印刷法によりＰｔからなる厚さ２０μｍの櫛
歯電極を所定位置に形成した。次いで、この櫛歯電極の
表面も含め、基板上に真空蒸着法により厚さ５、１０及
び１５ｎｍのＳｎ膜を常温で堆積し、このＳｎ膜を大気
雰囲気において４００℃で１０分加熱することにより、
Ｓｎを酸化させてＳｎＯ₂からなる厚さの異なる３種類
のガス感応膜を形成した。このＳｎＯ₂膜の厚さはそれ
ぞれ７、１３及び２０ｎｍであり、その厚さはそれぞれ
酸化前のＳｎ膜の約１．３倍であった。

【００２３】その後、ガス感応膜の表面に、常温におい
て真空蒸着法によりＰｄからなる触媒クラスタを形成し
た。また、この触媒クラスタの表面も含め、ガス感応膜
の表面に、真空蒸着法によりＳｉ膜を常温で形成し、大
気に開放して酸化させ、Ｓｉ膜の表層が酸化されてＳｉ
Ｏ₂となった部分被毒体を形成した。このようにして、
アルミナ基板上に、Ｐｔからなる櫛歯電極、ＳｎＯ₂か
らなるガス感応膜、Ｐｄからなる触媒クラスタ及びＳｉ
Ｏ₂からなる部分被毒体がこの順に形成されてなる水素
ガス検出素子を作製した。

【００２４】［２］ダイアフラム型のシリコン基板を使
用し、ヒータを付設した水素ガス検出素子の作製（１）水素ガス検出素子の構造図１は、水素ガス検出素子の縦断面図である。また、図
２は、図１におけるヒータより上方の、特に、触媒クラ
スタ及び部分被毒体を拡大して示すための縦断面図であ
る。シリコン基板１の表面には熱酸化膜からなる絶縁層
（図示せず）が形成され、その上に窒化珪素からなる絶
縁層２１が設けられている。また、シリコン基板１の裏
面にはキャビティ１１が形成されている。絶縁層２１の
表面のキャビティ１１に対応する部位にはヒータ３が形
成されており、このヒータ３は窒化珪素からなる絶縁層
２２により被覆されている。また、ヒータ３の両端には
ヒータ用端子（図示せず）が形成されており、ヒータ３
に電力が供給される。

【００２５】絶縁層２２の表面には櫛歯電極４が形成さ
れており、その両端には櫛歯電極４に通電するための電
極用端子（図示せず）が形成されている。櫛歯電極４を
含む絶縁層２２の表面にはガス感応膜５が形成されてい
る。更に、このガス感応膜５の表面には触媒クラスタ６
が形成され、触媒クラスタ６の表面を含むガス感応膜５
の表面には部分被毒体７が形成されている。

【００２６】（２）水素ガス検出素子の作製ヒータの形成厚さ４００μｍのシリコン基板１を洗浄、乾燥し、シリ
コン基板の表面に、熱酸化によりＳｉＯ₂からなる厚さ
１００ｎｍの絶縁層を形成した後に、ＰＣＶＤ法によ
り、その一面に窒化珪素からなる厚さ４００ｎｍの絶縁
層２１を、他面に厚さ２００ｎｍの絶縁層２３を形成し
た。次いで、絶縁層２１の表面にスパッタリング法によ
り膜厚２５ｎｍのＴｉ膜、膜厚２５０ｎｍのＰｔ膜を積
層した。Ｔｉ膜はＰｔ膜の基板に対する密着強度を向上
させるために用いた。そして、Ｐｔ／Ｔｉ膜をエッチン
グすることにより、ヒータパターンを形成した。その
後、ヒータ３が形成された絶縁層２１上にＰＣＶＤ法に
より窒化珪素からなる厚さ１０００ｎｍの絶縁層２２を
更に堆積した。次いで、ヒータ３と外部回路との接続の
ため、絶縁層２２のうち、ヒータ３のボンディングパッ
ド（図示せず）に該当する部位をエッチングした。

【００２７】櫛歯電極及びシリコン基板のキャビティ
の形成において形成した絶縁層２２の一面にスパッタリング
法により膜厚２５ｎｍのＴｉ膜、膜厚４０ｎｍのＰｔ膜
を積層し、エッチングすることにより櫛歯電極４を形成
した。次いで、においてシリコン基板１の他面に形成
された絶縁層２３の表面にフォトリソグラフィ法により
キャビティ用パターンを形成した。その後、この絶縁層
２３のキャビティに対応する部位をドライエッチングに
より除去した。次いで、８５℃に加熱された２２容量％
のＴＭＡＨ溶液に１０〜１４時間浸漬し、シリコンの異
方性エッチングによりキャビティ１１（ダイヤフラム）
を形成した。その後、超純水で洗浄し、自然乾燥させ
た。

【００２８】ガス感応膜の成膜、並びに触媒クラスタ
及び部分被毒体の形成櫛歯電極４が形成された絶縁層２２の表面に、［１］の
場合と同様にして、ＳｎＯ₂からなる厚さ７、１３及び
２０ｎｍのガス感応膜５、Ｐｄからなる平均厚さ２ｎｍ
の触媒クラスタ６及び平均厚さ２、２０及び５０ｎｍの
Ｓｉ膜をこの順に形成した。尚、このＳｉ膜を大気に開
放してＳｉを酸化させることにより部分被毒体７を形成
した。また、ガス感応膜５の形成は、メタルマスクを使
用し、このガス感応膜５がシリコン基板１のキャビティ
１１に対応する部位に形成されるようにして行った。こ
のようにして、ダイアフラム型のシリコン基板と、絶縁
層に埋設されたヒータとを備える他は、［１］における
素子と同様の構成を有する水素ガス検出素子を作製し
た。

【００２９】（３）性能評価（２）において作製した水素ガス検出素子を使用し、こ
の検出素子と電源とコンデンサとが直列に接続された回
路によって性能を評価した。測定条件は下記の通りであ
る。素子温度；２２０℃ 印加電圧；５Ｖ測定管路内径；８０ｍｍ被検ガス流量；８リットル／分被検ガス流速；約０．０３ｍ／秒ベースガス；相対湿度が４０％であり、２０．９質量
％の酸素ガスを含む窒素ガス被検ガス及びベースガス温度；３０℃ 被検ガス種類；ベースガスにＨ₂、ＣＯ及びＮＯ₂の各
ガスをそれぞれ所定量含有させたガス各々の被検ガスでの測定時間；５分

【００３０】尚、感度（Ｒａ／Ｒｇ）は下記の式より算
出される。この値が大きいほど感度が高いことになる。
Ｒａ／Ｒｇ＝素子をベースガスに晒した場合のガス感応
膜の抵抗値／素子を各々の被検ガスに曝した場合のガス
感応膜の抵抗値

【００３１】（ａ）水素ガス濃度を変化させた場合のガ
ス感応膜の厚さと素子抵抗又は感度との相関ベースガス、並びにこのベースガスに４００ｐｐｍ、１
０００ｐｐｍ及び４０００ｐｐｍの水素ガスが含有され
た各種測定雰囲気において、ＳｎＯ₂からなるガス感応
膜の厚さを７ｎｍ、１３ｎｍ、２０ｎｍと変化させた場
合の素子抵抗を測定した。結果を図３に示す。また、各
々の水素ガス濃度におけるそれぞれの厚さのガス感応膜
の感度を図４に示す。

【００３２】図３によれば、素子抵抗は、ベースガス雰
囲気ではガス感応膜が厚くなるとともに大きく低下して
いる。一方、水素ガスを含有する雰囲気では、ベースガ
ス雰囲気の場合に比べて膜厚によらず素子抵抗が低く、
且つ膜厚による抵抗の変化は小さい。従って、水素ガス
に対する素子の感度は主にガス感応膜の初期抵抗値によ
り決まるといえる。また、図４によれば、感度は、膜厚
が小さいほど、且つ水素ガス濃度が高いほど向上してい
る。尚、図４からガス感応膜の厚さが１３ｎｍ以下にな
ると感度が急激に向上することが分かる。

【００３３】（ｂ）各種ガスに対する酸化により部分被
毒体となるＳｉ膜の平均厚さと感度との相関ベースガス、並びにこのベースガスに１００ｐｐｍのＣ
Ｏガス、又は２ｐｐｍのＮＯ₂ガスを含有させた測定雰
囲気とし、酸化前のＳｉ膜の平均厚さを２ｎｍ、２０ｎ
ｍ、５０ｎｍと変化させた場合の感度を測定した。結果
を図５に示す。図４と図５とを比較してみれば、酸化前
のＳｎ膜及びＳｉ膜のそれぞれの厚さが必ずしも同じで
はないことを勘案したとしても、通常の大気に近似の濃
度のＣＯガス又はＮＯ₂ガスを含有する雰囲気に比べ
て、水素ガス雰囲気の場合の感度は非常に高く、この素
子は、水素ガスに対する十分な選択性を有していること
が推察される。

【００３４】

【発明の効果】本発明の水素ガス検出素子によれば、水
素ガスを選択的に、且つ効率よく測定することができ、
この検出素子は、環境における水素ガス濃度の測定等の
各種の分野において有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダイアフラム型の基板を有する水素ガス検出
素子の縦断面図である。

【図２】図１に記載の水素ガス検出素子の、ヒータより
上方の部分、特に、触媒クラスタと部分被毒体とを拡大
して示すための縦断面図である。

【図３】水素ガス濃度を変化させた場合のガス感応膜の
厚さと素子抵抗との相関を示すグラフである。

【図４】水素ガス濃度を変化させた場合のガス感応膜の
厚さと感度との相関を示すグラフである。

【図５】各種ガスに対する感度を酸化前のＳｉ膜の厚さ
を変化させて評価した結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１；シリコン基板、１１；キャビティ、２１、２２、２
３；絶縁層、３；ヒータ、４；櫛歯電極、５；ガス感応
膜、６；触媒クラスタ、７；部分被毒体。

フロントページの続き (72)発明者横井等名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者大島崇文名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者安川佳和静岡県浜松市高塚町4830番地株式会社クラベ内 (72)発明者村松京市静岡県浜松市高塚町4830番地株式会社クラベ内Ｆターム(参考） 2G046 AA05 BA01 BA06 BA09 BB02 BB04 BC03 BE03 BF01 DB05 EA04 EA08 FB02 FE00 FE02 FE03 FE11 FE12 FE15 FE16 FE25 FE26 FE29 FE31 FE34 FE35 FE38 FE39 FE41 FE44 FE46 FE48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも表層が絶縁性を有する基板
と、該基板上に形成された酸化物半導体からなるガス感
応膜と、該ガス感応膜と接して形成された一対の電極
と、該ガス感応膜と接する貴金属からなる触媒クラスタ
と、少なくとも該触媒クラスタと接するＳｉＯ₂からな
る部分被毒体と、を備え、該部分被毒体がＳｉを加熱せ
ずに酸化させて形成されたものであることを特徴とする
水素ガス検出素子。
【請求項２】上記酸化物半導体が、（１）ＳｎＯ₂、
（２）Ｉｎ₂Ｏ₃、（３）ＳｎＯ₂を主成分とする酸化物
半導体又は（４）Ｉｎ₂Ｏ₃を主成分とする酸化物半導体
である請求項１記載の水素ガス検出素子。
【請求項３】上記ガス感応膜の厚さが２５ｎｍ以下で
ある請求項１又は２に記載の水素ガス検出素子。
【請求項４】上記貴金属がＰｄ又はＰｔである請求項
１乃至３のいずれか１項に記載の水素ガス検出素子。
【請求項５】上記触媒クラスタの平均厚さが１〜５ｎ
ｍである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水素ガ
ス検出素子。
【請求項６】上記部分被毒体の平均厚さが２ｎｍ以上
である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水素ガス
検出素子。
【請求項７】上記基板が半導体材料からなり、該基板
の上記ガス感応膜に対応する部位にキャビティが形成さ
れている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の水素ガ
ス検出素子。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
水素ガス検出素子の製造方法であって、上記ガス感応膜
を、真空蒸着法により形成された金属錫膜又は金属イン
ジウム膜を酸素及び水蒸気の少なくとも一方を含む雰囲
気において酸化させて形成することを特徴とする水素ガ
ス検出素子の製造方法。
【請求項９】上記基板が半導体材料からなり、該基板
の上記ガス感応膜に対応する部位をエッチングしてキャ
ビティを形成する請求項８記載の水素ガス検出素子の製
造方法。