JPS63238545A - Gas detection method - Google Patents
Gas detection methodInfo
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- JPS63238545A JPS63238545A JP62073444A JP7344487A JPS63238545A JP S63238545 A JPS63238545 A JP S63238545A JP 62073444 A JP62073444 A JP 62073444A JP 7344487 A JP7344487 A JP 7344487A JP S63238545 A JPS63238545 A JP S63238545A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、各種の気体に反応するガスセンサを用いたガ
ス検出方法に関するもので、特に多孔質シリコンを利用
してガスを検出する方法に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas detection method using a gas sensor that reacts to various gases, and particularly to a method of detecting gas using porous silicon. It is.
ガスセンサとしての材料は種々あり、またその構造につ
いても種々考えられている。その中でシリコンなどの半
導体基板を用いたものは、増幅器などを一体に形成でき
、小型化が可能などといった利点があり注目を集めてい
る。There are various materials that can be used as gas sensors, and various structures have been considered. Among these, those using semiconductor substrates such as silicon are attracting attention because they have the advantage of being able to integrate amplifiers and other components and can be made smaller.
しかし、ガスセンサとして用いるためには、構造が複雑
になったり、生化学物質を用いなければならないといっ
た問題があり、コストの面などで満足できるものは少な
かった。However, in order to use it as a gas sensor, there were problems such as a complicated structure and the need to use biochemical substances, and there were few that were satisfactory in terms of cost.
そこで、発明者は多孔質シリコンを利用してガスセンサ
を得ることを提案し、容量の変化によってガスを検出す
ることを提案した(特願昭6l−184506)。Therefore, the inventor proposed to obtain a gas sensor using porous silicon, and proposed to detect gas by changing the capacitance (Japanese Patent Application No. 61-184506).
このようなガス検出装置においては、できるだけ多くの
検出方法を用いることができるようにするのが好ましい
。In such a gas detection device, it is preferable to use as many detection methods as possible.
本発明は、すでに提案した検出方法と異なる方法によっ
て、容易な測定方法を提供することを目的とするもので
ある。An object of the present invention is to provide an easy measurement method using a method different from the detection methods already proposed.
また、素子の構造を変えたり、複雑を測定回路を必要と
しないガス検出方法を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a gas detection method that does not require changing the structure of the element or requiring a complicated measurement circuit.
本発明は、電極間に発生する起電圧を利用して?Jtl
l定することによって上記の目的を達成するものである
。The present invention utilizes electromotive force generated between electrodes. Jtl
The above objective is achieved by determining the
すなわち、−表面に多孔質シリコン層を具えた単結晶シ
リコン基板の該多孔質シリコン層表面及びその裏面の単
結晶シリコン基板表面にそれぞれ電極を形成した素子を
ガス雰囲気中に配置し、該素子に発生する起電圧によっ
てガスを検出することに特徴を有するものである。That is, - an element having electrodes formed on the surface of the porous silicon layer and the surface of the single crystal silicon substrate on the back side of a single crystal silicon substrate having a porous silicon layer on the surface is placed in a gas atmosphere; The feature is that gas is detected by the generated electromotive force.
本発明は、多孔質シリコンの性質を研究する過程でなさ
れたもので、その原理についてはまだ解明されていない
点も多いが、実験の結果十分な再現性を有する特性の変
化が確認された。The present invention was made in the process of researching the properties of porous silicon, and although there are many aspects of its principles that have not yet been elucidated, experimental results confirmed changes in properties with sufficient reproducibility.
極性を有するガス雰囲気中において、多孔質シリコン層
と単結晶シリコン基板の二層構造の素子の電極間に、電
圧の発生が確認された。In a polar gas atmosphere, it was confirmed that voltage was generated between the electrodes of a device with a two-layer structure consisting of a porous silicon layer and a single-crystal silicon substrate.
本発明は、この現象を利用したもので、これをガス検出
方法に応用したものである。The present invention utilizes this phenomenon and applies it to a gas detection method.
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は本発明に利用するセンサ部の一例を示す正面断
面図である。FIG. 1 is a front sectional view showing an example of a sensor section used in the present invention.
単結晶シリコン基板10の一表面に多孔質シリコン層1
1が形成してあり、多孔質シリコン層11の表面の一部
分に電極12が形成され、リート線が接続されている。Porous silicon layer 1 on one surface of single crystal silicon substrate 10
1 is formed, an electrode 12 is formed on a part of the surface of the porous silicon layer 11, and a Riet wire is connected to the electrode 12.
一方、裏面の単結晶シリコン基板10に接して全面に電
極13が形成されている。On the other hand, an electrode 13 is formed on the entire surface in contact with the single crystal silicon substrate 10 on the back surface.
多孔質シリコン層11は単結晶シリコン基板10の表面
を陽極化成処理することによって形成する。Porous silicon layer 11 is formed by anodizing the surface of single crystal silicon substrate 10 .
ボロンをドープしたP型車結晶シリコン基板の一表面を
フッ化水素(HF)溶液中で陽極化成処理を施すと、単
結晶シリコン基板表面に多孔質シリコン層が形成される
。陽極化成処理の条件によって多孔質シリコン層の厚み
が決まるが、本発明を実施する際には7〜45ミクロン
の厚みとした。When one surface of a P-type crystal silicon substrate doped with boron is anodized in a hydrogen fluoride (HF) solution, a porous silicon layer is formed on the surface of the single crystal silicon substrate. Although the thickness of the porous silicon layer is determined by the conditions of the anodizing treatment, the thickness was set to 7 to 45 microns when carrying out the present invention.
多孔質シリコン層に形成する電極12は、半田合金や金
を用いて通常の方法で形成することができる。多孔質シ
リコン層11の全面ではなく、一部が露出するように形
成する。中央部分に円形に形成しても、全面にメソシュ
状あるいはストライプ状に形成しても良い。単結晶シリ
コン基板10に形成する電極13はオーミックコンタク
トがとれるものであれば、何を用いてもよい。The electrode 12 formed on the porous silicon layer can be formed using a solder alloy or gold by a normal method. The porous silicon layer 11 is formed so that not the entire surface but a portion thereof is exposed. It may be formed in a circular shape in the center, or may be formed in a mesoche shape or a stripe shape over the entire surface. Any material may be used as the electrode 13 formed on the single crystal silicon substrate 10 as long as it can make ohmic contact.
上記のような、多孔質シリコン層11と単結晶シリコン
基板10から成る素子をある種のガス雰囲気中に置くと
、電極12と電極13との間に電圧が発生することが確
認された。有極性のガスである水蒸気、エタノール蒸気
、そしてアセトン蒸気の雰囲気中での起電圧が確認され
た。It has been confirmed that when a device made of porous silicon layer 11 and single crystal silicon substrate 10 as described above is placed in a certain gas atmosphere, a voltage is generated between electrodes 12 and 13. Electromotive force was confirmed in the atmosphere of polar gases such as water vapor, ethanol vapor, and acetone vapor.
10mm角の素子に上記のような電極を形成したものを
、それぞれのガス雰囲気中で測定した結果、以下に説明
するような結果が得られた。As a result of measuring a 10 mm square element in which the above electrodes were formed in each gas atmosphere, the following results were obtained.
電極12と電極13を100にΩの抵抗を接続したショ
ート回路における電流を測定した。いずれのガス雰囲気
中でも、常に多孔質シリコン層側、すなわち電極13に
対して電極12側を、負の極性として起電圧が発生した
。乾燥空気中では、それと同じ極性の場合と、逆の極性
が現れることがあった。The current in a short circuit in which electrodes 12 and 13 were connected to a 100 Ω resistor was measured. In any gas atmosphere, an electromotive voltage was always generated with negative polarity on the porous silicon layer side, that is, on the electrode 12 side with respect to the electrode 13. In dry air, the same polarity and the opposite polarity sometimes appeared.
以下、第2図を参照して、測定結果について説明する。The measurement results will be explained below with reference to FIG.
乾燥空気に置いた状態から水蒸気、エタノール蒸気、ア
セトン蒸気を導入し、約5分後にそれぞれの雰囲気中で
測定した後に、再び乾燥空気に戻した結果を示している
。The results show the results of introducing water vapor, ethanol vapor, and acetone vapor from a state in which the sample was placed in dry air, and after about 5 minutes, measurements were taken in each atmosphere, and then the sample was returned to dry air.
それぞれのガスを導入すると、次第に電圧が増加し、ピ
ークを示した後に徐々に減少して、一定の値に落ち着く
傾向を示している。この場合は5分程度の短い時間しか
測定していないので、この一定の値をはっきりとは示し
ていない。When each gas is introduced, the voltage gradually increases, and after reaching a peak, it gradually decreases and shows a tendency to settle at a constant value. In this case, since the measurement was only for a short time of about 5 minutes, this constant value is not clearly shown.
第2図に示したように、水蒸気中においてはピーク値が
約4分後に現れ、相対的に大きな電流(0,5/、4)
を示している。それに対して、エタノール蒸気中ではピ
ーク値が1分以内に現れ、時間の経過とともに減少して
いる。また、アセトン蒸気においては低いピーク値では
あるが、その後の減少の幅が小さいという傾向を示して
いる。As shown in Figure 2, the peak value appears after about 4 minutes in water vapor, and the current is relatively large (0, 5/, 4).
It shows. On the other hand, in ethanol vapor, the peak value appears within 1 minute and decreases over time. Furthermore, although the peak value of acetone vapor is low, the subsequent decrease tends to be small.
いずれも乾燥空気中に戻ると大幅に電流値が減少してい
る。なお、第2図において縦軸は乾燥空気中の電流値を
基準としている。乾燥空気中に4いても起電圧を生じて
いるが、その値は上記の二うなガス雰囲気中に比較して
約l/10となってしる。In both cases, the current value significantly decreased when returned to dry air. In addition, in FIG. 2, the vertical axis is based on the current value in dry air. Although an electromotive force is generated even in dry air, the value is about 1/10 of that in the two gas atmospheres mentioned above.
上記の例は短い時間における起電圧についてン1定した
結果であるが、これを更に長い時間にね2って測定した
場合にも特性の大幅な劣化はなく、約12時開動作させ
た後にも、起電圧を同様に生tでいた。The above example is the result of constant electromotive force over a short period of time, but even when measured over a longer period of time, there was no significant deterioration of the characteristics, and after opening at about 12 o'clock, The electromotive force was also the same.
また、乾燥空気とガス雰囲気を交互に繰り返した結果も
同様で、はぼ一定の値の起電圧が測定された。第3図は
約1時間半にわたって、300回配り返してアセトンと
乾燥空気中で測定した結果る示している。最初は値が減
少する傾向を示してしるが、約10分後からはほとんど
変化を示していシい。Furthermore, the results of alternating between dry air and gas atmospheres were similar, and the electromotive force was measured at a fairly constant value. Figure 3 shows the results of measurements taken in acetone and dry air over a period of approximately 1.5 hours and 300 turns. At first, the value shows a tendency to decrease, but after about 10 minutes, there is almost no change.
このような結果から、長時間にわたって安定した起電圧
が得られることが確認された。なお、法度によって若干
の特性の変化が見られ、温度が1がると起電圧が大きく
なる傾向を示していた。From these results, it was confirmed that a stable electromotive voltage could be obtained over a long period of time. It should be noted that a slight change in characteristics was observed depending on the temperature, and as the temperature increased by 1, the electromotive voltage tended to increase.
上記の多孔質シリコン層と単結晶シリコン基板との間に
生じた起電力を測定し、その結果によっ) で極性を
有するガスの検出を行うことができる。The electromotive force generated between the porous silicon layer and the single-crystal silicon substrate is measured, and based on the results, it is possible to detect a polar gas.
電流値としては小さな値となるので、適当な手段、;I
で増幅すれば良い。Since the current value is small, appropriate means;
You can amplify it with
多孔質シリコンの性質についてはまだ解明されていない
点が多い。本発明に利用する起電圧発生し のメカニ
ズムについても、完全に解明はされていないが、多孔質
シリコンが極めて活性な物質で、7 極性を有するガ
ス雰囲気中で特有の電気的特性を: 示すことは十分
に確認されている。前記の通り、I 容量あるいは抵
抗が変化することも測定されてお・ リ、本発明に利
用する現象もこれらと何がの関連−があるものと思われ
る。There are still many aspects of the properties of porous silicon that are not yet understood. Although the mechanism of generating the electromotive force used in the present invention has not been completely elucidated, porous silicon is an extremely active material and exhibits unique electrical properties in a polar gas atmosphere. has been sufficiently confirmed. As mentioned above, changes in I capacitance or resistance have also been measured, and it is thought that the phenomena utilized in the present invention have something to do with these.
本発明によれば、ガス雰囲気中で発生する起電・ 圧
を測定することによって、ガスの検出を行うこ1 と
ができる。電圧あるいは電流を直接測定できる° の
で、簡単な測定回路で済ませることができる。According to the present invention, gas can be detected by measuring electromotive force and pressure generated in a gas atmosphere. Since voltage or current can be directly measured, a simple measurement circuit can be used.
また、簡単な構造の素子を感度の良好なセンサ素子とし
て利用できる利点もある。Another advantage is that an element with a simple structure can be used as a sensor element with good sensitivity.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施する場合に使用するセンサ素子の
一例を示す正面断面図、第2図及び第3図はその特性を
示す説明図である。
10、・・・単結晶シリコン基板
11・・・・多孔質シリコン層
12.13・・・電極
%1 図BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front sectional view showing an example of a sensor element used in carrying out the present invention, and FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams showing its characteristics. 10,...Single crystal silicon substrate 11...Porous silicon layer 12.13...Electrode%1 Figure
Claims (1)
の該多孔質シリコン層表面及びその裏面の単結晶シリコ
ン基板表面にそれぞれ電極を形成した素子をガス雰囲気
中に配置し、該素子に発生する起電圧によってガスを検
出することを特徴とするガス検出方法。An element having electrodes formed on the surface of the porous silicon layer and the surface of the single crystal silicon substrate on the back side of a single crystal silicon substrate having a porous silicon layer on one surface is placed in a gas atmosphere, A gas detection method characterized by detecting gas by electromotive force.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62073444A JPH0711496B2 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Gas detection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62073444A JPH0711496B2 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Gas detection method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63238545A true JPS63238545A (en) | 1988-10-04 |
JPH0711496B2 JPH0711496B2 (en) | 1995-02-08 |
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ID=13518407
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP62073444A Expired - Fee Related JPH0711496B2 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Gas detection method |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH0711496B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9952175B2 (en) | 2014-06-09 | 2018-04-24 | Fujitsu Limited | Gas sensor and sensor device |
US10481146B2 (en) | 2015-05-22 | 2019-11-19 | Fujitsu Limited | Gas sensor and information processing system |
US10670552B2 (en) | 2014-06-09 | 2020-06-02 | Fujitsu Limited | Gas sensor and sensor device |
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1987
- 1987-03-27 JP JP62073444A patent/JPH0711496B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9952175B2 (en) | 2014-06-09 | 2018-04-24 | Fujitsu Limited | Gas sensor and sensor device |
US10670552B2 (en) | 2014-06-09 | 2020-06-02 | Fujitsu Limited | Gas sensor and sensor device |
US12105046B2 (en) | 2014-06-09 | 2024-10-01 | Fujitsu Limited | Gas sensor and sensor device |
US10481146B2 (en) | 2015-05-22 | 2019-11-19 | Fujitsu Limited | Gas sensor and information processing system |
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Publication number | Publication date |
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JPH0711496B2 (en) | 1995-02-08 |
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