[發(fā)明專(zhuān)利]氣體傳感器、氣體傳感器的制造方法、以及氣體濃度的檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480047508.5
• 申請(qǐng)日: 2014-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105556295A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 中村和敬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 株式會(huì)社村田制作所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N27/12
• 分類(lèi)號(hào): G01N27/12;C04B35/00;G01N27/04
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李逸雪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體傳感器、氣體傳感器的制造方法、以及氣體濃度的檢 測(cè)方法，更詳細(xì)地，涉及使由氧化物半導(dǎo)體形成的p型半導(dǎo)體層和n型半 導(dǎo)體層異質(zhì)接合的pn結(jié)型的氣體傳感器和其制造方法、以及使用該氣體 傳感器來(lái)檢測(cè)氣氛氣體的濃度的氣體濃度的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

作為檢測(cè)大氣中的水蒸氣濃度的濕度傳感器等的氣體傳感器，以往提 出了種種方式。

例如，在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1中報(bào)告了使用半導(dǎo)體暴露結(jié)(異質(zhì)結(jié))的氣體 傳感器，記載了由p型半導(dǎo)體的CuO和n型半導(dǎo)體的ZnO構(gòu)成的pn結(jié)型 的氣體傳感器的感濕特性。

在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載的pn結(jié)型的氣體傳感器中，若濕度變高，則 在反向偏置下，由于難以出現(xiàn)相反朝向的電荷的釋放，因而電流值幾乎不 變化，但在正向偏置下，因整流作用而從p型半導(dǎo)體向n型半導(dǎo)體產(chǎn)生大 的電流增加，能基于該電流增加來(lái)檢測(cè)濕度。

這種pn結(jié)型的氣體傳感器由于相比于其他氣體傳感器而響應(yīng)速度更 快，物理吸附在接觸界面的水分子發(fā)生電解而從接觸界面脫離，因此不需 要“翻新(refresh)”這樣的接觸界面的加熱清潔。另外，在該非專(zhuān)利文 獻(xiàn)1中，作為p型半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體層的組合，除了CuO和ZnO以 外，還記載了NiO和ZnO。

此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中提出了一種如下的結(jié)型化學(xué)傳感器，其通過(guò)上 部電極、與該上部電極接合的第1物質(zhì)所構(gòu)成的第1部件、與該第1部件 接合的第2物質(zhì)所構(gòu)成的第2部件、以及與該第2部件接合的下部電極而 構(gòu)成，第1部件與第2部件的接合界面露出，在具有上述結(jié)構(gòu)的結(jié)型化學(xué) 傳感器中，設(shè)置了在所述上部電極與所述下部電極之間施加交流電壓的交 流電壓施加單元。

在該專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，例如作為p型半導(dǎo)體而使用CuO，作為n型半導(dǎo) 體而使用ZnO，利用薄膜形成法來(lái)制作p型半導(dǎo)體層以及n型半導(dǎo)體層， 使p型半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體層接合。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：JP特開(kāi)平5-264490號(hào)公報(bào)

非專(zhuān)利文獻(xiàn)

非專(zhuān)利文獻(xiàn)：宮山勝著「半導(dǎo)體セラミツクス第4節(jié)半導(dǎo)體開(kāi)接合を 用いたガスセンサ-センサのインテリヅェント化-」、(株)ティ一·アイ· シ一、1998年9月21日發(fā)行、pp.214-219

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題

然而，在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1以及專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，由于對(duì)于p型半導(dǎo)體材料 而使用了CuO、NiO，因此存在如下的問(wèn)題。

即，在對(duì)于p型半導(dǎo)體材料而使用了CuO系材料的情況下，由于長(zhǎng) 時(shí)間的工作，有可能導(dǎo)致CuO的一部分解，Cu離子擴(kuò)散到n型半導(dǎo)體層 的表面。其結(jié)果，Cu附著在接觸界面而招致特性劣化等，進(jìn)而因Cu自身 的氧化而產(chǎn)生腐蝕，存在耐久性差的問(wèn)題。

此外，在對(duì)于p型半導(dǎo)體材料而使用了NiO系材料的情況下，為了使 NiO半導(dǎo)體化，通常摻雜1價(jià)的堿金屬元素，但由于該1價(jià)的堿金屬元素 作為強(qiáng)堿發(fā)揮作用，因此若擴(kuò)散到NiO中，則會(huì)促進(jìn)腐蝕。因此，這種情 況下耐久性也差，進(jìn)而存在安全性也差的問(wèn)題。

此外，這種pn結(jié)型的氣體傳感器如也在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的那樣， 通常p型半導(dǎo)體層大多利用薄膜形成法來(lái)制作，存在與燒結(jié)體相比在高溫 穩(wěn)定性上也不足的問(wèn)題。

本發(fā)明正是鑒于這樣的狀況而提出的，其目的在于，提供特性、高溫 穩(wěn)定性良好、耐久性卓越的具有高可靠性的高精度的pn結(jié)型的氣體傳感 器、氣體傳感器的制造方法、以及氣體濃度的檢測(cè)方法。

用于解決課題的手段

本發(fā)明者為了達(dá)成上述目的而進(jìn)行潛心研究的結(jié)果，得到如下見(jiàn)解： 通過(guò)作為p型半導(dǎo)體層而使用以Ni與Zn被調(diào)配為給定比率的(Ni，Zn) O為主成分的燒結(jié)體，作為n型半導(dǎo)體層而使用以ZnO以及/或者TiO₂為主成分的材料，從而能使(Ni，Zn)O在氧化性氣氛中穩(wěn)定，且不需要 作為半導(dǎo)體化劑使用1價(jià)的堿金屬元素，因此能得到特性、高溫穩(wěn)定性良 好、耐久性也卓越的氣體傳感器。