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ガスセンサ コモンズ 実績あり 外国出願あり

国内特許コード P110001806
掲載日 2011年3月17日
出願番号 特願2008-235414
公開番号 特開2010-066234
登録番号 特許第4296356号
出願日 平成20年9月12日(2008.9.12)
公開日 平成22年3月25日(2010.3.25)
登録日 平成21年4月24日(2009.4.24)
発明者
  • 塚田 啓二
出願人
  • 国立大学法人 岡山大学
発明の名称 ガスセンサ コモンズ 実績あり 外国出願あり
発明の概要


【課題】簡単な構造で自己診断機能を有するガスセンサを提供する。
【解決手段】2つの電界効果型トランジスタからなり、該2つの電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜24上にゲート電極を設け、該ゲート電極によりガスを検知するガスセンサ30であって、一方の電界効果型トランジスタに設けられた第一ゲート電極5と、他方の電界効果型トランジスタに設けられた第二ゲート電極6と、前記第一ゲート電極5と前記第二ゲート電極6との間を配線により接続して同電位あるいは一定電圧差の直流電圧あるいは交流電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、前記第一ゲート電極5と前記第二ゲート電極6とは、それぞれ異なる金属からなるとともに、一方の電界効果型トランジスタと他方の電界効果型トランジスタの構造を同じにする。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


ガスセンサとしては,多くの種類が知られている。例えば半導体特性をもつ金属酸化体(SnO)は水素ガスに触れると金属酸化体の酸素が還元されるため、抵抗値が変化する。この抵抗値変化により水素濃度を検出する半導体式の水素センサがある。また、同様の原理を用いたものであり、ヒーターの役割もしている白金線に金属酸化物半導体を焼結して、ブリッジ回路で素子の抵抗値変化をとらえる熱線型半導体式の水素センサもある。これら半導体式や熱線式のガスセンサではバルクな材料を用いているため、量産性が悪く、動作温度としても約300℃以上で動作させる必要があった。



また、電気化学的センサとして白金の電極と、ニッケルの電極の間に固体電解質を挟んだ構造とし、水素ガスに接触することによって生じた起電力を測定するセンサが報告されている(特許文献1参照)。



また、量産性が良く室温近くで動作するものとして、電界効果型トランジスタを使った水素センサが知られている。電界効果型トランジスタの絶縁膜の上にゲート金属として触媒金属のPd(パラジウム)を用いたものが非特許文献1で報告されている。



同様に触媒金属としてPt(白金)を用いた水素センサを、本発明者等は非特許文献2において報告した。



従来多くのガスセンサは長期的使用にあたり、センサ出力が変化する、すなわちセンサ出力が長期ドリフトしてしまうという問題があった。このため、センサ出力の変化がガスに応答した結果なのか、それとも単にドリフトした結果なのかを判定することが困難であった。また、ガスセンサが故障してまったく応答していなのか、単に検知するガスが存在しないだけなのか判断することが困難であった。このため、定期的にガスセンサを校正する作業が必要であった。この問題を解決するため、本発明者は、ガスに応答しているのかどうかを判断できる信号がとりだせる診断機能を有する電界効果型トランジスタのゲート構造にPd/高分子電解質膜/Ptの三層構造を用いたプロトンポンピングゲートFETを報告した(特許文献2参照)。

【特許文献1】特許第4048444号公報

【特許文献2】特開2008-145128号公報

【非特許文献1】「Catalytic Metals and Field-effect Devices - a Useful Combination」 J. Lundstrom, A. Spetz, U. Ackelid and Sundgren, Sensors and Actuators, B Vol. 1 (1990) pp. 15-20

【非特許文献2】「A study of fast response characteristics for hydrogen sensing with platinum FET sensor」 K. Tsukada, T. Kiwa, T. Yamaguchi, S. Migitaka, Y. Goto, K. Yokosawa, Sensors and Actuators, B Vol. 114 (2006) pp. 158-163

産業上の利用分野


本発明は、ガス濃度を検知するガスセンサに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
2つの電界効果型トランジスタからなり、該2つの電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜上にゲート電極を設け、該ゲート電極により水素ガスを検知するガスセンサであって、
一方の電界効果型トランジスタに設けられた水素に対して解離応答を生じる触媒金属からなる第一ゲート電極と、
他方の電界効果型トランジスタに設けられた水素に対して解離応答を生じない非触媒金属からなる第二ゲート電極と、
前記第一ゲート電極と前記第二ゲート電極との間を配線により接続して、前記第一ゲート電極と前記第二ゲート電極の各々に対して一定電圧差の直流電圧あるいは交流電圧を印加する一つの電圧印加手段と、
前記第一ゲート電極と前記第二ゲート電極との間の差動を計測する差動アンプと、を備え、
前記ゲート電極材料以外は、一方の電界効果型トランジスタと他方の電界効果型トランジスタの構造が同じであり、前記差動アンプにより前記2つの電界効果型トランジスタ間の差動を計測し、当該差動を補償することを特徴とするガスセンサ。

【請求項2】
前記2つの電界効果型トランジスタの前記各ゲート電極上に共通のイオン導伝性膜を形成したことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008235414thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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