新規な複合酸化物薄膜を用いる大気環境センシング用超高感度半導体ガスセンサーの研究

新型复合氧化物薄膜大气环境传感超灵敏半导体气体传感器研究

基本信息

批准号：
10750325
负责人：
宮田俊弘
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kanazawa Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、新規な複合酸化物薄膜を採用することにより、塩素やオゾンガス等の大気環境ガスに対して極めて高感度のガスセンサー素子を実現することを目的としている。平成11年度は、平成10年度の成果を基に以下に述べる成果を上げることができた。平成10年度に確立した成膜技術を駆使して、大気環境ガスセンサー用材料として、全く新規な酸化亜鉛-酸化インジウム(ZnO-In_2O_3)系薄膜、(MgO-In_2O_3)系薄膜およびその両者を組み合わせた(ZnO-In_2O_3)_X-(MgO-In_2O_3)_<1-X>複合酸化物薄膜を作製し、それを用いたガスセンサ素子において、0.01ppmという極めて低濃度から塩素ガスを検出でき、濃度7ppmの塩素ガスに対しては約100倍の高い抵抗変化を実現できた。一方、ターゲット組成を(ZnO-In_2O_3)_<0.2>-(MgO-In_2O_3)_<0.8>とし、上記と同様成膜技術を用いて作製した複合酸化物薄膜を採用したガスセンサ素子において、0.4ppmという極めて低濃度からオゾンガスを検出可能なガスセンサ素子を実現した。さらに、これらの薄膜をSi基板上に集積させ、ワンチップガスセンサー素子を作製した。その結果、それぞれの膜のガス検出特性の差を利用することにより、ガスの種類の判別を実現できた。一方、これらの超高感度が実現できた素子のガス検出メカニズムを検討するため、ガス検出時の薄膜の低効率、ホール移動度およびキャリア密度の測定システムを開発した。その測定システム用いて、本ガスセンサー素子のガス検出時の電気的特性の変化について検討した結果、本(ZnO-In_2O_3)_X-(MgO-In_2O_3)_<1-X>複合酸化物薄膜ガスセンサ素子はオゾンおよび塩素にさらされると、膜のキャリア密度およびホール移動度の両方が減少することにより、膜の抵抗率が上昇することを初めて明らかに出来た。

这项研究旨在实现一种气体传感器元件，该元件对大气环境气体（例如氯和臭氧气体）采用新型复合氧化物薄膜非常敏感。在2009财年中，我们能够根据2008财年的结果来实现下面描述的结果。使用1998年建立的膜形成技术，我们制造了一种全新的氧化锌 - 氧化锌 - 基于氧化锌 - 基于氧化锌 - 基于薄膜（MGO-IN_2O_3）（MGO-IN_2O_3）的薄膜和薄膜（Zno-In tino and Ano Combinisation） - （ZnO-IN_2O_3）-X-（MGO-IN_2O_3） - <1-X>复合氧化物薄膜，在使用该膜的气体传感器设备中，可以在极低的0.01 ppm浓度下检测到氯气，可实现比氯气浓度高约100倍的7 ppm的耐药性变化约100倍。另一方面，在使用类似于上述膜形成技术制备的复合氧化物薄膜的气体传感器元件中，目标组合物为（ZnO-IN_2O_3）_ <0.2> - （MGO-IN_2O_3）_ <0.8>，一种能够从0.4 PPM中检测到极低浓度的ozone气体的气体传感器元件，可检测ozone元素。此外，这些薄膜集成在SI基板上以制造单芯片气体传感器元件。结果，可以通过利用每膜的气体检测特性差异来确定气体的类型。另一方面，为了研究达到超高灵敏度的设备的气体检测机制，我们开发了一种系统，用于测量在气体检测，孔迁移率和载体密度期间薄膜效率低的系统。使用此测量系统，我们研究了气体检测过程中该气体传感器元件的电气性能的变化，很明显，当复合氧化物氧化物薄膜薄膜气体传感器元件暴露于臭氧和氯时，膜的载体密度和膜的迁移率都会降低，从而导致膜电阻率增加。