ガスセンサーの製作 [応用物理研究室] [藤井新太郎] このプレゼンテーションでは、出席者間で討論をし、アクション アイテムを作成する場合があります。PowerPoint を使って、プレゼンテーションの実行中にアクション アイテムを作成するには ... スライド ショーの実行中にマウスの右ボタンをクリック [会議メモ] をクリック [アクション アイテム] タブをクリック アクション アイテムを入力 [OK] をクリック このようにすると、入力したアクション アイテムを集めたスライドが、プレゼンテーションの最後に自動的に作成されます。 ガスセンサーの製作 [応用物理研究室] [藤井新太郎]
はじめに これまで本研究ではNO2検出用ガスセンサー材料としてSnO2を用いてきた。その薄膜作製には、ガス中蒸発法による超微粒子を利用する方法と、真空蒸着法による薄膜を利用する２つの方法を採用した。それらの膜構造を走査電子顕微鏡で観察し、センサー感度との関連性を調べてきた。
センサー感度の定義 センサー感度Sは、大気中におけるセンサー薄膜抵抗Rairに対する試験ガス（所定濃度のNO2を含む大気）中におけるセンサー薄膜抵抗Rtestの比として、 S ＝ Ｒtest / Ｒair (1) で定義する。
改良点 400℃以上まで昇温可能なヒーターの製作 測定時にセンサーを加熱する際に、ニクロム線を直に接触させて加熱していた。しかし、300℃以上ではヒーター用導線が焼き切れ、センサーを300℃以上で安定して加熱することができない。 薄膜作製法の検討 これまでの作製法では、センサー抵抗値の再現性に問題があった。
ヒーターの作製 市販の渦巻き型ヒーターを2つ購入し、固定するためにステンレス製のカバーを加工した。また、電流導入部を交換し、センサーを400℃以上まで昇温可能なヒーターを作製した。
Fig.1 ヒーターカバー
センサー膜の作製方法 センサー膜は真空蒸発装置によってアルミナ基板(１５×１５×1mm)上に作製した。
従来の作製方法 Auを真空蒸着し電極を作製 ・・① ↓ ZnOを真空蒸着し薄膜を作製・・② 金線を銀ペーストで固着 ・・③ 1000℃1時間で焼結 金線と電極上にAuを真空蒸着
変更の作製方法 金線を銀ペーストで固着・・① ↓ Auを真空蒸着し電極を作製・・② ZnOを真空蒸着し膜を作製・・③ 900℃１時間で焼結 Sample1 室温上で作製 Sample2 ZnOを真空蒸着時にアルミナ基板を昇温
Table.1薄膜の電気抵抗 電極間距離 Sample1 Sample2 2mm 19(Ω) 0.123(kΩ) 4mm 22(Ω) 102(kΩ) 8mm 82(Ω) 0.44(kΩ)
Sample1はSample2と比べて、電気抵抗が小さい。また、電極間距離が大きくなるにつれ抵抗が増加している。Sample2は電極間距離4mmで大きな抵抗値を示している。これは昇温温度が均一でなかったために、ZnO膜の膜厚が同じでなかったことに起因するものと考えられる。 Sample1を900℃で焼結を行うと導通がなくなった。焼結後の膜表面のSEM観察から、ZnO膜にひび割れがあったため導通が無くなったものと思われる。
Fig.2 Sample1 焼結前 Fig.3 Sample1 焼結後
スッパタ装置による薄膜の作製 最適スパッタ条件は、Arガス圧200mTorr、スパッタ電流20mAであった。TEM観察用に岩塩結晶上に成長した膜をFig.3に示す。電子回折像から膜状粒子がAuであることを確認した。
Fig.5 アルミナ基板上に成長 したAuスパッタ膜 Fig.4 岩塩上に成長したAuスパッタ膜
今後の予定 今後は真空蒸発法で作製されたセンサー膜をセンサー感度測定装置により感度測定を行う予定である。 広い面積に均一な厚さの薄膜を成膜できるスパッタ法を用いて、センサー膜の製作を行う予定である。