气体传感器制造技术

本发明专利技术提供一种气体传感器，可以高灵敏度地检测数ｐｐｂ水平的低浓度ＮＯ２。所述气体传感器至少包括：银催化剂构件（４），在内部形成有样气能够通过的间隙，银至少在所述间隙的表面上露出；第一半导体式气体传感器元件（５），形成有气体感应膜，该气体感应膜由ｎ型氧化物半导体构成；以及主流动通道（２），连通所述银催化剂构件和所述第一半导体式气体传感器元件，使所述样气从所述银催化剂构件流向所述第一半导体式气体传感器元件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可以高灵敏度地检测NO2的气体传感器。
技术介绍
臭氧和NO2是共存于大气中的浓度最多数百ppb的物质，都受到大气污染防止法 的限制。因此要求高精度地测量这些物质的浓度。近来，本专利技术人等开发了一种半导体式气体传感器元件，该半导体式气体传感器 元件具有由氧化钨(WO3)构成的气体感应膜(专利文献1、专利文献2)。其中，专利文献2 中记载的半导体式气体传感器元件形成有由含有六方晶氧化钨(WO3)结晶的单斜晶氧化钨 (WO3)构成的气体感应膜，该半导体式气体传感器元件对NO2显示出良好的灵敏度，所以可 以认为适合用于对以数PPb水平存在的大气中的NO2W浓度进行测量。可是，本专利技术人也弄 清了该半导体式气体传感器元件对在大气中与NO2共存的数十ppb左右的臭氧的灵敏度， 达到对NO2的灵敏度的100倍。另一方面，以往为了测量大气中的臭氧和NO2的浓度，作为用于测量NO2浓度的公 定方法采用化学发光法(CLD法)，作为用于测量臭氧浓度的公定方法采用紫外线吸收法 (UV法)，上述哪个方法都能够以数ppb数量级水平测量大气中浓度为数十ppb水平的分析 对象的气体成分。在化学发光法中，通过使NO与来自在分析装置内另外设置的臭氧发生器的臭氧 发生反应，产生激发态的N0/，在激发态的NO/返回到基态的NO2时放出近红外区域的光，在 化学发光法中利用这种现象，通过计量其光量来测量NO2的浓度。由于不能直接检测NO2, 为了测量NO2的浓度，必须利用使用催化剂的NO2转化器把NO2暂时还原成NO后，导入反应 单元中与高浓度的臭氧反应。此外，在紫外线吸收法中，利用在220 280nm附近的紫外区域有臭氧的吸收带，来测量臭氧浓度。因此，为了测量大气中的臭氧和NO2两种物质的浓度，必须使用利用化学发光法的 NOx仪和利用紫外线吸收法的臭氧仪这两种分析仪，分别进行测量，目前所知还没有用一台 就可以简便地以PPb数量级测量大气中浓度水平的臭氧、NO2乃至NO的浓度的装置。此外，相对于臭氧在220 280nm附近的紫外区域具有吸收带，NO在230nm附近 的紫外区域具有比较窄的吸收带，NO2在从300nm附近的紫外区域到可见光区域有很宽的吸 收带，特别是要区分NO和臭氧的吸收波长，会使光学系统变得非常复杂，因此是非常不容 易的。因此用一台使用紫外线吸收法的分析仪难以简便地一起检测NO2、臭氧乃至NO。专利文献1 日本专利公开公报特开2007-64908号专利文献2 :W02009/034843 号
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种可以高灵敏度地检测数ppb水平的低浓度NO2W3气体传感器。 本专利技术人等发现为了去除大气中与NO2共存的臭氧，作为臭氧洗涤器使用银催化 剂时，不仅可以从大气中很好地去除臭氧，而且通过把与银催化剂接触后的样气作为被检 测气体，可以提高半导体式气体传感器元件对NO2检测的灵敏度，从而完成了本专利技术。S卩，本专利技术的气体传感器，其特征在于至少包括银催化剂构件，在内部形成有样 气能够通过的间隙，银至少在所述间隙的表面上露出；第一半导体式气体传感器元件，形成 有气体感应膜，该气体感应膜由η型氧化物半导体构成；以及主流动通道，连通所述银催化 剂构件和所述第一半导体式气体传感器元件，使所述样气从所述银催化剂构件流向所述第 一半导体式气体传感器元件。按照这样的气体传感器，在所述半导体式气体传感器元件的上游设置有所述银催 化剂构件，经过所述银催化剂构件的样气成为所述半导体式气体传感器元件的被检测气 体，所以能够以高灵敏度检测该样气中的NO2。半导体式气体传感器元件形成有气体感应膜，该气体感应膜由η型氧化物半导体 构成，如果臭氧和NO2等氧化性气体与所述气体感应膜接触，则这些氧化性气体吸附在气体 感应膜上，夺取气体感应膜表面的电子，所以气体感应膜的空间电荷层增加，其结果，气体 感应膜的电阻增大。因此，对应于作为分析对象的气体成分的浓度，气体感应膜的电阻值发 生变化，所以通过检测该电阻值的变化，可以测量该气体成分的浓度。在把经过银催化剂构件的样气作为被检测气体的情况下，所述半导体式气体传感 器元件对该样气中的NO2检测的灵敏度大幅度(约10倍)提高，其机理虽然在进行本专利技术 时尚未弄清，但是可以推测其原因如下⑴因银催化剂使NO2活化(例如通过NO2被进一 步氧化成N2O5，提高了从气体感应膜捕捉电子的能力。)，或者⑵因从催化剂游离出来的 银颗粒使气体感应膜活化，等等。此外，在以大气等含有臭氧的样气作为分析对象的情况下，通过使样气经过所述 银催化剂构件，把该样气中的臭氧分解成氧，可以从样气中除去臭氧，所以可以排除臭氧对 所述半导体式气体传感器元件的影响，可以只对NO2进行良好的检测。作为所述气体感应膜，例如可以由氧化钨(WO3)、氧化锡(SnO2)等η型氧化物半导 体构成，其中，适宜使用由氧化钨(WO3)构成的气体感应膜，特别是形成有由含有六方晶氧 化钨(WO3)结晶的单斜晶氧化钨(WO3)构成的气体感应膜的半导体式气体传感器元件，对于 数PPb水平的低浓度NO2具有很高的检测灵敏度。本专利技术的气体传感器也可以还包括第二半导体式气体传感器元件，通过所述主 流动通道配置在所述银催化剂构件的上游一侧，形成有气体感应膜，该气体感应膜由η型 氧化物半导体构成。按照这样的气体传感器，可以用第二半导体式气体传感器元件检测臭 氧，用设置在所述银催化剂构件下游一侧的所述第一半导体式气体传感器元件检测Ν02，Κ 以用一台气体传感器就可以同时检测臭氧和N02。此外，本专利技术的气体传感器还可以包括氧化催化剂构件，该氧化催化剂构件通过 所述主流动通道配置在所述第一半导体式气体传感器元件的下游一侧，把NO氧化成NO2 ； 以及第三半导体式气体传感器元件，通过所述主流动通道设置在所述氧化催化剂构件的下 游一侧，形成有气体感应膜，该气体感应膜由η型氧化物半导体构成。按照这样的气体传感 器，由于通过所述氧化催化剂构件把样气中的NO氧化成NO2，所以原来样气中所含有的NO4和NO2合计的气体浓度作为NO2浓度被检测出来。因此，根据第三半导体式气体传感器元件 的电阻值与第一半导体式气体传感器元件的电阻值之差，可以测量NO的浓度。此外，作为 所述氧化催化剂构件，例如可以由钼(Pt)或锰氧化物(Y-MnO2)等构成。另一方面，本专利技术的气体传感器也可以不具有所述第二半导体式气体传感器元 件，作为替代方式，本专利技术的气体传感器可以具有第二流动通道，该第二流动通道从所述主 流动通道分支，与所述银催化剂构件并排设置，使样气不经由所述银催化剂构件到达所述 第一半导体式气体传感器元件。按照这样的气体传感器，通过交替在使样气流向所述银催 化剂构件和使样气流向所述第二流动通道之间切换，仅用一个半导体式气体传感器元件就 可以测量臭氧和NO2双方的气体浓度。此外，本专利技术的气体传感器也可以还包括氧化催化剂构件，设置在所述银催化剂 构件和所述第一半导体式气体传感器元件之间，通过所述主流动通道与它们连通，把NO氧 化成NO2 ；以及第三流动通道，在所述银催化剂构件的下游一侧，从所述主流动通道分支，与 所述氧化催化剂构件并排设置，使样气不经由所述氧化催化剂构件到达所述第一半导体式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感器，其特征在于至少包括：银催化剂构件，在内部形成有样气能够通过的间隙，银至少在所述间隙的表面上露出；第一半导体式气体传感器元件，形成有气体感应膜，该气体感应膜由ｎ型氧化物半导体构成；以及主流动通道，连通所述银催化剂构件和所述第一半导体式气体传感器元件，使所述样气从所述银催化剂构件流向所述第一半导体式气体传感器元件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山岸丰，涉谷享司，
申请(专利权)人：株式会社堀场制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]