| 研究課題/領域番号 |
01470082
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| 研究種目 |
一般研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
工業物理化学・複合材料
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
山添 昇 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (40037817)
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| 研究分担者 |
玉置 純 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (10207227)
清水 陽一 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (20192114)
三浦 則雄 九州大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (70128099)
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| 研究期間 (年度) |
1989 – 1990
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| 研究課題ステータス |
完了 (1990年度)
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| 配分額 *注記 |
7,000千円 (直接経費: 7,000千円)
1990年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
1989年度: 5,700千円 (直接経費: 5,700千円)
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| キーワード | 半導体ガスセンサ / 微細構造制御 / 表面修飾 / においセンサ |
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| 研究概要 |
SnO_2を中心とした半導体ガスセンサにおいて、微細構造制御や表面修飾によってセンサ特性を大幅に改善するとともに、高性能半導ガスセンサの設計指針を得た。
純粋なSnO_2および金属酸化物を添加してSnO_2超微粒子を安定化した系のH_2、COに対する感度は、SnO_2結晶子径(D)が約10nm以下に減少すると急に増大した。簡単な理論解析から、このような現象はDが空間電荷層の厚さ(L)の2倍近くまで小さくなると現れることがわかった。また、SnO_2にA1^<3+>をド-プして原子価制御によりLを増加させたA1^<3+>ーSnO_2素子は、20nmのSnO_2結晶子径においても高い感度を示した。したがって、D/2Lが1に近づくように微細構造制御を行うと、感度を増大させうることがわかった。一方、増感剤である貴金属の分散度を制御することによっても高感度化は達成される。PdーSnO_2におけるPd粒子の存在状態をTEMを用いて観察し、ガス感度との関連を調べたところ、増感効果はPd粒子の分散密度が高くなるほど大きくなることがわかった。そこで、小さなPd粒子を高分散でSnO_2上に担持するため、従来の含浸法以外にコロイド法、固定化法による担持を試みた。固定化法は、小さなPd粒子を高分散で担持する最も優れた方法であり、固定化法素子は最も高いガス感度を示した。
半導体ガスセンサの選択性の賦与には、酸・塩基性の制御と特異的な修飾剤の添加が有効であることがわかった。前者の例では、SnO_2センサのアルコ-ル感度は、La_2O_3などの塩基性酸化物を添加してSnO_2表面を塩基性に改質すると向上した。このような表面修飾は、In_2O_3をベ-スとした素子に対しても有効であり、PdーLa_2O_3センサは、実用に十分耐える優れたアルコ-ルガス検知特性を示した。後者の例では、CuOーSnO_2素子はH_2Sに対して非常に高感度を示すだけでなく、他の可燃性ガスに対してはほとんど応答しなかった。また、空気に戻したときに電気抵抗は1分以内に初期値に回複した。このような特異な挙動は、空気中で形成されているCuO(p型)とSnO_2(n型)間のpーn接合が、CuOの硫化と再酸化によって消失あるいは再生することに起因することがわかった。
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