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本研究は、エンジンやボイラー等の排気ガス、煙草の煙、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、花粉、黴の胞子等の広範囲の環境汚染物質の濃度を計測する小型・集積化・多機能センサを、金属酸化物からなる多層半導体薄膜を検知材料とし、IC技術とマイクロマシーニング技術を用いて、実現できることを明らかにしようとするものである。
数種類の環境計測用センサの開発を行った。それらの代表例を以下に示す。センサ基板として、集積化およびインテリジェント化に適するSi基板を利用した。ポータブル機器として用いるのに必要な低電力消費化のためマイクロマシーニング技術を用いてSi基板を加工し、SiO_2/Al_2O_3/SiO_2膜を用いたダイヤフラム構造とした。その上に、センサ膜第一層としてクラックや剥離が生じず、安定性と耐久性に優れたFe_2O_3系薄膜をスパッタリング法により付けた。続いて、センサ膜第二層として、高感度なSnO_2系薄膜を付けた。一方、同様のダイヤフラム構造上にセンサ膜を加熱するためのPt+W/Cr膜を用いたヒータを作成し、センサ膜とヒータとを対向させた。
センサ完成後、ディーゼルエンジンおよびガソリンエンジンの排気ガス、NO_x、CO、煙草の煙、ホルムアルデヒド、トルエン、キシレン、花粉等を導入し、これらに対するセンサのコンダクタンスの時間的な変化を動作温度の関数として観測した。その結果、上記の環境汚染物質に対して高い感度を示し、これらのセンサとして使用できることが明らかとなった。また水蒸気に対するセンサ(湿度センサ)の開発も行った。
今後は、各種環境汚染物質に対するセンサの選択性を向上させる方法を研究する予定である。
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