2000 Fiscal Year Annual Research Report
粒界のミクロ制御によるバリスタ型環境ガスセンサの設計
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12450270
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Research Institution | Nagasaki University |
Principal Investigator |
清水 康博 長崎大学, 工学部, 助教授 (20150518)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
兵頭 健生 長崎大学, 工学部, 助手 (70295096)
江頭 誠 長崎大学, 工学部, 教授 (60037934)
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Keywords | バリスタ型ガスセンサ / 酸化スズ / 酸化クロム / p-n接合 / NO_x / ゼータ電位 / ダブルショットキー障壁 / ブレークダウン電圧 |
Research Abstract |
これまでの研究で、SnO_2に5.0wt%のCr_2O_3を添加したバリスタ素子(SnO_2-5.0Cr_2O_3)が、他の半導体型ガスセンサと異なり、NO_2ガス感度に比べて約5倍程度の高いNOガス感度を示すことを見いだしている。この理由を解明するために、Cr_2O_3添加量の異なるSnO_2-Cr_2O_3素子の空気中でのブレークダウン電圧および微細構造の変化を調べた。 Cr_2O_3添加量が5.0wt%で空気中でのブレークダウン電圧は極大値を示した。また、SEMおよびTEM観察、さらにEDX分析の結果から、Cr_2O_3添加量の増加とともにSnO_2の粒子径が減少するとともに、その表面、特にSnO_2-SnO_2の粒界部分に微細なCr_2O_3粒子が偏析していることがわかった。したがって、Cr_2O_3添加量の増加によるSnO_2-SnO_2粒界数の増加と、粒界に微細なp-n接合が形成され、一粒界当たりのダブルショットキー障壁の高さが増加するために、空気中のブレークダウン電圧が増加することがわかった。なお、Cr_2O_3添加量が5.0wt%以上では、SnO_2粒子表面に低抵抗の微細なCr_2O_3粒子の連続接合体が形成され、伝導パスがCr_2O_3-Cr_2O_3へ変化するために、空気中でのブレークダウン電圧が低下したと考えられた。 また、SnO_2-Cr_2O_3試料粉末から転写印刷法で薄膜型センサ素子を作製し、その半導体型ガスセンサとしてのNO_xガス検出特性も評価した。その結果、半導体型ガスセンサとしては、Cr_2O_3の添加量が0.3wt%程度で、NOに対して特異的に高いガス感度を示すことがわかった。また、SnO_2とCr_2O_3粒子はマイナスのゼータ電位を示すのに対し、少量のCr_2O_3を添加したSnO_2は特異的に+l0mV程度の高いゼータ電位を示すことも明らかになった。 今後は、ゼータ電位とNO_xガス検出特性との関係をさらに詳細に検討し、粒界のp-n接合の役割を解明する。
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Research Products
(5 results)
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[Publications] Y.Shimizu: "Application of Varistor-Type Gas Sensors for NO_x Detection"Abstract Book of Nanostructured Sensors and Other Gas Reactive Applications (United Engineering Foundation),April 9-14,2000,Barga, Italy. 34 (2000)
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[Publications] T.Hyodo: "Hydrogen Sensing Properties of SnO_2 Varistors Loaded with Si0_2 by Surface Chemical Modification with Diethoxydimethylsilane"Sensors and Actuators B. Vol.64,No.1-3. 175-181 (2000)
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[Publications] 兵頭健生: "転写印刷法によるヘテロ積層型NO_xセンサの開発"Chemical Sensors. Vol.16 No.B. 121-123 (2000)
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[Publications] 桑野直樹: "ナノホールを有する陽極酸化膜の水素ガス検出特性"Chemical Sensors. Vol.16 No.B. 124-126 (2000)
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[Publications] Y.Shimizu: "NO_x Sensing Properties of Varistor-Type Gas Sensors Consisting of Micro p-n Junctions"J.Electroceramics. (in press). (2001)