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公開番号2025057946
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023167799
出願日2023-09-28
発明の名称ガスセンサ素子及びガスセンサ
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人弁理士法人暁合同特許事務所
主分類G01N 27/12 20060101AFI20250402BHJP(測定;試験)
要約【課題】酸素や水が含まれる環境下でも使用可能なガスセンサ素子及びガスセンサを提供する。
【解決手段】ガスセンサ素子10は、基板11と、基板11上に配置される第1電極20Aと、第1電極20Aと離間して基板11上に配置される第2電極20Bと、基板11上に配置され、第1電極20Aと第2電極20Bとを接続するMXene膜30と、酸素及び水を透過しない保護膜40と、を備え、MXene膜30の外縁部は、保護膜40、第1電極20A、及び第2電極20Bのうちの少なくとも1つにより被覆されている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置される第１電極と、
前記第１電極と離間して前記基板上に配置される第２電極と、
前記基板上に配置され、前記第１電極と前記第２電極とを接続するＭＸｅｎｅ膜と、
酸素及び水を透過しない保護膜と、を備え、
前記ＭＸｅｎｅ膜の外縁部は、前記保護膜、前記第１電極、及び前記第２電極のうちの少なくとも１つにより被覆されている、ガスセンサ素子。
続きを表示（約 290 文字）【請求項２】
前記ＭＸｅｎｅ膜の一端は、前記基板と前記第１電極との間に配され、
前記ＭＸｅｎｅ膜の他端は、前記基板と前記第２電極との間に配されている、請求項１に記載のガスセンサ素子。
【請求項３】
前記保護膜は、Ａｌ
２
Ｏ
３
、ＡｌＯ
ｘ
、ＳｉＮからなる群から選択された１または２以上の材料からなる、請求項１に記載のガスセンサ素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガスセンサ素子と、
前記ガスセンサ素子と電源とを接続する回路と、を有するガスセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスセンサ素子及びガスセンサに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
揮発性有機化合物のガスを検出可能なガスセンサとして、米国特許第１０９４８４４６号明細書に記載のガスセンサが知られている。このガスセンサは、ＭＸｅｎｅと呼ばれる二次元層状物質の１つであるＴｉ
３
Ｃ
２
Ｔ
ｘ
を備えている。ここで、Ｔは表面の末端部を修飾する官能基や原子を示しており、ヒドロキシ基、酸素、フッ素等である。このガスセンサは、揮発性有機化合物のガスを吸着した場合と、窒素フロー下にしばらく置かれた場合と、で異なる電気抵抗を示す。このメカニズムについては、Ｔｉ
３
Ｃ
２
Ｔ
ｘ
の表面の官能基や原子に揮発性有機化合物のガスが吸着されることで、Ｔｉ
３
Ｃ
２
Ｔ
ｘ
のキャリア移動度が変化するためであると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第１０９４８４４６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
A. Lipatov et al. "Effect of Synthesis on Quality, Electronic Properties and Environmental Stability of Individual Monolayer Ti3C2 MXene Flakes" Adv. Electron. Mater. 2016, 2, 1600255.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、非特許文献１には、Ｔｉ
３
Ｃ
２
Ｔ
ｘ
をチャネルに用いたＦＥＴを大気中に放置すると、時間経過とともに抵抗が増加することが記載されている。ＸＰＳの測定結果等から、このＴｉ
３
Ｃ
２
Ｔ
ｘ
の抵抗増加には、ガス吸着によるキャリア数の変化のほか、酸素や水によるＴｉ
３
Ｃ
２
Ｔ
ｘ
中のＴｉの酸化にも起因することが示唆されている。また、ＡＦＭの測定結果より、Ｔｉの酸化は、Ｔｉ
３
Ｃ
２
Ｔ
ｘ
の膜の外縁部から内側へと向かって進行することが示唆されている。したがって、特許文献１のガスセンサを酸素や水が含まれる環境下で長期にわたって使用すると、Ｔｉが酸化されることで、ガスに対するＴｉ
３
Ｃ
２
Ｔ
ｘ
の抵抗の応答性が低下することがありうる。
【０００６】
本開示は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、酸素や水が含まれる環境下でも使用可能なガスセンサ素子及びガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示のガスセンサ素子は、基板と、前記基板上に配置される第１電極と、前記第１電極と離間して前記基板上に配置される第２電極と、前記基板上に配置され、前記第１電極と前記第２電極とを接続するＭＸｅｎｅ膜と、酸素及び水を透過しない保護膜と、を備え、前記ＭＸｅｎｅ膜の外縁部は、前記保護膜、前記第１電極、及び前記第２電極のうちの少なくとも１つにより被覆されている、ガスセンサ素子である。
【０００８】
また、本開示のガスセンサは、上記のガスセンサ素子と、前記ガスセンサ素子と電源とを接続する回路と、を有するガスセンサである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、酸素や水が含まれる環境下でも使用可能なガスセンサ素子及びガスセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施形態１にかかるガスセンサの外観構成を模式的に示す平面図である。
図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。
図３は、実施形態１の変形例にかかるガスセンサの模式的な断面図であって、実施形態１の図２に対応する図である。
図４は、実施形態１にかかるガスセンサ素子の斜視図である。
図５は、ガスセンサ素子の平面図である。
図６は、図５のＢ－Ｂ断面図である。
図７は、図５のＣ－Ｃ断面図である。
図８は、基板上に形成されたＭＸｅｎｅ膜について示す斜視図である。
図９は、基板上に形成された第１電極及び第２電極について示す斜視図である。
図１０は、実施形態２にかかるガスセンサ素子の平面図である。
図１１は、図１０のＤ－Ｄ断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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