東芝の新型水素ガスセンサー、低消費電力で高速検知を実現

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株式会社東芝(本社:東京都港区、代表取締役社長:綱川智)は6月20日、検知速度を落とすことなく、従来の約100分の1以下の低消費電力で水素ガスを検知する水素センサーを開発し、これを台湾開催のMEMS国際会議「Transducers2017」で発表した。

その仕様は、センサー膜にパラジウム系金属ガラスを用いた独自MEMS構造を採用することで、従来トレードオフの関係にあった高速検知と低消費電力を両立させた。

また同センサーは、半導体製造ラインで生産できるため、低コストで大量生産が可能になっている。

現在、地球温暖化防止の観点などから、水素社会の実現に向けた技術開発が世界的に進んでいる。

一方、水素は可燃性ガスであるため、安全に使用するためには漏洩時に速やかに検知する必要があり、高速検知が可能な水素センサーが求められてきた。

また、水素検知器は電池で駆動させることで多様な場所に設置することが可能になるが、電池の電力で常時水素を検知するためには、低消費電力であることが必要である。

しかし、従来の水素センサーではセンシング動作時にヒーターによる加熱が行われるため、消費電力が数10mW~数Wと大きいことが課題となっていた。

さらに検知速度を向上させるためには頻繁に加熱しなければならず、検知速度と消費電力にはトレードオフの関係があった。

そこで東芝は、半導体事業で培った加工技術を応用することで、センサー膜にパラジウム系金属ガラスを用いた独自のMEMS構造を開発し、高速検知と低消費電力の両立を実現した。

同センサーは常時加熱することなく水素を検知することができ、消費電力が小さい容量型MEMS構造を採用しているため、従来の約100分の1以下である100μWオーダーの低い消費電力で動作することが可能だ。

加えて同センサーは、パラジウム系金属ガラスをセンサー膜として採用している。

一般にパラジウムは水素吸蔵合金として知られているが、水素と結合するため応答時間が遅く、また放出のために加熱が必要という問題があった。

これに対して東芝は、パラジウムに替わり、アモルファス(注6)合金であるパラジウム系金属ガラスを採用することで、水素との結合を抑制し、従来の高速検知が可能な水素センサーと同水準である数秒での検知を実現した。

なお、このセンサーは半導体製造ラインで生産することができ、1枚のウエハーから多数のセンサーを製造できるため、低コストで大量生産することが可能ある。

同社は、「今回得られた知見から構造、製造プロセスのさらなる最適化を行い、燃料電池車(FCV)や水素ステーションなど水素関連の市場が拡大していく2020年以降の実用化に向け、研究開発を進めていきます」と述べている。