CN108369200B - 气体传感器以及气体传感系统 - Google Patents

Abstract

气体传感器(100)，具备：单元阵列(101)，具有被设置为矩阵状的多个单元(10)；读出电路(102)，读出来自多个单元(10)的信号；以及信号处理部(103)，对被读出的所述信号进行处理，多个单元(10)的每一个单元具有：气体分子检测部(101a)，在邻接的单元(10)之间，该气体分子检测部(101a)电分离；以及放大器电路(101b)，与所述气体分子检测部(101a)电连接。

Description

气体传感器以及气体传感系统

技术领域

本申请涉及气体传感器及采用了该气体传感器的气体传感系统。

背景技术

气体传感器，不仅导入到半导体工厂、化学机械设备等工业领域，还导入到家庭中，作为防止气体事故的装置而广泛使用。防止气体事故的装置中，根据使用用途检测的气体的种类被限制于H₂，氟利昂，一氧化碳(CO)，一氧化氮(NO)等，进而需要检测的浓度的数位是ppm(parts per million：百万分之一)～％，所以各种方式的气体传感器已经商品化(例如，利用了氧化锡(SnO₂)的半导体式、利用了触媒的催化燃烧式、电化学式等)。

近几年，不仅在防止气体事故的用途上，还在面向环境保护的环境监测用途、以及与呼吸系统疾病相关的挥发性有机化合物(VOC：Volatile Organic Compounds)的检测的用途上，推进了开发。在该用途中，需要检测的气体种类众多，进而需要检测的浓度的数位是ppt(parts per trillion：一兆分之一)～ppb(parts per billion：十亿分之一)等很小，所以需要高灵敏度的检测。

在专利文献1公开了传感器元件，通过算出金属氧化物的电阻值的变动，来检测目标化学物质的有无以及含有量。

此外，在专利文献2公开了离子传感器，在绝缘膜栅极场效应晶体管的栅极绝缘膜上设置金属栅极，在其延长线上形成离子传感膜。

此外，在专利文献3公开了利用场效应晶体管的化学传感器，在该场效应晶体管中，在栅极电极上构成了碳元素线状构造体。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开2012-112651号公报

专利文献2：日本特开昭59-142452号公报

专利文献3：日本特开2004-085392号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1公开的传感器元件中，为了充分获得针对目标化学物质的检测灵敏度，所以设置了温度控制单元。这是为了制作电阻值变化大的环境即反应多的环境，需要控制传感器元件使温度适合目标化学物质的反应。此外，在专利文献1的传感器元件中，为了进行复位动作，需要保持可逆反应的平衡状态，所以复位动作也由温度控制单元来进行。

从而，需要温度控制单元的专利文献1的气体传感器，尺寸变大，制作能够搬运的小型产品存在困难。进而因为进行温度控制，所以花费电力成本。

此外，在专利文献2公开的传感器元件中，在离子传感膜的表面，形成与离子浓度相称的电双层(电位差)，读取与该电位差的变化对应的源极漏极间的电流变化。为了针对电流的热噪声成分，提高信号成分，需要使电位差变大，需要使离子传感膜，即传感器的面积变大。从而，即使在利用专利文献2的传感器的构造的情况下，也与专利文献1的传感器的构造一样，尺寸变大，制作能够搬运的小型产品存在困难。

此外，在专利文献3公开的传感器元件，不需要增大栅极电极的平面的表面积，就能够高效地提高检测灵敏度，将长宽比非常大的纳米材料即碳纳米管(Carbon nanotube)为代表的碳元素线状构造体，用于栅极电极上。采用了专利文献3的传感器的构造的情况下，栅极电极的平面的表面积不会变大，但是为了获得充分的灵敏度，需要一定的面积，所以小型化存在困难。

本申请鉴于所述现有的技术而提出，其目的在于提供一种低成本、且小型的气体传感器。

解决问题所采用的手段

为了解决所述现有技术课题，本申请的一个技术方案涉及的气体传感器具备：单元阵列，具有被设置为矩阵状的多个单元；读出电路，读出来自所述多个单元的信号；以及信号处理部，对被读出的所述信号进行处理，所述多个单元的每一个单元具有：气体分子检测部，在邻接的单元之间，所述气体分子检测部电分离；以及放大器电路，与所述气体分子检测部电连接。

发明效果

通过本申请，能够提供一种低成本、且小型的气体传感器。

附图说明

图1是表示第一实施方式涉及的气体传感器的构成的一例的方框图。

图2是表示第一实施方式涉及的气体传感器的单元构成的一例的电路图。

图3是表示第一实施方式的变形例涉及的气体传感器的单元构成的一例的电路图。

图4是表示第一实施方式涉及的气体传感器的3个单元的区域的构造的一例的截面图。

图5A是表示第二实施方式涉及的气体传感器的单元构成的一例的电路图。

图5B是表示第二实施方式涉及的气体传感器的单元构成的一例的电路图。

图6A是表示第三实施方式涉及的气体传感器的单元构成的一例的电路图。

图6B是第三实施方式涉及的气体传感器的单元构成的一例的电路图。

图6C是表示第三实施方式涉及的气体传感器的3个单元的区域的构造的一例的截面图。

图7是表示第四实施方式涉及的气体传感器的单元构成的一例的电路图。

图8A是表示第四实施方式涉及的气体传感器的3个单元的区域的构造的一例的截面图。

图8B是表示第四实施方式的变形例涉及的气体传感器的3个单元的区域的构造的一例的截面图。

图8C是表示第四实施方式的变形例涉及的气体传感器的气体分子检测部的一例的平面图。

图9A是表示第四实施方式涉及的气体传感器的中空区域的形成方法的一例的截面图。

图9B是表示第四实施方式涉及的气体传感器的中空区域的形成方法的一例的截面图。

图9C是表示第四实施方式涉及的气体传感器的中空区域的形成方法的一例的截面图。

图9D是表示第四实施方式涉及的气体传感器的中空区域的形成方法的一例的截面图。

图9E是表示第四实施方式涉及的气体传感器的中空区域的形成方法的一例的截面图。

图9F是表示第四实施方式涉及的气体传感器的中空区域的形成方法的一例的截面图。

图9G是表示第四实施方式涉及的气体传感器的中空区域的形成方法的一例的截面图。

图9H是表示第四实施方式涉及的气体传感器的中空区域的形成方法的一例的截面图。

图10A是表示单元阵列中的多个单元的设置的一例的平面图。

图10B是表示多个单元的复位晶体管的电源电位的极性的定时图。

图11是表示第五实施方式涉及的气体传感系统的构成的一例的方框图。

具体实施方式

以下，参考附图说明本申请涉及的气体传感器以及使用其的气体传感系统的实施方式。另外，在本申请中，利用以下的实施方式以及附图来进行说明，但是这只是例示，本申请并非限于此。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形式、步骤、步骤的顺序等，都是一个例子，主旨不是限制本申请。本申请是由技术方案来限定的。在以下实施方式的构成要素中，表示本申请的最上位概念的独立技术方案没有记载的构成要素，不是达成本申请的课题的必需要素，可以说明为是构成优选的方案的要素。

(第一实施方式)

说明第一实施方式涉及的气体传感器。

图1是表示气体传感器的功能构成的一例的方框图。气体传感器100具备单元阵列101、读出从各单元10输出的信号的读出电路102、对读出的信号进行处理的信号处理部103，在该单元阵列101中单元10以矩阵状设置多个(例如，10行10列到1000行1000列程度的规模)，该单元10由气体分子检测部101a和放大器电路101b构成。单元10的数量没有特别限制，可以按照需要适宜地调整。

在单元10中，在气体分子检测部101a吸附了气体分子时，因为收发电荷而引起的输出的变化，在放大器电路101b中放大。被放大的信号，由设置在行和列的读出电路102读出，并且被读出的信号，由信号处理部103，作为所希望的数据而输出。例如，在信号处理部103是图像处理部的情况下，能够将读出的信号进行图像化。

图2是表示单元10的构成的一例的电路图。各个单元10具备：气体分子检测部101a、与气体分子检测部101a电连接的电荷蓄积区域200、将电荷蓄积区域200复位的复位晶体管201。气体分子检测部101a的电位被设定为复位晶体管201的电源电位。

在图2的例子中，作为放大器电路101b的一例，采用放大晶体管202。在气体分子检测部101a吸附了气体分子时收发的电荷，在电荷蓄积区域200蓄积。在电荷蓄积区域200蓄积的电荷量的变化引起的电压的变化，在放大晶体管202放大，并作为信号来输出。被输出的信号，由列信号线(未图示)，发送到信号处理部103。列信号线，可以在每个列设置一条，也可以在每个单元10设置一条列信号线，也可以在同列的多个单元10中设置一条列信号线。

在电荷蓄积区域200蓄积的电荷，通过复位晶体管201而被复位。在邻接的单元10之间，气体分子检测部101a电分离。在读出来自各个单元10的输出的情况下，还可以在单元10内具备选择晶体管。能够通过读出电路102，确定进行输出的单元10。

在气体分子检测后，使复位晶体管201导通，使气体分子检测部101a的电位发生变化。其结果，通过气体分子和气体分子检测部101a的库伦斥力，能够使气体分子脱离，所以没有专利文献1那样的温度控制单元，也能够进行复位动作。

如上所述，本实施方式涉及的气体传感器100进行的气体分子的检测方法，不是专利文献1的电阻值变化型，是电荷读出型。从而，在气体传感器100中，没有必要按照气体分子来控制温度，所以不需要专利文献1的温度控制单元，从而能够实现气体传感器100的小型化、以及低成本化。此外，以施加到复位晶体管201的电压脉冲的控制来复位，所以与以往温度控制的复位相比，能够缩短时间。

此外，要使输出变大，将电荷蓄积区域200的容量变小就可以，所以没有必要像专利文献2那样使传感部变大，也不需要像专利文献3那样追加构造体，能够实现小型化。

另外，不仅是单元10有多个的情况，而且单元10是单个的情况下，也同样能够进行气体分子的检测以及脱离。

图3是表示变形例涉及的单元11的构成的一例的电路图。单元11具备：气体分子检测部101a、电荷蓄积区域200、复位晶体管201、放大晶体管202、选择晶体管300、反馈放大器电路301、列信号线302、返回线303。

选择晶体管300的源极端子，与放大晶体管202的源极端子连接，选择晶体管300的漏极端子，与列信号线302连接。复位晶体管201的源极端子，与电荷蓄积区域200连接，复位晶体管201的漏极端子，与返回线303连接。

按每个列设置的反馈放大器电路301，反转输入与列信号线302连接，非反转输入与固定电压连接，输出与返回线303连接，所以输出将来自单元的信号反转放大而获得的反馈信号。通过这个构成，将蓄积在电荷蓄积区域200的信号电荷，由复位晶体管201进行复位的时候，经由反馈放大器电路301，向复位晶体管201的漏极端子提供与输出信号对应的反馈信号。其结果，复位晶体管201的热噪声引起的kTC噪声被抑制，能够进行高灵敏度的检测。

图4是表示气体传感器100的3个单元的区域的构造的一例的截面图。利用图4说明单元10的截面构造。同样的截面构造，可以适用于单元11。在半导体基板400上具备：电荷蓄积区域200、将电荷蓄积区域200复位的复位晶体管201、将蓄积在电荷蓄积区域200的电荷放大的放大晶体管202。电荷蓄积区域200，作为复位晶体管201的源极部201a来发挥作用。电荷蓄积区域200，经由接触插塞401，与放大晶体管202的栅极端子202a、以及气体分子检测部101a电连接。虽然没有图示，在单元11中，可以在同一个单元内具备选择晶体管300。

各个晶体管，例如，由SiO₂形成的浅沟道隔离(STI：Shallow Trench Isolation)区域即元件分离区域402，进行电分离。此外，在气体分子检测部101a与各晶体管之间，设置了层间绝缘膜403。接触插塞401，由铜(Cu)和钨(W)等金属或者多晶硅等半导体构成。在接触插塞401由多晶硅构成的情况下，接触插塞401的导电型，可以与电荷蓄积区域200的导电型相同。在这个情况下，从接触插塞401向电荷蓄积区域200扩散杂质，能够进行欧姆接触。此外，电荷蓄积区域200的杂质浓度较低，则能够抑制漏电。

此外，将接触插塞401由高电阻的材料构成的情况下，在检测气体时，接触插塞401可以作为温度控制单元来发挥作用。每个单位时间的发热量(Q)与电阻值(R)的关系成为Q＝R×I×I(I：电流量)。

气体分子检测部101a被设置在平坦化的绝缘膜404(作为一例是氮化硅(SiN))上。可以是气体分子检测部101a的上表面与绝缘膜404的上表面是相同的面，也可以是气体分子检测部101a的上表面位于比绝缘膜404的上表面高的位置。在这里说的“相同”包括制造上的误差，是实质上相同的含义。气体分子检测部101a与邻接的单元的气体分子检测部电分离。

气体分子检测部101a，由在气体分子吸附时，通过氧化还原反应能够进行电荷收发的材料来构成，例如由SnO₂、WO₃、ZnO、ZrO₂、TiN等氧化物和氮化物构成。通过该构成，在气体分子检测部101a吸附了气体分子的时候，通过氧化还原反应，在气体分子与气体分子检测部101a之间收发电荷。将由电荷蓄积区域200蓄积的电荷量的变化引起的电压的变化，作为信号输出来检测。

此外在气体分子检测部101a的表面上，优选的是通过成膜时的物理上的表面处理，形成凹凸。通过该构成，气体分子的吸附表面积扩大，能够提高灵敏度。

在气体分子检测部101a是TiN的情况下，在通常的使用环境下，最表面的Ti被氧化，所以成为氧化钛(TiO₂)。气体分子不能通过最表面的TiO₂的情况下，该气体分子不能检测。因而，最表面的TiO₂，作为对需要检测的气体分子进行辨别的过滤器来使用。

绝缘膜404，优选的是例如硅石和氧化铝等氧化物构成的吸附部件。作为一例考虑这种壳体，在该壳体中需要检测的气体分子电离成负，在同一空间内不需要检测的气体电离成正。绝缘膜404是硅石的情况下，硅石的表面带有负电，所以需要检测的气体分子，不吸附在绝缘膜404，吸附在带有正电的气体分子检测部101a的可能性高。不需要检测的气体带有正电，所以不吸附在气体分子检测部101a，吸附在绝缘膜404的可能性高。

其结果，能够抑制由不需要检测的气体引起的输出变化，使需要检测的气体的检测灵敏度提高。氧化铝的表面带有正电，所以需要检测的气体分子电离成正，不需要检测的气体电离成负的情况下，作为绝缘膜404采用氧化铝，就能够提高需要检测的气体分子的检测灵敏度。

这样，通过需要检测的气体的电离状态，来选择绝缘膜404的材料，从而能够确定检测的气体分子。不限定于绝缘膜404本身作为吸附部件来发挥作用的构成，可以在绝缘膜404上的气体分子检测部101a之间，另形成吸附部件，也能获得同样的效果。

绝缘膜404，也可以是由金属氧化物等构成的触媒。例如，TiO₂形成氧化力强的活性氧。可以考虑这种情况，在需要检测的气体分子的结合为活性氧难以氧化降解、不需要检测的气体分子的结合为容易氧化降解的活性氧的情况，并且各个气体存在于同一个环境内的情况。通过氧化钛形成的活性氧，不需要检测的气体分子被氧化降解，所以难以吸附在气体分子检测部101a，提高了需要检测的气体分子的检测灵敏度。

不限于绝缘膜404本身作为触媒来发挥作用的构成，可以在绝缘膜404上的气体分子检测部101a之间，另形成触媒也能获得同样的效果。此外，不限于在气体分子检测部之间形成触媒的构成，至少1个单元的气体分子检测部101a，由具有与触媒同样的效果的材料(例如TiO₂)构成，也能获得同样的效果。

(第二实施方式)

图5A以及图5B是表示第二实施方式涉及的气体传感器100a以及100b的构成的一例的方框图。各个单元10具有气体分子检测部101a、放大晶体管202、电荷蓄积区域200、复位晶体管201，气体传感器100a以及100b，具备与复位晶体管201连接的电源电位控制电路(第一控制电路)500。

如图5A所示，电源电位控制电路500，与各个单元10的复位晶体管201的漏极端子连接，所以能够由电源电位控制电路500，在每个单元10设定所希望的复位电位。如图5B所示，复位晶体管201的漏极端子与电源电位控制电路500的连接布线，以列为单位共用的情况下，能够按照每个列，设定所希望的复位电位。

如果是所述构成，能够按每个单元10、或者每个列来控制与电荷蓄积区域200电连接的气体分子检测部101a的电位。按每个单元10进行控制的情况下，比起按每个列进行控制的情况，布线数会增加，但是单元阵列101的复位电位设定的自由度会提高。

下面说明电源电位控制电路500进行的复位电位的设定例。

(例1)

考虑这样的情况，需要检测的气体分子例如带有负电，在同一个环境内，存在带有正电的不需要检测的气体分子的情况。在单元阵列101中，包含用于检测的至少1个单元10的第一区域中的气体分子检测部101a的电位设为正，包含其他的单元10的第二区域中的气体分子检测部101a的电位设为负，不需要检测的气体分子由库伦力被吸引到该第二区域中的气体分子检测部101a，需要检测的气体分子由库伦力被吸引到该第一区域中的气体分子检测部101a。因而，在这个壳体中，能够提高针对需要检测的气体分子的检测灵敏度。

在负极性的气体分子中，包含不需要检测的气体分子的情况下，用以下的方法来分离。将气体分子吸引到气体分子检测部101a的库伦力，按照分子的构成，在每个气体分子是有差异的。因而，使气体分子检测部101a的电位稍微向正侧变化一点，尽可能缩短检测气体分子的定时，从而库伦力强的分子，先吸引到气体分子检测部101a，使输出发生变化。对于此，库伦力弱的分子，被吸引到气体分子检测部101a，使输出发生变化，更花费时间，所以输出变化的峰值有时间差。需要检测的分子的输出变化时间的数据可以事先获得，从而能够确定分子。作为气体鉴定方法的其他例子，可以在气体传感器的封装体具备选择气体分子的过滤器。

(例子2)

在检测重复氧化还原反应的气体分子(作为一例为p－氨基苯酚)的情况下，在带有正电的气体分子检测部101a吸附了气体分子时，气体分子被氧化，成为别的气体分子(p-醌亚胺)。其他的气体分子(p-醌亚胺)，在带有负电的气体分子检测部101a吸附的时候还原，变为原来的气体分子(p－氨基苯酚)。

通过这个构成，气体分子，不会因一次吸附到气体分子检测部101a就结束，会持续进行氧化还原反应，所以使气体分子每一个的电荷变化量增加，从而能够提高灵敏度。

在这个情况下，按每个邻接的列、或者每个邻接的单元，复位晶体管的电源电位的极性不同，即，优选的是气体分子检测部101a的电位的极性不同。能够在附近的单元之间重复氧化还原反应，则能够在短时间内蓄积检测所需要的量的电荷。

(第三实施方式)

图6A是表示第三实施方式涉及的气体传感器100c的单元12构成的一例的方框图。各个单元12具有电荷传输控制单元600，在复位晶体管201动作时，抑制气体分子检测部101a的电荷的移动。

关于气体传感器100c的具体例子，在图6B表示单元12的电路构成，图6C表示3个单元的区域的截面构造。各单元12具备传输晶体管601，该传输晶体管601作为电荷传输控制单元600的一例，位于气体分子检测部101a与电荷蓄积区域200之间。气体分子检测部101a，通过导电性接触插塞401与传输晶体管601的扩散区域601a连接。复位晶体管201处于导通状态的时候，传输晶体管601被控制为截止状态。电荷传输控制单元600，不限于传输晶体管601，在复位晶体管201动作时，能够抑制气体分子检测部101a的电荷的移动，则也可以使用其他元件。

通过这个构成，不仅在复位动作结束之后，还能检测在复位动作开始到复位动作结束为止的气体分子检测部101a中的电荷变化，所以想要检测的气体分子是低浓度的情况下尤其有效。此外，采用相关双重取样，还能够除去噪声。

(第四实施方式)

图7是表示第四实施方式涉及的气体传感器100d的单元13的构成的一例的电路图。

单元13具备：与气体分子检测部101a电连接的电荷蓄积区域200、对电荷蓄积区域200进行复位的复位晶体管201、对输出进行放大的放大晶体管202、与气体分子检测部101a的上方相对的上部电极700、控制上部电极(第一电极)700的电位的电极电位控制电路(第二控制电路)701。

图8A是表示气体传感器100d的3个单元的区域构造的一例的截面图。气体传感器100d，在图4表示的气体传感器100追加了电极700而构成。电极700，由没有在图8A表示的其他截面设置的支承部被支撑。在气体分子检测部101a与上部电极700之间存在空的区域(中空区域710)，是与需要检测的气体分子存在的环境连通的区域。

设需要检测的气体分子带有负电，不需要检测的气体分子带有正电，各自的气体分子在同一个环境内。在单元阵列101的外周部设置的单元13的复位晶体管201的电源电位，与上部电极700的电位是正极性，需要检测的气体分子带有负电，所以诱导到中空区域710。对于此，不需要检测的正极性的气体分子，通过库伦斥力，阻挡导入到中空区域710。

图8B、图8C分别是本实施方式的变形例涉及的气体传感器100e的截面图以及平面图。气体传感器100e，在平面视时，还具备外周电极(第二电极)700a，该外周电极700a围着上部电极700，与上部电极700电分离(绝缘)。上部电极700、以及外周电极700a，分别具有与电极电位控制电路701连接的连接布线。

通过这个构成，例如，带有正电的上部电极700，吸附了带有负电的需要检测的气体分子之后，将上部电极700的电位从正变为负，使吸附的气体分子通过库伦斥力来脱离，从而增加气体分子检测部101a吸附的分子数，提高灵敏度。在这个期间，外周电极700a维持正极性，则带有负电的需要检测的气体分子，能够持续不断地导入到中空区域710。

下面说明气体传感器100d以及100e中的中空区域710的形成方法。

图9A到图9H是气体传感器100d以及100e中的中空区域710的形成方法的一例的工序流程图。中空区域710，例如按照图9A到图9H，如下形成。

形成第一实施方式涉及的气体传感器100(图9A)。气体传感器100的形成方法，没有特别限定。气体传感器100，例如采用一般的图像传感器的制造方法来形成。

在气体分子检测部101a之上，形成牺牲层711(例如非晶硅)(图9B)。牺牲层711在之后由蚀刻来去除。去除了牺牲层711的区域，构成中空区域710。为了形成支承上部电极700的支承部，去除在图9B没有表示的其他截面中的牺牲层711的一部分(例如，单元的边角部分)。

在牺牲层711之上以及除去牺牲层711的部分，形成(包含平坦化)保护膜712(例如，氧化硅)(图9C)。此时，在其他的截面中，嵌入到除去牺牲层711的部分的保护膜，之后成为支承部712a。

在保护膜712上，作为电极材料702使Al等成膜(图9D)。

通过对电极材料702进行图案化，形成上部电极700。在气体传感器100e，还形成围着上部电极700的外周电极700a(图9E)。

在上部电极700(以及外周电极700a)上，形成保护膜713(例如氮化膜)(图9F)。

用光刻来形成贯通保护膜713以及保护膜712的导入孔713a(图9G)。

经由导入孔713a，向牺牲层711的材料和保护膜712的材料导入具有选择比的气体蚀刻剂(例如，ClF₃)，除去牺牲层711，形成中空区域710(图9H)。此时，上部电极700(以及外周电极700a)的下表面，通过保护膜712，从气体蚀刻法中得到保护。上部电极700(以及外周电极700a)，由支承部712a支撑。中空区域710，通过导入孔713a以及气体传感器100e的侧面形成的开口，与需要检测的气体分子存在的环境连通。

通过以上的工序，形成具有中空区域710、上部电极700(以及外周电极700a)的气体传感器100d、100e。

具有中空区域710的气体传感器100d、100e中，按照邻接的每个单元，使复位晶体管的电源电位的极性按时间变化，从而能够操作中空区域710中的气体分子的动作。下面说明气体传感器100d、100e的气体分子的动作的操作。

图10A是表示单元阵列101的X-X’线上的9个单元(a，b，c，d，e，f，g，h，i)的设置的平面图。在X-X’方向上，单元a位于单元阵列101的外周部侧，单元i位于单元阵列101的中央部侧。

图10B是表示时刻t0～t14中的该9个单元(a，b，c，d，e，f，g，h，i)的复位晶体管201的电源电位极性，即单元a～i的气体分子检测部101a的电位的极性的变化的定时图的一例。通过该定时图，在t7之后，外周部侧的单元a的复位晶体管201的电源电位是负极性，针对带有正电的不需要检测的气体分子，处于锁定状态。

将需要检测的气体分子诱导到中空区域710之后，使外周部侧的单元a的复位晶体管201的电源电位，设为与需要检测的气体分子是同一极性，能够将气体分子持续滞留在中空区域710。

之后，从单元阵列101的外周部向着中央部，使复位晶体管201的电源电位的极性依次变化。通过这个构成，库仑引力与库伦斥力的发生定时有变化，能够将从最外周导入的气体分子诱导到单元阵列101的中央部。其结果，不需要泵等用于导入气体的设备，从而能够实现气体传感器的小型化。

(第五实施方式)

图11是表示第五实施方式涉及的气体传感系统的构成的一例的方框图。气体传感系统1000具备：气体传感器1002、向气体传感器1002的单元阵列101以层流来导入被检测气体1009的整流装置1001、以及显示气体传感器1002的输出的显示装置1003。气体传感器1002，可以使用所述实施方式的气体传感器100、100a～100e中的任一个。

整流装置1001能够作出层流，所以能够以不破坏气体分子的分布的状态，将远处的被检测气体1009导入到气体传感器1002。其结果，气体传感系统1000，能够检测气体分子的空间分布。层流可以将雷诺兹数Re制作成2000以下。雷诺兹数Re利用流体的密度ρ(kg/m³)、流体的速度v(m/s)、直径L(m)、流体的粘性系数μ(kg/ms)，表示为Re＝ρvL/μ。

以上说明了本申请实施方式涉及的气体传感器以及使用其的气体传感系统，但本申请不限于上述实施方式。

此外，所述实施方式涉及的气体传感器中包含的各处理部，典型的是作为集成电路即LSI来实现。这些可以分别单片化，或者以包括一部分或者全部的方式单片化。

此外，集成电路化不限于LSI，可以用专用电路或者通用处理器来实现。也可以使用在LSI制造后可编程的FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、或者使用可重构LSI内部的电路单元的连接以及设定的可重构处理器。

此外，在所述截面图中，各构成要素的边角部以及边用直线来记载，但是本申请包括因为制造上的理由，边角部以及边呈圆形。

此外，可以组合所述实施方式涉及的气体传感器100、100a～100e、以及那些变形例的功能中的至少一部分。

此外，所述采用的数字，都是为了具体说明本申请而示出的例子，并不限于本申请示出的数字。进而用高/低来表示的逻辑电平或者导通/截止来表示的开关状态也是为了具体说明本申请的例子，通过例示的逻辑电平或者开关状态的不同的组合，能够获得同等的结果。此外，所述表示的各个构成要素的材料都是具体说明本申请而示出的例子，本申请并不限于示出的材料。此外，构成要素之间的连接关系是为了具体说明本申请示出的例子，实现本申请的功能的连接关系并不限于此。

此外，在所述说明中示出了使用了金属氧化物半导体场效应晶体管的例子，但也可以使用其他晶体管。

进而，在不脱离本申请的主旨的范围内，针对本实施方式实施了本领域技术人员所能想出的范围内的变更的各种变形例，也包含在本申请中。

工业实用性

本申请能够适用于气体传感器以及使用该气体传感器的气体传感系统。

符号说明

10～13 单元

100，100a～100e 气体传感器

101 单元阵列

101a 气体分子检测部

101b 放大器电路

102 读出电路

103 信号处理部

200 电荷蓄积区域

201 复位晶体管

202 放大晶体管

300 选择晶体管

301 反馈放大器电路

302 列信号线

303 返回线

400 半导体基板

401 接触插塞

402 元件分离区域

403 层间绝缘膜

404 绝缘膜

500 电源电位控制电路

600 复位时电荷蓄积单元

601 传输晶体管

700 上部电极

700a 外周电极

701 电极电位控制电路

702 电极材料

710 中空区域

711 牺牲层

712 保护膜

712a 支承部

713 保护膜

713a 导入孔

1000 气体传感系统

1001 整流装置

1002 气体传感器

1003 显示装置

1009 被检测气体

Claims (16)

1.一种气体传感器，具备：

单元阵列，具有被设置为矩阵状的多个单元；

读出电路，读出来自所述多个单元的信号；

信号处理部，对被读出的所述信号进行处理；以及

第一控制电路，

所述多个单元的每一个单元具有：

气体分子检测部，在邻接的单元之间，所述气体分子检测部电分离；以及

放大器电路，与所述气体分子检测部电连接，

所述单元阵列具有至少包含一个单元的第一区域、以及包含其他单元的第二区域，

所述第一控制电路，针对所述第一区域中的单元的所述气体分子检测部与所述第二区域中的单元的所述气体分子检测部，赋予不同的极性的电位。

2.如权利要求1所述的气体传感器，

所述多个单元的每一个单元，具备：

电荷蓄积区域，与所述气体分子检测部电连接；以及

复位晶体管，对所述电荷蓄积区域进行复位，

所述放大器电路是放大晶体管，对所述电荷蓄积区域中蓄积的电荷进行放大。

3.如权利要求2所述的气体传感器，

所述气体分子检测部，被设置在所述电荷蓄积区域的上方，并且由导电性的接触插塞与所述电荷蓄积区域连接。

4.如权利要求2所述的气体传感器，

所述气体传感器还具备开关，使所述气体分子检测部与所述电荷蓄积区域电连接、或者电分离。

5.如权利要求4所述的气体传感器，

所述开关是传输晶体管，

所述气体分子检测部，被设置在所述电荷蓄积区域的上方，并且由导电性的接触插塞与所述传输晶体管的扩散区域连接。

6.如权利要求2至5的任一项所述的气体传感器，

所述第一控制电路，按照所述单元阵列的每个列，控制所述复位晶体管的电源电位。

7.如权利要求6所述的气体传感器，

所述第一控制电路，针对所述单元阵列中邻接的每个列的所述气体分子检测部，赋予不同的极性的电位。

8.如权利要求2至5的任一项所述的气体传感器，

所述第一控制电路，按照所述单元阵列的每个单元，控制所述复位晶体管的电源电位。

9.如权利要求8所述的气体传感器，

所述第一控制电路，针对所述单元阵列中邻接的每个单元的所述气体分子检测部，赋予不同的极性的电位。

10.如权利要求2所述的气体传感器，

所述气体传感器还具备反馈放大器电路，向所述复位晶体管的漏极端子，提供与所述放大晶体管的输出信号对应的反馈信号。

11.如权利要求1所述的气体传感器，

所述气体传感器还具备：

第一电极，被设置在所述气体分子检测部的上方；以及

第二控制电路，控制所述第一电极的电位，

所述气体分子检测部与所述第一电极之间是空的。

12.如权利要求11所述的气体传感器，

所述气体传感器还具备第二电极，

所述第二电极被设置在所述气体分子检测部的上方，并且在平面视时围着所述第一电极，并且与所述第一电极电分离。

13.如权利要求12所述的气体传感器，

所述第一电极的电位的极性，与所述第二电极的电位的极性不同。

14.如权利要求1所述的气体传感器，

所述气体传感器还具备吸附部件，所述吸附部件被设置在邻接的所述气体分子检测部之间，

在所述吸附部件的表面的带电的电荷的极性，与所述气体分子检测部的极性不同。

15.如权利要求1所述的气体传感器，

所述气体传感器还具备触媒，所述触媒被设置在邻接的所述气体分子检测部之间，

所述触媒，分解规定的气体分子。

16.一种气体传感系统，具备：

权利要求1所述的气体传感器；以及

整流装置，生成层流，

通过所述整流装置，将气体分子导入到所述气体传感器。

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