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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Infrarot-Gassensor.
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Aus
der japanischen Patentanmeldung Nr. H9-184803 ist ein Infrarot-Gassensor
bekannt, der eine Infrarotquelle, einen Infrarotsensor zur Erfassung
von Infrarotlicht und ein Reflexionselement, das gegenüber der
Infrarotquelle angeordnet ist, um das Infrarotlicht zu dem Infrarotsensor
zu reflektieren, enthält.
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Der
Infrarot-Gassensor (im Folgenden als Gassensor bezeichnet) umfasst
eine Lichtquelle (Infrarotquelle), die gegenüber einem konkaven Reflexionsspiegel
(Reflexionselement) angeordnet ist. Ein Lichtempfänger (Infrarotsensor)
ist an oder in der Nähe
einer Position vorgesehen, um einen Fluss reflektierten Infrarotlichts,
das von der Lichtquelle ausgesendet wird, in ein elektrisches Signal
umzuwandeln. Ein Gas, das das zu testende Gas enthält, wird in
Räume zwischen
der Lichtquelle, dem Lichtempfänger
und dem konkaven Reflexionsspiegel gefüllt, um die Absorptionsverhältnisse
des Infrarotlichts durch das Gas zu messen.
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Bei
dem Gassensor der japanischen Patentanmeldung Nr. H9-1874803 ist
jedoch die Lichtquelle und der Lichtempfänger getrennt (auf verschiedenen
Chips) vorgesehen. Daher ist es schwierig, den Gassensor zu verkleinern.
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In
einem solchen Gassensor hat eine Erhöhung der Energiemenge des Infrarotlichts,
die dem Infrarotsensor zugeführt
wird, auch eine Erhöhung der Änderung
des Aus gangssignals des Infrarotsensors zur Folge. Daher ist die
Empfindlichkeit des Gassensors verbessert. Es ist jedoch bei diesem Gassensor
erforderlich, die Lichtquelle und den Lichtempfänger bezüglich des konkaven Reflexionsspiegels
zu positionieren. Die Einbaupositionen unterliegen leicht Fehlern.
Folglich ändern
Abweichungen der Einbaupositionen die Energiemenge des Infrarotlichts,
das dem Lichtempfänger
zugeführt
wird, so dass sich die Sensorempfindlichkeit ändern kann.
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Angesichts
des oben beschriebenen Problems ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, einen Infrarot-Gassensor geringer Größe und stabiler Empfindlichkeit
bereitzustellen.
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Ein
Infrarot-Gassensor umfasst: Eine Infrarotlichtquelle mit einem Widerstandselement,
das Infrarotlicht aussendet, wenn es erwärmt wird, einen Infrarotlichtsensor
mit einer Erfassungsvorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen
Signals in Übereinstimmung
mit einer Temperaturänderung
der Erfassungsvorrichtung, die dem Infrarotlicht entspricht, wenn
der Sensor das Infrarotlicht empfängt, ein Reflexionselement
zur Reflexion des von der Lichtquelle ausgesendeten Infrarotlichts,
um dem Sensor das Infrarotlicht zuzuführen, ein Gehäuse zur
Unterbringung des Lichtquelle, des Lichtsensors und des Reflexionselements,
und ein Substrat. Das Reflexionselement liegt der Lichtquelle gegenüber. Das
Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung sind auf dem Substrat
angeordnet.
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In
dem oben genannten Sensor sind das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung
auf demselben Substrat angeordnet, d.h. sie sind auf demselben Substrat
integriert. Demzufolge kann die Anordnung des Widerstandselements
(d.h. die Lichtquelle) und der Erfassungsvorrich tung (d.h. der Lichtsensor)
kompakt ausgelegt werden, so dass die Größe des Gassensors verringert
werden kann.
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Ferner,
da das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung auf demselben
Substrat angeordnet sind, so dass ihre relative Position vorbestimmt
ist, kann die relative Positionierungsgenauigkeit zwischen der Lichtquelle
und dem Lichtsensor im Vergleich zu einem Sensor, bei dem die Lichtquelle und
der Sensorchip getrennt auf unterschiedlichen Substraten angeordnet
sind, verbessert werden. Somit sind die Schwankungen der Sensorempfindlichkeit
reduziert.
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Das
Reflexionselement ist vorzugsweise ein konkaver Spiegel. In diesem
Fall wird die Lichtmenge des Infrarotlichts, das den Lichtsensor
erreicht, d.h. ein Koeffizient eines empfangenen Infrarotlichts, durch
Verwendung des konkaven Spiegels größer, so das die Sensorempfindlichkeit
verbessert ist. Ferner ist die Schwankung der Sensorempfindlichkeit verbessert.
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Das
Substrat umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Membranen als einen
dünnen
Abschnitt des Substrats. Das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung
sind auf unterschiedlichen Membranen angeordnet. In diesem Fall
sind das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung von dem
Substrat thermisch isoliert. Daher kann die Infrarotlichtquelle
das Infrarotlicht wirksam aussenden, und ferner hat der Infrarotlichtsensor
eine hohe Ausgangsleistung.
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Die
Erfassungsvorrichtung ist vorzugsweise ein Thermoelement, das einen
Messpunkt und einen Referenzpunkt aufweist. Der Messpunkt ist auf
einer Membran angeordnet, und der Referenzpunkt ist auf dem Substrat,
jedoch nicht auf der Membran angeordnet.
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Die
Erfassungsvorrichtung enthält
vorzugsweise einen Teil, der aus dem gleichen Material wie das Widerstandselement
hergestellt ist. Die Erfassungsvorrichtung enthält ferner einen Teil, der in
der gleichen Ebene wie das Widerstandselement angeordnet ist. In
diesem Fall kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden. Insbesondere,
wenn die Erfassungsvorrichtung und das Widerstandselement aus dem
gleichen Material gebildet sind, um in der gleichen Ebene angeordnet
zu werden, werden das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung zeitgleich
in demselben Prozess hergestellt, so dass der Herstellungsprozess
vereinfacht ist. Somit sind die Herstellungskosten des Sensors verringert.
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Das
Substrat ist vorzugsweise ein Halbleitersubstrat, und das Widerstandselement
und die Erfassungsvorrichtung sind durch einen Isolierungsfilm getrennt
auf dem Halbleitersubstrat angeordnet. In diesem Fall werden das
Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung mit hoher Positionierungsgenauigkeit
durch ein herkömmliches
Halbleiterverarbeitungsverfahren ausgebildet. Somit kann der Gassensor
mit einer hohen Sensorempfindlichkeit und kostengünstig hergestellt
werden.
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Der
Sensor umfasst vorzugsweise ferner einen Schaltungschip. Das Substrat
mit dem Widerstandselement und der Erfassungsvorrichtung ist so auf
den Schaltungschip montiert, dass der Schaltungschip mit dem Substrat
innerhalb des Gehäuses angeordnet
ist. Insbesondere, wenn das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung
auf demselben Substrat angeordnet sind, werden die Anordnungsbereiche
der Infrarotlichtquelle und des Infrarotlichtsensors kleiner. Daher
können
der Schaltungschip zum Betrieb der Infrarotlichtquelle und des Infrarotlichtsensors
in einem Raum des Gehäuses untergebracht
werden.
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Die
oben aufgeführten
und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
ersichtlicher aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug
auf die beigefügten Zeichnungen.
In den Zeichnungen sind:
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1 eine
schematische Ansicht, die einen Gassensor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2A eine
Draufsicht, die einen Sensorchip gemäß der bevorzugten Ausführungsform
zeigt, und 2B eine Querschnittsansicht
entlang der Linie IIB-IIB in 2A des
Sensorchips;
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3 eine
Querschnittsansicht, die einen Sensorchip eines Gassensors gemäß einer
Modifikation der bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
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4 eine
schematische Ansicht, die einen Gassensor gemäß einer weiteren Modifikation
der bevorzugten Ausführungsform
zeigt.
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Nachfolgend
sind Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
ausführlich
beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird in einem Infrarot-Gassensor mit
einer sogenannten Reflexionsstruktur angewendet. In einem solchen
Infrarot-Gassensor
strahlt eine Infrarotquelle Infrarotlicht aus. Ein Reflexionselement ist
gegenüber
der Infrarotquelle angeordnet und reflektiert das Infrarotlicht.
Ein Infrarotsensor erfasst das reflektierte Licht.
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1 zeigt
schematisch die Konfiguration eines Infrarot-Gassensors (im Folgenden
als Gassensor bezeichnet) gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 1 gezeigt ist, umfasst ein Gassensor 100 ein
Reflexionselement, um Infrarotlicht zu reflektieren, und umfasst
ein Gehäuse 10,
eine Kappe 20 und einen Sensorchip 30. Das Gehäuse 10 ist so
gestaltet, dass ein zu untersuchendes Gas eindringen kann. Die Kappe 20 ist
in dem Gehäuse 10 angeordnet
und begrenzt das Infrarotlicht. Der Sensorchip 30 ist in
dem Gehäuse 10 angeordnet.
Der Sensorchip 30 ist als eine Integration einer Infrarotquelle
zur Aussendung von Infrarotlicht und eines Infrarotsensors zur Erfassung
von Infrarotlicht ausgelegt.
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Das
Gehäuse 10 umfasst
einen Sockel 11 als Basis und einen zylindrischen Behälter 12,
der auf dem Sockel 11 befestigt ist.
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Der
Behälter 12 weist
auf der Seite eine Mehrzahl von Gaseintritt- bzw. Austrittöffnungen 12a (zwei
in 1) auf. Der Gaseintritt- bzw. Austrittöffnung 12a ermöglicht einem
Gas, das das zu untersuchende Gas enthält, in das Gehäuse 10 zu
strömen. Das
Gehäuse 10 enthält einen
konkaven Spiegel 12b auf der inneren, oberen Oberfläche gegenüber dem Sockel 11.
Der konkave Spiegel 12b fungiert als Reflexionselement,
um Infrarotstrahlung zu reflektieren. Der konkave Spiegel 12b ist
so gestaltet, dass er einen bestimmten Radius hat. Dies hat den
Zweck, von der Infrarotquelle des Sensorchips 30 ausgesendetes
Infrarotlicht zu reflektieren und das Infrarotlichts auf den Infrarotsensor
des Sensorchips 30 zu richten. Die Infrarotquelle und der
Infrarotsensor sind nachstehend beschrieben.
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Die
Kappe 20 begrenzt die Richtungen des von der Infrarotquelle
ausgesendeten Infrarotlichts. Darüber hinaus begrenzt die Kappe 20 einen
Einfallsbereich des Sensorchips 30 für das von dem konkaven Spiegel 12b reflektierte
Infrarotlicht. Die Kappe 20 ist so ausgelegt, dass sie
Infrarotstrahlung bis auf ein Strahlungsfenster 21 und
ein Eintrittsfenster 22 blockiert. Das Strahlungsfenster 21 ist
in Übereinstimmung
mit der Infrarotquelle positioniert. Das Eintrittsfenster 22 ist
in Übereinstimmung
mit dem Infrarotsensor positioniert. Das Strahlungsfenster 21 umfasst
einen Infrarottransmissionsfilter 21a. Das Eintrittsfenster 22 umfasst
ein Bandpassfilter 22a, um selektiv nur das Infrarotlicht
hindurch zu lassen, welches eine spezifische Wellenlänge aufweist.
Die Kappe 23 weist eine Trennwand 23 auf, die
sich von oben in 1 in Richtung der Oberfläche des
Sensorchips 30 erstreckt. Wenn die Infrarotquelle isotrop
das Infrarotlich aussendet, verhindert die Trennwand 23, dass
das Infrarotlicht direkt auf den in der Kappe 20 angeordneten
Infrarotsensor auftrifft.
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Der
Sensorchip 30 ist auf dem Sockel 11 in dem Gehäuse 10 befestigt
und umfasst einen Lichtquellenabschnitt 31 und einen Lichtempfangsabschnitt 32 auf
einem einzigen Chip. Der Lichtquellenabschnitt 31 fungiert
als Infrarotquelle, die Infrarotlicht aussendet. Der Lichtempfangsabschnitt 32 fungiert
als Infrarotsensor, um das Infrarotlicht zu empfangen, das von dem
Lichtquellenabschnitt 31 ausgesendet und an dem konkaven
Spiegel 12b reflektiert wird. Das heißt, der Lichtquellenabschnitt 31 und der
Lichtempfangsabschnitt 32 sind auf dem Sensorchip 30 als
einzigem Chip integriert. Dies ermöglicht es, den Raum zur Montage
des Lichtquellenabschnitts 31 und des Lichtempfangsabschnitts 32 in dem
Gehäuse 10 zu
verringern, so dass die Größe des Gassensors 100 minimiert
werden kann.
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Wie
oben erwähnt
sind der Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 auf dem
Sensorchip 30 als einem einzigen Chip integriert. Dies
legt die relative Position des Lichtquellenabschnitts 31 und
des Lichtempfangsabschnitts 32 fest. Demzufolge können der
Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 auf
dem Sockel 11 in dem Gehäuse 10 angeordnet
werden, indem lediglich der Sensorchip 30 relativ zu dem
konkaven Spiegel 12b positioniert wird. Dies verbessert die
Positionierungsgenauigkeit des Lichtquellenabschnitts 31 und
des Lichtempfangsabschnitts gegenüber dem konkaven Spiegel 12b.
Das heißt,
dies verringert Schwankungen bzw. Veränderungen der dem Lichtempfangsabschnitt 32 zugeführten Energie
an infraroter Strahlung. Folglich ist es möglich, die Veränderungen
der Sensorempfindlichkeit für
jeden Gassensor 100 zu reduzieren.
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Insbesondere
kann als Reflexionselement der konkave Spiegel 12b, der
einen bestimmten Radius aufweist, verwendet werden, um die dem Lichtempfangsabschnitt 32 zugeführte Energiemenge
an infraroter Strahlung (d.h. den Infrarotlicht-Empfangswirkungsgrad)
zu erhöhen.
Die Genauigkeit in der Position des Lichtquellenabschnitts 31 und
des Lichtempfangsabschnitts 32 hat einen starken Einfluss auf
Veränderungen
in der Sensorempfindlichkeit. Gemäß dem in dieser Ausführungsform
gezeigten Aufbau kann die Verwendung des konkaven Spiegels 12b den
Infrarotlicht-Empfangswirkungsgrad
(d.h. die Sensorempfindlichkeit) erhöhen und Veränderungen in der Sensorempfindlichkeit
verringern. Der Sensorchip 30 ist nachstehend ausführlicher
beschrieben.
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Der
Sensorchip 30 ist über
einen Verbindungsdraht 33 elektrisch mit einem Anschluss 34 verbunden.
Der Anschluss 34 fungiert als festgelegte externe Ausgangsanschlussklemme,
die durch den Sockel 11 geführt ist.
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Somit
umfasst der Gassensor 100 gemäß der Ausführungsform auf der oberen inneren
Oberfläche
des Gehäuses 10 den
konkaven Spiegel 12b. Der Sensorchip 30 umfasst
den Lichtquellenabschnitt 31 und den Lichtempfangsabschnitt 32.
Der Sensorchip 30 ist auf dem Sockel 11 für das Gehäuse 10 mit
hoher Positionsgenauigkeit gegenüber
dem konkaven Spiegel 12b angeordnet. Das Infrarotlicht wird
von dem Lichtquellenabschnitt 31 ausgesendet, tritt durch
den Infrarotlicht-Transmissionsfilter 21a, der an dem Strahlungsfenster 21 angebracht
ist, und wird an dem konkaven Spiegel 12b reflektiert.
Das Bandpassfilter 22a ist an dem Eintrittsfenster 22 der Kappe 20 angebracht
und lässt
nur das Infrarotlicht des gesamten reflektierten Lichts hindurch,
das eine bestimmte Wellenlänge
besitzt. Das transmittierte Infrarotlicht erreicht wirksam den Lichtempfangsabschnitt 32.
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Die
Infrarotlichtstrahlen durchlaufen das zu untersuchende Gas, das
durch die Gaseintritts- bzw. Austrittsöffnung 12a in das
Gehäuse
eintritt, zweimal. Das Infrarotlicht, das die bestimmte Wellenlänge aufweist,
wird dabei absorbiert, und das restliche Infrarotlicht erreicht
den Lichtempfangsabschnitt 32, wobei eine Änderung
der Dichte des zu untersuchenden Gases die Intensität des Infrarotlichts,
das den Lichtempfangsabschnitt 32 erreicht, ändert. Ein
Ausgangssignal von dem Lichtempfangsabschnitt 32 ändert sich
entsprechend, um so das zu untersuchende Gas zu messen. Da die Konstruktion
mit Reflexion den Strahlungsweg des Infrarotlichts durch das Gas verlängert, wird
die Sensorempfindlichkeit verbessert.
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Der
Aufbau des Sensorchips 30 ist mit Bezug auf die 2A und 2B erläutert. 2A und 2B zeigen
vergrößerte Einzelheiten
des Sensorchips 30 von 1. 2A ist
eine Draufsicht. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang
der Linie IIB-IIB von 2A. 2A zeigt
ein Widerstandselement 60, einen Verdrahtungsabschnitt
zur Verbindung des Widerstandselements 60 mit einer Elektrode,
eine Erfassungsvorrichtung 70 und einen Verdrahtungsabschnitt
zur Verbindung der Erfassungsvorrichtung 70 mit der Elektrode.
In 2A zeigen zwei rechteckige Bereiche, die durch
gestrichelte Linien umschlossen sind, Bereiche, wo Hohlräume 41a, 41b auf
der oberen Oberfläche
des Substrats 40 ausgebildet sind. Ein rechteckiger Bereich,
der durch eine gepunktet-gestrichelte Linie begrenzt ist, zeigt einen
Bereich, in dem eine Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 ausgebildet
ist.
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Wie
in 2B gezeigt ist, umfasst der Sensorchip 30 ein
Substrat 40, eine Membran 50, ein Widerstandelement 60,
eine Erfassungsvorrichtung 70 und eine Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80.
Eine Mehrzahl von Membranen 50 sind als dünne Abschnitte
auf dem Substrat 40 angeordnet. An das Widerstandselement 60 wird
eine Spannung angelegt, um Wärme
zu erzeugen. Die Erfassungsvorrichtung 70 erfasst Infrarotlicht.
Gemäß der Ausführungsform umfasst
das Substrat 40 eine Membran 50a und eine Membran 50b als
die Membranen 50. Die Membran 50a enthält das Widerstandselement 60.
Die Membran 50b enthält
das Erfassungelement 70 und die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80.
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Das
Substrat 40 ist ein Siliziumhalbleitersubstrat. Das Substrat 40 hat
Hohlräume 41a und 41b, die
Bereichen zur Ausbildung der Membrane 50a bzw. 50b entsprechen.
Gemäß der Ausführungsform sind
die Hohlräume 41a und 41b offen
und im Querschnitt in einer Ebene parallel zur Zeichenebene der 1A rechteckig. Die Querschnittsflächen werden von
der Unterseite zur Oberseite des Substrats 40 kleiner.
Auf der oberen Oberfläche
des Substrats 40 sind die rechteckigen Bereiche so ausgebildet,
wie es durch die gstrichelten Linien in 2A angedeutet ist.
Die Membran 50a enthält
das Widerstandselement 60. Die Membran 50b enthält die Erfassungsvorrichtung 70.
Die Membranen 50a und 50b sind so ausgebildet,
dass sie über
dem Substrat 40 angeordnet sind. Die Membrane sind dünner als
die anderen Teile auf dem Sensorchip 40. Auf diese Weise
ist das Widerstandselement 60 von dem Substrat 40 thermisch
isoliert. Wenn an das Widerstandelement 60 zur Erzeugung
von Wärme
eine Spannung angelegt wird, kann der Lichtquellenabschnitt 31 wirksam
Infrarotwärme
aussenden. Die rechteckigen Bereiche 41a und 41b,
die durch gestrichelte Linien in 2A angezeigt
sind, entsprechen Bereichen zur Ausbildung der Membrane 50a und 50b in
dem Lichtquellenabschnitt 31 bzw. dem Lichtempfangsabschnitt 32.
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Eine
Siliziumnitridschicht 42 ist unter dem Substrat 40 angeordnet.
Eine Isolierungsschicht 43 (z.B. eine Siliziumnitridschicht)
ist auf dem Substrat 40 angeordnet. Eine Siliziumoxidschicht 44 ist
auf der Isolierungsschicht 43 angeordnet.
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Eine
Polysiliziumschicht 45 ist auf der Siliziumoxidschicht 44 angeordnet.
Die Polysiliziumschicht 45 umfasst eine Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt
und eine Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt.
Die Polysiliziumschicht 45a ist in dem Bereich zur Ausbildung
der Membran 50a vorgesehen. Die Polysiliziumschicht 45b ist
von der Membran 50b bis zu einem bestimmten Bereich eines
dicken Abschnitts des Substrats 40 außerhalb der Membran 50b vorgesehen.
Die Polysiliziumschicht 45a und 45b sind zu bestimmten
Formen gemustert. Von der Polysiliziumschicht 45 ist die
Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt
das Widerstandselement 60, das den Lichtquellenabschnitt 31 bildet.
Die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
ist Teil der Erfassungsvorrichtung 70, das den Lichtempfangsabschnitt 32 bildet.
Da das Widerstandselement 60 und wenigstens ein Teil der
Erfassungsvorrichtung 70 aus dem gleichen Material, in
derselben Ebene gebildet sind, können
sie zeitgleich in demselben Prozess erzeugt werden.
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Die
Polysiliziumschicht 45 ist über eine Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 aus
BPSG (Bor-dotiertes Phosphor-Silikat-Glas) mit einem Aluminiumverdrahtungsabschnitt 47 verbunden.
Der Verdrahtungsabschnitt 47 umfasst ferner einen Verdrahtungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt
und einen Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt.
Der Verdrahtungsabschnitt 47a ist mit der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt
verbunden. Der Verdrahtungsabschnitt 47 ist mit der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
verbunden. Der Verdrahtungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt
verbindet das Widerstandselement 60 (die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt)
mit der Elektrode. Der Verdrahtungsabschnitt 47 für den Lichtempfangsabschnitt
verbindet Ränder
der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt über ein in
der Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 ausgebildetes Loch.
Zusammen mit der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
bildet der Verdrahtungsabschnitt 47b ein Thermoelement,
das als die Erfassungsvorrichtung 70 fungiert. Der Verdrahtungsabschnitt 47b verbindet
die Erfassungsvorrichtung 70 mit der Elektrode.
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Wie
in 2A gezeigt ist, umfasst das Thermoelement als
die Erfassungsvorrichtung 70 unterschiedliche Materialien
für die
Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
und für
den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt.
Eine Mehrzahl von Sätzen
aus der Polysiliziumschicht 45b und dem Verdrahtungsabschnitt 47b sind
im Wechsel und seriell angeordnet (Thermosäule), um das Thermoelement
zu bilden. Ein heißer
Verbindungsabschnitt und ein kalter Verbindungsabschnitt sind abwechselnd
angeordnet. Der heiße
Verbindungsabschnitt ist auf der Membran 50b, die eine geringe
Wärmekapazität besitzt,
ausgebildet. Der kalte Verbindungsabschnitt ist auf dem Substrat 40, das
eine große
Wärmekapazität besitzt,
außerhalb der
Membran 50b, ausgebildet. Folglich arbeitet das Substrat 40 als
Wärmesenke.
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Die
verwendete Erfassungsvorrichtung 70 ist wie folgt aufgebaut.
Wenigstens ein Teil der Erfassungsvorrichtung 70 ist auf
der Membran 50b ausgebildet. Die Infrarotlicht-Absorptionschicht 80 bedeckt wenigstens
teilweise auf der Membran 50b ausgebildete Teile. Die Erfassungsvorrichtung 70 erzeugt elektrische
Signale auf der Grundlage von Temperaturänderungen, die erzeugt werden,
wenn Infrarotlicht empfangen wird. Zusätzlich zu dem oben genannten
Thermoelement kann die Erfassungsvorrichtung 70 ein bolometrisches
Erfassungselement sein, das ein Widerstandselement umfasst, oder
ein pyroelektrisches Erfassungselement sein, das pyroelektrische
Elemente umfasst.
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Der
Verdrahtungsabschnitt 47 umfasst an seinem Ende eine Kontaktierungsstelle 48 als
die Elektrode. Eine Schutzschicht 49 (z.B. eine Siliziumnitridschicht)
ist auf dem Verdrahtungsabschnitt 47, jedoch nicht auf
der Kontaktierungsstelle 48 angeodnet. Von der Kontaktierungsstelle 48 in 2A und 2B bezeichnet
das Bezugszeichen 48a eine Lichtquellenabschnitt-Kontaktierungsstelle,
die mit dem Verdrahtungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt 31 verbunden
ist. Das Bezugszeichen 48b bezeichnet eine Lichtempfangsabschnitt-Kontaktierungsstelle,
die mit dem Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt
verbunden ist.
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Die
Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 ist auf der Schutzschicht 49,
in dem Membranbildungsbereich für
die Membran 50b, so ausgebildet, dass sie wengstens einen
Teil der Erfassungsvorrichtung 70 überdeckt. Die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 gemäß der Ausführungsform
wird durch Sintern des Polyesterharz, das Kohlenstoff enthält, hergestellt.
Die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 ist auf der Membran 50b gebildet,
wobei sie die heißen
Verbindungsstellen abdeckt, um das Infrarotlicht zu absorbieren und
die Temperatur der heißen
Verbindungsstellen für
die Erfassungsvorrichtung 70 wirksam zu erhöhen. Die
Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 ist mit einer vorbestimmten
Lücke mit
Bezug auf das Ende des Bereichs zur Ausbildung der Membran 50b ausgebildet.
Die Anmelderin offenbart diese Lücke
(ein Verhältnis
zwischen der Breite der Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 und
der Breite der Membran 50b) in der japanischen Patentanmeldung
Nr. 2002-365140. Auf eine weitere Beschreibung in dieser Ausführungsform
wird daher verzichtet.
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Der
Sensorchip 30 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird in
das Gehäuse 10 platziert.
An das Widerstandselement 60 des Lichtquellenabschnitts 31 wird
eine Spannung angelegt, so dass es sich erwärmt und Infrarotlicht aussendet.
Der konkave Spiegel 12b reflektiert das Infrarotlicht.
Das reflektierte Licht erreicht den Lichtempfangsabschnitt 32. Die
Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 absorbiert das Infrarotlicht,
um die Temperatur zu erhöhen.
Als Folge davon erhöht
sich die Temperatur an der heißen Verbindungsstelle
für die
Erfassungsvorrichtung 70, das unter der Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 angeordnet
ist. Im Gegensatz dazu zeigt die kalte Verbindungsstelle einen geringeren
Temperaturanstieg als die heiße
Verbindungsstelle, da das Substrat 40 als die Wärmesenke
wirkt. Wenn die Erfassungsvorrichtung 70 das Infrarotlicht
empfängt,
tritt zwischen der heißen
Verbindungsstelle und der kalten Verbindungsstelle eine Temperaturdifferenz
auf. Entsprechend dieser Temperaturdifferenz ändert sich eine elektromotorische
Kraft für
die Erfassungsvorrichtung 70 (Seebeck-Effekt). Auf der
Grundlage der geänderten
elektromotorischen Kraft erfasst die Erfassungsvorrichtung 70 die
Infrarotlichtintensität,
d.h. die Gasdichte. Das Thermoelement in 2A bildet eine
Thermosäule.
Die Ausgangsspannung Vout der Erfassungsvorrichtung 70 ist
gleich der Summe aus elektromotorischen Kräften, die von dem Satz aus der
Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
und dem Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt
erzeugt wird.
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Nachfolgend
ist das Verfahren zur Herstellung des Gassensors 100 mit
Bezug auf 1 und 2B beschrieben.
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Zuerst
ist das Verfahren zur Herstellung des Sensorchips 30 mit
Bezug auf 2B beschrieben.
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Die
Siliziumnitrid-Isolierungsschicht 43 wird zum Beispiel
mittels CVD über
dem gesamten Siliziumsubstrat 40 ausgebildet. Die Isolierungsschicht 43 wird
eine Ätzstoppschicht
zum Ätzen
des Substrats 40, wie nachstehend beschrieben ist. Die
Isolierungsschicht 43 ist ein die Membrane 50a und 50b bildende
Element. Demzufolge ist es wichtig, die Isolierungsschicht 43 zu
bilden, indem die mechanische Spannung der Membran kontrolliert
wird. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, die Isolierungsschicht 43 als
eine zusammengesetzte Schicht zu bilden, die die Siliziumnitridschicht
und die Siliziumoxidschicht enthält.
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Die
Siliziumoxidschicht 44 wird zum Beispiel mittels CVD so
gebildet, dass sie die Isolierungsschicht 43 überdeckt.
Die Siliziumoxidschicht 44 erhöht das Haftvermögen zwischen
der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtemp fangsabschnitt
und der Polysiliziumschicht 45b für die Lichtempfangsschicht,
die direkt auf der Siliziumoxidschicht 44 ausgebildet werden.
Die Siliziumoxidschicht 44 wird als Ätzstoppschicht verwendet, wenn
die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt
und die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt durch Ätzen gebildet
werden.
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Eine
Polysiliziumschicht wird zum Beispiel mittels CVD auf der Siliziumoxidschicht 44 ausgebildet.
Verunreinigungen wie etwa Phosphor werden implantiert, um so den
Widerstandswert einzustellen. Zur Musterbildung, um die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt
und die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
in bestimmter Gestalt auszubilden, wird ein Fotolithografieprozess ausgeführt. Dabei
wird eine (nicht gezeigte) thermische Oxidation angewendet, um auf
den Oberflächen der
Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt
und der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
eine Siliziumoxidschicht auszubilden. Die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt
wird das Widerstandselement 60, das den Lichtquellenabschnitt 31 bildet.
Die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
wird Teil der Erfassungsvorrichtung 70, die den Lichtempfangsabschnitt 32 bildet.
Daher kann derselbe Prozess verwendet werden, um zeitgleich das
Widerstandselement 60 und wenigstens einen Teil der Erfassungselements 70 zu
bilden. Des ermöglicht
es, den Herstellungsprozess des Sensorchips 30 zu vereinfachen
und die Positionierungsgenauigkeit des Widerstandselements 60 und
der Erfassungsvorrichtung 70 zu verbessern. Polysilizium
ist nicht das einzige Konstruktionsmaterial für das Widerstandselement 60 und
die Erfassungsvorrichtung 70. Andere Konstruktionsmaterialien
wie etwa einkristallines Silizium, das mit Verunreinigungen dotiert
ist, und metallische Materialien wie etwa Gold oder Platin können zur
Herstellung des Widerstandselements 60 und der Erfassungsvorrichtung 70 verwendet
werden. Es ist nicht notwendig, den gleichen Prozess zu verwenden,
um die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt
und die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
zeitgleich zu bilden. Unterschiedliche Prozesse können verwendet
werden, um diese Polysiliziumschichten zu bilden, um entsprechende
Verunreinigungsdichten zu erhalten.
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Nach
Ausbilden der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt 31 und
der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt 32 wird die
CVD-Methode dazu verwendet, auf der Siliziumoxidschicht 44,
die diese Polysiliziumschichten enthält, eine BPSG-Schicht zu bilden.
Die BPSG-Schicht fungiert als die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46. Die
BPSG-Schicht wird anschließend
einer Wärmebehandlung
bei zum Beispiel 900°C
bis 1000°C
unterzogen. Die Wärmebehandlung
der BPSG-Schicht als die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 bei
einer hohen Temperatur glättet Stufen
an den Rändern
der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt
und der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt.
Die Stufenform kann sanft abfallend gemacht werden. Folglich ist
es möglich,
das Problem zu lösen,
das darin besteht, dass der Verdrahtungsabschnitt 47 ungenügend überdeckt
ist. Nach der Wärmebehandlung
wird die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 lithografisch bearbeitet.
Ein Kontaktloch zur Verbindung wird in den Bereichen zur Ausbildung
der Membranen 50a und 50b, an einer Position ausgebildet,
an der die Polysiliziumschichten 45a und 45b die
Verdrahtungsabschnitte 47a und 47b in Richtung
der Schichtfolge überlappen.
Wie oben erwähnt
wird für
den Lichtquellenabschnitt die Polysiliziumschicht 45a verwendet. Die
Polysiliziumschicht 45b wird für den Lichtempfangsabschnitt
verwendet. Der Verdrahtungsabschnitt 47a wird für den Lichtquellenabschnitt
verwendet. Der Verdrahtungsabschnitt 47b wird für den Lichtempfangsabschnitt
verwendet. Die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 ist nicht
auf die BPSG-Schicht begrenzt. Die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 kann
eine Siliziumnitridschicht, eine Siliziumoxidschicht oder eine aus
der Siliziumoxidschicht und der Siliziumnitridschicht zusammegesetzte
Schicht sein.
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Als
metallisches Material mit geringem elektrischen Widerstand wird
in dem Kontaktloch und auf der Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 eine
Aluminiumschicht ausgebildet. Muster werden fotolithografisch gebildet.
Dieser Prozess bildet den Verkabelungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt
und den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt.
Die Verdrahtungsabchnitte 47a und 47b werden elektrisch
mit der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtqullenabschnitt
und der Polysilizumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
verbunden. Als Elektroden werden zusammen mit der Ausbildung des
Verdrahtungsabschnitts 47a für den Lichtquellenabschnitt
und den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt
Kontaktierungsstellen ausgebildet. Das heißt, Kontaktierungsstellen 48a und 48b werden
an den Rändern
der Verdrahtungsabschnitte 47a und 47b ausgebildet.
Die Kontaktierungsstelle 48a wird für den Lichtquellenabschnitt
verwendet. Der Konaktierungsabschnitt 48b wird für den Lichtempfangsabschnitt
verwendet. Außer
Aluminium können
die anderen Metalle mit geringem elektrischen Widerstand wie etwas
Gold oder Kupfer als Materialien zur Bildung des Verdrahtungsabschnitts 47a für den Lichtquellenabschnitt
und den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt
gebildet.
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Der
Verdrahtungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt
wird als Verbindung zwischen dem Widerstandsele ment 60 (die
Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt)
und der Kontaktierungsstelle 48a für den Lichtquellenabschnitt
verwendet. Der Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt
verbindet Ränder
der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt über das
in der Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 ausgebildete
Kontaktloch. Zusammen mit der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt
bildet der Verdrahtungsabschnitt 47b die Erfassungsvorrichtung 70 (Thermoelement)
des Lichtempfangsabschnitts 32. Der Verdrahtungsabschnitt 47b verbindet
die Erfassungsvorrichtung 70 mit der Kontaktierungsstelle 48b.
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Zur
Bildung der aus Siliziumnitrid hergestellten Schutzschicht 49 wird
zum Beispiel das CVD-Verfahren verwendet. Zur Musterbildung, um Öffnungen zur
Bildung der Kontaktierungsstelle 48a für den Lichtquellenabschnitt
und der Kontaktierungsstelle 48b für den Lichtempfangsabschnitt
herzustellen, wird die Fotolithografie verwendet. Die Öffnungen
legen die Kontaktierungsstellen 48a und 48b von
der Schutzschicht 49 frei. Die Kontaktierungsstelle 48a für den Lichtquellenabschnitt
und die Kontaktierungsstelle 48b für den Lichtempfangsabschnitt
sind an den Rändern
des Verdrahtungsabschnitts 47a für den Lichtquellenabschnitt
und den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt
vorgesehen.
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Nach
der Bildung der Schutzschicht 49 wird eine Paste durch
Siebdruck auf der Schutzschicht 49, in dem Bildungsbereich
für die
Membran 52 derart aufgebracht, dass die heiße Verbindungsstelle
der Erfassungsvorrichtung 70 bedeckt ist. Die Paste besteht
aus Polyesterharz, das Kohlenstoff enthält. Die gebildete Schicht wird
gesintert, um so die Infrarotlicht-Absorptionsschicht zu bilden.
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Schließlich wird
unter Verwendung von zum Beispiel einem CVD-Verfahren die Siliziumnitridschicht 42 für eine Ätzmaske
auf der gesamten Unterseite des Substrats 40 gebildet.
Hohlräume,
die den Bereichen zur Bildung der Membrane 50a und 50b entsprechen,
werden auf der Siliziumnitridschicht 42 fotolithografisch
hergestellt. Unter Verwendung von zum Beispiel wässriger Kalumhydroxidlösung wird
das Siliziumsubstrat 40 anisotrop geätzt. Der Ätzvorgang wird solange ausgeführt, bis
die auf der oberen Oberfläche
des Substrats 40 sich befindende Isolierungsschicht 43 offengelegt
ist. Die Membrane 50a und 50b werden auf den Hohlräumen 41a und 41b gebildet,
die in das Substrat 40 geätzt sind.
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Der
oben beschriebene Prozess bildet den Sensorchip 30, der
den Lichtquellenabschnitt 31 und den Lichtempfangsabschnitt 32 umfasst.
Der Lichtquellenabschnitt 31 umfasst das Widerstandselement 60 auf
der Membran 50a des Substrats 40. Der Lichtempfangsabschnitt 32 umfasst
wenigstens einen Teil der Erfassungsvorrichtung 70 auf
der Membran 50b des Substrats 40. Das Herstellungsverfahren
gemäß der Ausführungsform
kann denselben Prozess verwenden, um zeitgleich alle Elemente mit Ausnahme
der Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 des Lichtempfangsabschnitts 32 zu
bilden. Daher kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden. Darüber hinaus
ist es möglich,
die Genauigkeit der relativen Position zwischen dem Lichtquellenabschnitt 31 und
dem Lichtempfangsabschnitt 32 zu verbessern.
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Der
allgemeine Halbleiterprozess kann verwendet werden, um den Sensorchip 30 gemäß der Ausführungsform
zu bilden, so dass es möglich
ist, die Herstellungskosten zu reduzieren. Die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 kann
nach der Ausbildung des Hohlraums 11 gebildet werden, anstatt nach
der Ausbildung des Schutzschicht 49. Der oben beschriebene
Herstellungsprozess kann die Bildung von Feuchtigkeit absorbierenden
Schichten wie etwa die Siliziumoxidschicht 44 enthalten.
In diesem Fall kann die Wärmebehandlung
je nach Erfordernis nach der Schichtbildung ausgeführt werden,
um die Schwankungen der mechanischen Spannungen der Membrane durch
Absorption von Feuchtigkeit zu verhindern.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird der gebildete Sensorchip 30 an
einer bestimmten Position auf dem Sockel 11 befestigt,
so dass der konkave Spiegel 12b der oberen Oberfläche des
Substrats 40, wo das Widerstandselement 60 und
die Erfassungsvorrichtung 70 ausgebildet sind, gegenüberliegt.
Die Position sollten so festgelegt werden, dass eine möglichst große Energiemenge
des Infrarotlichts den Lichtempfangsabschnitt 32 erreicht.
Die festgelegte Position wird durch den Abstand zwischen dem Sensorchip 30 und
einem reflektierenden Abschnitt des konkaven Spiegels 12b,
der Form (Radius) des konkaven Spiegels 12b und der relativen
Position des Lichtquellenabschnitts 31 (Widerstandselement 60) und
des Lichtempfangsabschnitts 32 (Erfassungsvorrichtung 70)
bestimmt. Gemäß der Ausführungsform
sind der Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 in
dem Sensorchip 30 in einem einzigen Chip integriert. Dies
bestimmt die relative Position des Widerstandselements 60 und
der Erfassungsvorrichtung 70. Der Sensorchip 30 kann mit
der festgelegten Position exakt ausgerichtet werden. Folglich ist
es möglich,
Schwankungen der Sensorempfindlichkeit zu verringern.
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Ist
der Sensorchip 30 auf dem Sockel 11 befestigt,
wird der Verbindungsdraht 33 (Bondingdraht) verwendet,
um die Kontaktierungsstellen 48a und 48b mit dem
Anschluss 34 zu verbinden. Die Kontaktierungsstellen 48a und 48b werden
für den
Lichtquellenabschnitt bzw. den Lichtemp fangsabschnitt auf dem Sensorchip 30 verwendet.
Durch zum Beispiel Laserschweißen
wird die Kappe 20 auf dem Sockel 11 angebracht,
so dass der Sensorchip 30 in der Kappe enthalten ist. Die
Kappe wird zuvor mit dem Infrarotlicht-Transmissionsfilter 21a,
dem Bandpassfilter 22a und der Trennwand 23 versehen.
Nachdem die Kappe 20 befestigt ist, wird der Behälter 12 auf dem
Sockel 11 angebracht. Der konkave Spiegel 12b wird
auf der oberen inneren Seite des Behälters 12 angeordnet.
Auf diese Weise wird der Gassensor 100 mit dem Gehäuse 10,
das den Sensorschip 30 enthält, gebildet.
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Das
Substrat 40 weist einen dicken Abschnitt (als mittlerer
dicker Abschnitt definiert) zwischen den Hohlräumen 41a und 41b,
d.h. zwischen dem Lichtquellenabschnitt 31 und dem Lichtempfangsabschnitt 32 auf.
Wenn das Widerstandselement 60 des Lichtquellenabschnitts 31 Wärme erzeugt,
kann der mittlere dicke Abschnitt die direkte Übertragung der erzeugten Wärme zu dem
Erfassungselement 70 des Lichtempfangsabschnitts 32 über das
Substrat 40 selbst oder über verschiedene Schichten
seiner Oberfläche
unterdrücken
(d.h. schwächen).
Das heißt,
eine von dem Widerstandselement 60 erzeugte Wärmemenge
kann über
den Abschnitt mittlerer Dicke in die Luft oder den Sockel 11 abgeführt werden.
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Obwohl
oben bestimmte bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, ist die vorliegende
Erfindung nicht darauf begrenzt. Vielmehr können diese verschiedentlich
modifiziert werden.
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Gemäß der Ausführungsform
ist der konkave Spiegel 12b ein Beispiel für das Reflexionselement, das
gegenüber
des Lichtquellenabschnitts 31 angeordnet ist und Infrarotlicht
zu dem Lichtempfangsabschnitt 32 reflektiert. Jedoch ist
das Reflexionselement nicht auf den konkaven Spiegel 12b,
der einen bestimmten Radius aufweist, begrenzt. Das Reflexionselement
kann zum Beispiel auch als flacher Spiegel ausgebildet sein.
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Die
Position, an der der konkave Spiegel 12b ausgebildet ist,
ist nicht auf die obere innere Seite des Behälters 12 begrenzt,
der das Gehäuse 10 bildet.
Der konkave Spiegel 12b kann an jeder Position gebildet
werden, die das von dem Lichtquellenabschnitt 31 ausgesendete
Infrarotlicht zu dem Lichtempfangsabschnitt 32 in dem Gehäuse 10 reflektiert (mit
Ausnahme des Raums in der Kappe 20).
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In
dem Beispiel der Ausführungsform
weist der Sensorchip 30 Hohlräume 41a und 41b auf,
die auf der Unterseite des Substrats 40, unterhalb der Membrane 50a und 50b auf
dem Substrat 40, geöffnet
sind. Wie in 3 gezeigt ist, kann der Sensorchip 30 so
aufgebaut sein, dass er auf der Unterseite des Substrats 40,
unterhalb der Membrane 50a und 50b auf dem Substrat 40 Hohlräume 41a und 41b aufweist,
die geschlossen sind. In diesem Fall werden zerst fotolithografisch
(nicht gezeigte) Ätzlöcher zum Ätzen in
die Isolierungsschicht 43, die Siliziumoxidschicht 44,
die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 und die Schutzschicht 49 ausgebildet.
Die Schutzschicht 49 wird als Ätzmaske verwendet, um das Substrat 40 unterhalb
der Membrane 50a und 50b durch die Ätzlöcher selektiv
zu ätzen.
Auf diese Weise können
die geschlossenen Hohlräume 41a und 41b auf
der Unterseite des Substrats 40 gebildet werden. In diesem
Fall werden jedoch die Ätzlöcher zum Ätzen in
den Bereichen zum Ausbilden der Membrane 50a und 50b gebildet.
Dieses Verfahren schränkt die
Formen und Bereiche (in Richtung der Schichtebene) des Widerstandselements 60,
der Erfassungsvorrichtung 70 und der Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 stärker ein
als bei der Bildung der Hohlräume 41a und 41b durch
selektives Ätzen von
der Unterseite des Substrats 40. 3 ist eine
Querschnittsansicht, die eine Modifikation des Sensorchips 30 gemäß der Ausführungsform
zeigt.
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Gemäß der Ausführungsform
sind zwei Membrane 50a und 50b auf einem Substrat 40 gebildet.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben genannte
Anzahl von auf dem Substrat 40 gebildeter Membrane beschränkt. Zum
Beispiel kann auch keine Membran auf dem Substrat 40 ausgebildet
sein. Der Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 können auf
einer einzigen Membran ausgebildet sein. Es können eine Mehrzahl von Lichtquellenabschnitten 31 und
Lichtempfangsabschnitten 32 und die entsprechende Anzahl
von Membrane 50a und 50b vorgesehen sein.
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Die
Ausführungsform
zeigt das Beispiel, in dem der Sensorchip 30 auf dem Sockel 11 befestigt ist.
Andererseits sind der Lichtquellenabschnitt 31 und der
Lichtempfangsabschnitt 32 in dem Sensorchip 30 als
einzigem Chip integriert. Im Vergleich zu dem Stand der Technik
(andere Chips) kann der Sensorchip 30 den Einbauraum für den Lichtquellenabschnitt 31 und
den Lichtempfangsabschnitt 32 in dem Gehäuse 10 verringern.
Wie in 4 gezeigt ist, ist es möglich, einen Schaltungschip 90 für den Lichtquellenabschnitt 31 und
den Lichtempfangsabschnitt 32 in einem freien Raum in dem
Gehäuse 10 anzuordnen,
ohne das Gehäuse 10 zu
vergrößern. Der Schaltungschip 90 kann
mit dem Gassensor 100 integriert sein. Der Schaltungschip 90 enthält eine
Konstantstromschaltung zur Stromversorgung des Widerstandselements 90 des
Lichtquellenabschnitts 31, eine Verarbeitungsschaltung
zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Lichtempfangsabschnitts 31 und
dergleichen. Insbesondere ist der Schaltungschip 90 auf
dem Sockel 11 befestigt, wie es in 4 gezeigt
ist. Der Sensorchip 30 ist auf dem Schaltungschip 4 ge stapelt.
Der Bondingdraht 33 kann dann verwendet werden, um eine
elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip 30 und dem
Schaltungschip 90 als ein Schaltungssubstrat und zwischen
dem Schaltungschip 90 als das Schaltungssubstrat und dem
Anschluss 34 herzustellen. 4 zeigt
eine Modifikation des Gassensors 100 gemäß der Ausführungsform
und zeigt aus Gründen
der Klarheit nur Teile des Bondingdrahts 33.
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Die
Ausführungsform
zeigt das Beispiel, in dem das aus Silizium hergestellte Halbleitersubstrat als
das Substrat 40, das den Sensorchip 30 bildet, verwendet
wird. Das Substrat 40 ist jedoch nicht auf Halbleitersubstrat
begrenzt. Es können
darüber
hinaus ein Glassubstrat oder dergleichen für das Substrat 40 verwendet
werden.
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Solche
Veränderungen
und Modifikationen liegen im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie
er in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.