JP2002328116A - Photoacoustic gas sensor - Google Patents

Photoacoustic gas sensor

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JP2002328116A
JP2002328116A JP2001132481A JP2001132481A JP2002328116A JP 2002328116 A JP2002328116 A JP 2002328116A JP 2001132481 A JP2001132481 A JP 2001132481A JP 2001132481 A JP2001132481 A JP 2001132481A JP 2002328116 A JP2002328116 A JP 2002328116A
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cavity
infrared light
substrate
gas
gas sensor
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Application number
JP2001132481A
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Japanese (ja)
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Nobuaki Honda
宣昭 本田
Hisatoshi Fujiwara
久利 藤原
Takashi Kihara
隆 木原
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small photoacoustic gas sensor of simple structure enhanced in absorption efficiency of an infrared ray by detection-objective gas inside a cavity irradiated by the infrared ray of a limited intensity, and enhanced in gas detection sensitivity. SOLUTION: This sensor is provided with the cavity provided with a gas flow port 20 for introducing the outside atmospheric air and an infrared ray introducing window 30, a gas diffusion filter 40 comprising a porous silicon layer provided integrally with the cavity in the gas flow port, a microphone 50 for detecting sound pressure inside the cavity by providing the first corrugated electrode 51 serving as one portion of an inner wall face of the cavity, and a light source 60 for pulse-irradiating the infrared ray into the cavity via the infrared introducing window. In particular, an infrared ray reflecting film 70 comprising Au, Al or the like is coated on an area other than the gas flow port and the infrared ray introducing port in the inner wall face of the cavity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス検出感度を高
めた簡易な構造の小型の光音響ガスセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small-sized photoacoustic gas sensor having a simple structure and improved gas detection sensitivity.

【0002】[0002]

【関連する背景技術】光音響ガスセンサは、特定種類の
ガスが特定波長の赤外線を吸収して熱膨張すると言う現
象を利用して、空気等の混合ガス中の特定種類のガス、
例えばCO2の濃度を検出するものである。即ち、特定
波長を有し、経時的に強さが変化する赤外線を空気に照
射すると、空気中に存在するCO2濃度が高い程、大き
な熱膨張・熱収縮が発生する。従ってこの現象を気圧
(音圧)の変化として検出すれば、これによって空気中
のCO2濃度を検出することが可能となる。この種の光
音響ガスセンサは、基本的には図10に示すようにガス
(空気)が導入されるキャビティ1と、このキャビティ
1内に赤外線をパルス照射する光源2と、前記キャビテ
ィ1の壁面の一部(天井面)をなして設けられてキャビ
ティ1内の音圧に感応するマイクロフォン3とを備えて
構成される。
[Related Background Art] A photoacoustic gas sensor utilizes a phenomenon in which a specific type of gas absorbs infrared rays of a specific wavelength and thermally expands, thereby using a specific type of gas in a mixed gas such as air.
For example, it detects the concentration of CO 2 . That is, when air is irradiated with infrared light having a specific wavelength and the intensity of which changes with time, the greater the CO 2 concentration in the air, the greater the thermal expansion and contraction. Therefore, if this phenomenon is detected as a change in atmospheric pressure (sound pressure), it becomes possible to detect the CO 2 concentration in the air. This type of photoacoustic gas sensor basically includes, as shown in FIG. 10, a cavity 1 into which gas (air) is introduced, a light source 2 for irradiating infrared light into the cavity 1, and a wall surface of the cavity 1. And a microphone 3 which is provided as a part (ceiling surface) and is sensitive to the sound pressure in the cavity 1.

【0003】ところで最近、この種の光音響ガスセンサ
を、半導体デバイス製造技術を応用して小型化すること
が試みられている。例えばマイクロマシンニング技術を
用いて実現される小型の光音響ガスセンサにおいては、
上記キャビティ1は赤外光に対して透明なSi基板をエ
ッチング加工して所定の空間部を形成して構成され、更
にキャビティ1内に外気(ガス)を導入するガス通流路
4を設けた構造を有する。そしてこのガス通流路4に
は、通常、ガス拡散フィルタ5が設けられる。このガス
拡散フィルタ5は、ガスの通流を制限することで、キャ
ビティ1内とその外部との間でのガス(空気)の通流
(置換)を維持しながら、前述した赤外光の吸収による
CO2(ガス)熱膨張に応じて前記キャビティ1内の音
圧を変化させる役割を担う。
Recently, attempts have been made to reduce the size of this type of photoacoustic gas sensor by applying semiconductor device manufacturing technology. For example, in a small photoacoustic gas sensor realized using micromachining technology,
The cavity 1 is formed by etching a Si substrate transparent to infrared light to form a predetermined space, and further provided with a gas passage 4 for introducing outside air (gas) into the cavity 1. Having a structure. The gas passage 4 is usually provided with a gas diffusion filter 5. The gas diffusion filter 5 restricts the gas flow, thereby maintaining the gas (air) flow (replacement) between the inside and the outside of the cavity 1 while absorbing the infrared light. And changes the sound pressure in the cavity 1 according to the thermal expansion of CO 2 (gas).

【0004】即ち、このガス拡散フィルタ5は、次の2
つの役割を担う。その1つは、赤外線のパルス照射によ
りキャビティ1内に発生する急激な圧力変化(音圧)に
対して大きな気流抵抗体として作用し、キャビティ1内
を実質的に密閉状態に保ってその音圧がキャビティ1の
外部に伝わらないようにする機能である。他の1つは、
温度や気圧等の外部環境変化に起因するキャビティ1内
における緩慢な圧力変化(音圧)に対しては気流抵抗体
として作用することなく、逆にキャビティ1内を外気に
開放した状態に保つ機能である。
That is, the gas diffusion filter 5 has the following 2
Plays one role. One of them is to act as a large airflow resistor against a sudden pressure change (sound pressure) generated in the cavity 1 due to the irradiation of the infrared pulse, and to maintain the inside of the cavity 1 in a substantially sealed state, thereby maintaining the sound pressure. Is a function of preventing the light from transmitting to the outside of the cavity 1. The other one is
A function to keep the cavity 1 open to the outside air without acting as an airflow resistor against a slow pressure change (sound pressure) in the cavity 1 due to an external environment change such as temperature and atmospheric pressure. It is.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところでマイクロマシ
ンニング技術を用いてSi基板を加工して小型の光音響
ガスセンサを実現しようとした場合、キャビティ1の内
容積が限られることに起因して様々な問題が生じる。例
えば所望とするフィルタ特性(圧力損失)を有するガス
拡散フィルタ5を如何にして実現するか、またキャビテ
ィ1内でのCO2による赤外光の吸収効率を如何にして
高めるか等の問題が生じる。また光音響ガスセンサの小
型化に応じて光源2も小型化されるので、一般的には該
光源2の赤外光強度も小さくなる。これ故、光音響ガス
センサの小型化に伴って、その検出感度が低下すると言
う問題が生じる。
However, when a small-sized photoacoustic gas sensor is manufactured by processing a Si substrate using a micromachining technique, various problems occur due to the limited internal volume of the cavity 1. Occurs. For example, there arise problems such as how to realize the gas diffusion filter 5 having desired filter characteristics (pressure loss) and how to enhance the efficiency of absorbing infrared light by CO 2 in the cavity 1. . In addition, since the light source 2 is downsized in accordance with the downsizing of the photoacoustic gas sensor, generally, the infrared light intensity of the light source 2 also becomes small. For this reason, there arises a problem that the detection sensitivity decreases as the size of the photoacoustic gas sensor decreases.

【0006】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、限られた強度の赤外光が照射さ
れるキャビティ内での検出対象ガスによる赤外光の吸収
効率を高め、これによってガス検出感度を高めた簡易な
構造の小型の光音響ガスセンサを提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to reduce the absorption efficiency of infrared light by a gas to be detected in a cavity irradiated with infrared light of limited intensity. It is an object of the present invention to provide a small-sized photoacoustic gas sensor having a simple structure with a high gas detection sensitivity.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明に係る光音響ガスセンサは、例えばマイクロ
マシンニング技術を用いてSi基板等を加工して製造さ
れる小型のものであって、外気を導入するガス通流口お
よび赤外光導入窓を備えたキャビティと、上記ガス通流
口に前記キャビティと一体に設けられたガス拡散フィル
タと、前記キャビティの内壁面の一部をなして設けられ
て該キャビティ内の音圧を検出するマイクロフォンと、
前記赤外光導入窓を介してキャビティ内に赤外光をパル
ス照射する光源とを具備したものであり、特に前記キャ
ビティの内壁面の前記ガス通流口および赤外光導入窓を
除く領域に赤外光反射膜をコーティングしたことを特徴
としている。
In order to achieve the above object, a photoacoustic gas sensor according to the present invention is a small-sized one manufactured by processing a Si substrate or the like by using, for example, a micromachining technique, A cavity provided with a gas inlet and an infrared light introduction window for introducing a gas, a gas diffusion filter provided integrally with the cavity in the gas inlet, and a part of an inner wall surface of the cavity provided. A microphone for detecting the sound pressure in the cavity;
And a light source for irradiating the cavity with infrared light through the infrared light introduction window, particularly in an area excluding the gas flow opening and the infrared light introduction window on the inner wall surface of the cavity. It is characterized by coating with an infrared light reflection film.

【0008】好ましくは前記キャビティは、所定厚みの
Si基板をエッチングして所定の内容積の凹部空間を形
成し、その壁面の一部を陽極酸化して前記ガス拡散フィ
ルタをなすポーラスシリコン層を形成したものとして実
現される。そして前記マイクロフォンは、互いに対向す
る一対の電極の一方を上記Si基板の凹部空間を覆って
設けることで、前記キャビティの前記赤外光導入窓に対
向する天井面を形成して該キャビティと一体に設けられ
る。
Preferably, the cavity is formed by etching a Si substrate having a predetermined thickness to form a concave space having a predetermined internal volume, and anodic oxidizing a part of the wall to form a porous silicon layer forming the gas diffusion filter. It is realized as what was done. The microphone is provided with one of a pair of electrodes facing each other so as to cover the recessed space of the Si substrate, thereby forming a ceiling surface facing the infrared light introduction window of the cavity and integrally forming the ceiling with the cavity. Provided.

【0009】尚、前記赤外光反射膜は、例えばAuまた
はAlの薄膜からなり、前記凹部空間を形成したSi基板
の前記ポーラスシリコン層からなるガス拡散フィルタを
除く内壁面、および前記キャビティの壁面を形成した前
記マイクロフォンの電極面に、例えば数μm厚に蒸着ま
たはスパッタリングして設けられる。また好ましくは前
記キャビティの天井面を形成して前記赤外光反射膜がコ
ーティングされる前記マイクロフォンの電極を波形形状
を有するものとし、赤外光導入窓から導入された赤外光
を多重反射するように構成することが望ましい。
The infrared light reflecting film is made of, for example, a thin film of Au or Al, and has an inner wall surface excluding the gas diffusion filter made of the porous silicon layer of the Si substrate in which the concave space is formed, and a wall surface of the cavity. Is formed on the electrode surface of the microphone by vapor deposition or sputtering, for example, to a thickness of several μm. Also preferably, the microphone electrode on which the infrared light reflecting film is formed by forming a ceiling surface of the cavity has a waveform shape, and multiple-reflects the infrared light introduced from the infrared light introducing window. It is desirable to configure as follows.

【0010】また、例えば半導体基板の表面に形成した
凹部を跨いで設けられたブリッジ上に形成された薄膜ヒ
ータとを備えて構成される前記光源については、前記凹
部の内壁面および/または前記半導体基板の裏面にコー
ティングされた赤外光反射膜を備えたものとし、上記薄
膜ヒータからその裏面側に発せられる赤外光を反射させ
て集光して前記キャビティの赤外光導入窓に照射するよ
うに構成することが好ましい。
[0010] Further, for the light source comprising, for example, a thin film heater formed on a bridge provided over a recess formed on the surface of the semiconductor substrate, the inner wall surface of the recess and / or the semiconductor An infrared light reflection film coated on the back surface of the substrate is provided, and the infrared light emitted from the thin film heater to the back surface side is reflected and condensed to irradiate the infrared light introduction window of the cavity. It is preferable to configure as follows.

【0011】この際、この光源を前記キャビティと熱的
に隔離して、前記キャビティの赤外光導入窓に対向して
設けることで、光源からキャビティに対して不本意な熱
伝達が生じないようにすることが望ましい。
At this time, the light source is thermally isolated from the cavity and provided so as to face the infrared light introducing window of the cavity so that undesired heat transfer from the light source to the cavity does not occur. Is desirable.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る光音響ガスセンサについて説明する。図
1はこの実施形態に係る光音響ガスセンサの概略構成を
示す断面図である。この光音響ガスセンサは、概略的に
は外気を導入するガス通流口20および赤外光導入窓3
0を備えたキャビティ(光音響セル)10と、上記ガス
通流口20に前記キャビティ10と一体に設けられたガ
ス拡散フィルタ40と、前記キャビティ10の内壁面の
一部をなして設けられて該キャビティ10内の音圧を検
出するマイクロフォン50、前記赤外光導入窓30を介
してキャビティ10内に赤外光をパルス照射する光源6
0とを備えて構成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A photoacoustic gas sensor according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of the photoacoustic gas sensor according to the embodiment. The photoacoustic gas sensor generally includes a gas inlet 20 for introducing outside air and an infrared light introduction window 3.
0, a gas diffusion filter 40 provided integrally with the cavity 10 in the gas flow opening 20, and a part of the inner wall surface of the cavity 10 provided. A microphone 50 for detecting the sound pressure in the cavity 10, and a light source 6 for irradiating the inside of the cavity 10 with a pulse through the infrared light introduction window 30.
0.

【0013】上記キャビティ10やマイクロフォン5
0、更に光源60等は、それぞれマイクロマシンニング
技術を用いて、例えば赤外光に対して透明な所定の厚み
を有するSi基板をエッチング加工する等して製造され
る。特にマイクロフォン50は、キャビティ10を製造
する際に該キャビティ10と一体に製作される。尚、こ
れらの各部の製造方法については後述する。
The cavity 10 and the microphone 5
The light source 60 and the light source 60 are manufactured by using a micromachining technique, for example, by etching a Si substrate having a predetermined thickness transparent to infrared light. In particular, the microphone 50 is manufactured integrally with the cavity 10 when the cavity 10 is manufactured. The method for manufacturing these components will be described later.

【0014】ちなみにキャビティ10は、例えば厚みが
500μmの2枚のSi基板11,12をそれぞれ異方性
エッチングして一辺が1mm角程度の凹部(孔部)1
3,14を内部空間を形成した後、上記凹部(孔部)1
3,14を互いに突き合わせて2枚のSi基板11,12
間を半導体接合して一体化した構造をなす。そして一方
のSi基板11の開口部を閉塞してマイクロフォン50
を一体に形成し、他方のSi基板12の開口部に赤外光
導入窓30をなす光学フィルタを設けて、所定の内容積
の内部空間を形成した構造を有する。
The cavity 10 is formed, for example, by anisotropically etching two Si substrates 11 and 12 each having a thickness of 500 μm, for example.
After forming the internal spaces 3, 14, the concave portion (hole portion) 1 is formed.
The three Si substrates 11 and 12 are abutted against each other.
The structure is integrated by semiconductor bonding between them. Then, the opening of one Si substrate 11 is closed, and the microphone 50 is closed.
Are formed integrally, and an optical filter forming an infrared light introducing window 30 is provided in the opening of the other Si substrate 12 to form an internal space having a predetermined internal volume.

【0015】尚、前記ガス通流口20は、例えば赤外光
導入窓30が設けられる側のSi基板12の、前記マイ
クロフォン50が一体に形成される側のSi基板11と
の接合面に形成される所定幅の溝として実現される。特
にこの実施形態においては、上記ガス通流口(溝)20
内に、後述するようにSi基板12を部分的に陽極酸化
してポーラス化し、ポーラスシリコン層としたガス拡散
フィルタ40が一体に設けられている。このようなガス
拡散フィルタ40を一体に備えたガス通流口20につい
ては、例えばSi基板に前記凹部(孔部)13,14と同
等な孔部を設けて構成され、前記キャビティ10を構成
する前記2枚のSi基板11,12間に介挿されて該キャ
ビティ10の一部をなすスペーサ(図示せず)に設ける
ようにしても良い。
The gas inlet 20 is formed, for example, on the joint surface of the Si substrate 12 on the side where the infrared light introducing window 30 is provided and the Si substrate 11 on the side where the microphone 50 is integrally formed. Is realized as a groove having a predetermined width. In particular, in this embodiment, the gas flow openings (grooves) 20
As described later, a gas diffusion filter 40 is formed integrally with a porous silicon layer by partially anodic oxidizing the Si substrate 12 as described later. The gas flow port 20 integrally provided with such a gas diffusion filter 40 is formed by, for example, providing a hole equivalent to the concave portions (holes) 13 and 14 on a Si substrate, thereby forming the cavity 10. It may be provided on a spacer (not shown) which is inserted between the two Si substrates 11 and 12 and forms a part of the cavity 10.

【0016】また前記マイクロフォン50は、前記Si
基板11に凹部(孔部)13を形成する際に該Si基板
11上に形成される。このマイクロフォン50は、概略
的にはSi基板11に開口される凹部(孔部)13を覆
って設けられる第1の電極51と、この第1の電極51
の上方に所定の距離を隔てて対向して設けられる第2の
電極52と、この第2の電極52を上面側から支持する
バックプレート53とからなる。またこのバックプレー
ト53および前記第2の電極52には、前記第1の電極
51と第2の電極52との間の空間に連通する複数の音
響孔54が穿たれている。
The microphone 50 is connected to the Si.
When the concave portion (hole portion) 13 is formed in the substrate 11, it is formed on the Si substrate 11. The microphone 50 includes a first electrode 51 provided so as to cover a concave portion (hole) 13 opened in the Si substrate 11, and the first electrode 51.
And a back plate 53 that supports the second electrode 52 from the upper surface side. The back plate 53 and the second electrode 52 are provided with a plurality of acoustic holes 54 communicating with the space between the first electrode 51 and the second electrode 52.

【0017】基本的には上述した如く構成される光音響
ガスセンサにおいて、この実施形態に係る光音響ガスセ
ンサが特徴とするところは、前記キャビティ10の内壁
面における前記ガス通流口20および赤外光導入窓30
を除く領域を、AuやAl等からなる赤外光反射膜70に
よりコーティングした点にある。この赤外光反射膜70
は、蒸着やスパッタリング等により数μmの厚みに形成
されるもので、前記光源60から赤外光導入窓30を介
してキャビティ10内にパルス照射された赤外光を反射
することで該キャビティ10内における赤外光の伝播光
路長を長くする役割を担う。
In the photoacoustic gas sensor basically configured as described above, the photoacoustic gas sensor according to this embodiment is characterized in that the gas passage 20 on the inner wall surface of the cavity 10 and the infrared light Introduction window 30
Is coated with an infrared light reflecting film 70 made of Au, Al, or the like. This infrared light reflection film 70
Is formed to a thickness of several μm by vapor deposition, sputtering, or the like, and reflects infrared light pulse-irradiated into the cavity 10 from the light source 60 through the infrared light introduction window 30 to form the cavity 10. It plays the role of lengthening the propagation optical path length of infrared light in the interior.

【0018】特にこの実施形態においては、前記キャビ
ティ10の内壁面を、例えば(100)面を主面とする
Si基板の異方性エッチングによって(111)面をな
す斜面として形成している。また該キャビティ10の天
井面をなして設けられたマイクロフォン50の電極面
も、後述するようにSi基板の異方性エッチングを利用
して波形形状をなして設けられている。そして上記斜面
をなすキャビティ10の内壁面、および波形形状をなす
マイクロフォン50の電極面(キャビティ10の天井
面)に赤外光反射膜70をそれぞれ設けることで、キャ
ビティ10内にパルス照射された赤外光を該キャビティ
10内においてランダムに多重反射させるものとなって
いる。
Particularly, in this embodiment, the inner wall surface of the cavity 10 is formed as a slope having a (111) plane by anisotropic etching of a Si substrate having a (100) plane as a main surface, for example. The electrode surface of the microphone 50 provided as the ceiling surface of the cavity 10 is also provided in a wavy shape using anisotropic etching of the Si substrate as described later. By providing infrared light reflecting films 70 on the inner wall surface of the cavity 10 forming the above slope and the electrode surface (the ceiling surface of the cavity 10) of the microphone 50 forming a waveform, respectively, the red light irradiated into the cavity 10 is irradiated with a pulse. External light is randomly and multiple-reflected in the cavity 10.

【0019】一方、光源60は、例えばSi基板61の
表面に形成した凹部62を跨いで設けられた、例えば絶
縁性薄膜ブリッジ63上に薄膜ヒータ64を形成した構
造を有する。この光源60の前記凹部62の内壁面にも
AuやAl等からなる赤外光反射膜65がコーティングさ
れている。この赤外光反射膜65は上記薄膜ヒータ64
からその裏面側に発せられる赤外光を反射させて集光
し、前記キャビティ10の赤外光導入窓30に照射する
役割を担っている。
On the other hand, the light source 60 has a structure in which a thin film heater 64 is formed on, for example, an insulating thin film bridge 63 provided over a concave portion 62 formed on the surface of a Si substrate 61, for example. The inner wall surface of the concave portion 62 of the light source 60 is also coated with an infrared light reflection film 65 made of Au, Al, or the like. This infrared light reflection film 65 is formed by the thin film heater 64.
It plays a role of reflecting and condensing the infrared light emitted from the rear surface side of the cavity and irradiating the infrared light introduction window 30 of the cavity 10 with the infrared light.

【0020】このような赤外光反射膜65を上記凹部6
2の内壁面に形成するに際しては、凹部62の上面を跨
いで薄膜ヒータ64を形成した絶縁性薄膜ブリッジ63
が設けられているので、凹部62における上記絶縁性薄
膜ブリッジ63の直下の領域にも確実に赤外光反射膜6
5を設けるべく、電解メッキにより赤外光反射膜65を
形成することが好ましい。
Such an infrared light reflecting film 65 is formed by
2 is formed on the inner wall surface of the insulating thin film bridge 63 having the thin film heater 64 formed over the upper surface of the concave portion 62.
Is provided, it is ensured that the infrared light reflecting film 6 is also provided in a region immediately below the insulating thin film bridge 63 in the concave portion 62.
In order to provide 5, the infrared light reflection film 65 is preferably formed by electrolytic plating.

【0021】尚、赤外光反射膜65を、前記Si基板6
1の裏面側に形成しても、薄膜ヒータ64からその裏面
側に発せられる赤外光に対する集光作用を同様に得るこ
とができる。この場合には、Si基板61の裏面側にAu
やAl等を蒸着(またはスパッタリング)すれば良い。
またこの際、Si基板61の側面を異方性エッチング
し、Si基板61の裏面側を前記薄膜ヒータ64を囲む
台形状に、または等方性エッチングにより鍋底状をなす
ように形成しておけば、この裏面側に形成される赤外光
反射膜65による赤外光の集光効率を高めることが可能
となる。
It should be noted that the infrared light reflecting film 65 is
Even when the thin film heater 64 is formed on the back surface side, the light condensing function for infrared light emitted from the thin film heater 64 to the back surface side can be similarly obtained. In this case, Au is provided on the back side of the Si substrate 61.
Or Al or the like may be deposited (or sputtered).
At this time, the side surface of the Si substrate 61 may be anisotropically etched, and the back surface side of the Si substrate 61 may be formed in a trapezoidal shape surrounding the thin film heater 64 or in a pot shape by isotropic etching. In addition, it is possible to enhance the efficiency of collecting infrared light by the infrared light reflection film 65 formed on the back surface side.

【0022】ここで上述した構造をなす光音響ガスセン
サについて、各部の製造方法を交えて説明する。図2
(a)〜(i)は前記キャビティ10とマイクロフォン50
の製造工程を段階的に分解して示している。このマイク
ロフォン50は、キャビティ10を構成する第1のSi
基板11に一体に形成される。そこで先ずキャビティ1
0を形成するための、例えば(100)面を主面とする
SiウェハをSi基板11として準備し、図2(a)に示す
ようにSi基板11上に熱酸化膜15を成長させた後、
フォトリソグラフィを用いて該熱酸化膜15に所定の開
口ピッチで長方形状の孔16を開ける。
Here, the photoacoustic gas sensor having the above-described structure will be described together with the method of manufacturing each part. FIG.
(a) to (i) show the cavity 10 and the microphone 50.
Is shown in an exploded manner. This microphone 50 is connected to the first Si constituting the cavity 10.
It is formed integrally with the substrate 11. So first, cavity 1
For example, a Si wafer having a (100) plane as a main surface is prepared as a Si substrate 11 for forming a 0, and a thermal oxide film 15 is grown on the Si substrate 11 as shown in FIG. ,
A rectangular hole 16 is formed in the thermal oxide film 15 at a predetermined opening pitch by using photolithography.

【0023】この熱酸化膜15に設ける長方形状の孔1
6については、例えば図3(a)に示すように、正方形状
の微小な孔を縦横に等間隔に配列したものであっても良
く、また図3(b)に示すように長方形状の孔を平行に設
けたもの、或いは図3(c)に示すように中央部から外側
に向けて順次その孔形状を長く延ばした枠状のものであ
っても良い。要は後述するように熱酸化膜15をマスク
としてSi基板11を異方性エッチングした際、その表
面に一様な波形形状をなす凹凸が形成されるようなマス
クパターンをなすものとすれば良い。
The rectangular hole 1 provided in the thermal oxide film 15
For example, as shown in FIG. 3 (a), small holes 6 may be arranged vertically and horizontally at equal intervals, or a rectangular hole may be formed as shown in FIG. 3 (b). May be provided in parallel, or as shown in FIG. 3 (c), a frame shape in which the shape of the hole is gradually elongated from the center to the outside. In short, as described later, when the Si substrate 11 is anisotropically etched using the thermal oxide film 15 as a mask, a mask pattern may be formed so that unevenness having a uniform waveform shape is formed on the surface thereof. .

【0024】しかる後、この熱酸化膜15をマスクと
し、KOHまたはTMAH(トリメチルアンモニウムハ
イドライド)を用いて前記Si基板11を異方性エッチ
ングする。そして図2(b)に示すように該Si基板11
の表面に断面三角形状をなす複数の凹部17を前述した
マイクパターン形状に応じて形成し、マイクロフォン5
0における第1の電極51の形状を規定する波形形状を
前記Si基板11の表面に形成する。
Thereafter, using the thermal oxide film 15 as a mask, the Si substrate 11 is anisotropically etched using KOH or TMAH (trimethylammonium hydride). Then, as shown in FIG.
A plurality of recesses 17 having a triangular cross section are formed on the surface of the microphone 5 in accordance with the above-described microphone pattern shape.
A waveform shape defining the shape of the first electrode 51 at 0 is formed on the surface of the Si substrate 11.

【0025】次いで上記マスクとして用いた熱酸化膜1
5を一旦除去した後、図2(c)に示すようにSi基板1
1の表面全体に、該Si基板11の表面を保護し、且つ
第1の電極51とSi基板11との絶縁をとるためのSi
2等の熱酸化膜(図示せず)を形成する。そしてこの
熱酸化膜(SiO2)上に、例えばCr/Au/Crからな
る第1の電極51を4/20/4nm厚に形成し、更に
この第1の電極51上にダイヤフラムとして用いる感光
性ポリイミド(図示せず)を1μm厚に形成する。即
ち、波形形状に加工したSi基板11の一面に沿って、
ダイヤフラムにより裏打ちされた第1の電極51を前記
Si基板11と絶縁して波形形状に形成する。
Next, the thermal oxide film 1 used as the mask
5 is removed once, and then the Si substrate 1 is removed as shown in FIG.
1 to protect the surface of the Si substrate 11 and to insulate the first electrode 51 from the Si substrate 11 over the entire surface of the Si substrate 11.
A thermal oxide film (not shown) such as O 2 is formed. Then, a first electrode 51 made of, for example, Cr / Au / Cr is formed on this thermal oxide film (SiO 2 ) to a thickness of 4/20/4 nm, and a photosensitive film used as a diaphragm on the first electrode 51 is formed. A polyimide (not shown) is formed to a thickness of 1 μm. That is, along one surface of the Si substrate 11 processed into the corrugated shape,
A first electrode 51 lined with a diaphragm is formed in a waveform shape insulated from the Si substrate 11.

【0026】しかる後、前記第1の電極51の上面に、
図2(d)に示すように犠牲層55とするAlを2μm厚
に形成する。この犠牲層(Al)55は、マイクロフォ
ン50における第2の電極52と上記第1の電極51と
の対向間距離(ギャップ)を規定する役割を担うもの
で、真空蒸着またはスパッタリングによりその膜厚を制
御しながら形成される。
Thereafter, on the upper surface of the first electrode 51,
As shown in FIG. 2D, Al serving as the sacrificial layer 55 is formed to a thickness of 2 μm. The sacrificial layer (Al) 55 plays a role in defining the distance (gap) between the second electrode 52 and the first electrode 51 in the microphone 50, and the thickness thereof is reduced by vacuum evaporation or sputtering. Formed under control.

【0027】その後、上記犠牲層(Al)55の上に図
2(e)に示すように、例えばAu/Crからなる第2の電
極52を形成し、この第2の電極52を覆って図2(f)
に示すようにバックプレート53をなす感光性ポリイミ
ドを厚み10〜20μm程度に形成する。尚、上記第2
の電極52については、後述する犠牲層55のエッチン
グによる除去時の耐性を考慮して、ここではAu/Crを
用いているが、犠牲層(Al)55のエッチング液に対
して耐性を有するものであれば他の電極材料を用いるこ
とも勿論可能である。
Thereafter, as shown in FIG. 2E, a second electrode 52 made of, for example, Au / Cr is formed on the sacrificial layer (Al) 55, and the second electrode 52 is covered with the second electrode 52. 2 (f)
As shown in FIG. 7, a photosensitive polyimide forming the back plate 53 is formed to a thickness of about 10 to 20 μm. Note that the second
The electrode 52 is made of Au / Cr in consideration of the resistance at the time of removal of the sacrificial layer 55 by etching, which will be described later, but has a resistance to the etching liquid of the sacrificial layer (Al) 55. If so, it is of course possible to use other electrode materials.

【0028】しかる後、感光性ポリイミドからなるバッ
クプレート53をパターニングして所定の開口を形成
し、このバックプレート53をマスクとして第2の電極
52を選択的にエッチングして、図2(g)に示すように
マイクロフォン50における空気抜きの機能を果たす複
数の音響孔54を形成する。これらの音響孔54は、前
述した犠牲層(Al)55のエッチング除去にも利用さ
れる。
Thereafter, a predetermined opening is formed by patterning the back plate 53 made of photosensitive polyimide, and the second electrode 52 is selectively etched by using the back plate 53 as a mask, thereby obtaining a structure shown in FIG. As shown in FIG. 7, a plurality of acoustic holes 54 that function to release air from the microphone 50 are formed. These acoustic holes 54 are also used for etching and removing the sacrificial layer (Al) 55 described above.

【0029】次いで前記Si基板11の裏面に熱酸化膜
18を成長させ、フォトリソグラフィを用いて該熱酸化
膜18に長方形状の孔を開ける。そしてこの熱酸化膜1
8をマスクとし、KOHまたはTMAH(トリメチルア
ンモニウムハイドライド)を用いて前記Si基板11を
その裏面側から異方性エッチングして前記第1の電極
(ダイヤフラム)51を露出させ、図2(h)に示すよう
に該Si基板11の内側にキャビティ10をなす凹部
(孔部)13を形成する。そしてSi基板11の裏面側
から上記キャビティ10の内部にAuをスパッタリング
して、前記第1の電極(ダイヤフラム)51の露出面お
よびSi基板11のキャビティ10を形成した内壁面に
数μm厚の赤外光反射膜70を形成する。
Next, a thermal oxide film 18 is grown on the back surface of the Si substrate 11, and a rectangular hole is formed in the thermal oxide film 18 using photolithography. And this thermal oxide film 1
Using the mask 8 as a mask, the Si substrate 11 is anisotropically etched from the back side using KOH or TMAH (trimethylammonium hydride) to expose the first electrode (diaphragm) 51, as shown in FIG. As shown, a recess (hole) 13 forming the cavity 10 is formed inside the Si substrate 11. Then, Au is sputtered into the cavity 10 from the back surface side of the Si substrate 11 so that the exposed surface of the first electrode (diaphragm) 51 and the inner wall surface of the Si substrate 11 where the cavity 10 is formed have a red thickness of several μm. An external light reflection film 70 is formed.

【0030】しかる後、前記音響孔54を介して図2
(i)に示すように前記犠牲層55をエッチング除去し、
第1の電極51と第2の電極52との間に所定のギャッ
プ(空間)を形成することで、キャビティ10に一体化
されたマイクロフォン50が完成される。ちなみにAl
からなる犠牲層50のエッチング除去は、そのエッチン
グ液として、例えばリン酸と硝酸との混合液(70℃)
を用いて行われる。
Thereafter, through the acoustic hole 54, FIG.
The sacrificial layer 55 is removed by etching as shown in FIG.
By forming a predetermined gap (space) between the first electrode 51 and the second electrode 52, the microphone 50 integrated with the cavity 10 is completed. By the way, Al
The sacrificial layer 50 made of is etched away by using, for example, a mixed solution of phosphoric acid and nitric acid (70 ° C.) as an etching solution.
This is performed using

【0031】一方、前記キャビティ10を形成する第2
のSi基板12については、特に図示しないがその一面
に熱酸化膜を成長させ、フォトリソグラフィを用いて該
熱酸化膜に長方形状の孔を開ける。この熱酸化膜は、第
1のSi基板11の裏面に形成した熱酸化膜18に相当
するものである。そしてこの熱酸化膜をマスクとし、K
OHまたはTMAH(トリメチルアンモニウムハイドラ
イド)を用いて前記第2のSi基板21を異方性エッチ
ングし、該Si基板12の内側に前記キャビティ10を
なす凹部(孔部)14を形成する。次いでこの第2のS
i基板12の内側面にAuをスパッタリングして、該第2
のSi基板12に形成した凹部(孔部)14の内壁面に
数μm厚の赤外光反射膜70を形成する。
On the other hand, the second
Although not shown, a thermal oxide film is grown on one surface of the Si substrate 12, and a rectangular hole is formed in the thermal oxide film using photolithography. This thermal oxide film corresponds to the thermal oxide film 18 formed on the back surface of the first Si substrate 11. Using this thermal oxide film as a mask, K
The second Si substrate 21 is anisotropically etched using OH or TMAH (trimethylammonium hydride) to form a concave portion (hole) 14 forming the cavity 10 inside the Si substrate 12. Then this second S
Au is sputtered on the inner surface of the
An infrared light reflecting film 70 having a thickness of several μm is formed on the inner wall surface of the concave portion (hole portion) 14 formed in the Si substrate 12.

【0032】尚、このようにして第2のSi基板12を
加工するに際して、例えば図4に示すように前記第1の
Si基板11との接合面側にガス通流口20を形成する
と共に、このガス通流口20の内部にガス拡散フィルタ
40を一体に埋め込み形成する。具体的には、例えば図
4(a)に示すように凹部(孔部)14を形成した第2の
Si基板12におけるガス拡散フィルタ40を形成する
側の面とは反対側の面(裏面)に、先ずAlを蒸着(ま
たはスパッタリング)した後、真空中にて略500℃で
熱処理する。このAl膜は、後述する陽極酸化時におけ
る電極コンタクトとして用いられる。
In processing the second Si substrate 12 in this manner, for example, as shown in FIG. 4, a gas flow port 20 is formed on the joint surface side with the first Si substrate 11, and The gas diffusion filter 40 is integrally embedded in the gas flow port 20. Specifically, for example, as shown in FIG. 4A, the surface (back surface) of the second Si substrate 12 having the concave portion (hole) 14 opposite to the surface on which the gas diffusion filter 40 is formed (back surface) First, Al is deposited (or sputtered) and then heat-treated at about 500 ° C. in a vacuum. This Al film is used as an electrode contact at the time of anodic oxidation described later.

【0033】次いでSi基板12のガス拡散フィルタ4
0を形成する側の面(表面)に、例えば感光性ポリイミ
ドをスピンコートし、この感光性ポリイミドに紫外光を
照射して該感光性ポリイミドを選択的に除去し、上記S
i基板12におけるガス通流路20の形成部位を露出さ
せる。しかる後、この感光性ポリイミドをマスクとして
前記Si基板12を陽極酸化してポーラス化し、図4
(a)に示すようにガス拡散フィルタ40をなすポーラス
シリコン層41を形成する。
Next, the gas diffusion filter 4 of the Si substrate 12
For example, a photosensitive polyimide is spin-coated on the surface (surface) on the side where 0 is to be formed, and the photosensitive polyimide is selectively removed by irradiating the photosensitive polyimide with ultraviolet light.
The portion of the i-substrate 12 where the gas passage 20 is formed is exposed. Thereafter, using the photosensitive polyimide as a mask, the Si substrate 12 is anodized to make it porous, and FIG.
As shown in FIG. 3A, a porous silicon layer 41 forming a gas diffusion filter 40 is formed.

【0034】このSi基板12の選択的な陽極酸化は、
前述した如くAl膜を形成したSi基板12の裏面側を機
械的に覆い、またはテープ等にて覆って保護した状態
で、該Si基板12を陽極とし、陰極としての参照電極
(図示せず)と共にフッ酸溶液中に浸漬して所定密度の
電流を通電して行われる。この際、フッ酸溶液にエタノ
ールを加えることでSi基板12の陽極酸化時に発生す
る水素を除去することが好ましい。尚、ここではSi基
板12に対するマスクとして感光性ポリイミドを用いて
いるが、貴金属やその他の高分子材料を用いても良いこ
とは言うまでもない。
The selective anodic oxidation of the Si substrate 12 is as follows:
As described above, the Si substrate 12 on which the Al film is formed is mechanically covered or protected with a tape or the like, and the Si substrate 12 is used as an anode and a reference electrode (not shown) as a cathode. At the same time, it is immersed in a hydrofluoric acid solution and a current of a predetermined density is supplied to carry out the operation. At this time, it is preferable to remove the hydrogen generated during the anodic oxidation of the Si substrate 12 by adding ethanol to the hydrofluoric acid solution. Here, photosensitive polyimide is used as a mask for the Si substrate 12, but it goes without saying that a noble metal or other polymer material may be used.

【0035】このようなSi基板12の部分的な陽極酸
化によるポーラスシリコン層13の形成により、前記S
i基板12上面に該ポーラスシリコン層41を一体に埋
め込んだガス通流路口20が溝をなして形成される。こ
の際、ポーラスシリコン層41の長さ(フィルタの厚
み)を調整して、ガス拡散フィルタ40が所望とするフ
ィルタ特性を持つようにすることが望ましい。
By forming the porous silicon layer 13 by such partial anodic oxidation of the Si substrate 12,
The gas passage opening 20 in which the porous silicon layer 41 is integrally embedded on the upper surface of the i-substrate 12 is formed in a groove. At this time, it is desirable to adjust the length (the thickness of the filter) of the porous silicon layer 41 so that the gas diffusion filter 40 has desired filter characteristics.

【0036】この場合には、例えば前記ポーラスシリコ
ン層41上にSiO2等のレジストを塗布し、このレジス
ト膜をフォトリソグラフィ等によりパターニングしてガ
ス拡散フィルタ40を形成したい領域だけにレジスト膜
を残す。そしてこのレジスト膜(SiO2)をマスクとし
て、例えばNaOHの1%水溶液からなる弱アルカリ性
のエッチング液を用いて、或いはドライエッチングによ
り前記ポーラスシリコン層41を選択的にエッチング
し、図4(b)に示すようにポーラスシリコン層41の長
さ(フィルタの厚み)を調整する。これによって所望と
するフィルタ特性を持つガス拡散フィルタ40が実現さ
れる。
In this case, for example, a resist such as SiO 2 is applied on the porous silicon layer 41 and the resist film is patterned by photolithography or the like to leave a resist film only in a region where the gas diffusion filter 40 is to be formed. . Then, using the resist film (SiO 2 ) as a mask, the porous silicon layer 41 is selectively etched by using a weakly alkaline etching solution composed of, for example, a 1% aqueous solution of NaOH, or by dry etching, as shown in FIG. The length of the porous silicon layer 41 (the thickness of the filter) is adjusted as shown in FIG. Thus, the gas diffusion filter 40 having desired filter characteristics is realized.

【0037】尚、ガス拡散フィルタ40については、例
えば図5に示すようにキャビティ10を構成する第2の
Si基板12や、前述したスペーサに形成するようにし
ても良い。即ち、図5(a)に示すように、先ず第2のS
i基板12の両面にSiNX膜等の耐フッ酸性絶縁膜から
なる保護膜21,22を設ける。そして図5(b)に示す
ようにSi基板12の下面側の保護膜(SiNX膜)21
上にレジスト膜23を形成し、このレジスト膜23をパ
ターニングした後、このレジスト膜23をマスクとして
前記保護膜(SiNX膜)21にキャビティ10をなす凹
部(孔部)14を形成する為の開口を穿つ。しかる後、
上記レジスト膜23をマスクとして前記Si基板12を
その裏面側から垂直方向にディープエッチングし、図5
(c)に示すようにSi基板12の裏面側にキャビティ1
0をなす凹部(孔部)14を形成する。
The gas diffusion filter 40 may be formed, for example, on the second Si substrate 12 constituting the cavity 10 as shown in FIG. That is, as shown in FIG.
On both surfaces of the i-substrate 12, protective films 21 and 22 made of a hydrofluoric acid-resistant insulating film such as a SiN X film are provided. Then, as shown in FIG. 5B, a protective film (SiN x film) 21 on the lower surface side of the Si substrate 12 is formed.
After forming a resist film 23 thereon and patterning the resist film 23, the resist film 23 is used as a mask to form a concave portion (hole portion) 14 forming the cavity 10 in the protective film (SiN X film) 21. Make an opening. After a while
Using the resist film 23 as a mask, the Si substrate 12 is deep-etched in the vertical direction from the back side thereof, as shown in FIG.
As shown in (c), the cavity 1 is formed on the back side of the Si substrate 12.
A concave portion (hole portion) 14 forming 0 is formed.

【0038】次いで前記Si基板12の表面側にレジス
ト膜24を形成し、このレジスト膜24をパターニング
する。このパターニングは、前述した凹部(孔部)14
に対向する部位を覆い、且つ凹部(孔部)14の大きさ
よりも若干広い領域を保護膜(SiNX膜)22を残すよ
うに、レジスト膜24を選択的に除去することによって
行われる。しかる後、このレジスト膜24をマスクとし
て図5(d)に示すように前記保護膜(SiNX膜)22を
選択的に除去する。
Next, a resist film 24 is formed on the surface of the Si substrate 12, and the resist film 24 is patterned. This patterning is performed by the above-described recess (hole) 14.
This is performed by selectively removing the resist film 24 so as to cover the portion facing the substrate and to leave the protective film (SiN x film) 22 in a region slightly larger than the size of the concave portion (hole portion) 14. Thereafter, selectively removing the protective film (SiN X film) 22 to indicate the resist film 24 in FIG. 5 (d) as a mask.

【0039】そしてこのレジスト膜24をマスクとし
て、前記Si基板12をその表面側から垂直方向にディ
ープエッチングし、図5(e)に示すようにSi基板12
の表面側に、前記キャビティ10をなす凹部(孔部)1
4の外側に位置付けて溝状の凹部25を形成する。この
溝状の凹部25、Si基板12によって形成されるキャ
ビティ10に対するガス通流口20をなすものである。
またこの凹部25によって前記キャビティ10をなす凹
部(孔部)14との間に所定の厚みの隔壁26が形成さ
れる。ちなみにこの隔壁26の厚みは、前述したレジス
ト膜23,24がなすマスクのパターン形状により規定
されるもので、ガス拡散フィルタ40として要求される
フィルタ長に応じて設定される。
Then, using the resist film 24 as a mask, the Si substrate 12 is deep-etched vertically from its surface side, and as shown in FIG.
(Hole) 1 forming the cavity 10 on the surface side of
The groove-shaped concave portion 25 is formed outside of the groove 4. The groove-shaped recess 25 forms a gas flow port 20 for the cavity 10 formed by the Si substrate 12.
Further, a partition wall 26 having a predetermined thickness is formed between the concave portion 25 and the concave portion (hole portion) 14 forming the cavity 10. Incidentally, the thickness of the partition 26 is defined by the pattern shape of the mask formed by the resist films 23 and 24 described above, and is set according to the filter length required for the gas diffusion filter 40.

【0040】しかる後、前述した保護膜(SiNX膜)2
1,22を残したまま、該Si基板12をフッ酸溶液中に
浸漬して前記隔壁26を陽極酸化する。この陽極酸化
は、図5(f)にその概念を示すようにSi基板12の両
面にそれぞれ存在するフッ酸溶液が互いに接触すること
がないように、例えばSi基板12の周面を液密にシー
ルし、前記フッ酸溶液中の前記Si基板12の両面にそ
れぞれ設けた一対の電極間に所定密度の電流を通電する
ことによっなされる。
Thereafter, the above-mentioned protective film (SiN x film) 2
While leaving 1,22, the Si substrate 12 is immersed in a hydrofluoric acid solution to anodize the partition 26. As shown in FIG. 5 (f), the anodic oxidation is performed, for example, in such a manner that the hydrofluoric acid solutions existing on both surfaces of the Si substrate 12 do not come into contact with each other. Sealing is performed by applying a current of a predetermined density between a pair of electrodes provided on both surfaces of the Si substrate 12 in the hydrofluoric acid solution.

【0041】するとこの電流は、保護膜(SiNX膜)2
1,22で覆われた部位においてはSi基板12が絶縁さ
れているので、上記保護膜(SiNX膜)21,22が存
在しない隔壁26部分を通して流れる。この結果、図5
(g)に示すように隔壁26をなすSi部分が局部的に陽
極酸化されてポーラス化されて多孔質のポーラスシリコ
ン層27となる。
Then, this current is applied to the protective film (SiN x film) 2
Since the Si substrate 12 is insulated at the portion covered with the first and second 22, the Si substrate 12 flows through the partition 26 where the protective films (SiN x films) 21 and 22 do not exist. As a result, FIG.
As shown in (g), the Si portion forming the partition wall 26 is locally anodized to be porous and becomes a porous porous silicon layer 27.

【0042】尚、上記隔壁26を陽極酸化するに際し
て、その陽極酸化条件によっては光を照射しながら電流
を通電するようにしても良い。また隔壁26を陽極酸化
する場合、ガス通流路20をなす溝状の凹部25の内壁
面をマスクしなくても、その陽極酸化電流がその内壁面
を介して流れることが殆どないので、凹部25(ガス通
流路20)の内壁面までが陽極酸化される虞はない。こ
のようにしてポーラスシリコン層27として形成された
隔壁26が、キャビティ10を形成するSi基板12に
一体に形成された所定の厚みのガス拡散フィルタ40と
して用いられる。
When anodizing the partition 26, depending on the anodizing conditions, a current may be applied while irradiating light. When the partition wall 26 is anodized, the anodic oxidation current hardly flows through the inner wall surface without masking the inner wall surface of the groove-shaped concave portion 25 forming the gas flow passage 20. There is no danger of anodizing up to the inner wall surface of the gas flow path 25 (gas flow path 20). The partition wall 26 formed as the porous silicon layer 27 in this manner is used as a gas diffusion filter 40 having a predetermined thickness integrally formed with the Si substrate 12 forming the cavity 10.

【0043】ところで上述したようにしてガス拡散フィ
ルタ40を一体に形成してなる第2のSi基板12のキ
ャビティ10をなす凹部(孔部)14の壁面に赤外光反
射膜70をコーティングするに際しては、例えば図5
(g)に示すように前記ガス拡散フィルタ40の形成部位
に対向する位置に壁体28を設けておき、Si基板12
の裏面側の斜め下方からAuやAl等を蒸着(またはスパ
ッタリング)するようにすれば良い。ちなみにこの壁体
28については、凹部(孔部)14のエッチング形成時
に、所定の高さをなすものとして同時に形成するように
すれば良い。
When the infrared light reflecting film 70 is coated on the wall surface of the concave portion (hole portion) 14 forming the cavity 10 of the second Si substrate 12 in which the gas diffusion filter 40 is integrally formed as described above. Is, for example, FIG.
As shown in (g), a wall 28 is provided at a position facing the formation site of the gas diffusion filter 40, and the Si substrate 12
Au, Al, or the like may be deposited (or sputtered) from the obliquely lower side of the back side of the above. Incidentally, the wall 28 may be formed to have a predetermined height at the same time when the recess (hole) 14 is formed by etching.

【0044】するとキャビティ10の内壁面の一部をな
して形成されたガス拡散フィルタ40は、壁体28によ
り上記AuやAl等のソースから遮蔽されるので、当該部
分には赤外光反射膜70が形成されることがなくなる。
従ってガス拡散フィルタ40の形成部位を除いて、キャ
ビティ10の内壁面の全域に赤外光反射膜70を形成す
ることが可能となる。
Then, the gas diffusion filter 40 formed as a part of the inner wall surface of the cavity 10 is shielded from the source such as Au or Al by the wall 28, so that the infrared light reflection film No 70 is formed.
Therefore, the infrared light reflection film 70 can be formed on the entire inner wall surface of the cavity 10 except for the portion where the gas diffusion filter 40 is formed.

【0045】その後、上述したようにガス拡散フィルタ
40を一体に形成した第2のSi基板12と、前述した
ようにマイクロフォン50を一体に形成した第1のSi
基板11とを互いに付き合わせて接合一体化する。更に
第2のSi基板12の開放された一面に、その開口部を
覆って赤外光導入窓30をなす光学フィルタを接合一体
化することで、所定の空間(試料室)を形成したキャビ
ティ10が完成される。尚、ガス拡散フィルタ40につ
いては、マイクロフォン50を一体に形成する第1のS
i基板11側に設けることも勿論可能である。この場
合、図6に示すように第1のSi基板11をエッチング
加工する際、前述した壁体28を形成しておけば、この
壁体28を含むキャビティ10の内壁面全体に、前記ガ
ス拡散フィルタ40のフィルタ面を除いてAuやAl等の
赤外光反射膜70をコーティングすることが可能とな
る。
Thereafter, the second Si substrate 12 on which the gas diffusion filter 40 is integrally formed as described above, and the first Si substrate 12 on which the microphone 50 is integrally formed as described above.
The substrate 11 and the substrate 11 are attached to each other and joined and integrated. Further, an optical filter forming an infrared light introducing window 30 covering the opening of the second Si substrate 12 is joined to and integrated with one open surface of the second Si substrate 12, thereby forming a cavity 10 having a predetermined space (sample chamber). Is completed. In addition, regarding the gas diffusion filter 40, the first S in which the microphone 50 is integrally formed.
Of course, it can be provided on the i-substrate 11 side. In this case, as shown in FIG. 6, when the first Si substrate 11 is etched, if the above-described wall 28 is formed, the gas diffusion is performed on the entire inner wall surface of the cavity 10 including the wall 28. Except for the filter surface of the filter 40, the infrared light reflection film 70 of Au, Al, or the like can be coated.

【0046】かくして上述した如くして構成される光音
響ガスセンサによれば、キャビティ10の内部が、ガス
拡散フィルタ40を一体に設けたガス通流口20および
赤外光導入窓30を除いて、AuやAl等からなる赤外光
反射膜70にてコーティングされているので、光源60
からキャビティ10内に照射された赤外光は、該キャビ
ティ10内で多重反射することなる。従って赤外光のキ
ャビティ10内における伝播光路長を十分に長くするこ
とができ、キャビティ10内に導入されたガス(C
2)による吸収効率を効果的に高めることが可能とな
る。従って光源60からパルス照射される赤外光の強度
に制約がある場合であっても、赤外光の吸収による上記
ガス(CO2)の熱膨張を十分大きくすることができ、
マイクロフォン50による検出感度を十分に高めること
が可能となる。
Thus, according to the photoacoustic gas sensor configured as described above, the inside of the cavity 10 has the same structure as that of the gas acoustic outlet 20 and the infrared light introducing window 30 except that the gas diffusion filter 40 is integrally provided. The light source 60 is coated with the infrared light reflection film 70 made of Au, Al, or the like.
The infrared light applied to the inside of the cavity 10 is multiple-reflected inside the cavity 10. Therefore, the propagation optical path length of the infrared light in the cavity 10 can be made sufficiently long, and the gas (C
It becomes possible to effectively increase the absorption efficiency by O 2 ). Therefore, even when the intensity of the infrared light pulsed from the light source 60 is limited, the thermal expansion of the gas (CO 2 ) due to the absorption of the infrared light can be sufficiently increased,
The detection sensitivity of the microphone 50 can be sufficiently increased.

【0047】しかも前述したようにキャビティ10の内
部を赤外光反射膜70にてコーティングすると言う簡単
な構成により、光音響ガスセンサの検出感度を高めるこ
とができるので、その実用的利点が絶大である。また赤
外光反射膜70によるキャビティ10の内部のコーティ
ングも前述したように簡単に行い得るので、この点でも
その工業的利点が絶大である。更にはキャビティ10の
天井面をなすマイクロフォン50における第1の電極5
1が波形形状をなしているので、赤外光をランダムに反
射することができ、キャビティ10内における赤外光の
多重反射を効果的に生起し得る。従って上記波形形状を
なす第1の電極51は、その検出感度を高める上で大き
く寄与する。
Further, as described above, since the detection sensitivity of the photoacoustic gas sensor can be increased by a simple configuration in which the inside of the cavity 10 is coated with the infrared light reflection film 70, the practical advantage is enormous. . In addition, since the coating of the inside of the cavity 10 with the infrared light reflection film 70 can be easily performed as described above, the industrial advantage is enormous also in this respect. Furthermore, the first electrode 5 of the microphone 50 forming the ceiling surface of the cavity 10
Since 1 has a waveform shape, infrared light can be reflected at random, and multiple reflection of infrared light in the cavity 10 can be effectively generated. Therefore, the first electrode 51 having the above-described waveform shape greatly contributes to enhancing the detection sensitivity.

【0048】ここで上述した如くマイクロマシンニング
技術を用いて製作される小型の光音響ガスセンサに要求
される各種の仕様について考察してみると、CO2等の
ガスを熱膨張させるための赤外光の変調周波数として
は、空調関連のノイズが多い周波数領域を避けるべく、
例えば100Hz以上に設定することが望ましい。この
為には、光源60における薄膜ヒータ64としては、そ
の熱時定数が1.6mSec以下であることが要求される。
この薄膜ヒータ64の熱時定数は、概略的には薄膜ヒー
タ64の熱容量を該薄膜ヒータ64からの熱の逃げ易さ
の度合い(熱伝導、対流、放射)で割った値に比例する
と看做し得る。従って上述した赤外光の高速変調を実現
するには、薄膜ヒータ64の熱容量をできるだけ小さく
し、また熱の逃げ易さの度合いを大きくすることが必要
である。
Considering the various specifications required for a small-sized photoacoustic gas sensor manufactured using the micromachining technique as described above, the infrared light for thermally expanding a gas such as CO2 is considered. As a modulation frequency, in order to avoid a frequency region with much air conditioning related noise,
For example, it is desirable to set it to 100 Hz or more. For this purpose, the thin film heater 64 of the light source 60 is required to have a thermal time constant of 1.6 mSec or less.
The thermal time constant of the thin-film heater 64 is considered to be roughly proportional to a value obtained by dividing the heat capacity of the thin-film heater 64 by the degree of escapability of heat from the thin-film heater 64 (thermal conduction, convection, and radiation). I can do it. Therefore, in order to realize the above-described high-speed modulation of infrared light, it is necessary to reduce the heat capacity of the thin-film heater 64 as much as possible and to increase the degree of easiness of heat dissipation.

【0049】ちなみに熱容量に関しては、薄膜ヒータ6
4の厚みを薄くすることでその表面積を維持したまま小
さくすることができる。しかし熱の逃げの度合いを大き
くすることは消費電力の増大に繋がるので、その熱時定
数を小さくすると言う観点では好ましくない。従って高
速駆動、高効率、および長期安定性の観点からすれば前
述した実施形態に示したように薄膜ヒータ64を単結晶
シリコンにて形成すれば、例えばその熱時定数を1mSe
c以下とし、150mWで約800℃に発熱する光源6
0を実現することが可能となる。またこのような薄膜ヒ
ータ64によれば100Hzの駆動において700℃以
上の温度差を持つパルス光(赤外光)を得ることが可能
となる。
Incidentally, regarding the heat capacity, the thin film heater 6
By reducing the thickness of 4, the surface area can be reduced while maintaining its surface area. However, increasing the degree of escape of heat leads to an increase in power consumption, which is not preferable from the viewpoint of reducing the thermal time constant. Therefore, from the viewpoints of high-speed driving, high efficiency, and long-term stability, if the thin-film heater 64 is formed of single-crystal silicon as shown in the above-described embodiment, for example, the thermal time constant is 1 mSe
c and a light source 6 that generates heat at about 800 ° C. at 150 mW
0 can be realized. Further, according to such a thin film heater 64, it becomes possible to obtain pulsed light (infrared light) having a temperature difference of 700 ° C. or more when driven at 100 Hz.

【0050】一方、キャビティ10における熱の逃げに
よる周波数応答は、キャビティ10の内容積によって熱
伝達により扱うか、或いは熱伝導で扱うかが決まる。従
って上述した実施形態に示すように小型の光音響ガスセ
ンサにおいては、キャビティ10の内容積が十分小さい
ので、その周波数応答については熱伝達で扱うようにす
れば良い。しかして熱の逃げによるキャビティ10内で
の音圧の周波数特性を電気系に置き換えると、例えば図
7に示す如き等価回路で示すことができ、キャビティ1
0内での空気の熱時定数Tは、一次のローパスフィルタ
となる。
On the other hand, the frequency response due to the escape of heat in the cavity 10 is determined depending on the internal volume of the cavity 10 by heat transfer or heat conduction. Accordingly, in the small-sized photoacoustic gas sensor as shown in the above-described embodiment, the internal volume of the cavity 10 is sufficiently small, and the frequency response may be handled by heat transfer. When the frequency characteristics of the sound pressure in the cavity 10 due to the escape of heat are replaced with an electric system, the frequency characteristics can be represented by, for example, an equivalent circuit as shown in FIG.
The thermal time constant T of the air within 0 becomes a first-order low-pass filter.

【0051】但し、熱時定数Tは、空気の熱容量Cと、
Si基板(筐体部)への熱の逃げ乗数Rにより示され、
RおよびCは、それぞれR=1/hS , C=Cvρ
Vとして与えられる。尚、上式においてhは空気の自然
対流熱伝達係数、Sはキャビティ10における内壁面の
面積、Cvは空気の定積比熱、ρは空気の密度、そして
Vはキャビティ10の内容積である。
However, the thermal time constant T is represented by the heat capacity C of air,
It is indicated by a multiplier R for escaping heat to the Si substrate (housing),
R and C are respectively R = 1 / hS, C = Cvρ
Given as V. In the above equation, h is the natural convection heat transfer coefficient of air, S is the area of the inner wall surface in the cavity 10, Cv is the specific heat of constant volume of air, ρ is the density of air, and V is the internal volume of the cavity 10.

【0052】そしてキャビティ10内における音圧変化
に対する周波数応答は、模式的には図8に示すように直
線A,Bを漸近線とする一次のローパスフィルタ特性と
して表し得る。ちなみにこのローパスフィルタ特性が示
すカットオフ周波数fcは、 fc=1/2πRC として与えられる。そして上記R,Cの値を変えても、
上記カットオフ周波数fc自体は変化することがなく、
直線Aのレベルが変化するだけであり、また直線Bによ
り示される特性も変化することはない。従って光源60
の駆動周波数を上記カットオフ周波数fc以上に設定す
れば、その駆動周波数に対する音圧は前記直線Bに沿っ
て変化することになる。また直線Bにより示される特性
自体を高くしてその音圧変化(感度)を高めるには、電
気系における電流iに相当する赤外光のエネルギ変化Δ
Eを高くするしか方法がない。
The frequency response to a change in sound pressure in the cavity 10 can be schematically represented as a first-order low-pass filter characteristic with the straight lines A and B asymptotically as shown in FIG. Incidentally, the cutoff frequency fc indicated by the low-pass filter characteristic is given as fc = 1 / 2πRC. And even if the values of R and C are changed,
The cutoff frequency fc itself does not change,
Only the level of the straight line A changes, and the characteristic indicated by the straight line B does not change. Therefore, the light source 60
If the driving frequency is set to be equal to or higher than the cutoff frequency fc, the sound pressure for the driving frequency changes along the straight line B. Further, in order to enhance the characteristic itself represented by the straight line B and increase the sound pressure change (sensitivity), the energy change ΔIR of the infrared light corresponding to the current i in the electric system.
There is no other way but to increase E.

【0053】しかして前記キャビティ10を1mm角の
立方体であると看做した場合、その熱時定数Tは0.0
7Secとなり、 T=CvρV/hS , fc=1/2πT から、そのカットオフ周波数fcは2.3Hzとして求め
られる。従って前述した如く光源60を70Hz以上で
変調駆動すれば、キャビティ10の内容積が小さい場合
であっても、その音圧変化を十分に高い感度で検出する
ことができる。またノイズについてはその変調駆動周波
数に反比例するので、S/Nの良い検出が可能となると
言える。
When the cavity 10 is regarded as a 1 mm square cube, its thermal time constant T is 0.0.
7 Sec. From T = CvρV / hS, fc = 1 / 2πT, the cutoff frequency fc is obtained as 2.3 Hz. Therefore, if the light source 60 is modulated and driven at 70 Hz or more as described above, even if the internal volume of the cavity 10 is small, the change in sound pressure can be detected with sufficiently high sensitivity. Also, since noise is inversely proportional to the modulation drive frequency, it can be said that good S / N can be detected.

【0054】一方、前述したガス拡散フィルタ40につ
いては、キャビティ10内での内圧の上昇を十分に保持
し得ること、また外気とキャビティ10とのガスの置換
を速やかに行い得ること、更に外乱音を遮断し得ること
が要求される。ちなみにキャビティ10内での内圧の保
持性能は、ガス拡散フィルタ40の圧損係数Kと、キャ
ビティ10の内容積Vとにより決定される時定数Tを持
つ一次のハイパスフィルタとなり、電気的には図9に示
すような等価回路で与えられる。そして上記ガス拡散フ
ィルタ40の圧損係数Kは、等価回路における抵抗分と
して置くことができ、またキャビティ10の内容積Vの
パラメータは、空気の体積弾性率を上記内容積Vで除し
た音響コンプライアンスとして考えることができ、等価
回路におけるキャパシタとして置くことができる。
On the other hand, with respect to the gas diffusion filter 40 described above, it is required that the internal pressure in the cavity 10 can be sufficiently increased, and that the gas between the outside air and the cavity 10 can be quickly replaced. Is required to be able to be shut off. Incidentally, the holding performance of the internal pressure in the cavity 10 is a primary high-pass filter having a time constant T determined by the pressure loss coefficient K of the gas diffusion filter 40 and the internal volume V of the cavity 10. Is given by an equivalent circuit as shown in FIG. The pressure loss coefficient K of the gas diffusion filter 40 can be set as a resistance in an equivalent circuit, and the parameter of the internal volume V of the cavity 10 is the acoustic compliance obtained by dividing the bulk modulus of air by the internal volume V. Can be considered and placed as a capacitor in an equivalent circuit.

【0055】しかしてキャビティ10の内容積Vが小さ
い小型の光音響ガスセンサに用いるガス拡散フィルタ4
0の場合には時定数Tが小さくなり、そのカットオフ周
波数が、例えば83Hz程度と、赤外光によるパルス駆
動周波数の100Hzにかなり近くなる。しかもキャビ
ティ10での内圧の保持性能も劣化する。従ってこのよ
うな不具合を解消するには、圧損係数Kの高いガス拡散
フィルタ40を使用することが必要となる。ちなみにこ
の圧損係数Kは、ガス拡散フィルタ40の面積に反比例
する。従って前述した実施形態に示したように、キャビ
ティ10を形成するSi基板12の一部を陽極酸化して
ポーラス化し、該キャビティ10に一体化されたポーラ
スシリコン層としてガス拡散フィルタ40を小さく実現
すれば、その圧損係数Kを高めて所望とするフィルタ特
性を実現することが可能となる。
The gas diffusion filter 4 used in a small photoacoustic gas sensor having a small internal volume V of the cavity 10
In the case of 0, the time constant T becomes small, and the cutoff frequency becomes, for example, about 83 Hz, which is quite close to the pulse driving frequency of 100 Hz of the infrared light. In addition, the performance of retaining the internal pressure in the cavity 10 is also deteriorated. Therefore, in order to solve such a problem, it is necessary to use the gas diffusion filter 40 having a high pressure loss coefficient K. Incidentally, the pressure loss coefficient K is inversely proportional to the area of the gas diffusion filter 40. Therefore, as shown in the above-described embodiment, a part of the Si substrate 12 forming the cavity 10 is anodized to make it porous, and the gas diffusion filter 40 can be made small as a porous silicon layer integrated with the cavity 10. For example, it is possible to realize a desired filter characteristic by increasing the pressure loss coefficient K.

【0056】以上の考察に示されるように本発明によれ
ば、マイクロマシンニング技術を用いてSi基板をエッ
チング加工する等して内容積の小さいキャビティ10を
備えた小型の光音響ガスセンサを実現しても、その基本
的な性能を十分に維持することができる。しかもキャビ
ティ10の内壁面に赤外光反射膜70を形成し、該キャ
ビティ10に導入された赤外光を多重反射させてガス
(CO2)による赤外光の吸収効率を高めるので、熱膨
張による音圧変化を大きくしてその検出感度を高めるこ
とができる。
As shown in the above discussion, according to the present invention, a small photoacoustic gas sensor having a cavity 10 with a small internal volume is realized by, for example, etching a Si substrate using micromachining technology. However, the basic performance can be sufficiently maintained. In addition, an infrared light reflection film 70 is formed on the inner wall surface of the cavity 10, and the infrared light introduced into the cavity 10 is multiply reflected to increase the absorption efficiency of the infrared light by gas (CO 2 ). , The detection sensitivity can be increased.

【0057】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば光音響ガスセンサを構成する各
部の製造方法やその形状・大きさ等は、仕様に応じて定
めれば良いものである。また赤外光反射膜70の形成手
段等も特に限定されない。また光源60についても、キ
ャビティ10と一体に形成しても良い。要はその要旨を
逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the manufacturing method of each part constituting the photoacoustic gas sensor and the shape and size thereof may be determined according to the specifications. The means for forming the infrared light reflection film 70 is not particularly limited. Also, the light source 60 may be formed integrally with the cavity 10. In short, various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、キ
ャビティの内壁面にコーティングされた赤外光反射膜を
備えるので、該キャビティに導入された赤外光を多重反
射させてガス(CO2)による赤外光の吸収効率を高め
ることができるので、熱膨張による音圧変化を大きくし
てその検出感度を高めた簡易な構成の小型の光音響ガス
センサを実現することができ、その実用的利点が多大で
ある。
As described above, according to the present invention, since the infrared light reflecting film coated on the inner wall surface of the cavity is provided, the infrared light introduced into the cavity is multiply reflected to obtain the gas (CO). 2 ) It is possible to increase the absorption efficiency of infrared light by means of 2 ), and it is possible to realize a small-sized photoacoustic gas sensor with a simple configuration in which the sound pressure change due to thermal expansion is increased and the detection sensitivity is increased. The benefits are significant.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る光音響ガスセンサの
概略構成を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a photoacoustic gas sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す光音響ガスセンサにおけるキャビテ
ィ10とマイクロフォン50の製造工程の例を分解して
示す図。
FIG. 2 is an exploded view showing an example of a manufacturing process of the cavity 10 and the microphone 50 in the photoacoustic gas sensor shown in FIG.

【図3】マイクロフォン50の第1の電極51を波形形
状にする為に用いるマスクの例を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a mask used to form a first electrode 51 of a microphone 50 into a waveform.

【図4】図1に示す光音響ガスセンサにおけるガス拡散
フィルタ40の製造工程の例を分解して示す図。
4 is an exploded view showing an example of a manufacturing process of the gas diffusion filter 40 in the photoacoustic gas sensor shown in FIG.

【図5】図1に示す光音響ガスセンサにおけるガス拡散
フィルタ40の製造工程の別の例を分解して示す図。
FIG. 5 is an exploded view showing another example of the manufacturing process of the gas diffusion filter 40 in the photoacoustic gas sensor shown in FIG.

【図6】本発明の別の実施形態に係る光音響ガスセンサ
の概略構成を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing a schematic configuration of a photoacoustic gas sensor according to another embodiment of the present invention.

【図7】キャビティの熱特性を示す電気的な等価回路。FIG. 7 is an electrical equivalent circuit showing the thermal characteristics of the cavity.

【図8】キャビティ内における音圧変化に対する周波数
応答特性を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a frequency response characteristic with respect to a change in sound pressure in a cavity.

【図9】ガス拡散フィルタの特性を示す電気的な等価回
路。
FIG. 9 is an electrical equivalent circuit showing characteristics of a gas diffusion filter.

【図10】光音響ガスセンサの一般的な構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a general configuration of a photoacoustic gas sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 キャビティ 20 ガス通流口 30 赤外光導入窓(光学フィルタ) 40 ガス拡散フィルタ 50 マイクロフォン 51 第1の電極 60 光源 64 薄膜ヒータ 70 赤外光反射膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cavity 20 Gas inlet 30 Infrared light introduction window (optical filter) 40 Gas diffusion filter 50 Microphone 51 First electrode 60 Light source 64 Thin film heater 70 Infrared light reflection film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木原 隆 東京都渋谷区渋谷2丁目12番19号 株式会 社山武内 Fターム(参考) 2G047 AA01 CA04 EA15 GB11 GD02 2G059 AA01 BB01 CC04 DD12 DD13 GG08 HH01 JJ02 KK08 LL02 LL03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Kihara 2-12-19 Shibuya, Shibuya-ku, Tokyo F-term (reference) 2G047 AA01 CA04 EA15 GB11 GD02 2G059 AA01 BB01 CC04 DD12 DD13 GG08 HH01 JJ02 KK08 LL02 LL03

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外気を導入するガス通流口および赤外光
導入窓を備えたキャビティと、 上記ガス通流口に前記キャビティと一体に設けられたガ
ス拡散フィルタと、 前記キャビティの内壁面の一部をなして設けられて該キ
ャビティ内の音圧を検出するマイクロフォンと、 前記赤外光導入窓を介してキャビティ内に変調した赤外
光を照射する光源と、 前記キャビティの内壁面の前記ガス通流口および赤外光
導入窓を除く領域にコーティングされた赤外光反射膜と
を具備したことを特徴とする光音響ガスセンサ。
A cavity provided with a gas passage for introducing outside air and an infrared light introduction window; a gas diffusion filter provided integrally with the cavity at the gas passage; and an inner wall surface of the cavity. A microphone that is provided as a part and detects a sound pressure in the cavity; a light source that irradiates infrared light modulated into the cavity through the infrared light introduction window; A photoacoustic gas sensor comprising: a gas flow opening; and an infrared light reflecting film coated in a region excluding an infrared light introduction window.
【請求項2】 前記キャビティは、所定厚みのSi基板
をエッチングして凹部空間を形成すると共に、その壁面
の一部を陽極酸化して前記ガス拡散フィルタをなすポー
ラスシリコン層を形成したものであって、 前記マイクロフォンは、互いに対向する一対の電極の一
方を前記Si基板の凹部空間を覆って設けて前記キャビ
ティの前記赤外光導入窓に対向する天井面を形成するも
のである請求項1に記載の光音響ガスセンサ。
2. The cavity is formed by etching a Si substrate having a predetermined thickness to form a concave space, and anodizing a part of a wall surface thereof to form a porous silicon layer constituting the gas diffusion filter. The microphone according to claim 1, wherein one of a pair of electrodes facing each other is provided so as to cover a concave space of the Si substrate, and a ceiling surface facing the infrared light introduction window of the cavity is formed. The photoacoustic gas sensor according to any one of the preceding claims.
【請求項3】 前記赤外光反射膜は、AuまたはAlの薄
膜からなり、 前記凹部空間を形成したSi基板の前記ポーラスシリコ
ン層からなるガス拡散フィルタを除く内壁面、および前
記キャビティの壁面を形成した前記マイクロフォンの電
極面に設けられるものである請求項2に記載の光音響ガ
スセンサ。
3. The infrared light reflecting film is made of a thin film of Au or Al, and has an inner wall surface except for a gas diffusion filter made of the porous silicon layer of the Si substrate in which the concave space is formed, and a wall surface of the cavity. The photoacoustic gas sensor according to claim 2, wherein the photoacoustic gas sensor is provided on an electrode surface of the formed microphone.
【請求項4】 前記キャビティの天井面を形成して前記
赤外光反射膜がコーティングされる前記マイクロフォン
の電極は、波形形状を有するものである請求項3に記載
の光音響ガスセンサ。
4. The photoacoustic gas sensor according to claim 3, wherein an electrode of the microphone, which forms a ceiling surface of the cavity and is coated with the infrared light reflecting film, has a waveform shape.
【請求項5】 前記光源は、半導体基板の表面に形成し
た凹部を跨いで設けられたブリッジ上に形成された薄膜
ヒータと、前記凹部の内壁面および/または前記半導体
基板の裏面にコーティングされた赤外光反射膜とを備え
てなり、 前記キャビティと熱的に隔離して、前記キャビティの赤
外光導入窓に対向して設けられるものである請求項1に
記載の光音響ガスセンサ。
5. The thin film heater formed on a bridge provided over a concave portion formed on the surface of the semiconductor substrate, and the light source is coated on an inner wall surface of the concave portion and / or a back surface of the semiconductor substrate. The photoacoustic gas sensor according to claim 1, further comprising an infrared light reflection film, wherein the photoacoustic gas sensor is provided so as to be thermally isolated from the cavity and to face the infrared light introduction window of the cavity.
【請求項6】 外気を導入するガス通流口および赤外光
導入窓を備えたキャビティと、 上記ガス通流口に前記キャビティと一体に設けられたガ
ス拡散フィルタと、 このガス拡散フィルタのフィルタ面に平行に対向させて
前記キャビティ内に一体に形成した壁体と、 前記キャビティの内壁面の前記ガス通流口および赤外光
導入窓を除く領域と前記壁体にコーティングした赤外光
反射膜とを具備したことを特徴とする光音響ガスセン
サ。
6. A cavity provided with a gas passage for introducing outside air and an infrared light introduction window, a gas diffusion filter provided integrally with the cavity at the gas passage, and a filter of the gas diffusion filter. A wall body integrally formed in the cavity so as to face in parallel with the surface, an area excluding the gas flow port and the infrared light introduction window on the inner wall surface of the cavity, and infrared light reflection coated on the wall body A photoacoustic gas sensor comprising a film.
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