JP2003262599A

JP2003262599A - 薄膜ガスセンサ

Info

Publication number: JP2003262599A
Application number: JP2002063223A
Authority: JP
Inventors: Soichi Tabata; 総一田畑; Katsumi Higaki; 勝己檜垣; Hiroichi Sasaki; 博一佐々木; Hisao Onishi; 久男大西; Kenji Kunihara; 健二国原; Mitsuo Kobayashi; 光男小林; Takeshi Matsubara; 健松原; Takuya Suzuki; 卓弥鈴木; Shinji Ogino; 慎次荻野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】優れたＨ₂選択性を長期にわたり維持し得る
薄膜ガスセンサの提供。【解決手段】薄膜状の支持膜の外周部または両端部を
Ｓｉ基板により支持し、外周部または両端部が厚く中央
部が薄く形成されたダイアフラム様の支持基板１，２上
に薄膜のヒータ３を形成し、この薄膜のヒータ３を絶縁
膜４で覆い、その上にガス感知膜用の電極５を形成し、
さらに半導体薄膜からなるガス感知膜６を形成した後、
その最表面に触媒フィルタ層７を形成した薄膜ガスセン
サにおける触媒フィルタ層７を、ガス感知膜６を被覆す
るように多孔質アルミナ層を形成後、貴金属触媒を含
浸，担持させて形成することで、従来のものより活性が
高く、長期安定性に優れた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電池駆動を念頭
においた低消費電力型薄膜ガスセンサ、特にその改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、ガスセンサはガス漏れ警報器
などの用途に用いられ、或る特定のガス、例えばＣＯ，
ＣＨ₄，Ｃ₃Ｈ₈，ＣＨ₃ＯＨ等に選択的に感応するデバイ
スであり、その性格上、高感度，高選択性，高応答性，
高信頼性，低消費電力が必要不可欠である。ところで、
家庭用として普及しているガス漏れ警報器には、都市ガ
ス用やプロパンガス用の可燃性ガス検知を目的とするも
のと、燃焼機器の不完全燃焼ガス検知を目的とするも
の、または両方の機能を併せ持ったものなどがあるが、
いずれもコストや設置性の問題から普及率はそれほど高
くはない。

【０００３】このような事情から、普及率の向上を図る
べく、設置性の改善、具体的には電池駆動としコードレ
ス化することが望まれている。電池駆動を実現するため
には低消費電力化が最も重要であるが、接触燃焼式や半
導体式のガスセンサでは、２００℃〜５００℃の高温に
加熱し検知する必要がある。このことから、ＳｎＯ₂な
どの粉体を燒結する従来の方法では、スクリーン印刷等
の方法を用いたとしても厚みを薄くするには限界があ
り、電池駆動に用いるには熱容量が大きすぎる。そこ
で、微細加工プロセスによりダイアフラム構造などの高
断熱，低熱容量の構造とした薄膜ガスセンサの出現が待
たれている。

【０００４】ダイアフラム構造などの超低熱容量構造と
した低消費電力薄膜ガスセンサを適用したガス漏れ警報
器においても、電池の交換無しで５年以上の寿命を持た
すためには薄膜ガスセンサのパルス駆動が必須となる。
通常、ガス漏れ警報器は２０〜６０秒の一定周期に一回
の検知が必要であり、この周期に合わせ検知部を室温か
ら２００℃〜５００℃の高温に加熱する。前記の電池の
交換無しで５年以上の寿命要請にこたえるため、この加
熱時間は数１００ｍｓ以下が目標となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、感知膜に半導
体薄膜を用いた場合、感知膜単体では複数の還元性ガス
種に感応してしまい、或る特定のガス種だけに選択的に
感応することはできない。そこで、感知膜の上にＰｄま
たはＰｔ等の貴金属触媒からなる選択燃焼層（触媒フィ
ルタ層）を設け、検知ガスより活性の強いガスを燃焼さ
せることが有効である。ＣＨ₄／Ｈ₂混合ガス系に関して
は、触媒フィルタ層として例えばＰｔまたはＰｄなどの
貴金属触媒をアルミナ担体に担持した多孔質触媒フィル
タ層を設け、適度なセンサ温度を選択することにより、
ＣＨ₄／Ｈ₂混合ガス系においては、酸化し易いＨ₂は感
知膜に到達する前に触媒フィルタ層で選択接触酸化し、
ＣＨ₄のみ感知膜に到達するようにすることで、Ｈ₂選択
性をもたすことが可能である。

【０００６】上記のような原理で選択性を付与している
ため、当然、触媒フィルタ層の温度を昇温するため、触
媒フィルタ層は感知膜に接し、完全に被覆するように構
成される。センサ温度へ感知膜を昇温する予熱で触媒フ
ィルタ層を加熱し選択性を付与することが、構造上重要
となる。触媒フィルタ層の熱容量はセンサの消費電力と
関連するため、そのサイズは低消費電力化のためにはな
るべく小さい方が好ましい。すなわち、触媒フィルタ層
のサイズを小さくするため、触媒フィルタ層の触媒は高
活性で、しかも長期間安定な活性を維持できるものが望
まれている。

【０００７】触媒フィルタ層は、微小な細孔が無数に存
在し、大きな比表面積を持ったアルミナ担体とそれに担
持された触媒からなっている。電池駆動ガスセンサでは
消費電力低減のため、触媒フィルタ層の体積は微小なほ
ど好ましいが、選択性を大きくするためにはより大きい
体積の方が好ましいというトレードオフの関係にある。
従来の触媒フィルタ層は、ＳｎＯ₂感知膜まで成膜した
ウエハに以下の方法で形成している。ＰｄまたはＰｔ触
媒を担持したアルミナ粉末（Ｐｄ（Ｐｔ）／アルミナ）
とシリカゾルなどの無機バインダーとエチルセルロース
などの有機バインダーおよびエチルカルビトールなどの
有機溶剤とを混合調製した印刷ペーストをスクリーン印
刷でＳｎＯ₂感知膜上のウエハ所定位置に位置あわせし
て印刷し、室温で乾燥後、５００℃で１時間焼き付けし
て形成している。

【０００８】現状は１００μｍ□のＳｎＯ₂感知膜に対
し、φ２００μｍ厚み３０μｍのサイズの触媒フィルタ
層を形成し、消費電力と選択性のバランスをとってい
る。電池駆動ガス警報器の寿命はセンサの消費電力（電
池寿命）により決まっており、上記触媒フィルタ層サイ
ズでも消費電力（電池寿命）から寿命は約５年となって
いる。電池駆動ガス警報器の寿命を５年よりさらに長寿
命化する、または電池容量に対するマージン確保のた
め、触媒活性の高い触媒フィルタ層を開発し、更なる消
費電力の低下が望まれている。また、長期寿命において
触媒活性の低下に伴う水素選択性の低下が認められてお
り、触媒活性の経時変化の少ない安定性の良い触媒フィ
ルタ層の開発も望まれている。したがって、この発明の
課題は、より活性で安定な触媒フィルタ層を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、薄膜状の支持膜の外周ま
たは両端部をＳｉ基板により支持し、外周部または両端
部が厚く、中央部が薄く形成されたダイアフラム様の支
持基板上に薄膜のヒータを形成し、この薄膜のヒータを
電気絶縁膜で覆い、その上にガス感知膜用の電極を形成
し、さらに半導体薄膜によりガス感知膜を形成した後、
その最表面にガス感知膜を完全に被覆するように形成し
た触媒担持多孔質アルミナからなる触媒フィルタ層を有
する薄膜ガスセンサにおいて、前記触媒フィルタ層を、
ガス感知膜を被覆する多孔質アルミナからなるフィルタ
層を形成する第１の工程と、前記フィルタ層へ触媒化合
物を含む溶液を含浸し、熱分解することにより、多孔質
アルミナ層に触媒を担持した触媒フィルタ層を形成する
第２の工程とにより形成することを特徴とする。

【００１０】請求項１の発明においては、前記感知膜材
料が、ＳｎＯ₂を主成分とするものであることができ
（請求項２の発明）、請求項１または２の発明において
は、前記触媒溶液の含浸をウエハ丸ごと行なうことがで
きる（請求項３の発明）。請求項１ないし３のいずれか
の発明においては、前記触媒溶液の含浸を、ディスペン
サにより多孔質アルミナフィルタ層の空孔容積に相当す
る溶液を滴下して含浸させることができ（請求項４の発
明）、請求項１ないし４のいずれかの発明においては、
前記ヒータを、一定時間毎に極めて短い時間のみ電圧印
加を繰り返すパルス駆動とすることができ（請求項５の
発明）、請求項１ないし５のいずれかの発明において
は、前記触媒が、ＰｄまたはＰｔ、もしくはＰｄとＰｔ
の混合物を主成分とする貴金属触媒であることができる
（請求項６の発明）。

【００１１】請求項６の発明においては、前記Ｐｄ触媒
の含浸液がジニトロジアミンＰｄ（化学式：Ｐｄ（Ｐｄ
（ＮＯ₂）₂（ＮＨ₃）₂）硝酸水溶液であることができ
（請求項７の発明）、または、前記Ｐｔ触媒の含浸液が
ジニトロジアミンＰｔ（化学式：Ｐｔ（Ｐｄ（ＮＯ₂）₂
（ＮＨ₃）₂）硝酸水溶液であることができる（請求項８
の発明）。さらに、請求項１ないし５のいずれかの発明
においては、前記触媒が、Ｗを主成分とする卑金属触媒
であることができ（請求項９の発明）、または、前記触
媒が、Ｗを主成分とする卑金属触媒と貴金属触媒との混
合物であることができる（請求項１０の発明）。上記請
求項９の発明においては、前記Ｗ触媒の含浸液がタング
ステン酸（Ｈ₂ＷＯ₄）水溶液であることができる（請求
項１１の発明）。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図で、薄膜ガスセンサの断面構造を示す。
以下、図１を参照してその作成方法と構成を説明する。
まず、両面に熱酸化膜を０．３μｍ形成したＳｉ基板１
の表面に、ダイアフラム構造の支持層２となるＳｉＮと
ＳｉＯ₂膜を順次プラズマＣＶＤ法にてそれぞれ０．１
５μｍ，１μｍ形成する。この上に第１接合層としての
Ｔａを０．０５μｍ形成後、連続してヒータ層３として
ＰｔＷ（Ｐｔ＋４ｗｔ％Ｗ）膜を０．５μｍ形成し、さ
らに連続して第２接合層としてのＴａを０．０５μｍ形
成する。成膜はＲＦマグネトロンスパッタリング装置を
用い、通常のスパッタリング方法によって行なう。成膜
温度は１００℃、成膜パワーは１００Ｗ、成膜圧力は１
Ｐａである。

【００１３】その後、微細加工によりヒータパターンを
形成する。ウェットエッチングのエッチャントとしてＴ
ａには水酸化ナトリウムと過酸化水素混合液、Ｐｔには
王水をそれぞれ９０℃に加熱して用いた。さらに、Ｓｉ
Ｏ₂絶縁膜４をスパッタ法により１．０μｍ形成した
後、微細加工により図示されていないヒータの電極パッ
ド部分をＨＦ（フッ化水素）にてエッチングし、窓明け
後に導通の確保とワイヤボンディング性を向上させるた
め、第２接合層Ｔａは水酸化ナトリウムと過酸化水素混
合液で除去する。次に、下地のＳｉＯ₂との密着性向上
のための中間層を０．０５μｍ形成後、連続してＰｔ感
知膜電極を０．２μｍ成膜する。

【００１４】成膜はＲＦマグネトロンスパッタリング装
置を用い、通常のスパッタリング方法によって行なう。
成膜温度は１００℃、成膜パワーは１００Ｗ、成膜圧力
は１Ｐａである。その後、ヒータ層と同様ウェットエッ
チにより一対の感知膜ＳｎＯ ₂の抵抗測定用感知膜電極
５をパターニングする。さらに、この上部にガスの感知
膜６として、スパッタでＳｎＯ₂をレジストリフトオフ
法により形成する。ＳｎＯ₂感知膜のサイズは１００μ
ｍ□で、成膜条件は３００Ｗ、１Ｐａ、Ａｒ＋Ｏ₂中１
００℃で、膜厚は２μｍである。

【００１５】つづいて、この発明に係る選択燃焼層（触
媒フィルタ層）７を形成する。図２に触媒フィルタ層７
の形成に関し、この発明によるプロセスフローと、比較
のためのプロセスフローとを示す。まず、この発明のプ
ロセスフロー（図２左側）について、Ｐｄ触媒を用いた
例で説明する。良く乾燥した平均粒径２〜３μｍのγ−
アルミナ担体粉末（１００ｇ）にシリカゾル（１５ｇ）
とエチルセルロース（４５ｇ）およびエチルカルビトー
ル（４０ｇ）を混ぜ（図２参照）、良く混合する（図
２参照）。混合物であるペーストの粘度は約１００ポ
イズとなる。その後スクリーン印刷機で選択印刷マスク
の開口部（φ２００μｍ）をウエハ上の１００μｍ□Ｓ
ｎＯ₂感知膜の位置に合わせ、感知膜を完全に被覆する
ようにφ２００μｍで、厚み１８μｍのサイズにペース
トを印刷する（図２参照）。室温で３０分乾燥後、電
気炉で３００℃／時間で昇温し、６００℃×１時間焼成
し、焼付け後（図２参照）、炉冷し触媒無しの多孔質
アルミナフィルタ層を形成する（図２参照：模式断面
図もあわせて示す）。多孔質アルミナフィルタ層の空孔
率は約５０％となる。この時点でフィルタ層サイズは厚
みが３μｍ減少し、１５μｍとなる。

【００１６】次に、７ｗｔ％のＰｄを含むジニトロジア
ミンＰｄ硝酸水溶液中に多孔質アルミナフィルタ層を形
成したウエハを１０分浸漬し、アルミナ層の細孔にジニ
トロジアミンＰｄ硝酸水溶液を含浸する（図２参
照）。取り出したウエハ表面に余分に付着したジニトロ
ジアミンＰｄ硝酸水溶液をＮ₂ブローなどで吹き飛ばす
（図２参照）。このとき、アルミナ層の細孔に含浸さ
れたジニトロジアミンＰｄ硝酸水溶液は毛細管力で保持
されており、Ｎ₂ブローなどで飛散することはない。そ
の後、ウエハを電気炉で空気気流中１５０℃で６０分乾
燥後、さらに空気気流中で５００℃×１時間熱分解しＰ
ｄを担持する（図２参照）。さらにもう一度含浸から
同様に行ない（図２〜参照）、７ｗｔ％Ｐｄを担持
した多孔質アルミナ（７ｗｔ％Ｐｄ／アルミナ）からな
る触媒フィルタ層（図２参照：模式断面図もあわせて
示す）を得る。Ｐｄは空気気流中で分解しているため、
大部分がＰｄＯとなっている。このようにして試作した
素子をＡと呼ぶ。

【００１７】比較のために、従来法（前含浸法）でセン
サＢを試作する（図２の右側プロセスフロー参照）。こ
の発明との差異は触媒フィルタ層の形成工程のみであ
る。良く乾燥した平均粒径２〜３μｍのγ−アルミナ担
体粉末（１００ｇ）を７ｗｔ％Ｐｄを含むジニトロジア
ミンＰｄ硝酸水溶液に１０分浸漬する（図２の右側参
照）。細かい目のろ紙でジニトロジアミンＰｄ硝酸水溶
液が含浸されたγ−アルミナ担体粉末をろ過し取り出す
（図２の右側参照）。ジニトロジアミンＰｄ硝酸水溶
液が含浸されたγ−アルミナ担体粉末を電気炉で空気気
流中で１５０℃，６０分乾燥後、さらに空気気流中で５
００℃×１時間分解しＰｄを担持する（図２参照）。
同様なことをもう一度繰り返し（図２右側〜参
照）、７ｗｔ％Ｐｄを担持したアルミナ粉末（７ｗｔ％
Ｐｄ／アルミナ）を得る（図２参照）。こうして得た
７ｗｔ％Ｐｄを担持したアルミナ粉末（７ｗｔ％Ｐｄ／
アルミナ）にシリカゾル（１５ｇ）とエチルセルロース
（４５ｇ）およびエチルカルビトール（４０ｇ）を混ぜ
（図２右側参照）、良く混合する（図２参照）。混
合物であるペーストの粘度は約１００ポイズとなる。

【００１８】その後スクリーン印刷機で選択印刷マスク
の開口部（φ２００μｍ）をウエハ上の１００μｍ□Ｓ
ｎＯ₂感知膜の位置に合わせ、感知膜を完全に被覆する
ようにφ２００μｍで、厚み３５μｍのサイズにペース
トを印刷する（図２参照）。室温で３０分に乾燥後、
電気炉で３００℃／時間で昇温し、６００℃×１時間焼
成し、焼付け後（図２参照）、炉冷しφ２００μｍ
で、印刷膜厚より５μｍ減少した厚み３０μｍの触媒フ
ィルタ層を形成する（図２参照：模式断面図もあわせ
て示す）。この段階で触媒フィルタ層の色，形状などマ
クロな状態としては、この発明のように形成した触媒フ
ィルタ層と何ら差異はない。最後に、基板裏面よりエッ
チングによりＳｉを除去し、ダイアフラム構造とする。

【００１９】このようにして試作した素子をＢとする。
さらに、比較のため前含浸法で、この発明と同一サイズ
になるようにφ２００μｍで厚み１５μｍの触媒フィル
タ層を形成した素子Ｃを試作した。ここで、ヒータ層
（Ｔａ／ＰｔＷ／Ｔａ）と感知膜電極（Ｔａ／Ｐｔ）の
パターニングの際には、きのこのかさ状に形成された二
種のメタル層をマスクとした一種のリフトオフ法を用い
ても良い。

【００２０】以上のようにして作製された薄膜ガスセン
サＡ，Ｂ，Ｃの特性を示す。表１はこの発明の後含浸法
で試作したセンサＡと、従来の前含浸法で試作したセン
サＢと、比較のためのセンサＡと同一サイズの触媒フィ
ルタを従来の前含浸法で試作したセンサＣの水素選択性
の経時変化を示す。試験はパルス通電（試験条件３Ｖ／
５０ｍＷ通電１００ｍｓｅｃオン、１ｓｅｃオフ（通
電時ヒータ温度４５０℃））を５００，１０００，２０
００万回繰り返した後の、２０℃，６０％ＲＨ（相対湿
度）でのＨ₂選択性（ＣＨ₄感度／Ｈ₂感度：２０００ｐ
ｐｍＣＨ₄／空気中とＨ₂１０００ｐｐｍ／空気中の感度
比）を示す。実用的にはＨ₂選択性＞２であることが望
まれている。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１からこの発明による素子Ａが優れたＨ
₂選択性を持ち、長期間に亘り高いＨ₂選択性を維持して
いる事が分かる。それに比べ素子Ｂでは選択層厚みがＡ
の約２倍にも関わらず、Ａに比べ当初よりＨ₂選択性が
悪く、また長期間の試験でその低下の激しい事が分か
る。また、触媒フィルタ層サイズをＡと同一にした素子
Ｃでは当初よりＨ₂選択性が低く、しかも長期間の試験
でその低下が激しいため、５年相当のパルス通電回数２
０００万回で目標値であるＨ₂選択比「２」を相当下回
ってしまうことが分かる、素子Ａの触媒フィルタ層の体
積は素子Ｂの半分以下であるにもかかわらず、素子Ｂと
同等以上の水素選択性を有する。すなわち、熱容量は半
分以下となり消費電力も相当な低下を図ることが可能に
なり、素子Ａでは同一の電池容量でも寿命５年以上に対
して相当マージンを持つことが可能となる。

【００２３】ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で素子の触媒
粒径をみると、素子Ａ，Ｂ，Ｃで３〜４ｎｍとあまり差
異は認められないが、高倍率のＦＥ−ＳＥＭ（フィール
ドエミッション型走査型電子顕微鏡）で触媒部を拡大比
較すると、素子Ｂ，Ｃでは触媒が無機バインダー（シリ
カゾル）が焼結してできたシリカにより被覆されている
ように見えるのが認められる。その状態を説明するた
め、図３にこの発明と従来方法で作製した触媒フィルタ
のＰｄ触媒の状態を比較模式図で示す。この発明の触媒
フィルタ層ではＡｌ₂Ｏ₃担体のみばかりでなく、シリカ
ゾルの焼結で析出した微細なシリカの上にもＰｄ触媒が
担持される。一方、従来方法においては担持されたＰｄ
触媒がシリカゾルの焼結で析出した微細なシリカにより
被覆され、触媒活性が低下／消失する。

【００２４】前含浸法で試作した素子Ｂ，Ｃで当初のＨ
₂選択性が素子Ａより劣るのは、上記のように、担持さ
れた触媒の一部がシリカにより被覆され、無効な触媒成
分に変質したことが理由と考えられる。素子Ｂ，ＣでＨ
₂選択性の長期試験での経時的低下については良く分か
らないが、やはり無機バインダー（シリカゾル）が焼結
してできたシリカによる触媒の被覆の影響がでているも
のと推定される。なお、触媒としてＰｄを例に説明した
が、Ｐｔでも同様の効果が得られる。また、その化合物
であるＰｄ／Ｐｔ合金でも良い。また、これまで貴金属
触媒を担持した触媒フィルタについて説明してきたが、
Ｈ₂に対して酸化活性の高いＷなどの卑金属触媒を用い
ても同様の効果が得られる。Ｗの含浸液としてはタング
ステン酸（Ｈ₂ＷＯ₄）水溶液を含浸液として用い、５０
０℃〜６００℃×１時間（空気気流中）で分解すること
で、酸化活性の高いＷＯｘが得られる。なお、Ｗと貴金
属触媒の混合触媒にしても同様の効果が得られる。さら
に、ここではジニトロジアミンＰｄ硝酸水溶液を用いた
が、塩化Ｐｄ（ＰｄＣｌ₂）の塩酸酸性水溶液を用いて
も良い。さらに、無機バインダーとしてシリカゾルを用
いたが、アルミナゾルでも良い。

【００２５】また、多孔質アルミナフィルタ層へのジニ
トロジアミンＰｄ硝酸水溶液の含浸は、ウエハ丸ごとジ
ニトロジアミンＰｄ硝酸水溶液へ浸漬したが、ディスペ
ンサなどで多孔質アルミナフィルタ層の空孔容積に相当
する容量を滴下し含浸させても良いことは勿論である。
発明による方法では、余分に付着したジニトロジアミン
Ｐｄ硝酸水溶液をＮ₂ブローなどで吹き飛ばす必要がな
くなる。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、後含浸法でＰｄを担
持した高活性な触媒フィルタ層を有する素子は、優れた
Ｈ₂選択性を長期にわたり維持する。また、フィルタ層
の触媒活性が高いため、触媒フィルタ層の体積を従来
（前含浸法）の半分以下にすることが可能であり、熱容
量の低下に伴う消費電力の低減も可能であり、５年以上
の警報器の寿命に対するマージンを大きくとれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す構成図である。

【図２】この発明による触媒フィルタ層の形成方法につ
き、従来例と対比して説明するための説明図である。

【図３】この発明による触媒の状態について、従来例と
対比して説明するための説明図である。

【符号の説明】

１…Ｓｉ基板（ダイアフラム）、２…支持層、３…ヒー
タ、４…絶縁膜、５…感知膜電極、６…感知膜、７…触
媒フィルタ層（選択燃焼層）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者檜垣勝己大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者佐々木博一大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者大西久男大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者国原健二神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者小林光男神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者松原健神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者鈴木卓弥神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者荻野慎次神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内Ｆターム(参考） 2G046 AA01 AA02 AA11 AA19 AA21 AA24 BA01 BA04 BB02 BB06 BC04 BD02 BD05 BD06 BE01 BE07 EA02 EA07 EA09 EA10 EA11 EA16 FB01 FC01 FC02 FE03 FE29 FE31 FE39 FE46 5C086 AA02 CA04 CB12 DA04 EA02 EA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜状の支持膜の外周または両端部をＳ
ｉ基板により支持し、外周部または両端部が厚く、中央
部が薄く形成されたダイアフラム様の支持基板上に薄膜
のヒータを形成し、この薄膜のヒータを電気絶縁膜で覆
い、その上にガス感知膜用の電極を形成し、さらに半導
体薄膜によりガス感知膜を形成した後、その最表面にガ
ス感知膜を完全に被覆するように形成した触媒担持多孔
質アルミナからなる触媒フィルタ層を有する薄膜ガスセ
ンサにおいて、前記触媒フィルタ層を、ガス感知膜を被覆する多孔質ア
ルミナからなるフィルタ層を形成する第１の工程と、前
記フィルタ層へ触媒化合物を含む溶液を含浸し、熱分解
することにより、多孔質アルミナ層に触媒を担持した触
媒フィルタ層を形成する第２の工程とにより形成するこ
とを特徴とする薄膜ガスセンサ。
【請求項２】前記感知膜材料が、ＳｎＯ₂を主成分と
するものであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜
ガスセンサ。
【請求項３】前記触媒溶液の含浸をウエハ丸ごと行な
うことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜ガス
センサ。
【請求項４】前記触媒溶液の含浸を、ディスペンサに
より多孔質アルミナフィルタ層の空孔容積に相当する溶
液を滴下して含浸させることを特徴とする請求項１ない
し３のいずれかに記載の薄膜ガスセンサ。
【請求項５】前記ヒータを、一定時間毎に極めて短い
時間のみ電圧印加を繰り返すパルス駆動とすることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のに記載の
薄膜ガスセンサ。
【請求項６】前記触媒が、ＰｄまたはＰｔ、もしくは
ＰｄとＰｔの混合物を主成分とする貴金属触媒であるこ
とを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の薄
膜ガスセンサ。
【請求項７】前記Ｐｄ触媒の含浸液がジニトロジアミ
ンＰｄ（化学式：Ｐｄ（Ｐｄ（ＮＯ₂）₂（ＮＨ₃）₂）硝
酸水溶液であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜
ガスセンサ。
【請求項８】前記Ｐｔ触媒の含浸液がジニトロジアミ
ンＰｔ（化学式：Ｐｔ（Ｐｄ（ＮＯ₂）₂（ＮＨ₃）₂）硝
酸水溶液であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜
ガスセンサ。
【請求項９】前記触媒が、Ｗを主成分とする卑金属触
媒であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
に記載の薄膜ガスセンサ。
【請求項１０】前記触媒が、Ｗを主成分とする卑金属
触媒と貴金属触媒との混合物であることを特徴とする請
求項１ないし５のいずれかに記載の薄膜ガスセンサ。
【請求項１１】前記Ｗ触媒の含浸液がタングステン酸
（Ｈ₂ＷＯ₄）水溶液であることを特徴とする請求項９に
記載の薄膜ガスセンサ。