JP2003279522A - Gaseous hydrogen detecting apparatus and its manufacturing method - Google Patents

Gaseous hydrogen detecting apparatus and its manufacturing method

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義道 米倉
Masayuki Kureya
真之 呉屋
Yuji Nomaru
裕次 能丸
Akihisa Okuda
晃久 奥田
Sumio Okuyama
澄雄 奥山
Tomonobu Kumagai
智宣 熊谷
Katsuro Okuyama
克郎 奥山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gaseous hydrogen detecting apparatus capable of highly accurately, speedily, and easily detecting leakage of a hydrogen gas even in an inert gas atmosphere or in an oxygen-free environment such as in a vacuum, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: The gaseous hydrogen detecting apparatus detects concentration of the gaseous hydrogen in both an oxygen-free environment and an oxygen- present environment, and is provided with an insulating substrate 310, sensing membranes 30 and 31 having Pd as a main component and provided on one surface of the insulating substrate, and oxidation-resistive membranes 90 and 91 having a metal element as a main component hardly oxidizable in the atmosphere and provided on the sensing membranes. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、不活性ガス雰囲気
中や宇宙空間などの真空中での、無酸素環境下で水素ガ
スの濃度を検出し、かつ酸素を含む雰囲気中でも機構す
る水素ガス検出装置及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects a hydrogen gas concentration in an oxygen-free environment in an inert gas atmosphere or in a vacuum such as outer space, and detects hydrogen gas in an atmosphere containing oxygen. The present invention relates to a device and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の水素ガスセンサは、接触燃焼式、
半導体式、固体電解質式のセンサが用いられているが、
何れも不活性ガス雰囲気中や真空中などの無酸素環境下
では作動せず、空気などの酸素を含む気体との共存の下
でのみ動作する。従来の水素ガスセンサを用いて、窒
素、ヘリウムなどの不活性ガスで満たした防爆雰囲気中
に設置されている圧縮水素ガスを貯蔵する容器、あるい
は液化水素を貯蔵する容器において、発生の恐れがある
水素ガス漏洩を検知するために採用している従来の方法
を図11〜14に示す。
2. Description of the Related Art A conventional hydrogen gas sensor is a catalytic combustion type,
Semiconductor type and solid electrolyte type sensors are used,
None of them operate in an oxygen-free environment such as in an inert gas atmosphere or in a vacuum, and operate only in the coexistence with a gas containing oxygen such as air. Hydrogen that may be generated in a container that stores compressed hydrogen gas or a container that stores liquefied hydrogen that is installed in an explosion-proof atmosphere filled with an inert gas such as nitrogen or helium using a conventional hydrogen gas sensor The conventional method employed to detect gas leakage is shown in FIGS.

【0003】図11は防爆雰囲気中に設置されている圧
縮水素貯蔵容器における漏洩検知方法を示す模式図であ
る。この図において、符合110は圧縮水素の貯蔵容器、
符合120は不活性ガスを満たした容器、符合130はサンプ
リング配管、符合131は空気導入配管、符合140は吸引ポ
ンプ、符合150と151は流量調整弁、符合152は混合器、
符合160は従来の水素ガスセンサである。この従来の漏
洩検知方法では、不活性ガスを満たした容器120内の雰
囲気の一部を、サンプリング配管130、流量調整弁150を
介して混合器152まで吸引ポンプ140により吸引され導か
れている。また、同時に酸素を含む空気が、空気導入配
管131、流量調整弁151を介して混合器152まで吸引ポン
プ140により吸引され導かれている。混合器152内でサン
プリングガスと空気が十分混合された後に従来の水素ガ
スセンサ160に導入され、水素漏洩を検知するような構
造を採用している。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a leakage detection method in a compressed hydrogen storage container installed in an explosion-proof atmosphere. In this figure, reference numeral 110 is a compressed hydrogen storage container,
Reference numeral 120 is a container filled with an inert gas, reference numeral 130 is a sampling pipe, reference numeral 131 is an air introduction pipe, reference numeral 140 is a suction pump, reference numerals 150 and 151 are flow rate adjusting valves, reference numeral 152 is a mixer,
Reference numeral 160 is a conventional hydrogen gas sensor. In this conventional leak detection method, a part of the atmosphere in the container 120 filled with the inert gas is sucked and guided by the suction pump 140 to the mixer 152 via the sampling pipe 130 and the flow rate adjusting valve 150. At the same time, oxygen-containing air is sucked and guided by the suction pump 140 to the mixer 152 via the air introducing pipe 131 and the flow rate adjusting valve 151. A structure is adopted in which, after the sampling gas and air are sufficiently mixed in the mixer 152, they are introduced into the conventional hydrogen gas sensor 160 and hydrogen leakage is detected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の水素ガス漏洩検知方法には次の(1)〜(3)に掲げ
るような問題点がある。
However, the above-mentioned conventional hydrogen gas leakage detection method has the following problems (1) to (3).

【0005】(1)サンプリング配管を通してポンプで
吸引しているため、ガス漏洩があった場合に、検出に要
する時間が長くかかる。
(1) Since the gas is sucked by the pump through the sampling pipe, it takes a long time to detect a gas leak.

【0006】(2)漏洩検知を行いたい場所が多数ある
場合には、吸引配管、吸引ポンプを多数設置せねばなら
ず、検出可能な点数に限りがある。
(2) If there are many places where leakage detection is desired, many suction pipes and suction pumps must be installed, and the number of points that can be detected is limited.

【0007】(3)宇宙空間、月面、他の惑星上など、
酸素を含む大気が存在しない環境では、別途に酸素ガス
も供給しなければならない。
(3) In outer space, on the moon, on other planets,
In an environment where there is no atmosphere containing oxygen, oxygen gas must also be supplied separately.

【0008】図12には別の従来例を示す。図12は防
爆雰囲気中に設置されている液化水素貯蔵容器における
漏洩検知方法を示す模式図である。この図において、符
号111は液化水素の貯蔵容器、符号120は不活性ガスを満
たした容器、符号121は断熱材、他の同一番号は図11
と同一である。この漏洩検知方法は図11に示した漏洩
検出方法と実質的に同じであり、上述の問題点(1)〜
(3)がある。
FIG. 12 shows another conventional example. FIG. 12 is a schematic diagram showing a leakage detection method in a liquefied hydrogen storage container installed in an explosion-proof atmosphere. In this figure, reference numeral 111 is a liquefied hydrogen storage container, reference numeral 120 is a container filled with an inert gas, reference numeral 121 is a heat insulating material, and other same numbers are the same as in FIG.
Is the same as This leak detection method is substantially the same as the leak detection method shown in FIG.
There is (3).

【0009】図13には別の従来例を示す。図13は真
空断熱容器中に設置されている液化水素貯蔵容器を示す
模式図である。この図において、符合111は液化水素の
貯蔵容器、符合122は真空断熱容器を示す。この例にお
いては、漏洩のおそれがある場所が真空となっているた
め、雰囲気をサンプリングすることができないので、図
11および図12で示した従来の水素ガスセンサを用い
た漏洩検知の方法は適用することができず、液化水素貯
蔵容器で発生する漏洩は真空断熱容器の圧力上昇を圧力
計161で検出する以外に方法が無く、水素が漏洩してい
るか、大気が真空断熱容器中に漏れているかが判別でき
ないという問題がある。
FIG. 13 shows another conventional example. FIG. 13 is a schematic diagram showing a liquefied hydrogen storage container installed in a vacuum heat insulating container. In this figure, reference numeral 111 indicates a liquid hydrogen storage container, and reference numeral 122 indicates a vacuum heat insulating container. In this example, since the place where there is a risk of leakage is a vacuum and the atmosphere cannot be sampled, the leakage detection method using the conventional hydrogen gas sensor shown in FIGS. 11 and 12 is applied. The leak that occurs in the liquefied hydrogen storage container cannot be prevented, and there is no other way than detecting the pressure rise in the vacuum insulation container with the pressure gauge 161, and whether hydrogen is leaking or the atmosphere is leaking into the vacuum insulation container. There is a problem that can not be determined.

【0010】また、従来の水素ガスセンサは、検出感度
の上限が概ね1000ppmであるので、それ以上に高濃度の
水素まで検知する必要がある場合には、センサに導入す
る前にサンプリングガスを十分に希釈しなければならな
いという問題もある。
Further, since the upper limit of the detection sensitivity of the conventional hydrogen gas sensor is about 1000 ppm, when it is necessary to detect even hydrogen with a higher concentration, a sufficient sampling gas should be introduced before introducing the sensor. There is also the problem of having to dilute.

【0011】図14には、別の従来例を示す。図14
は、不活性ガス中、または、真空中などの無酸素環境下
で水素ガスを検出できる水素ガスセンサの断面構造図で
ある。この図において、符号310はガラスなどの絶縁性
基板、符号330はPdを主成分とする薄膜、符号340a、3
40bはAl,Ni,Au,Ag,Ti,Crなどの金属
を主成分とする電極膜である。この例に示すセンサは、
水素に曝されると水素がPdを主成分とする薄膜330内
部に拡散して結晶格子内部に入り込み、電子が流れにく
くなるために、金属電極膜340a、340b間の電気抵抗の増
加として計測されるものであり、上述の図11〜図13
の従来例とは異なり酸素が無い雰囲気中においても水素
ガスを検出することが可能である。
FIG. 14 shows another conventional example. 14
FIG. 3 is a cross-sectional structural view of a hydrogen gas sensor capable of detecting hydrogen gas in an inert gas or in an oxygen-free environment such as vacuum. In this figure, reference numeral 310 is an insulating substrate such as glass, reference numeral 330 is a thin film containing Pd as a main component, and reference numerals 340a and 340a.
40b is an electrode film containing a metal such as Al, Ni, Au, Ag, Ti, and Cr as a main component. The sensor shown in this example is
When exposed to hydrogen, hydrogen diffuses into the thin film 330 containing Pd as a main component and enters the inside of the crystal lattice, which makes it difficult for electrons to flow. Therefore, it is measured as an increase in electrical resistance between the metal electrode films 340a and 340b. 11 to 13 described above.
Unlike the conventional example, it is possible to detect hydrogen gas even in an oxygen-free atmosphere.

【0012】しかし、この従来方法においては、酸素が
僅かにでも存在する雰囲気中では、Pd元素に特有の触
媒効果により、薄膜330の表面において水素が容易に酸
化(燃焼)してしまうので、薄膜330の内部に水素が入
り込むことができず、金属電極膜340a、340b間の電気抵
抗の変化が無く、水素の存在を検出できないという問題
がある。
However, in this conventional method, hydrogen is easily oxidized (combusted) on the surface of the thin film 330 due to the catalytic effect peculiar to the Pd element in an atmosphere in which even a slight amount of oxygen exists, so that the thin film There is a problem that hydrogen cannot enter the inside of 330, the electric resistance between the metal electrode films 340a and 340b does not change, and the presence of hydrogen cannot be detected.

【0013】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであって、不活性ガス雰囲気や真空中などの無
酸素環境下であっても高精度かつ迅速かつ容易に水素ガ
スの漏洩を検出することができる水素ガス検出装置及び
その製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to leak hydrogen gas with high accuracy, speed and easily even in an oxygen-free environment such as an inert gas atmosphere or a vacuum. An object of the present invention is to provide a hydrogen gas detection device that can detect hydrogen gas and a method for manufacturing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明に係る水素ガス検
出装置は、無酸素環境下および有酸素環境下のいずれに
おいても水素ガスの濃度を検出する水素ガス検出装置で
あって、絶縁性基板と、この絶縁性基板の一方側の面上
に設けられたPdを主成分とする感知薄膜と、この感知
薄膜の上に設けられた大気中で酸化され難い金属元素を
主成分とする酸化抵抗薄膜と、を具備することを特徴と
する。
A hydrogen gas detecting device according to the present invention is a hydrogen gas detecting device for detecting the concentration of hydrogen gas in both an oxygen-free environment and an aerobic environment, which is an insulating substrate. And a sensing thin film containing Pd as a main component, which is provided on one surface of the insulating substrate, and an oxidation resistance containing a metal element that is difficult to be oxidized in the atmosphere and is provided on the sensing thin film. And a thin film.

【0015】本発明に係る水素ガス検出装置は、無酸素
環境下および有酸素環境下のいずれにおいても水素ガス
の濃度を検出する水素ガス検出装置であって、半導体基
板と、この半導体基板の一方側の面上に設けられた第1
及び第2の絶縁膜と、この第1の絶縁膜の上に設けられ
たPdを主成分とする第1の感知薄膜、および該第1の
感知薄膜の上に設けられた大気中で酸化され難い金属を
主成分とする第1の酸化抵抗薄膜を有する第1の検知部
と、該第1の検知部は前記第1の感知薄膜の電気抵抗を
計測することと、前記第2の絶縁膜の上に設けられたP
dを主成分とする第2の感知薄膜、および該第2の感知
薄膜の上に設けられた大気中で酸化され難い金属を主成
分とする第2の酸化抵抗薄膜、および前記半導体基板の
他方側の面にオーミック性接続された導体からなる裏面
電極を有する第2の検知部と、該第2の検知部は前記裏
面電極と前記第2の感知薄膜との間に電圧を印加して、
前記第2の感知薄膜の静電容量を計測することと、を具
備することを特徴とする。
A hydrogen gas detecting device according to the present invention is a hydrogen gas detecting device for detecting the concentration of hydrogen gas in both an oxygen-free environment and an aerobic environment. First provided on the side surface
And a second insulating film, a first sensing thin film containing Pd as a main component provided on the first insulating film, and oxidized in the atmosphere provided on the first sensing thin film. A first detection unit having a first oxidation resistance thin film containing a difficult metal as a main component; the first detection unit measuring the electric resistance of the first detection thin film; and the second insulation film. On top of P
A second sensing thin film containing d as a main component, a second oxidation resistance thin film provided on the second sensing thin film and containing a metal that is not easily oxidized in the atmosphere as a main component, and the other of the semiconductor substrates. A second sensing portion having a back surface electrode made of a conductor that is ohmic-connected on the side surface, and the second sensing portion applies a voltage between the back surface electrode and the second sensing thin film;
Measuring the capacitance of the second sensing thin film.

【0016】上記の酸化抵抗膜は、PtまたはAuのい
ずれかからなるものであり、これらの貴金属元素を99
原子%以上含有することが望ましく、不可避不純物とし
てAg,Cuなどを最大1原子%まで含むことが許容さ
れる。なお、PtまたはAuのうちいずれか一方を単体
で用いることが望ましいが、これらに少量(最大5原子
%)のAg,Si,Rdなどを添加して合金化するよう
にしてもよい。
The oxidation resistant film is made of either Pt or Au and contains 99 of these noble metal elements.
It is desirable to contain at least 1 atomic% and it is permissible to contain up to 1 atomic% of Ag, Cu, etc. as unavoidable impurities. Although it is desirable to use either Pt or Au alone, it is also possible to add a small amount (maximum 5 atom%) of Ag, Si, Rd or the like to these and alloy them.

【0017】上記の感知薄膜は、主成分としてPdを9
9.9原子%含有し、残部が不可避不純物(主に酸素な
どのガス成分元素)からなる。さらに、意図的な添加物
として50原子%以下のCr,Ni,Agの群から選ば
れる1種又は2種以上を添加するようにしてもよい。こ
れらを添加すると水素濃度計測範囲が拡大する効果が得
られる。なお、感知薄膜では、不可避不純物としてA
l,Siなどを最大0.5原子%まで許容することがで
きる。
The above sensing thin film contains 9% Pd as a main component.
It contains 9.9 atomic% and the balance consists of unavoidable impurities (mainly gas component elements such as oxygen). Further, as an intentional additive, one kind or two or more kinds selected from the group of Cr, Ni and Ag of 50 atomic% or less may be added. Addition of these has the effect of expanding the hydrogen concentration measurement range. In addition, in the sensing thin film, A
It is possible to allow up to 0.5 atom% of l, Si and the like.

【0018】さらに、本発明の装置は、絶縁性基板の他
方側の面上に設けられた導電性の発熱膜と、この発熱膜
に導通する電極膜と、この電極膜を介して前記発熱膜に
給電する手段とを備えることが好ましい。給電により発
熱膜を抵抗発熱させ、この発熱した発熱膜により絶縁性
基板を介して感知薄膜を所定温度に加熱する。これによ
り水素に対する感知薄膜の応答速度が上昇して、迅速な
検出が可能になる。
Further, in the device of the present invention, a conductive heat generating film provided on the other surface of the insulating substrate, an electrode film conducting to the heat generating film, and the heat generating film via the electrode film. It is preferable to provide a means for supplying power to. The heating film causes resistance heating by power supply, and the heating film that has generated heat heats the sensing thin film to a predetermined temperature via the insulating substrate. This increases the response speed of the sensing thin film to hydrogen and enables rapid detection.

【0019】さらに、本発明の装置は、絶縁性基板と感
知薄膜との間に設けられた導電性の発熱膜と、この発熱
膜と感知薄膜との間に挿入されて発熱膜を感知薄膜から
絶縁する絶縁膜と、発熱膜に導通する電極膜と、この電
極膜を介して発熱膜に給電する手段とを具備することが
好ましい。給電により発熱膜を抵抗発熱させ、この発熱
した発熱膜により絶縁膜を介して感知薄膜を加熱する。
発熱膜を感知薄膜に近接させ、絶縁性基板を介すること
なく感知薄膜を加熱するので、さらに迅速な測定が可能
になる。
Further, the device of the present invention includes a conductive heating film provided between the insulating substrate and the sensing thin film, and is inserted between the heating film and the sensing thin film to remove the heating film from the sensing thin film. It is preferable to include an insulating film that insulates, an electrode film that conducts to the heat generating film, and a means for supplying power to the heat generating film via the electrode film. The heating film causes resistance heating by power supply, and the sensing film is heated by the heated heating film through the insulating film.
Since the heat generating film is brought close to the sensing thin film and the sensing thin film is heated without the interposition of the insulating substrate, more rapid measurement becomes possible.

【0020】さらに、感知薄膜に接触導通する電極膜
と、この電極膜に接続された計測回路と、を具備する検
知部を形成する。この検知部により感知薄膜の電気抵抗
を検知する。
Further, a sensing portion is formed which includes an electrode film which is in contact with the sensing thin film and is conductive, and a measuring circuit which is connected to the electrode film. The detection unit detects the electric resistance of the sensing thin film.

【0021】本発明に係る水素ガス検出装置の製造方法
は、無酸素環境下で水素ガスの濃度を検出する水素ガス
検出装置の製造方法において、(a)第1の検知部がそ
の上に形成されるべき第1の絶縁膜をシリコン基板の表
面に形成する工程と、(b)パターンエッチングにより
前記第1の絶縁膜を深さ方向に全部除去した後、第2の
絶縁膜を形成して第2の検知部が形成されるべき浅いホ
ールを形成するとともに、前記第1の絶縁膜を深さ方向
に全部除去して前記シリコン基板の表面の一部を露出さ
せて第3の検知部が形成されるべき深いホールを形成す
る工程と、(c)前記深いホール内のシリコン基板の露
出面をオゾンに曝して酸化させることにより第3の絶縁
膜を形成する工程と、(d)前記第1の絶縁膜の上にP
dを主成分とする第1の感知薄膜をCr又はTiを主成
分とする密着層を介して形成するとともに、前記第2の
絶縁膜の上にPdを主成分とする第2の感知薄膜を形成
するとともに、前記第3の絶縁膜の上にPdを主成分と
する第3の感知薄膜を形成する工程と、(e)前記第1
の感知薄膜の上に大気中で酸化され難い金属元素を主成
分とする第1の酸化抵抗薄膜を形成するとともに、前記
第2の感知薄膜の上に大気中で酸化され難い金属元素を
主成分とする第2の酸化抵抗薄膜を形成するとともに、
前記第3の感知薄膜の上に大気中で酸化され難い金属元
素を主成分とする第3の酸化抵抗薄膜を形成する工程
と、(f)前記第1の酸化抵抗薄膜の上にオーミック性
接続された導体からなる第1の電極を形成するととも
に、前記第2の酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接続さ
れた導体からなる第2の電極を形成するとともに、前記
第3の酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接続された導体
からなる第3の電極を形成する工程と、(g)前記シリ
コン基板の裏面にオーミック性接続された導体からなる
裏面電極を形成する工程と、を具備する。
The method for manufacturing a hydrogen gas detecting device according to the present invention is the method for manufacturing a hydrogen gas detecting device for detecting the concentration of hydrogen gas in an oxygen-free environment, wherein: (a) a first detecting portion is formed on the first detecting portion. Forming a first insulating film on the surface of the silicon substrate, and (b) removing the first insulating film in the depth direction by pattern etching, and then forming a second insulating film. A shallow hole in which the second detector is to be formed is formed, and the first insulating film is entirely removed in the depth direction to expose a part of the surface of the silicon substrate to form a third detector. Forming a deep hole to be formed, (c) forming a third insulating film by exposing the exposed surface of the silicon substrate in the deep hole to ozone, and (d) forming the third insulating film. P on the insulation film of 1
A first sensing thin film containing d as a main component is formed via an adhesion layer containing Cr or Ti as a main component, and a second sensing thin film containing Pd as a main component is formed on the second insulating film. Forming, and forming a third sensing thin film containing Pd as a main component on the third insulating film, and (e) the first sensing thin film.
A first oxidation resistant thin film containing a metal element that is difficult to be oxidized in the atmosphere as a main component on the sensing thin film, and a metal element that is hard to be oxidized in the atmosphere as a main component on the second sensing thin film. And forming a second oxidation resistance thin film
Forming on the third sensing thin film a third oxidation resistant thin film containing a metal element which is difficult to be oxidized in the atmosphere as a main component, and (f) ohmic connection on the first oxidation resistant thin film. Forming a first electrode made of a conductive conductor, forming a second electrode made of an ohmic-connected conductor on the second oxidation resistance thin film, and forming a second electrode on the third oxidation resistance thin film. And (g) forming a back electrode made of an ohmic-connected conductor on the back surface of the silicon substrate.

【0022】本発明に係る水素ガス検出装置の製造方法
は、無酸素環境下で水素ガスの濃度を検出する水素ガス
検出装置の製造方法において、(A)第1の検知部がそ
の上に形成されるべき第1の絶縁膜をシリコン基板の表
面に形成する工程と、(B)パターンエッチングにより
前記第1の絶縁膜を深さ方向に全部除去した後、第2の
絶縁膜を形成して第2の検知部が形成されるべき浅いホ
ールを形成するとともに、前記第1の絶縁膜を深さ方向
に全部除去して前記シリコン基板の表面の一部を露出さ
せて第3の検知部が形成されるべき深いホールを形成す
る工程と、(C)前記深いホール内のシリコン基板の露
出面を酸素プラズマに曝して酸化させることにより第3
の絶縁膜を形成する工程と、(D)前記第1の絶縁膜の
上にPdを主成分とする第1の感知薄膜をCr又はTi
を主成分とする密着層を介して形成するとともに、前記
第2の絶縁膜の上にPdを主成分とする第2の感知薄膜
を形成するとともに、前記第3の絶縁膜の上にPdを主
成分とする第3の感知薄膜を形成する工程と、(E)前
記第1の感知薄膜の上に大気中で酸化され難い金属元素
を主成分とする第1の酸化抵抗薄膜を形成するととも
に、前記第2の感知薄膜の上に大気中で酸化され難い金
属元素を主成分とする第2の酸化抵抗薄膜を形成すると
ともに、前記第3の感知薄膜の上に大気中で酸化され難
い金属元素を主成分とする第3の酸化抵抗薄膜を形成す
る工程と、(F)前記第1の酸化抵抗薄膜の上にオーミ
ック性接続された導体からなる第1の電極を形成すると
ともに、前記第2の酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接
続された導体からなる第2の電極を形成するとともに、
前記第3の酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接続された
導体からなる第3の電極を形成する工程と、(G)前記
シリコン基板の裏面にオーミック性接続された導体から
なる裏面電極を形成する工程と、を具備する。
The method of manufacturing a hydrogen gas detecting device according to the present invention is the method of manufacturing a hydrogen gas detecting device for detecting the concentration of hydrogen gas in an oxygen-free environment, wherein (A) the first detecting portion is formed on the first detecting portion. A step of forming a first insulating film on the surface of the silicon substrate, and (B) pattern etching to completely remove the first insulating film in the depth direction, and then form a second insulating film. A shallow hole in which the second detector is to be formed is formed, and the first insulating film is entirely removed in the depth direction to expose a part of the surface of the silicon substrate to form a third detector. A step of forming a deep hole to be formed, and (C) exposing the exposed surface of the silicon substrate in the deep hole to oxygen plasma for oxidation
And (D) forming a first sensing thin film containing Pd as a main component on the first insulating film by Cr or Ti.
And a second sensing thin film containing Pd as a main component is formed on the second insulating film, and Pd is formed on the third insulating film. Forming a third sensing thin film containing a main component, and (E) forming a first oxidation resistance thin film containing a metal element which is difficult to oxidize in the atmosphere as a main component on the first sensing thin film. Forming a second oxidation resistant thin film containing a metal element which is not easily oxidized in the atmosphere as a main component on the second sensing thin film, and a metal which is not easily oxidized in the atmosphere on the third sensing thin film. A step of forming a third oxidation resistant thin film containing an element as a main component, and (F) forming a first electrode made of an ohmic-connected conductor on the first oxidation resistant thin film, and It consists of a conductor that is ohmic connected on the oxidation resistance thin film of 2. To form a second electrode,
Forming a third electrode made of an ohmic-connected conductor on the third oxidation resistance thin film; and (G) forming a back electrode made of an ohmic-connected conductor on the back surface of the silicon substrate. And a process.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
Various preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0024】(第1の実施形態)図1を参照して第1の
実施形態の水素ガス検出装置について説明する。
(First Embodiment) A hydrogen gas detection apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

【0025】本実施形態では絶縁性基板としてガラス基
板310を用いている。ガラス基板310の表面側には
Pdを主成分とする感知薄膜30が積層され、さらに感
知薄膜30の上に酸化抵抗薄膜90が積層されている。
酸化抵抗薄膜90の適所には一対の電極膜40a,40
bが接触導通している。
In this embodiment, the glass substrate 310 is used as the insulating substrate. A sensing thin film 30 containing Pd as a main component is laminated on the surface side of the glass substrate 310, and an oxidation resistance thin film 90 is further laminated on the sensing thin film 30.
A pair of electrode films 40a, 40 are provided at appropriate positions on the oxidation resistance thin film 90.
b is in contact conduction.

【0026】図中に破線で取り囲んだ領域55は水素検
知部として機能する部分にあたる。この水素検知部55
は、絶縁性基板310の上に感知薄膜30、酸化抵抗薄
膜90、電極膜40a,40bをこの順に積み上げて形
成され、電極膜40a,40bに接続された回路配線
(図示せず)を介して外部の制御装置(図示せず)に検
知信号を送るようになっている。
A region 55 surrounded by a broken line in the drawing corresponds to a portion functioning as a hydrogen detecting portion. This hydrogen detector 55
Is formed by stacking the sensing thin film 30, the oxidation resistance thin film 90, and the electrode films 40a and 40b on the insulating substrate 310 in this order, and via circuit wiring (not shown) connected to the electrode films 40a and 40b. A detection signal is sent to an external control device (not shown).

【0027】感知薄膜30は、主成分としてPdを50
原子%以上含み、合金化元素としてCr,Ni,Agを
50%以下の原子数比となるように添加したものであ
る。また、感知薄膜30は平面視野内で矩形状または多
数の折り返し部を持つ蛇行形状をなしており、膜厚は5
〜100nmの範囲にある。この感知薄膜30の組成お
よび膜厚は、検出対象となる雰囲気中の水素濃度に応じ
て最適のものが適宜選択される。
The sensing thin film 30 contains 50% Pd as a main component.
Cr, Ni, Ag as an alloying element is added so as to have an atomic ratio of 50% or less. In addition, the sensing thin film 30 has a rectangular shape or a meandering shape having a large number of folded portions in a plane view, and has a film thickness of 5
˜100 nm. The composition and film thickness of the sensing thin film 30 are appropriately selected depending on the hydrogen concentration in the atmosphere to be detected.

【0028】酸化抵抗薄膜90は、膜厚を20nm以下
とし、感知薄膜30の全面を覆うようにした。酸化抵抗
薄膜90は、大気中で容易に酸化されず、かつ水素燃焼
に関して触媒作用を有しない貴金属元素を主成分とする
導体薄膜からなるものである。本実施形態の酸化抵抗薄
膜90は、主成分としてAuを99.9原子%含有して
いる。なお、酸化抵抗薄膜90の主成分としてはAuの
他にPtを用いることができる。
The oxidation resistance thin film 90 has a thickness of 20 nm or less and covers the entire surface of the sensing thin film 30. The oxidation resistance thin film 90 is made of a conductor thin film containing a precious metal element as a main component, which is not easily oxidized in the atmosphere and has no catalytic action for hydrogen combustion. The oxidation resistance thin film 90 of this embodiment contains 99.9 atomic% of Au as a main component. As the main component of the oxidation resistance thin film 90, Pt can be used in addition to Au.

【0029】一対の電極膜40a,40bは酸化抵抗薄
膜90の両端にそれぞれ取り付けられ、外部検出器の電
気回路とAl,Au等を主成分とするワイヤー等を介し
て接続されている。電極膜40a,40bは、Al,N
i,Au,Ag,Ti,Cr等の金属を主成分とする単
層膜または2層以上の多層膜からなり、膜厚を0.2〜
1μmとした。
The pair of electrode films 40a and 40b are attached to both ends of the oxidation resistance thin film 90, respectively, and are connected to the electric circuit of the external detector through a wire containing Al, Au or the like as a main component. The electrode films 40a and 40b are made of Al, N
It is composed of a single-layer film containing a metal such as i, Au, Ag, Ti, Cr or the like as a main component or a multilayer film of two or more layers, and has a film thickness of 0.2 to
It was 1 μm.

【0030】検知部55では一対の電極膜40a,40
bの両端の電気抵抗を計測し、この計測信号と所定のデ
ータとに基づいて外部検出器が水素濃度を算出する。さ
らに、外部検出器は水素濃度の検出値を画面上に表示す
るようになっている。
In the detection section 55, the pair of electrode films 40a, 40a
The electrical resistances at both ends of b are measured, and the external detector calculates the hydrogen concentration based on this measurement signal and predetermined data. Further, the external detector is adapted to display the detected value of hydrogen concentration on the screen.

【0031】本実施形態では、不活性ガス中、真空中な
どの酸素が無い環境下においては、水素ガス分子が非常
に薄い酸化抵抗薄膜90を透過・拡散して、さらに感知
薄膜30の内部に拡散するので、一対の電極膜40a,
40b間の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化を
検出することにより、水素濃度を知ることができる。
In this embodiment, hydrogen gas molecules permeate and diffuse through the very thin oxidation resistance thin film 90 in an environment without oxygen such as in an inert gas or vacuum, and further into the sensing thin film 30. Since it diffuses, a pair of electrode films 40a,
The electrical resistance between 40b changes. The hydrogen concentration can be known by detecting the change in the electric resistance.

【0032】また、酸素が存在する環境下においても、
同様に水素ガス分子が薄膜90を透過・拡散して、薄膜
30の内部に拡散するので、一対の電極膜40a,40
b間の電気抵抗の変化を検出することで水素濃度を知る
ことができる。
Further, even in an environment where oxygen is present,
Similarly, since hydrogen gas molecules permeate and diffuse through the thin film 90 and diffuse inside the thin film 30, a pair of electrode films 40a and 40a are formed.
The hydrogen concentration can be known by detecting the change in electrical resistance between b.

【0033】次に、本実施形態の水素ガス検出装置の製
造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the hydrogen gas detector of this embodiment will be described.

【0034】絶縁性基板10として板厚が0.3mm、
抵抗率が1×106Ω・m以上の硼珪酸ガラス板を用い
た。ガラス基板10の表面に金属イオン、有機物等の有
害な不純物が存在しないように表面洗浄処理した。
The insulating substrate 10 has a thickness of 0.3 mm,
A borosilicate glass plate having a resistivity of 1 × 10 6 Ω · m or more was used. The surface of the glass substrate 10 was washed so that harmful impurities such as metal ions and organic substances did not exist.

【0035】このような基板10の洗浄処理面に、平面
視野で蛇行形状のシャドウマスクをかぶせ、基板10を
PVD装置内に搬入し、物理化学蒸着法(真空蒸着法)
により基板10の上に膜厚15nmのCr薄膜39、P
dを主成分とする膜厚0.05μm(50nm)の感知
薄膜30、膜厚2nmのAuを主成分とする酸化抵抗薄
膜90を順次形成した。感知薄膜30は平面視野で蛇行
形状である。
A surface of the substrate 10 thus treated is covered with a meandering shadow mask in a plan view, the substrate 10 is carried into a PVD apparatus, and physical chemical vapor deposition (vacuum vapor deposition) is carried out.
The Cr thin film 39, P having a thickness of 15 nm is formed on the substrate 10 by
A sensing thin film 30 mainly composed of d and having a thickness of 0.05 μm (50 nm) and an oxidation resistance thin film 90 mainly composed of Au and having a thickness of 2 nm were sequentially formed. The sensing thin film 30 has a meandering shape in a plan view.

【0036】Cr薄膜39は組成99.9%で、感知薄
膜30と基板10との密着性を向上させるために挿入し
た中間密着層である。Crに代えてTiを用いても良
い。酸化抵抗薄膜90の組成は99.9%である。
The Cr thin film 39 has a composition of 99.9% and is an intermediate adhesion layer inserted to improve the adhesion between the sensing thin film 30 and the substrate 10. Ti may be used instead of Cr. The composition of the oxidation resistant thin film 90 is 99.9%.

【0037】次いで、PVD法により所定のシャドウマ
スクを用いて酸化抵抗薄膜90の両端近傍部位に一対の
電極膜40a,40bを形成した。電極膜40a,40
bは膜厚15nmのCr膜と膜厚500nmのNi膜と
の二層からなる多層積層膜とした。さらに、各電極膜4
0a,40bにワイヤリードを接続し、これをさらに図
示しない外部の制御装置の回路に接続した。
Next, a pair of electrode films 40a and 40b were formed by the PVD method using a predetermined shadow mask in the vicinity of both ends of the oxidation resistance thin film 90. Electrode film 40a, 40
b is a multi-layer laminated film consisting of two layers of a Cr film having a film thickness of 15 nm and a Ni film having a film thickness of 500 nm. Furthermore, each electrode film 4
Wire leads were connected to 0a and 40b, and this was further connected to a circuit of an external control device (not shown).

【0038】このようにして作製された検知部50を備
えた水素ガス検出装置は、無酸素環境下であっても水素
を高感度に検出することができる。
The hydrogen gas detection apparatus having the detection unit 50 thus manufactured can detect hydrogen with high sensitivity even in an oxygen-free environment.

【0039】(第2の実施形態)図2を参照して第2の
実施形態の水素ガス検出装置について説明する。なお、
本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省
略する。
(Second Embodiment) A hydrogen gas detection apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In addition,
Descriptions of portions of the present embodiment that overlap with the above embodiments will be omitted.

【0040】本実施形態の装置では、水素検知部として
機能する部分に対して反対側にあたる基板310の裏面
に、発熱膜としての導電性薄膜65を形成した。導電性
薄膜65の材質は特に限定するものではなく、導体、半
導体などの電流を流す物質であればよい。
In the device of this embodiment, the conductive thin film 65 as a heat generating film is formed on the back surface of the substrate 310, which is the opposite side to the portion functioning as the hydrogen detecting portion. The material of the conductive thin film 65 is not particularly limited, and may be a substance such as a conductor or a semiconductor that allows a current to flow.

【0041】導電性薄膜65上の両端近傍部位に一対の
電極膜66a,66bを形成した。電極膜66a,66
bはAl,Ni,Au,Ag,Ti,Crの群から選ば
れる1種又は2種以上を主成分とする単層膜または二層
以上の多層膜である。一対の電極膜66a,66bはワ
イヤリード線を介して図示しない電源に接続されてい
る。一対の電極膜66a,66b間に通電すると、導電
性薄膜65にジュール熱が発生し、この発熱により水素
検知部55(感知薄膜30)が加熱されるようになって
いる。
A pair of electrode films 66a and 66b were formed on the conductive thin film 65 in the vicinity of both ends. Electrode film 66a, 66
b is a single-layer film or a multi-layer film having two or more layers containing one or more selected from the group of Al, Ni, Au, Ag, Ti, and Cr as the main component. The pair of electrode films 66a and 66b are connected to a power source (not shown) via wire lead wires. When electricity is applied between the pair of electrode films 66a and 66b, Joule heat is generated in the conductive thin film 65, and this heat generation heats the hydrogen detection unit 55 (sensing thin film 30).

【0042】ガラス基板310の厚みは0.3mm、導
電性薄膜65には金属Crを用い、その膜厚は500n
mとした。また、電極膜66a,66bは膜厚15nm
の金属Cr膜と膜厚300nmの金属Ni膜からなる二
層膜とした。
The glass substrate 310 has a thickness of 0.3 mm, the conductive thin film 65 is made of metal Cr, and its thickness is 500 n.
m. The electrode films 66a and 66b have a film thickness of 15 nm.
To form a two-layer film composed of the metal Cr film and the metal Ni film having a film thickness of 300 nm.

【0043】電極膜66a,66b間の電気抵抗を30
0Ωに設定した。両電極間に60mAの電流を流したと
きは水素検知部55を100℃に加熱昇温させることが
できる。また、両電極間に80mAの電流を流したとき
は水素検知部55を150℃に加熱昇温させることがで
きる。
The electric resistance between the electrode films 66a and 66b is set to 30
It was set to 0Ω. When a current of 60 mA is applied between both electrodes, the hydrogen detection unit 55 can be heated to 100 ° C. and heated. When a current of 80 mA is applied between the electrodes, the hydrogen detector 55 can be heated to 150 ° C. and heated.

【0044】検知部55からの信号に基づいて外部制御
装置は電極膜40a,40b間の電気抵抗を求め、これ
からさらに水素濃度を知ることができる。
The external control device can obtain the electric resistance between the electrode films 40a and 40b on the basis of the signal from the detection portion 55, and can further know the hydrogen concentration from this.

【0045】本実施形態においても、不活性ガス中、真
空中などの酸素が無い環境下においては、水素ガスが非
常に薄い酸化抵抗薄膜90を透過・拡散して、感知薄膜
30内部に拡散し、電極膜40a,40b間の電気抵抗
が変化するので、これから水素濃度を知ることができ
る。
Also in the present embodiment, hydrogen gas permeates and diffuses through the very thin oxidation resistance thin film 90 and diffuses inside the sensing thin film 30 in an environment without oxygen such as in an inert gas or vacuum. Since the electric resistance between the electrode films 40a and 40b changes, the hydrogen concentration can be known from this.

【0046】また、酸素が存在する環境下においても、
同様に水素ガスが酸化抵抗薄膜90を透過、拡散して、
薄膜30の内部に拡散するので、電極膜40a,40b
間の電気抵抗が変化することから水素濃度を知ることが
できる。
Further, even in an environment where oxygen is present,
Similarly, hydrogen gas permeates and diffuses through the oxidation resistance thin film 90,
Since it diffuses inside the thin film 30, the electrode films 40a, 40b
The hydrogen concentration can be known from the change in the electrical resistance between the two.

【0047】本実施形態の装置によれば、水素検知部5
5を100℃に加熱した場合に、上記第1の実施形態と
比べて水素に対する応答速度を十分の一に短縮すること
が可能であった。
According to the apparatus of this embodiment, the hydrogen detector 5
When 5 was heated to 100 ° C., it was possible to reduce the response speed to hydrogen by a factor of 10 as compared with the first embodiment.

【0048】(第3の実施形態)図3を参照して第3の
実施形態の水素ガス検出装置について説明する。なお、
本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省
略する。
(Third Embodiment) A hydrogen gas detector according to a third embodiment will be described with reference to FIG. In addition,
Descriptions of portions of the present embodiment that overlap with the above embodiments will be omitted.

【0049】本実施形態の装置では、絶縁性基板310
の表面上に発熱膜としての導電性薄膜65を形成し、こ
の上に絶縁膜77を介して中間密着層39、感知薄膜3
0および酸化抵抗薄膜90を順次積層している。なお、
導電性薄膜65の周縁部には絶縁膜77が形成されてい
ないので、この周縁部において導電性薄膜65は露出し
ている。この周縁部露出面上にて一対の電極膜66a,
66bが導電性薄膜65に接触導通し、図示しない電源
から導電性薄膜65に給電されるようになっている。
In the device of this embodiment, the insulating substrate 310 is used.
A conductive thin film 65 as a heat generating film is formed on the surface of the thin film, and an intermediate adhesion layer 39 and a sensing thin film 3 are formed on the conductive thin film 65 via an insulating film 77.
0 and the oxidation resistance thin film 90 are sequentially laminated. In addition,
Since the insulating film 77 is not formed on the peripheral portion of the conductive thin film 65, the conductive thin film 65 is exposed at this peripheral portion. A pair of electrode films 66a on the exposed surface of the peripheral edge portion,
The conductive film 66b is brought into contact with the conductive thin film 65 so that power is supplied to the conductive thin film 65 from a power source (not shown).

【0050】導電性薄膜65には金属Crを用い、その
膜厚は500nmとした。絶縁膜77には膜厚1μmの
酸化珪素薄膜を用いた。なお、絶縁膜77は、酸化珪素
のみに限定されるものではなく、酸化アルミニウムなど
の材質としてもよい。
Metal Cr is used for the conductive thin film 65, and its thickness is set to 500 nm. As the insulating film 77, a silicon oxide thin film having a film thickness of 1 μm was used. The insulating film 77 is not limited to silicon oxide, but may be made of a material such as aluminum oxide.

【0051】一対の電極膜66a,66b間の電気抵抗
を300Ωに設定した。両電極間に40mAの電流を流
したときは水素検知部55を100℃に加熱昇温させる
ことができ、また60mAの電流を流したときは水素検
知部55を150℃に加熱昇温させることができた。
The electric resistance between the pair of electrode films 66a and 66b was set to 300Ω. When a current of 40 mA is applied between both electrodes, the hydrogen detector 55 can be heated to 100 ° C., and when a current of 60 mA is applied, the hydrogen detector 55 can be heated to 150 ° C. I was able to.

【0052】検知部55からの信号に基づいて外部制御
装置は電極膜40a,40b間の電気抵抗を求め、これ
からさらに水素濃度を知ることができる。
The external control device obtains the electric resistance between the electrode films 40a and 40b based on the signal from the detection section 55, and the hydrogen concentration can be further known from this.

【0053】本実施形態においても、不活性ガス中、真
空中などの酸素が無い環境下においては、水素ガスが非
常に薄い酸化抵抗薄膜90を透過・拡散して、感知薄膜
30内部に拡散し、電極膜40a,40b間の電気抵抗
が変化するので、これから水素濃度を知ることができ
る。
Also in the present embodiment, hydrogen gas permeates and diffuses through the very thin oxidation resistance thin film 90 and diffuses inside the sensing thin film 30 in an environment where there is no oxygen such as in an inert gas or vacuum. Since the electric resistance between the electrode films 40a and 40b changes, the hydrogen concentration can be known from this.

【0054】また、酸素が存在する環境下においても、
同様に水素ガスが酸化抵抗薄膜90を透過、拡散して、
薄膜30の内部に拡散するので、電極膜40a,40b
間の電気抵抗が変化することから水素濃度を知ることが
できる。
Further, even in an environment where oxygen is present,
Similarly, hydrogen gas permeates and diffuses through the oxidation resistance thin film 90,
Since it diffuses inside the thin film 30, the electrode films 40a, 40b
The hydrogen concentration can be known from the change in the electrical resistance between the two.

【0055】本実施形態によれば、水素検知部55を1
00℃に加熱した場合、上記第1の実施形態の装置に比
べて水素に対する応答速度を十分の一に短縮することが
できるとともに、上記第2の実施形態の装置に比べて加
熱に要する消費電力を半分に低減することができた。
According to this embodiment, the hydrogen detector 55 is set to 1
When heated to 00 ° C., the response speed to hydrogen can be shortened to a tenth as compared with the device of the first embodiment, and the power consumption required for heating is higher than that of the device of the second embodiment. Was reduced to half.

【0056】(第4の実施形態)図4を参照して第4の
実施形態の水素ガス検出装置について説明する。なお、
本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省
略する。
(Fourth Embodiment) A hydrogen gas detection apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In addition,
Descriptions of portions of the present embodiment that overlap with the above embodiments will be omitted.

【0057】本実施形態の装置では、基板として半導体
基板10を用いている。半導体基板10には、Asを不
純物としてドーピングし、抵抗率が1×10-3Ω・cm
であり、厚さ0.5mmのn型Si単結晶基板上に、P
(リン)を不純物としてドーピングした抵抗率が15Ω
・cmで、厚さ20μmのn型Si膜をエピタキシャル
成長させたシリコンウエハを用いた。本実施形態では、
このシリコン基板10の上に2つの検知部50,51を
形成している。
In the device of this embodiment, the semiconductor substrate 10 is used as the substrate. The semiconductor substrate 10 is doped with As as an impurity and has a resistivity of 1 × 10 −3 Ω · cm.
On the n-type Si single crystal substrate having a thickness of 0.5 mm.
Resistivity when doped with (phosphorus) as an impurity is 15Ω
A silicon wafer in which an n-type Si film having a thickness of 20 cm and a thickness of 20 cm was epitaxially grown was used. In this embodiment,
Two detectors 50 and 51 are formed on the silicon substrate 10.

【0058】基板10の表面側(エピタキシャル膜成長
面)には第1の絶縁膜20が全面を覆うように形成され
ている。第1の絶縁膜20は酸化珪素を主成分とし、膜
厚が500〜1000nm(0.5〜1μm)の範囲に
ある。
A first insulating film 20 is formed on the front surface side (epitaxial film growth surface) of the substrate 10 so as to cover the entire surface. The first insulating film 20 contains silicon oxide as a main component and has a film thickness in the range of 500 to 1000 nm (0.5 to 1 μm).

【0059】第1の絶縁膜20の一部に第2の検知部5
1が形成されるべきホールを形成するため、ホールとす
る部分のみを開口としたレジストパターンを形成し、レ
ジスト開口部内を、厚さ方向に全部第一の絶縁膜を除去
した後、熱酸化により開口部に第2の絶縁膜を形成し
た。熱酸化の条件は、大気圧の純度99.9%の酸素雰
囲気中で800℃×10時間である。ホールの底部に存
在する第2の絶縁膜21の上に、Pdを主成分とし、C
rまたはNiまたはAgを50%以下の原子数比となる
ように合金化させた第2の感知薄膜31が形成されてい
る。さらに、第2の感知薄膜31の上には第2の酸化抵
抗薄膜91が形成されている。この第2の酸化抵抗薄膜
91の適所には単一の電極膜41が接触導通している。
The second detector 5 is formed on a part of the first insulating film 20.
In order to form a hole in which 1 is to be formed, a resist pattern is formed in which only the portion to be a hole is formed as an opening. After removing the first insulating film entirely in the thickness direction of the resist opening, thermal oxidation is performed. A second insulating film was formed in the opening. The conditions of thermal oxidation are 800 ° C. × 10 hours in an oxygen atmosphere having a purity of 99.9% at atmospheric pressure. On the second insulating film 21 existing at the bottom of the hole, Pd is the main component and C
A second sensing thin film 31 is formed by alloying r, Ni, or Ag so that the atomic ratio is 50% or less. Further, a second oxidation resistance thin film 91 is formed on the second sensing thin film 31. A single electrode film 41 is in contact with the second oxidation resistance thin film 91 at an appropriate position.

【0060】第2の感知薄膜31は上記第1の感知薄膜
30と材質および膜厚ともに実質的に同じであり、第2
の酸化抵抗薄膜91は上記第1の酸化抵抗薄膜90と材
質および膜厚ともに実質的に同じである。
The second sensing thin film 31 is substantially the same in material and film thickness as the first sensing thin film 30 described above.
The oxidation resistance thin film 91 is substantially the same in material and thickness as the first oxidation resistance thin film 90.

【0061】電極膜40a,40b,41は、Al,N
i,Au,Ag,Ti,Crの群から選ばれる1種又は
2種以上を主成分とする単層膜または二層以上の多層膜
からなり、膜厚が0.2〜1μmの範囲にある。
The electrode films 40a, 40b and 41 are made of Al, N
i, Au, Ag, Ti, Cr consisting of a single layer film or a multilayer film of two or more layers containing one or more selected from the group as a main component, and the film thickness is in the range of 0.2 to 1 μm. .

【0062】基板10の裏面側には裏面電極膜43が全
面を覆うように形成されている。裏面電極膜43は第1
及び第2の検知部50,51の電極膜40a,40b,
41と実質的に同じ材質および膜厚である。
A back surface electrode film 43 is formed on the back surface side of the substrate 10 so as to cover the entire surface. The back electrode film 43 is the first
And the electrode films 40a, 40b of the second detectors 50, 51,
The material and the film thickness are substantially the same as those of No. 41.

【0063】第1の検知部50は、膜厚500〜100
0nm(0.5〜1μm)の第1の絶縁膜20の上に、
中間密着層39、第1の感知薄膜30、第1の酸化抵抗
薄膜90、一対の電極膜40a,40bを順次積層して
なるものである。第1の感知薄膜30は、Pdを主成分
とし、CrまたはNiまたはAgを40%以下の原子数
比となるように合金化させた材質からなる矩形状あるい
は多数の折り返し部を持つ蛇行形状で、20〜100n
mの膜厚を有する。第1の酸化抵抗薄膜は、Pt又はA
uを主成分とし、膜厚20nm以下である。一対の電極
膜40a,40bは、第1の酸化抵抗薄膜90の両端近
傍部位にて接触導通し、膜厚0.2〜1μmの単層又は
多層膜からなる。
The first detector 50 has a film thickness of 500 to 100.
On the first insulating film 20 of 0 nm (0.5 to 1 μm),
The intermediate adhesion layer 39, the first sensing thin film 30, the first oxidation resistance thin film 90, and the pair of electrode films 40a and 40b are sequentially laminated. The first sensing thin film 30 has a rectangular shape or a meandering shape with a large number of folded portions, which is made of a material containing Pd as a main component and Cr, Ni, or Ag alloyed to have an atomic ratio of 40% or less. 20-100n
It has a film thickness of m. The first oxidation resistant thin film is Pt or A
u is the main component, and the film thickness is 20 nm or less. The pair of electrode films 40a and 40b are in contact with each other in the vicinity of both ends of the first oxidation resistance thin film 90 and are formed of a single layer or a multilayer film having a film thickness of 0.2 to 1 μm.

【0064】第2の検知部51は、膜厚20〜150n
mの第2の絶縁膜21の上に、第2の感知薄膜31と第
2の酸化抵抗薄膜91をホール内で順次積層する一方
で、ホール外の第1の絶縁膜20の上においては第2の
感知薄膜31、第2の酸化抵抗薄膜91、第2の電極膜
41を順次積層してなるものである。
The second detector 51 has a film thickness of 20 to 150 n.
The second sensing thin film 31 and the second oxidation resistance thin film 91 are sequentially laminated in the hole on the second insulating film 21 of m, while the first sensing film 20 outside the hole is formed on the first insulating film 20. The second sensing thin film 31, the second oxidation resistance thin film 91, and the second electrode film 41 are sequentially laminated.

【0065】本実施形態の装置によれば、第1の検知部
50において一対の電極膜40a,40b間の電気抵抗
を計測することにより水素濃度を知ることができるとと
もに、第2の検知部51において表面側電極膜41と裏
面側電極膜43との間の静電容量を計測することにより
水素濃度を知ることができる。
According to the apparatus of this embodiment, the hydrogen concentration can be known by measuring the electric resistance between the pair of electrode films 40a and 40b in the first detection section 50, and the second detection section 51 can be obtained. In, the hydrogen concentration can be known by measuring the electrostatic capacitance between the front surface side electrode film 41 and the rear surface side electrode film 43.

【0066】次に、本実施形態の水素ガス検出装置の製
造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the hydrogen gas detector of this embodiment will be described.

【0067】先ず、シリコン基板10の表面に自然に形
成された酸化膜を湿式エッチングにより除去し、基板表
面の清浄化処理を行った。
First, the oxide film naturally formed on the surface of the silicon substrate 10 was removed by wet etching to clean the substrate surface.

【0068】次に、不活性ガスで希釈したモノシランお
よび酸素を原料ガスとする化学蒸着法(CVD法)によ
り第1の絶縁膜20を基板10の表面側に形成した。本
実施例では第1の絶縁膜20として膜厚1μmのSiO
2膜を形成した。この絶縁膜形成工程は、モノシランお
よび亜酸化窒素を原料ガスとする化学蒸着法、TEO
S、酸素を原料ガスとする化学蒸着法、TEOS、オゾ
ンを原料ガスとする化学蒸着法、TEOSの熱分解によ
る化学蒸着法、あるいはRFスパッタ法により形成する
こともできる。
Next, the first insulating film 20 was formed on the surface side of the substrate 10 by a chemical vapor deposition method (CVD method) using monosilane and oxygen diluted with an inert gas as source gases. In this embodiment, the first insulating film 20 is made of SiO 2 with a film thickness of 1 μm.
Two films were formed. This insulating film forming step is performed by a chemical vapor deposition method using monosilane and nitrous oxide as source gases, and TEO.
It can also be formed by a chemical vapor deposition method using S or oxygen as a source gas, TEOS, a chemical vapor deposition method using ozone as a source gas, a chemical vapor deposition method by thermal decomposition of TEOS, or an RF sputtering method.

【0069】次に、基板のSiO2膜の上にフォトレジ
ストの密着性を増加させるシランカップリング剤および
フォトレジストを順次塗布し、レジスト塗膜をパターン
露光し、現像する。これにより第2の絶縁膜21が形成
されるべき開口部をもつ所定のマスクパターンが得られ
た。なお、マスクパターンの開口部のサイズは例えば
0.5mm×0.5mmとした。
Next, a silane coupling agent for increasing the adhesiveness of the photoresist and a photoresist are sequentially coated on the SiO 2 film of the substrate, and the resist coating film is pattern-exposed and developed. As a result, a predetermined mask pattern having an opening for forming the second insulating film 21 was obtained. The size of the opening of the mask pattern is, for example, 0.5 mm × 0.5 mm.

【0070】マスクパターンの開口部に露出したSiO
2膜のみを湿式エッチング法により選択的に除去した。
湿式エッチング条件は、弗化水素と弗化アンモニウムと
の混合水溶液を用いて室温で5分間の浸漬とした。な
お、湿式エッチング法の代わりとしてプラズマドライエ
ッチング法を用いることもできる。
SiO exposed at the opening of the mask pattern
Only two films were selectively removed by the wet etching method.
The wet etching conditions were immersion at room temperature for 5 minutes using a mixed aqueous solution of hydrogen fluoride and ammonium fluoride. A plasma dry etching method may be used instead of the wet etching method.

【0071】マスクパターンとして用いたフォトレジス
トをアセトン等の溶剤により洗浄除去した。レジスト除
去後、大気中で紫外線を照射し、照射部で発生するオゾ
ンに曝すことにより表面の清浄化を行った。なお、オゾ
ン曝露の代わりとして酸素プラズマ曝露を行ってもよ
い。
The photoresist used as the mask pattern was washed and removed with a solvent such as acetone. After removing the resist, the surface was cleaned by irradiating it with ultraviolet rays in the atmosphere and exposing it to ozone generated in the irradiation part. Note that oxygen plasma exposure may be performed instead of ozone exposure.

【0072】次いで、酸素雰囲気中の熱処理により設け
たホール内のSiを酸化させることにより絶縁膜21を
形成した。酸化膜厚は20nmである。次いで、表面全
面にフォトレジストを塗布し、湿式エッチングにより基
板10の裏面側に絶縁膜21を形成する際に形成された
酸化膜を除去した。
Next, the insulating film 21 was formed by oxidizing Si in the holes provided by heat treatment in an oxygen atmosphere. The oxide film thickness is 20 nm. Next, a photoresist was applied to the entire front surface and the oxide film formed when the insulating film 21 was formed on the back surface side of the substrate 10 was removed by wet etching.

【0073】次いで、基板10の裏面を覆うように裏面
電極43を形成する。本実施形態では、真空蒸着法によ
り膜厚100nmのTi、膜厚200nmのAl、膜厚
500nmのNiの三層膜を順次積層して裏面電極43
とした。このようにしてSi基板10とオーミック性接
触とすることができる。なお、裏面電極43はスパッタ
法を用いて形成することも可能である。
Next, the back surface electrode 43 is formed so as to cover the back surface of the substrate 10. In this embodiment, the back electrode 43 is formed by sequentially stacking a three-layer film of Ti having a film thickness of 100 nm, Al having a film thickness of 200 nm, and Ni having a film thickness of 500 nm by a vacuum evaporation method.
And In this way, it is possible to make ohmic contact with the Si substrate 10. The back electrode 43 can also be formed by a sputtering method.

【0074】アセトン洗浄により基板表面側のフォトレ
ジスト膜を除去した。レジスト除去後、大気中で紫外線
を照射し、照射部で発生するオゾンにより基板表面の清
浄化を行った。なお、オゾン曝露の代わりとして酸素プ
ラズマ曝露を行っても同様の効果を得ることができる。
The photoresist film on the substrate surface side was removed by washing with acetone. After removing the resist, the substrate surface was cleaned by irradiating it with ultraviolet rays in the atmosphere and using ozone generated in the irradiation part. The same effect can be obtained by performing oxygen plasma exposure instead of ozone exposure.

【0075】本実施形態では、ステンレス箔のシャドウ
マスクを用いて、膜厚15nmのCr膜から成る中間密
着層39、膜厚50nmの原子数比で10%Crと90
%Pdを含有するPdCr合金からなる第1の感知薄膜
30、Auから成る酸化抵抗膜90を真空蒸着法により
順次形成した。第1の感知薄膜30を形成する箇所は、
膜厚1μmの第1の絶縁膜20の上面部である。マスク
の形状は、幅1mmで、長さ200mmの複数の折り返
し部分を持つ蛇行形状をなすものである。膜厚15nm
のCr膜から成る中間密着層39は第1の感知薄膜30
の密着性を向上させるために挿入したものであるが、C
r膜の代わりにTi膜を挿入しても同様の効果がある。
マスクには、フォトレジストを塗布し、フォトマスクを
用いて部分的に露光を行い、感光部を現像処理により除
去したものを用いてもよい。この方法によれば、さらに
微細な線幅を得ることができる。あるいは、基板全面に
真空蒸着法により薄膜を形成した後に、フォトレジス
ト、フォトマスクを用いた露光・現像工程によりレジス
トパターンを形成し、不要部分を湿式または乾式のエッ
チング法を用いて除去することによりパターンを形成す
ることもできる。また、第1のPd薄膜30は、スパッ
タ法により形成することもできる。さらに、第1のPd
薄膜30の成分はPdを主成分とし、Cr,Ni,Ag
等を任意の組成に調製した合金とすることもできる。
In this embodiment, a shadow mask made of stainless steel foil is used to form an intermediate adhesion layer 39 made of a Cr film having a thickness of 15 nm, and the atomic ratio of the thickness of 50 nm is 10% Cr and 90%.
A first sensing thin film 30 made of PdCr alloy containing Pd and an oxidation resistance film 90 made of Au were sequentially formed by a vacuum deposition method. The location where the first sensing thin film 30 is formed is
This is the upper surface of the first insulating film 20 having a film thickness of 1 μm. The mask has a serpentine shape having a width of 1 mm and a plurality of folded portions having a length of 200 mm. Film thickness 15nm
The intermediate adhesion layer 39 made of the Cr film is used as the first sensing thin film 30.
It is inserted to improve the adhesion of
The same effect can be obtained by inserting a Ti film instead of the r film.
A mask may be used in which a photoresist is applied, a photomask is used for partial exposure, and the photosensitive portion is removed by a development process. According to this method, a finer line width can be obtained. Alternatively, after forming a thin film on the entire surface of the substrate by a vacuum deposition method, a resist pattern is formed by an exposure / development process using a photoresist and a photomask, and unnecessary portions are removed by a wet or dry etching method. A pattern can also be formed. Further, the first Pd thin film 30 can also be formed by a sputtering method. Furthermore, the first Pd
The component of the thin film 30 is Pd as a main component, and Cr, Ni, Ag
It is also possible to use an alloy prepared by, for example, having any composition.

【0076】上記工程と同様の方法を用いて、膜厚50
nmの原子数比で10%のCrと90%のPdとの合金
からなる第2の感知薄膜31、Auから成る酸化抵抗膜
91を真空蒸着法により順次形成した。この第2のPd
薄膜31を形成する箇所は、膜厚20nmの第2のSi
2絶縁膜21から膜厚1μm(1000nm)の第1のS
iO2絶縁膜20までに跨っている。
A film thickness of 50 is obtained by using the same method as the above process.
A second sensing thin film 31 made of an alloy of 10% Cr and 90% Pd in an atomic ratio of nm and an oxidation resistance film 91 made of Au were sequentially formed by a vacuum deposition method. This second Pd
The portion where the thin film 31 is formed is the second Si having a film thickness of 20 nm.
The first S having a thickness of 1 μm (1000 nm) from the O 2 insulating film 21
It extends to the iO 2 insulating film 20.

【0077】上記工程と同様の方法を用いて、膜厚15
nmのCr膜と膜厚500nmのNi膜との二層からな
る電極40a,40b,41をそれぞれ積層形成した。
すなわち、一対の電極40a,40bは蛇行形状の第1
の感知薄膜30の両端部の上に形成した。これら一対の
電極40a,40bとをリード線で外部回路(図示せ
ず)に接続することにより第1の検知部50を形成し
た。また、単一の電極41は第2の感知薄膜31の上に
形成した。この表面側の電極41と裏面電極43とをリ
ード線で外部回路(図示せず)に接続することにより第
2の検知部51を形成した。
A film thickness of 15 is obtained by using the same method as the above process.
The electrodes 40a, 40b and 41 each having a two-layer structure of a Cr film of 50 nm and a Ni film of 500 nm were laminated.
That is, the pair of electrodes 40a and 40b are formed in the first meandering shape.
Was formed on both ends of the sensing thin film 30 of FIG. The first detection unit 50 was formed by connecting the pair of electrodes 40a and 40b to an external circuit (not shown) with a lead wire. Further, the single electrode 41 was formed on the second sensing thin film 31. The second detection portion 51 was formed by connecting the front surface side electrode 41 and the back surface electrode 43 to an external circuit (not shown) with a lead wire.

【0078】このようにして作製された第1及び第2の
検知部50,51を備えた水素ガス検出装置は、無酸素
環境下であっても水素を高感度に検出することができる
ものである。
The hydrogen gas detection device provided with the first and second detectors 50 and 51 thus manufactured is capable of detecting hydrogen with high sensitivity even in an oxygen-free environment. is there.

【0079】次に、図5を参照して本実施形態の第1の
検出部における検出動作特性を従来品のそれと比較して
説明する。
Next, referring to FIG. 5, the detection operation characteristics of the first detection section of this embodiment will be described in comparison with those of the conventional product.

【0080】図5は横軸に水素濃度(体積%)をとり、
縦軸に抵抗値変化(相対値)をとって両者の相関につい
て調べた結果を示す特性線図である。図中にて、特性線
Aは大気圧の窒素中に水素ガスを混合し、酸素が全く存
在しない環境下での本実施例装置における計測例の結果
を示し、特性線Bは大気圧の空気中に水素ガスを混合
し、酸素が20体積%存在する環境下での本実施例装置
における計測例の結果を示し、特性線Cは大気圧の空気
中に水素ガスを混合し、酸素が20体積%存在する環境
下での図14に示す従来装置における計測例の結果を示
す。水素の濃度と検知部の電気抵抗の関係を示したもの
で、水素が存在しない時の抵抗値を1(基準値)として
変化を示した。
In FIG. 5, the horizontal axis represents hydrogen concentration (volume%),
It is a characteristic diagram which shows the result of having investigated resistance value change (relative value) on the vertical axis | shaft, and investigated the correlation of both. In the figure, a characteristic line A shows the result of a measurement example in the apparatus of the present embodiment in an environment in which hydrogen gas is mixed with nitrogen at atmospheric pressure and oxygen is not present at all, and a characteristic line B is air at atmospheric pressure. The result of the measurement example in the apparatus of the present embodiment is shown in an environment in which hydrogen gas is mixed in and oxygen is present in an amount of 20% by volume. Characteristic line C shows that hydrogen gas is mixed in air at atmospheric pressure and oxygen is 20 15 shows the results of measurement examples in the conventional apparatus shown in FIG. 14 under the environment in which the volume% exists. The relationship between the hydrogen concentration and the electric resistance of the detection part is shown, and changes are shown with the resistance value when hydrogen is not present as 1 (reference value).

【0081】特性線A(無酸素環境)では、水素曝露に
より抵抗値が上昇し、無酸素の環境下であっても5%以
上の濃度の水素検出が可能であった。また、濃度100
%の水素に曝しても素子が故障することは無く、真空中
の水素に対しても同様の水素検出性能を示した。
In the characteristic line A (oxygen-free environment), the resistance value increased due to exposure to hydrogen, and it was possible to detect hydrogen at a concentration of 5% or more even in an oxygen-free environment. Also, the concentration is 100
The element did not break down even when exposed to% hydrogen, and showed the same hydrogen detection performance for hydrogen in a vacuum.

【0082】特性線B(有酸素環境)では、特性線Aと
同様に水素曝露により抵抗値が上昇し、酸素が存在する
環境下であっても水素検出が可能であった。しかし、爆
発の危険性があったので、水素濃度3%未満でのみ計測
を行った。
In the characteristic line B (aerobic environment), similarly to the characteristic line A, the resistance value increased due to hydrogen exposure, and hydrogen could be detected even in an environment where oxygen was present. However, there was a risk of explosion, so measurements were performed only at hydrogen concentrations of less than 3%.

【0083】特性線Cでは、水素曝露を行っても抵抗値
の変化が無く、酸素が存在する環境下では水素検出がで
きなかった。この場合も爆発の危険性があったので、水
素濃度3%未満でのみ計測を行った。
In the characteristic line C, the resistance value did not change even after exposure to hydrogen, and hydrogen could not be detected in an environment where oxygen was present. In this case as well, there was a risk of explosion, so measurement was performed only at a hydrogen concentration of less than 3%.

【0084】次に、図6を参照して第2の検知部の動作
特性について説明する。
Next, the operating characteristics of the second detector will be described with reference to FIG.

【0085】図6は横軸に水素濃度(ppm)をとり、
縦軸に静電容量(相対値)をとって両者の相関について
調べた結果を示す特性線図である。大気圧の窒素ガス中
に少量の水素ガスを添加混合しただけの無酸素環境下で
第2の検知部51の静電容量の変化(電極41,43間
の静電容量)を計測した。具体的には水素濃度を0〜1
000ppmの範囲で種々変えて電極41,43間に
0.5Vの一定電圧を印加し、そのときの静電容量をそ
れぞれ計測した。
In FIG. 6, the horizontal axis represents hydrogen concentration (ppm),
It is a characteristic diagram which shows the result of having investigated the correlation of both by taking electrostatic capacity (relative value) on the vertical axis. A change in the capacitance of the second detector 51 (capacitance between the electrodes 41 and 43) was measured in an oxygen-free environment where only a small amount of hydrogen gas was added and mixed in nitrogen gas at atmospheric pressure. Specifically, the hydrogen concentration is 0 to 1
A constant voltage of 0.5 V was applied between the electrodes 41 and 43 with various changes within the range of 000 ppm, and the electrostatic capacitances at that time were measured.

【0086】特性線Dは大気圧の窒素中に水素ガスを混
合し、酸素が全く存在しない環境下での本実施例装置に
おける計測例の結果を示し、特性線Eは大気圧の空気中
に水素ガスを混合し、酸素が20体積%存在する環境下
での本実施例装置における計測例の結果を示す。
Characteristic line D shows the result of a measurement example in the apparatus of this embodiment in an atmosphere in which hydrogen gas was mixed in nitrogen at atmospheric pressure and oxygen was not present at all, and characteristic line E was in air at atmospheric pressure. The result of the measurement example in the device of the present embodiment in the environment in which hydrogen gas is mixed and oxygen is present at 20% by volume is shown.

【0087】水素濃度と静電容量との関係を示したもの
で、素子に電極43に対して0.5Vの電圧を電極41に加
えて検知部の静電容量(図4の電極41−43間の静電
容量)を計測した。
The relationship between the hydrogen concentration and the electrostatic capacity is shown. A voltage of 0.5 V is applied to the element 41 to the electrode 41, and the electrostatic capacity of the detector (electrodes 41-43 in FIG. 4) is shown. The electrostatic capacitance between) was measured.

【0088】図から明らかなように、この検出部では無
酸素の環境下であっても、また、酸素が存在する環境下
であっても水素曝露により静電容量が増加し、150p
pm以下の極めて低濃度の水素に対しても検出感度を持
つ。また、濃度100%の水素に曝しても素子が故障す
ることは無く、真空中の水素に対しても同様の水素検出
性能を示した。
As is clear from the figure, in this detecting section, the electrostatic capacity increases due to hydrogen exposure even in an oxygen-free environment or in an oxygen-containing environment, and the capacitance of 150 p
It has detection sensitivity even for extremely low concentrations of hydrogen below pm. Further, the element did not break down even when exposed to hydrogen having a concentration of 100%, and showed the same hydrogen detection performance for hydrogen in a vacuum.

【0089】この実施例の第2の検知部51では、水素
に曝されると水素がPdを主成分とする感知薄膜31内
部に拡散して、絶縁膜21との界面に電気双極子を形成
するために静電容量の増加として計測されるものであ
る。
In the second detector 51 of this embodiment, when exposed to hydrogen, hydrogen diffuses inside the sensing thin film 31 containing Pd as a main component, and an electric dipole is formed at the interface with the insulating film 21. Therefore, it is measured as an increase in capacitance.

【0090】本発明によれば、2種類の検知部で水素ガ
ス検出装置を構成しているので、無酸素の環境下であっ
ても、さらに酸素が存在する環境下であっても、高感度
かつ高濃度の水素まで計測可能である。
According to the present invention, since the hydrogen gas detector is composed of two kinds of detectors, high sensitivity can be obtained even in an oxygen-free environment or an environment in which oxygen is present. And it can measure even high concentration hydrogen.

【0091】(第5の実施形態)次に図7を参照して第
5の実施形態の水素ガス検出装置について説明する。な
お、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明
は省略する。
(Fifth Embodiment) Next, a hydrogen gas detection apparatus according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. It should be noted that the description of the portions of the present embodiment that overlap the above-described embodiments will be omitted.

【0092】本実施形態の装置では、裏面電極43に接
して絶縁膜60を形成し、さらに絶縁膜60の上に導電
性薄膜61を形成した。裏面絶縁膜60は膜厚1μm(1
000nm)の酸化珪素からなり、裏面導電性薄膜61は
Ni−Cr合金、Cr等からなる発熱体であり、図示し
ない電極を介して電源から給電を受けるようになってい
る。
In the device of this embodiment, the insulating film 60 was formed in contact with the back surface electrode 43, and the conductive thin film 61 was further formed on the insulating film 60. The back surface insulating film 60 has a film thickness of 1 μm (1
(000 nm) of silicon oxide, and the back surface conductive thin film 61 is a heating element made of Ni—Cr alloy, Cr or the like, and receives power from a power source via an electrode (not shown).

【0093】本実施例による水素検出装置では、発熱体
61に電流を流すことにより発生するジュール熱で素子
の温度を上昇させ、水素曝露した場合の応答速度の向上
を図ったものである。この実施例では、素子の温度を6
0〜100℃の範囲で任意の温度に一定に保持するため
に(図示しない)測温素子を設け、発熱体に流す電流を
調整する機構を設けて制御した。このようにしてPdを
主成分とする感知薄膜30,31中での水素の拡散速度
が速くなり、水素漏洩検出に要する時間を十分の一程度
に短縮することができた。
In the hydrogen detecting device according to this embodiment, the element temperature is raised by Joule heat generated by passing an electric current through the heating element 61, and the response speed when exposed to hydrogen is improved. In this embodiment, the temperature of the device is 6
A temperature measuring element (not shown) was provided in order to keep the temperature constant at an arbitrary temperature in the range of 0 to 100 ° C., and a mechanism for adjusting the current flowing through the heating element was provided for control. In this way, the diffusion rate of hydrogen in the sensing thin films 30 and 31 containing Pd as the main component was increased, and the time required for hydrogen leak detection could be shortened to about one tenth.

【0094】(第6の実施形態)図8を参照して第6の
実施形態の水素ガス検出装置について説明する。なお、
本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省
略する。
(Sixth Embodiment) A hydrogen gas detection apparatus according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In addition,
Descriptions of portions of the present embodiment that overlap with the above embodiments will be omitted.

【0095】本実施形態の装置では、第4実施形態の装
置の第1及び第2の検知部50,51に、さらに第3の
検知部52を付加している。この第3の検知部52は、
第2の検知部51と同様の構造を持つが、Si基板10
上に形成する酸化珪素を主成分とする第3の絶縁膜22
の膜厚が異なる。すなわち、第3の絶縁膜22の膜厚を
1.5〜3.0nmとし、第2の絶縁膜21の膜厚より
も小さくしている。
In the apparatus of this embodiment, a third detecting section 52 is added to the first and second detecting sections 50 and 51 of the apparatus of the fourth embodiment. The third detector 52 is
It has the same structure as the second detector 51, but the Si substrate 10
Third insulating film 22 having silicon oxide as a main component formed thereon
Film thickness is different. That is, the thickness of the third insulating film 22 is set to 1.5 to 3.0 nm, which is smaller than the thickness of the second insulating film 21.

【0096】第3の絶縁膜22は、Si基板10の表面
を露出させた後に、硫酸と過酸化水素の混合溶液に浸し
た後、超純水洗浄を行い、その後、大気中で紫外線を照
射して発生するオゾンに曝露することにより形成され
る。このようにして形成される第3の絶縁膜22の膜厚
は約2nmである。オゾン曝露条件は大気中で紫外線を
60分間の照射とした。
After exposing the surface of the Si substrate 10, the third insulating film 22 is immersed in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide, washed with ultrapure water, and then irradiated with ultraviolet rays in the atmosphere. It is formed by exposure to ozone that is generated. The thickness of the third insulating film 22 thus formed is about 2 nm. The ozone exposure condition was irradiation of ultraviolet rays for 60 minutes in the atmosphere.

【0097】なお、オゾン曝露に代えて、酸素プラズマ
に曝しても同様の絶縁膜22を得ることができる。酸素
プラズマ曝露条件は、φ400mm、35mmの距離を
隔てて対向させた平行平板型電極間に被処理基板を設置
し、0.5Torrの酸素雰囲気中で、13.56MHzの
RF放電によりプラズマを発生させ、RF出力300Wで1
0分間の処理とする。
The same insulating film 22 can be obtained by exposing to oxygen plasma instead of ozone exposure. The oxygen plasma exposure conditions are as follows: the substrate to be processed is placed between parallel plate electrodes facing each other with a distance of φ400 mm and 35 mm, and plasma is generated by RF discharge of 13.56 MHz in an oxygen atmosphere of 0.5 Torr. , 1 at RF output 300W
The processing time is 0 minutes.

【0098】図9に本実施例による第3の検知部52で
の水素ガス検知例について調べた結果を示す。図中に
て、特性線Fは大気圧の窒素中に水素ガスを混合し、酸
素が全く存在しない環境下での本実施例での計測例の結
果を示し、特性線Gは大気圧の空気中に水素ガスを混合
し、酸素が20体積%存在する環境下での本実施例での
計測例の結果を示す。
FIG. 9 shows the result of examination on an example of hydrogen gas detection by the third detector 52 according to this embodiment. In the figure, a characteristic line F shows the result of a measurement example in the present embodiment in an environment in which hydrogen gas is mixed with nitrogen at atmospheric pressure and oxygen is not present at all, and a characteristic line G is air at atmospheric pressure. The result of the measurement example in the present example in the environment in which hydrogen gas is mixed therein and oxygen is present at 20% by volume is shown.

【0099】素子の電極43に対してマイナス0.5V
の電圧を電極42に加えた時に流れる電流を計測し、水
素濃度と電流との関係を示したものである。
Minus 0.5 V with respect to the electrode 43 of the element
The current flowing when the voltage is applied to the electrode 42 is measured, and the relationship between the hydrogen concentration and the current is shown.

【0100】この検出部では無酸素の環境下であって
も、また、酸素が存在する環境下であっても、水素曝露
により電流値が増加し、1300ppm以下の低濃度の
水素に感度を持つ。また、濃度100%の水素に曝して
も素子が故障することは無く、真空中の水素に対しても
同様の水素検出性能を示した。
In this detection section, the current value increases due to hydrogen exposure even in an oxygen-free environment or in an environment where oxygen is present, and it has sensitivity to low-concentration hydrogen of 1300 ppm or less. . Further, the element did not break down even when exposed to hydrogen having a concentration of 100%, and showed the same hydrogen detection performance for hydrogen in a vacuum.

【0101】本実施形態の第3の検知部52では、水素
に曝されると水素がPdを主成分とする感知薄膜32内
部に拡散して、絶縁膜22との界面のポテンシャル障壁
を低下させるために電流の増加として計測されるもので
ある。
In the third detector 52 of this embodiment, when exposed to hydrogen, hydrogen diffuses into the sensing thin film 32 containing Pd as a main component, and lowers the potential barrier at the interface with the insulating film 22. Therefore, it is measured as an increase in current.

【0102】本実施形態によれば、3種類の検知部で水
素ガス検出装置を構成しているので、無酸素の環境下で
あっても、酸素が存在する環境下であっても、高感度か
つ、高濃度の水素まで計測可能である。
According to the present embodiment, since the hydrogen gas detector is composed of three types of detectors, it has high sensitivity even in an oxygen-free environment or an oxygen-containing environment. Moreover, even high concentration hydrogen can be measured.

【0103】(第7の実施形態)図10を参照して第7
の実施形態の水素ガス検出装置について説明する。本実
施形態では上記の水素ガス検出装置を液化水素貯蔵容器
に用いて、水素ガスの漏洩を検出する水素漏洩検知シス
テムを構築した。
(Seventh Embodiment) The seventh embodiment will be described with reference to FIG.
The hydrogen gas detection device of the embodiment will be described. In the present embodiment, the hydrogen gas detection device described above is used in a liquefied hydrogen storage container to construct a hydrogen leakage detection system for detecting hydrogen gas leakage.

【0104】図10において、符号111は液化水素の貯
蔵容器、符号122は真空断熱容器を示す。符号161a〜161
fは本発明による水素ガス検出装置であり、符号171a〜1
71fは信号伝送を行う電気配線であり、真空を破ること
なく容器の外部にある制御装置180に接続されている。
In FIG. 10, reference numeral 111 is a liquid hydrogen storage container, and reference numeral 122 is a vacuum heat insulating container. Reference numerals 161a to 161
f is a hydrogen gas detection device according to the present invention, and reference numerals 171a-1
Reference numeral 71f is an electric wire for transmitting a signal, which is connected to the control device 180 outside the container without breaking the vacuum.

【0105】本実施形態の水素漏洩検知システムによれ
ば、サンプリングすることが不可能な真空断熱容器12
2の内部を検知することができるので、水素が漏洩して
いるか、大気が真空断熱容器中に漏れているかを正確に
判別することができる。
According to the hydrogen leak detection system of this embodiment, the vacuum heat insulating container 12 that cannot be sampled is used.
Since the inside of 2 can be detected, it is possible to accurately determine whether hydrogen is leaking or the atmosphere is leaking into the vacuum heat insulating container.

【0106】[0106]

【発明の効果】本発明によれば、不活性ガス雰囲気中や
宇宙空間のような酸素が無い環境下であっても、また酸
素が存在する環境下であっても、酸素の存在に拘わりな
く水素ガスを高感度に検出することができるので、液化
水素貯蔵容器や圧縮水素貯蔵容器において発生する水素
ガスの漏洩を高感度かつ高濃度範囲で迅速に検知するこ
とができる。このため、これらの水素ガス設備の安全性
と信頼性を格段に向上させることができる。
According to the present invention, regardless of the presence of oxygen, even in an environment without oxygen such as in an inert gas atmosphere or in outer space, or in an environment with oxygen, regardless of the presence of oxygen. Since hydrogen gas can be detected with high sensitivity, leakage of hydrogen gas generated in the liquefied hydrogen storage container or the compressed hydrogen storage container can be detected rapidly with high sensitivity and in a high concentration range. Therefore, the safety and reliability of these hydrogen gas facilities can be significantly improved.

【0107】本発明の装置は、地球上の諸設備に対して
大気中で機能するばかりでなく、宇宙空間、月面、ある
いは他の惑星上の諸設備に対しても無酸素雰囲気下で有
効に機能するので、広範囲の用途をもつものである。
The device of the present invention not only functions for various equipments on the earth in the atmosphere, but is also effective for various equipments on outer space, the moon surface, or other planets under anoxic atmosphere. As it works, it has a wide range of uses.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係る水素ガス検出装
置を示す拡大断面図。
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing a hydrogen gas detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態に係る水素ガス検出装
置を示す拡大断面図。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a hydrogen gas detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施形態に係る水素ガス検出装
置を示す拡大断面図。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a hydrogen gas detection device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施形態に係る水素ガス検出装
置を示す拡大断面図。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a hydrogen gas detection device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】抵抗値変化と水素濃度との相関を示す特性線
図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a correlation between changes in resistance value and hydrogen concentration.

【図6】静電容量(相対値)と水素濃度(体積%)との
相関を示す特性線図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a correlation between electrostatic capacity (relative value) and hydrogen concentration (volume%).

【図7】本発明の第5の実施形態に係る水素ガス検出装
置を示す拡大断面図。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a hydrogen gas detection device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施形態に係る水素ガス検出装
置を示す拡大断面図。
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a hydrogen gas detection device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】電流(相対値)と水素濃度との相関を示す特性
線図。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a correlation between current (relative value) and hydrogen concentration.

【図10】本発明の水素ガス検出装置が取り付けられた
液化水素貯蔵容器を第7の実施形態として模式的に示す
構成ブロック図。
FIG. 10 is a configuration block diagram schematically showing a liquefied hydrogen storage container to which a hydrogen gas detection device of the present invention is attached as a seventh embodiment.

【図11】防爆雰囲気中に設置された圧縮水素貯蔵容器
における従来の漏洩検知システムを模式的に示す構成ブ
ロック図。
FIG. 11 is a configuration block diagram schematically showing a conventional leak detection system in a compressed hydrogen storage container installed in an explosion-proof atmosphere.

【図12】防爆雰囲気中に設置された液化水素貯蔵容器
における他の従来の漏洩検知システムを模式的に示す構
成ブロック図。
FIG. 12 is a configuration block diagram schematically showing another conventional leak detection system in a liquefied hydrogen storage container installed in an explosion-proof atmosphere.

【図13】真空断熱容器中に設置されている液化水素貯
蔵容器における他の従来の漏洩検知システムを模式的に
示す構成ブロック図。
FIG. 13 is a configuration block diagram schematically showing another conventional leak detection system in a liquefied hydrogen storage container installed in a vacuum heat insulating container.

【図14】従来の水素ガス検知装置の概要を示す拡大断
面図。
FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view showing the outline of a conventional hydrogen gas detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…半導体基板(Si基板)、 310…絶縁性基板(ガラス基板)、 20…第1の絶縁膜、 21…第2の絶縁膜、 22…第3の絶縁膜、 30,31,32…感知薄膜(Pd膜) 39…中間密着層(Cr又はTi膜)、 40a,40b,41,42,66a,66b…電極
膜、 43…裏面電極、 50…第1の検知部、 51…第2の検知部、 52…第3の検知部、 60,77…絶縁膜、 61,65…発熱膜(導電性膜)、 90,91,92…酸化抵抗薄膜(Au膜,Pt膜)、 111…液化水素貯蔵容器、 122…真空断熱容器、 161a〜161f…水素ガス検出装置、 171a〜171f…配線、 180…制御装置。
10 ... Semiconductor substrate (Si substrate), 310 ... Insulating substrate (glass substrate), 20 ... First insulating film, 21 ... Second insulating film, 22 ... Third insulating film, 30, 31, 32 ... Sensing Thin film (Pd film) 39 ... Intermediate adhesion layer (Cr or Ti film), 40a, 40b, 41, 42, 66a, 66b ... Electrode film, 43 ... Back surface electrode, 50 ... First detection part, 51 ... Second Detecting unit, 52 ... Third detecting unit, 60, 77 ... Insulating film, 61, 65 ... Exothermic film (conductive film), 90, 91, 92 ... Oxidation resistance thin film (Au film, Pt film), 111 ... Liquefaction Hydrogen storage container, 122 ... Vacuum heat insulation container, 161a-161f ... Hydrogen gas detection device, 171a-171f ... Wiring, 180 ... Control device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能丸 裕次 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作 所内 (72)発明者 奥田 晃久 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作 所内 (72)発明者 奥山 澄雄 山形県米沢市城南4−3−16 山形大学工 学部内 (72)発明者 熊谷 智宣 山形県米沢市城南4−3−16 山形大学工 学部内 (72)発明者 奥山 克郎 山形県米沢市城南4−3−16 山形大学工 学部内 Fターム(参考) 2G046 AA05 BA01 BA09 BB02 BB04 BC05 BC09 BE03 BE08 BF01 DB05 DC14 EA02 EA04 EA09 EA11 FB00 FE00 FE02 FE03 FE10 FE11 FE25 FE29 FE31 FE38 FE44 2G060 AA01 AA20 AB03 AE19 AF10 AG11 AG15 BB09 HA02 HC10 JA01    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yuji Nomaru             Mitsubishi Heavy, 10 Oemachi, Minato-ku, Nagoya-shi, Aichi             Industrial Co., Ltd. Nagoya Aerospace System Production             In-house (72) Inventor Akihisa Okuda             Mitsubishi Heavy, 10 Oemachi, Minato-ku, Nagoya-shi, Aichi             Industrial Co., Ltd. Nagoya Aerospace System Production             In-house (72) Inventor Sumio Okuyama             4-3-16 Jonan, Yonezawa City, Yamagata Prefecture Yamagata University             Undergraduate (72) Inventor Tomonori Kumagai             4-3-16 Jonan, Yonezawa City, Yamagata Prefecture Yamagata University             Undergraduate (72) Inventor Katsuro Okuyama             4-3-16 Jonan, Yonezawa City, Yamagata Prefecture Yamagata University             Undergraduate F term (reference) 2G046 AA05 BA01 BA09 BB02 BB04                       BC05 BC09 BE03 BE08 BF01                       DB05 DC14 EA02 EA04 EA09                       EA11 FB00 FE00 FE02 FE03                       FE10 FE11 FE25 FE29 FE31                       FE38 FE44                 2G060 AA01 AA20 AB03 AE19 AF10                       AG11 AG15 BB09 HA02 HC10                       JA01

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 無酸素環境下および有酸素環境下のいず
れにおいても水素ガスの濃度を検出する水素ガス検出装
置であって、絶縁性基板と、この絶縁性基板の一方側の
面上に設けられたPdを主成分とする感知薄膜と、この
感知薄膜の上に設けられた大気中で酸化され難い金属元
素を主成分とする酸化抵抗薄膜と、を具備することを特
徴とする水素ガス検出装置。
1. A hydrogen gas detection device for detecting the concentration of hydrogen gas under both anoxic environment and aerobic environment, which is provided on an insulating substrate and one surface of the insulating substrate. A hydrogen gas detection device comprising: a sensing thin film containing Pd as a main component; and an oxidation resistance thin film provided on the sensing thin film, the oxidation resistance thin film containing a metal element that is difficult to be oxidized in the atmosphere as a main component. apparatus.
【請求項2】 前記酸化抵抗膜は、PtまたはAuのい
ずれかからなることを特徴とする請求項1記載の装置。
2. The device according to claim 1, wherein the oxidation resistant film is made of either Pt or Au.
【請求項3】 前記感知薄膜は、Cr,Ni,Agの群
から選ばれる1種又は2種以上の添加物を50原子%以
下含有し、残部がPdおよび不可避不純物からなること
を特徴とする請求項1記載の装置。
3. The sensing thin film contains 50 at% or less of one or more additives selected from the group of Cr, Ni, Ag, and the balance being Pd and inevitable impurities. The device according to claim 1.
【請求項4】 さらに、前記絶縁性基板の他方側の面上
に設けられた導電性の発熱膜と、この発熱膜に導通する
電極膜と、この電極膜を介して前記発熱膜に給電する手
段と、を具備し、該給電手段からの給電により前記発熱
膜を抵抗発熱させ、この発熱した発熱膜により前記絶縁
性基板を介して前記感知薄膜を加熱することを特徴とす
る請求項1記載の装置。
4. A conductive heat generating film provided on the other surface of the insulating substrate, an electrode film conducting to the heat generating film, and power supply to the heat generating film through the electrode film. Means for causing the heat generating film to generate resistance heat by power supply from the power supply means, and the heat generating film heats the sensing thin film through the insulating substrate. Equipment.
【請求項5】 さらに、前記感知薄膜に接触導通する電
極膜と、この電極膜に接続された計測回路と、を具備す
る検知部を形成し、この検知部により前記感知薄膜の電
気抵抗を検知することを特徴とする請求項1乃至4のう
ちのいずれか1記載の装置。
5. A detection unit is further provided, which comprises an electrode film that is in contact with the sensing thin film and is electrically connected to the sensing film, and a measuring circuit connected to the electrode film. The sensing unit detects the electrical resistance of the sensing thin film. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
【請求項6】 さらに、前記絶縁性基板と前記感知薄膜
との間に設けられた導電性の発熱膜と、この発熱膜と前
記感知薄膜との間に挿入されて該発熱膜を前記感知薄膜
から絶縁する絶縁膜と、前記発熱膜に導通する電極膜
と、この電極膜を介して前記発熱膜に給電する手段と、
を具備し、該給電手段からの給電により前記発熱膜を抵
抗発熱させ、この発熱した発熱膜により前記絶縁膜を介
して前記感知薄膜を加熱することを特徴とする請求項1
記載の装置。
6. A conductive heat-generating film provided between the insulating substrate and the sensing thin film, and the heat-generating film inserted between the heat-generating film and the sensing thin film to form the sensing thin film. An insulating film that insulates from the electrode, an electrode film that is electrically connected to the heat generating film, and means for supplying power to the heat generating film through the electrode film,
2. The heat generating film is resistively heated by the power supply from the power supply means, and the heat generating film heats the sensing thin film through the insulating film.
The described device.
【請求項7】 前記絶縁性基板と前記感知薄膜との間に
50nm以下の膜厚のCr又はTiを主成分とする薄膜
を挿入して検知部を構成したことを特徴とする請求項1
記載の装置
7. The detector is configured by inserting a thin film containing Cr or Ti as a main component and having a film thickness of 50 nm or less between the insulating substrate and the sensing thin film.
Described device
【請求項8】 無酸素環境下および有酸素環境下のい
ずれにおいても水素ガスの濃度を検出する水素ガス検出
装置であって、 半導体基板と、 この半導体基板の一方側の面上に設けられた第1及び第
2の絶縁膜と、 この第1の絶縁膜の上に設けられたPdを主成分とする
第1の感知薄膜、および該第1の感知薄膜の上に設けら
れた大気中で酸化され難い金属を主成分とする第1の酸
化抵抗薄膜を有する第1の検知部と、該第1の検知部は
前記第1の感知薄膜の電気抵抗を計測することと、 前記第2の絶縁膜の上に設けられたPdを主成分とする
第2の感知薄膜、および該第2の感知薄膜の上に設けら
れた大気中で酸化され難い金属を主成分とする第2の酸
化抵抗薄膜、および前記半導体基板の他方側の面にオー
ミック性接続された導体からなる裏面電極を有する第2
の検知部と、該第2の検知部は前記裏面電極と前記第2
の感知薄膜との間に電圧を印加して、前記第2の感知薄
膜の静電容量を計測することと、を具備することを特徴
とする水素ガス検出装置。
8. A hydrogen gas detection device for detecting the concentration of hydrogen gas in both anoxic environment and aerobic environment, which is provided on a semiconductor substrate and on one surface of the semiconductor substrate. First and second insulating films, a first sensing thin film containing Pd as a main component provided on the first insulating film, and in the atmosphere provided on the first sensing thin film. A first detector having a first oxidation resistant thin film containing a metal that is difficult to be oxidized as a main component; the first detector measuring the electrical resistance of the first sensing thin film; A second sensing thin film having Pd as a main component, which is provided on the insulating film, and a second oxidation resistance having a metal, which is not easily oxidized in the atmosphere, provided on the second sensing thin film as a main component A thin film and a conductor ohmic-connected to the other surface of the semiconductor substrate. Second having a back surface electrode
Of the second electrode and the second electrode of the back electrode and the second electrode.
Measuring a capacitance of the second sensing thin film by applying a voltage between the sensing thin film and the second sensing thin film.
【請求項9】 前記第1及び第2の酸化抵抗膜は、Pt
またはAuのいずれかからなることを特徴とする請求項
1記載の装置。
9. The first and second oxidation resistant films are made of Pt.
2. The device according to claim 1, wherein the device comprises either Au or Au.
【請求項10】 前記第1及び第2の感知薄膜は、C
r,Ni,Agの群から選ばれる1つ又は2つ以上の添
加物を50原子%以下含有し、残部がPdおよび不可避
不純物からなることを特徴とする請求項1記載の装置。
10. The first and second sensing films are C
The apparatus according to claim 1, which contains 50 at% or less of one or more additives selected from the group of r, Ni, and Ag, and the balance is Pd and inevitable impurities.
【請求項11】 前記第1の絶縁膜の厚さを300nm
以上とすることを特徴とする請求項8記載の装置。
11. The thickness of the first insulating film is 300 nm.
The device according to claim 8, wherein the device is as described above.
【請求項12】 前記第2の絶縁膜の厚さを20〜15
0nmの範囲とすることを特徴とする請求項8記載の装
置。
12. The thickness of the second insulating film is 20 to 15
9. Device according to claim 8, characterized in that it is in the range of 0 nm.
【請求項13】 前記半導体基板はシリコンを主成分と
することを特徴とする請求項8記載の装置。
13. The device according to claim 8, wherein the semiconductor substrate is mainly composed of silicon.
【請求項14】 前記第1及び第2の絶縁膜は、酸化珪
素を主成分とすることを特徴とする請求項8記載の装
置。
14. The device according to claim 8, wherein the first and second insulating films contain silicon oxide as a main component.
【請求項15】 前記第1の絶縁膜と前記第1の感知薄
膜との間に50nm以下の膜厚のCr、またはTiを主
成分とする薄膜を挿入して第1の検知部を構成したこと
を特徴とする請求項8記載の装置。
15. A first detector is formed by inserting a thin film containing Cr or Ti as a main component and having a film thickness of 50 nm or less between the first insulating film and the first sensing thin film. 9. The device according to claim 8, characterized in that
【請求項16】 さらに、前記半導体基板の他方側の面
に導電性の発熱膜を有することを特徴とする請求項8記
載の装置。
16. The apparatus according to claim 8, further comprising a conductive heating film on the other surface of the semiconductor substrate.
【請求項17】 さらに、前記半導体基板の一方側の面
上に設けられた第3の絶縁膜、この第3の絶縁膜の上に
設けられたPdを主成分とする第3の感知薄膜、この第
3の感知薄膜の上に設けられた大気中で酸化され難い金
属元素を主成分とする第3の酸化抵抗薄膜、および前記
半導体基板の他方側の面にオーミック性接続された導体
からなる裏面電極を有する第3の検知部を具備すること
を特徴とする請求項8記載の装置。
17. A third insulating film provided on one surface of the semiconductor substrate, and a third sensing thin film containing Pd as a main component provided on the third insulating film. It is composed of a third oxidation resistance thin film, which is provided on the third sensing thin film and has a metal element which is difficult to be oxidized in the atmosphere as a main component, and a conductor which is ohmic-connected to the other surface of the semiconductor substrate. The device according to claim 8, further comprising a third detection unit having a back electrode.
【請求項18】 さらに、前記第3の検知部は、前記第
3の感知薄膜と半導体基板裏面電極との間に電圧を印加
する手段を有することを特徴とする請求項17記載の装
置。
18. The apparatus according to claim 17, further comprising means for applying a voltage between the third sensing thin film and the back electrode of the semiconductor substrate.
【請求項19】 前記第3の絶縁膜の厚さを1.0〜
3.0nmの範囲とすることを特徴とする請求項17記
載の装置。
19. The thickness of the third insulating film is 1.0 to
18. A device according to claim 17, characterized in that it is in the range of 3.0 nm.
【請求項20】 前記第3の絶縁膜は、酸化珪素を主成
分とすることを特徴とする請求項17記載の装置。
20. The device according to claim 17, wherein the third insulating film contains silicon oxide as a main component.
【請求項21】 前記半導体基板はシリコンを主成分と
することを特徴とする第17項記載の装置。
21. The device according to claim 17, wherein the semiconductor substrate contains silicon as a main component.
【請求項22】 無酸素環境下で水素ガスの濃度を検出
する水素ガス検出装置の製造方法において、 (a)第1の検知部がその上に形成されるべき第1の絶
縁膜をシリコン基板の表面に形成する工程と、 (b)パターンエッチングにより前記第1の絶縁膜を深
さ方向に全部除去した後、開口露出部に第2の絶縁膜を
成膜して第2の検知部が形成されるべき浅いホールを形
成するとともに、前記第1の絶縁膜を深さ方向に全部除
去して前記シリコン基板の表面の一部を露出させて第3
の検知部が形成されるべき深いホールを形成する工程
と、 (c)前記深いホール内のシリコン基板の露出面をオゾ
ンに曝して酸化させることにより第3の絶縁膜を形成す
る工程と、 (d)前記第1の絶縁膜の上にPdを主成分とする第1
の感知薄膜を、Cr又はTiを主成分とする密着層を介
して形成するとともに、前記第2の絶縁膜の上にPdを
主成分とする第2の感知薄膜を形成するとともに、前記
第3の絶縁膜の上にPdを主成分とする第3の感知薄膜
を形成する工程と、 (e)前記第1の感知薄膜の上に大気中で酸化され難い
金属元素を主成分とする第1の酸化抵抗薄膜を形成する
とともに、前記第2の感知薄膜の上に大気中で酸化され
難い金属元素を主成分とする第2の酸化抵抗薄膜を形成
するとともに、前記第3の感知薄膜の上に大気中で酸化
され難い金属元素を主成分とする第3の酸化抵抗薄膜を
形成する工程と、 (f)前記第1の酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接続
された導体からなる第1の電極を形成するとともに、前
記第2の酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接続された導
体からなる第2の電極を形成するとともに、前記第3の
酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接続された導体からな
る第3の電極を形成する工程と、 (g)前記シリコン基板の裏面にオーミック性接続され
た導体からなる裏面電極を形成する工程と、を具備する
ことを特徴とする水素ガス検出装置の製造方法。
22. A method of manufacturing a hydrogen gas detection device for detecting the concentration of hydrogen gas in an oxygen-free environment, comprising: (a) forming a first insulating film on which a first insulating film is formed on a silicon substrate. And (b) after completely removing the first insulating film in the depth direction by pattern etching, a second insulating film is formed on the exposed portion of the opening to form a second detecting portion. A shallow hole to be formed is formed, and the first insulating film is completely removed in the depth direction to expose a part of the surface of the silicon substrate to form a third hole.
And (c) forming a third insulating film by exposing the exposed surface of the silicon substrate in the deep hole to ozone to oxidize it. d) A first layer containing Pd as a main component on the first insulating film.
Is formed through an adhesion layer containing Cr or Ti as a main component, and a second sensing thin film containing Pd as a main component is formed on the second insulating film. Forming a third sensing thin film containing Pd as a main component on the insulating film of (1), and (e) including the first sensing thin film having a metal element which is difficult to be oxidized in the atmosphere as a main component on the first sensing thin film. Forming a second oxidation resistant thin film on the second sensing thin film, and forming a second oxidation resistant thin film mainly composed of a metal element which is difficult to be oxidized in the atmosphere on the second sensing thin film. A step of forming a third oxidation resistance thin film containing a metal element which is difficult to be oxidized in the atmosphere as a main component, and (f) a first oxidation resistance thin film formed of a conductor ohmic-connected on the first oxidation resistance thin film. An electrode is formed and an ohmic contact is formed on the second oxidation resistance thin film. Forming a second electrode made of a conductor electrically connected to each other, and forming a third electrode made of an ohmic-connected conductor on the third oxidation resistance thin film, (g) And a step of forming a back electrode made of an ohmic-connected conductor on the back surface of the silicon substrate.
【請求項23】 無酸素環境下で水素ガスの濃度を検出
する水素ガス検出装置の製造方法において、 (A)第1の検知部がその上に形成されるべき第1の絶
縁膜をシリコン基板の表面に形成する工程と、 (B)パターンエッチングにより前記第1の絶縁膜を深
さ方向に全部除去した後、開口露出部に第2の絶縁膜を
形成し、第2の検知部が形成されるべき浅いホールを形
成するとともに、前記第1の絶縁膜を深さ方向に全部除
去して前記シリコン基板の表面の一部を露出させて第3
の検知部が形成されるべき深いホールを形成する工程
と、 (C)前記深いホール内のシリコン基板の露出面を酸素
プラズマに曝して酸化させることにより第3の絶縁膜を
形成する工程と、 (D)前記第1の絶縁膜の上にPdを主成分とする第1
の感知薄膜をCr又はTiを主成分とする密着層を介し
て形成するとともに、前記第2の絶縁膜の上にPdを主
成分とする第2の感知薄膜を形成するとともに、前記第
3の絶縁膜の上にPdを主成分とする第3の感知薄膜を
形成する工程と、 (E)前記第1の感知薄膜の上に大気中で酸化され難い
金属元素を主成分とする第1の酸化抵抗薄膜を形成する
とともに、前記第2の感知薄膜の上に大気中で酸化され
難い金属元素を主成分とする第2の酸化抵抗薄膜を形成
するとともに、前記第3の感知薄膜の上に大気中で酸化
され難い金属元素を主成分とする第3の酸化抵抗薄膜を
形成する工程と、 (F)前記第1の酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接続
された導体からなる第1の電極を形成するとともに、前
記第2の酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接続された導
体からなる第2の電極を形成するとともに、前記第3の
酸化抵抗薄膜の上にオーミック性接続された導体からな
る第3の電極を形成する工程と、 (G)前記シリコン基板の裏面にオーミック性接続され
た導体からなる裏面電極を形成する工程と、を具備する
ことを特徴とする水素ガス検出装置の製造方法。
23. A method of manufacturing a hydrogen gas detection device for detecting the concentration of hydrogen gas in an oxygen-free environment, comprising: (A) forming a first insulating film on which a first insulating film is formed on a silicon substrate. And (B) after patterning etching to completely remove the first insulating film in the depth direction, a second insulating film is formed on the exposed portion of the opening to form a second detecting portion. Forming a shallow hole to be formed, and removing the first insulating film entirely in the depth direction to expose a part of the surface of the silicon substrate to form a third hole.
And (C) forming a third insulating film by exposing the exposed surface of the silicon substrate in the deep hole to oxygen plasma to oxidize it. (D) A first layer containing Pd as a main component on the first insulating film
Is formed through an adhesion layer containing Cr or Ti as a main component, a second sensing thin film containing Pd as a main component is formed on the second insulating film, and the third thin film is formed. Forming a third sensing thin film containing Pd as a main component on the insulating film; and (E) a first sensing film containing a metal element which is hard to be oxidized in the atmosphere as a main component on the first sensing thin film. An oxidation resistance thin film is formed, a second oxidation resistance thin film containing a metal element that is difficult to be oxidized in the atmosphere as a main component is formed on the second sensing thin film, and the oxidation thin film is formed on the third sensing thin film. A step of forming a third oxidation resistance thin film containing a metal element which is difficult to be oxidized in the atmosphere as a main component, and (F) a first electrode made of a conductor ohmic-connected on the first oxidation resistance thin film. And forming an ohmic contact on the second oxidation resistant thin film. Forming a second electrode made of a conductively connected conductor and forming a third electrode made of an ohmicly connected conductor on the third oxidation resistance thin film, and (G) the silicon And a step of forming a back electrode made of an ohmic-connected conductor on the back surface of the substrate.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008038547A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-03 Mikuni Corporation Hydrogen sensor
JP2008082770A (en) * 2006-09-26 2008-04-10 Mikuni Corp Hydrogen sensor
WO2008044493A1 (en) * 2006-10-10 2008-04-17 Mikuni Corporation Hydrogen sensor
JP2008261634A (en) * 2007-04-10 2008-10-30 Mikuni Corp Hydrogen sensor
KR100895071B1 (en) 2007-07-27 2009-04-27 재단법인 포항산업과학연구원 Hydrogen sensor using resistance temperature detector and fabricating method thereof
JP2009150884A (en) * 2007-12-20 2009-07-09 General Electric Co <Ge> Gas sensor and method of making
EP2083262A1 (en) * 2008-01-28 2009-07-29 Micronas GmbH Resistive hydrogen sensor
JP2010268956A (en) * 2009-05-21 2010-12-02 Shimizu Corp Safety apparatus in facility in which hydrogen is handled
US10156536B2 (en) 2016-02-22 2018-12-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Gas sensor including detection cells, and method for determining hydrogen concentration

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008082770A (en) * 2006-09-26 2008-04-10 Mikuni Corp Hydrogen sensor
EP2071324A1 (en) * 2006-09-28 2009-06-17 Mikuni Corporation Hydrogen sensor
JP2008082972A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Mikuni Corp Hydrogen sensor
WO2008038547A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-03 Mikuni Corporation Hydrogen sensor
EP2071324A4 (en) * 2006-09-28 2013-01-09 Mikuni Kogyo Kk Hydrogen sensor
WO2008044493A1 (en) * 2006-10-10 2008-04-17 Mikuni Corporation Hydrogen sensor
JP2008261634A (en) * 2007-04-10 2008-10-30 Mikuni Corp Hydrogen sensor
KR100895071B1 (en) 2007-07-27 2009-04-27 재단법인 포항산업과학연구원 Hydrogen sensor using resistance temperature detector and fabricating method thereof
JP2009150884A (en) * 2007-12-20 2009-07-09 General Electric Co <Ge> Gas sensor and method of making
EP2083262A1 (en) * 2008-01-28 2009-07-29 Micronas GmbH Resistive hydrogen sensor
US9664633B2 (en) 2008-01-28 2017-05-30 Micronas Gmbh Resistive hydrogen sensor
JP2010268956A (en) * 2009-05-21 2010-12-02 Shimizu Corp Safety apparatus in facility in which hydrogen is handled
US10156536B2 (en) 2016-02-22 2018-12-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Gas sensor including detection cells, and method for determining hydrogen concentration

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