JP2003294669A - 薄膜ガスセンサ - Google Patents
薄膜ガスセンサInfo
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Abstract
気伝導経路が生じず、パッド間の電気抵抗が低下しない
薄膜ガスセンサを提供する。 【解決手段】貫通孔を有するSi基板1 と、この貫通孔の
開口部に張られた少なくとも第1の絶縁膜2 からなるダ
イアフラムと、このダイアフラム上の薄膜ヒーター3 と
薄膜ヒーターを被覆する第2の絶縁膜4 と、両端に感知
膜電極5 を有するSnO2などからなるガス感知膜6 からな
り、この感知膜電極はガス感知膜が重ねられて接続して
ている部分、ワイヤボンディング用のパッド部5pおよび
これら両部を連結しているリード部5lからなっている、
薄膜ガスセンサにおいて、前記リード部分を電気絶縁性
膜7 により被覆する。
Description
低消費電力型薄膜ガスセンサに関する。
などの用途に用いられ、ある特定ガス、例えば、CO、CH
4 、C3H8、CH2OH 等に選択的に感応するデバイスであ
り、その性格上、高感度、高選択性、高応答性、高信頼
性、低消費電力が必要不可欠である。ところで、家庭用
として普及しているガス漏れ警報器には、都市ガス用や
プロパンガス用の可燃性ガス検知を目的としたものと燃
焼機器の不完全燃焼ガス検知を目的としたもの、また
は、両方の機能を合わせ持ったものなどがあるが、いず
れもコストや設置性の問題から普及率はそれほど高くな
い。普及率の向上をはかるためには、設置性の改善、具
体的には、電池駆動としコードレス化することが望まれ
ている。
が最も重要であるが、接触燃焼式や半導体式のガスセン
サでは、200 ℃〜500 ℃の高温に加熱し検知する必要が
ある。SnO2などの粉体を焼結した形態の従来のガスセン
サでは、スクリーン印刷等を適用しても厚みを薄くする
には限界があり、電池駆動に用いるには熱容量が大きす
ぎた。
1 μm 以下の薄膜で形成して熱容量を下げた薄膜ガスセ
ンサが開発されている。そして、このような薄膜ガスセ
ンサを微細加工プロセスにより形成されたダイヤフラム
上に設置することによって、さらなる低熱容量化を図っ
たダイヤフラム型のガスセンサが開発されており、その
実用化が待たれている。
は透視平面図であり、(b) は(a) におけるXX断面図であ
る。中央部に貫通孔を有するSi基板1 の開口部には熱酸
化ケイ素膜2a、CVD(化学気相成長)された窒化ケイ
素2bおよびCVDされた酸化ケイ素膜2cからなる第1の
絶縁膜2 が張られている。第1の絶縁膜2 はダイヤフラ
ムを構成している。第1の絶縁膜2 上には薄膜ヒーター
3 、薄膜ヒーター3 を被覆する酸化ケイ素からなる第2
の絶縁膜4 、第2の絶縁膜4 の上には両端に一対のPtか
らなる感知膜電極5 を有するSnO2薄膜からなるガス感知
膜6 が順次形成されている。感知膜電極5 は第2の絶縁
膜4 (SiO2)との密着性を高めるためにCr、Ti、Taなど
からなる接合層を有している。用途によっては、そして
ガス感知膜6 を被覆する選択燃焼層が形成されている場
合もある。
覆された部分、その反対側端部の計測回路への接続用ワ
イヤがボンディングされる幅の広くSi基板1 に対向する
位置に配置されたパッド部5p、およびこれら両部を連結
しているリード部5lからなっている。そして、一対の感
知膜電極5 はガス感知膜6 の幅の間隔で平行に設置され
ている。
ンサの場合、ガス感知膜の電気抵抗が空気中では高く、
還元ガス中では低下するという性質を利用している。高
湿度環境下に置かれることは多い。従来の薄膜ガスセン
サにおいては、感知膜電極のうち、ガス感知膜に接する
部分と信号取り出しのパッド部5pを結ぶリード部5lは外
気に露出しており、また一対のパッド部分やリード部が
相対して近接していたため、高湿度環境下においては、
薄膜ガスセンサの表面への露結が原因で、相対するパッ
ド部やリード部間、すなわち、ガス感知膜以外の電気伝
導経路が生じ、みかけ上パッド間の電気抵抗が低下し誤
報の原因となっていた。
も、ガス感知膜以外の電気伝導経路が生じず、パッド間
の電気抵抗が低下しない薄膜ガスセンサを提供すること
にある。
ために、貫通孔を有するSi基板と、この貫通孔の開口部
に張られた少なくとも第1の絶縁膜からなるダイアフラ
ムと、このダイアフラム上の薄膜ヒーターと薄膜ヒータ
ーを被覆する第2の絶縁膜と、両端に感知膜電極を有す
るSnO2からなるガス感知膜からなり、この感知膜電極は
ガス感知膜が重ねられて接続してている部分、ワイヤボ
ンディング用のパッド部およびこれら両部を連結してい
るリード部からなっている、薄膜ガスセンサにおいて、
前記リード部は電気絶縁性膜により被覆されていること
とする。
口部に張られた少なくとも第1の絶縁膜からなるダイア
フラムと、このダイアフラム上の薄膜ヒーターと薄膜ヒ
ーターを被覆する第2の絶縁膜と、両端に感知膜電極を
有するSnO2からなるガス感知膜からなり、この感知膜電
極はガス感知膜が重ねられて接続してている部分、ワイ
ヤボンディング用のパッド部およびこれら両部を連結し
ているリード部からなっている、薄膜ガスセンサにおい
て、前記感知膜電極はガス感知膜を対称中心として点対
称な位置に配置されていることとする。
サを示し、(a) は透視平面図であり、(b) は(a) におけ
るXX断面図である。大部分は図3に示した従来の薄膜ガ
スセンサと同じであるので、本発明に関する箇所のみに
ついて説明する。感知膜電極5 のガス感知膜6 が重ねら
れた部分およびワイヤボンディング用のパッド部5pを除
いた、リード部5lはSiO2からなる第3の絶縁膜によって
被覆されている。このように、最も長い相対するリード
部5lが第3の絶縁膜によって絶縁されたので、高湿度環
境下においても、パッド間のみかけの電気抵抗低下防止
され、安定に動作する薄膜ガスセンサを得ることができ
る。
示す透視平面図である。少なくとも、2本の感知膜電極
5 を、それぞれガス感知膜6 を対称中心として点対称の
位置に配置してある。そのため、リード部5l間の相対す
る距離は最も遠くなり、第3の絶縁膜によって絶縁され
ていなくても、高湿度環境下においても、パッド間のみ
かけの電気抵抗低下は防止され、安定に動作する薄膜ガ
スセンサを得ることができる。
膜電極の点対称配置とを組み合わせれば、さらに安定性
は増加することは明らかである。以下、これらの薄膜ガ
スセンサの実施例を説明する。 実施例1 リード部が第3の絶縁膜により被覆された薄膜ガスセン
サ(図1)を、製造工程に沿って説明する。
にダイアフラム構造の支持膜及び熱絶縁膜としてSi3N4
およびSiO2膜を順次プラズマCVDにより形成した。次
に、Pt-W膜をスパッタにより成膜した。成膜条件は、Ar
ガス圧力1 Pa、基板温度200 ℃、RFパワー 2 W/cm2、
膜厚は500nm とした。次に第2の絶縁膜としてSiO2をス
パッタにより成膜した。成膜はRFマグネトロンスパッ
タリング装置を用い、反応性スパッタリングによって行
った。成膜条件はAr+O2 ガス圧力2 Pa、基板温度150 〜
300 ℃、RFパワー 2 W/cm2、膜厚1500nmとした。
形成した。成膜はRFマグネトロンスパッタリング装置
を用い、通常のスパッタリングによって行う。成膜条件
は接合層(Pt)、感知膜電極(Ta)とも同じで、Arガス
圧力1 Pa、基板温度300 ℃、RFパワー 2 W/cm2、膜厚
は、接合層は50nm、感知膜電極は 200nmとした。次に本
発明に係る第3の絶縁膜を成膜した。材質はSiO2で、成
膜条件は上記のSiO2絶縁膜と同じである。ただし、感知
膜が積層される部分およびパッド部は被覆しないように
した。
た。成膜はRFマグネトロンスパッタリング装置を用
い、反応性スパッタリングによって行った。ターゲット
にはSbを0.5wt%有するSnO2を用いた。成膜条件はAr+O2
ガス圧力2Pa 、基板温度150 〜300 ℃、RFパワー 2 W
/cm2 、膜厚500nm とした。最後に基板1 の裏面からド
ライエッチにより、薄膜ヒーターやガス感知膜とその周
縁部分に対向する400 μm 径の大きさのSiを完全に除去
しダイアフラム構造とした。 実施例2 2つの感知膜電極が感知膜を中心に点対称な位置に配し
てある薄膜ガスセンサ(図2)を作製した。
(40℃、80%RH )での空気中抵抗をまとめた。 低湿度でのガス感知中の抵抗値は10 kΩ〜100kΩである
ので、比較例では高湿度の空気中でも誤報を発っしてし
まう。しかし、実施例1ではガス中抵抗値よりも一桁以
上高いので問題とならない。また、実施例1ではガス中
抵抗値よりも一桁以上高いのでやはり問題とならない。
うち、ガス感知膜に接している部分および信号取り出し
のためのパッド部分を除いたリード部分を電気絶縁性膜
で被覆したため、高湿度環境下においても、パッド間の
みかけの電気抵抗低下は防止され、安定に動作する薄膜
ガスセンサを得ることが出来る。
中心として点対称な位置に配置したため、リード部間の
相対する距離は最も遠くなり、第3の絶縁膜によって絶
縁されていなくても、高湿度環境下においても、パッド
間のみかけの電気抵抗低下は防止され、安定に動作する
薄膜ガスセンサを得ることができる。
視平面図であり、(b) は(a) におけるXX断面図である。
面図である。
図であり、(b) は(a) におけるXX断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】貫通孔を有するSi基板と、この貫通孔の開
口部に張られた少なくとも第1の絶縁膜からなるダイア
フラムと、このダイアフラム上の薄膜ヒーターと薄膜ヒ
ーターを被覆する第2の絶縁膜と、両端に感知膜電極を
有するSnO2からなるガス感知膜からなり、この感知膜電
極はガス感知膜が重ねられて接続している部分、ワイヤ
ボンディング用のパッド部およびこれら両部を連結して
いるリード部からなっている、薄膜ガスセンサにおい
て、前記リード部分は電気絶縁性膜により被覆されてい
ることを特徴とする薄膜ガスセンサ。 - 【請求項2】貫通孔を有するSi基板と、この貫通孔の開
口部に張られた少なくとも第1の絶縁膜からなるダイア
フラムと、このダイアフラム上の薄膜ヒーターと薄膜ヒ
ーターを被覆する第2の絶縁膜と、両端に感知膜電極を
有するSnO2からなるガス感知膜からなり、この感知膜電
極はガス感知膜が重ねられて接続してている部分、ワイ
ヤボンディング用のパッド部およびこれら両部を連結し
ているリード部からなっている、薄膜ガスセンサにおい
て、少なくとも、前記感知膜電極はガス感知膜を対称中
心として点対称な位置に配置されていることを特徴とす
る薄膜ガスセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002093502A JP2003294669A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 薄膜ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002093502A JP2003294669A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 薄膜ガスセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003294669A true JP2003294669A (ja) | 2003-10-15 |
JP2003294669A5 JP2003294669A5 (ja) | 2005-07-28 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002093502A Withdrawn JP2003294669A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 薄膜ガスセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003294669A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101773099B1 (ko) | 2016-04-28 | 2017-08-31 | 세종공업 주식회사 | 박막형 접촉연소식 가스센서 |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002093502A patent/JP2003294669A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101773099B1 (ko) | 2016-04-28 | 2017-08-31 | 세종공업 주식회사 | 박막형 접촉연소식 가스센서 |
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