JP2005249544A - 流量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 高感度で、応答速度が速く、且つ信頼性が優れた流量センサを提供する。
【解決手段】 第１のアンドープダイヤモンド層１上にＢドープダイヤモンド層２を形成する。また、Ｂドープダイヤモンド層２の電極部２ａ及び２ｂ上には、夫々Ｂドープダイヤモンド層２よりも低抵抗の低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂを形成し、この低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂ上には、夫々金属により信号取り出し用電極を形成する。一方、低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂが形成されていない流量センサ１０の中央部分の第１のアンドープダイヤモンド層１上には、Ｂドープダイヤモンド層２の配線部２ｃを覆うように第２のアンドープダイヤモンド層４を形成して流量センサとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体の流速又は流量を計測する流量センサに関し、特に、ダイヤモンド膜を使用した流量センサに関する。

従来、空気等の気体及び液体の流量を測定するセンサとして、温度変化に伴い材料の電気抵抗値が変化することを利用した感熱方式の流量センサが提案されている（例えば、特許文献１乃至８参照）。この感熱方式の流量センサにより流体の流量を測定する場合、一般に、加熱した材料を流体に接触させると共にこの材料の電気抵抗値を測定し、流体により冷却されて変化した電気抵抗値から計算により流体の流量を求めている。従来の感熱方式の流量センサの構造としては、特許文献１乃至７に記載の流量センサのように、サーミスタ等の温度変化により電気抵抗値が変化する材料により形成された検知部と、この検知部を加熱する発熱部とが夫々別々に設けられているものと、特許文献８に記載の流量センサのように、検知部及び発熱部が１つの素子で構成されているものとがある。

図９は特許文献３に記載の流量センサの構成を示す平面図である。図９に記載の流量センサ１００は、高断熱材料からなる基板１０１上に、発熱抵抗体１０２が設けられており、この発熱抵抗体１０２を挟んで流体の流れる方向１０７に対して上流側及び下流側に夫々感温抵抗体１０３及び１０４が設けられている。そして、発熱抵抗体１０２には所定温度で保持される発熱部１０２ａが形成されており、感温抵抗体１０３及び１０４には夫々流量検出部１０３ａ及び１０４ａが形成されている。この発熱部１０２ａ並びに流量検出部１０３ａ及び１０４ａ上には保護膜１０５が形成されており、発熱抵抗体１０２並びに感温抵抗体１０３及び１０４の両端部には夫々配線１０６が接続されている。

また、図１０は特許文献８に記載の流量センサの構成を示す断面図である。図１０に示すように、特許文献８に記載の流量センサの感応素子１１０は、ダイヤモンド薄膜１１１の一方の面上に発熱部及び検知部となる白金薄膜１１２が形成されている。また、この白金薄膜１１２を囲うように、絶縁物からなる基体１１３が接着剤等により接合されている。この基体１１３上にはリードフレームとなる電極１１４が形成されており、白金薄膜１１２と電極１１４とは金ワイヤ１１５をワイヤボンディングすることにより接続されている。そして、この感応素子１００は保持部材１１６に固定されており、電極１１４と保持部材１１６上に形成された電極１１８とが、金ワイヤ１１７をワイヤボンディングすることにより接続されている。この流量センサは、ダイヤモンド薄膜１０１の他方の面を流体に接触させることにより、流量を測定する。
特開２０００−２８４１１号公報 特開２０００−２１３９７３号公報 特開２０００−２２７３５２号広報 特開２００１−４４２３号広報 特開２００１−１２９８７号広報 特開２００２−５７１７号広報 特開２００２−３２８０５３号公報 特開２００３−１４２７４３号広報

しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。即ち、前述の特許文献１乃至８に記載の流量センサは、いずれも検知部が基板上に形成されているか、又は検知部が形成された素子がセラミック材料等の保持部材に固定されているため、センサの一方の面しか流体に接触させることができない。また、一般に基板及び保持部材を構成する材料としては熱伝導率が低いものが使用されているが、基板及び保持部材から検知部への熱流による影響は避けられない。このため、流体の流量を検知する精度及び応答速度が低いという問題点がある。

また、特許文献１乃至７に記載の流量センサのように、発熱部と感応部とを夫々別々に設けると、複雑な微細加工が必要となると共に、早い周期で流量が変化する場合には、その変動に対する応答が大幅に遅れるか、又は流量の変化が検知できないという問題点がある。なお、感熱方式以外の方法で流量を検知する流量センサも提案されているが、それらは感熱方式の流量センサに比べて、信頼性が低く、また製造コストが高いという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高感度で、応答速度が速く、且つ信頼性が優れた流量センサを提供することを目的とする。

本発明に係る流量センサは、第１の絶縁性ダイヤモンド層と、前記第１の絶縁性ダイヤモンド層上に形成されその少なくとも一部が検知部である第１の導電性ダイヤモンド層と、少なくとも前記第１の導電性ダイヤモンド層の前記検知部を覆うように形成された第２の絶縁性ダイヤモンド層と、を有し、前記検知部に外部電源から一定の電圧が印加されると共に前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層における前記検知部を覆っている部分の表面に接触するように流体が流されたときに、前記流体の流量の変化を前記第１の導電性ダイヤモンド層の抵抗値の変化として検出することを特徴とする。

本発明者等は上述の問題点を解決するために鋭意実験研究を行った結果、検知部を室温付近の温度における熱伝導率が他の物質よりも高いダイヤモンドにより形成することにより、高感度で且つ高速応答可能な流量センサを実現することができることを見出した。近時、ダイヤモンド膜の高速及び大面積成膜技術が開発され、１００μｍ程度の膜厚のダイヤモンド膜がＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相蒸着）法により容易に、且つ安価に合成することができるようになっている。

また、通常、ダイヤモンドは電気的に高抵抗であるが、Ｂをドーピングすることによりｐ型半導体となり、また、Ｂのドーピング濃度を変えることにより、その電気抵抗値を調節することができる。更に、ダイヤモンドの半導体特性は、１０００℃程度でも失われないことが知られている。更にまた、ダイヤモンドにＢを高濃度にドーピングすると、金属と同程度の導電性を示すようになり、より低抵抗化することができる。そこで、本発明においては、上述の特性を利用し、検知部及び検知部の周囲に形成され流体と接触する部分の全てをダイヤモンドのみで形成している。これにより、センサの感度及び耐久性が向上し、高感度及び高速応答可能で、信頼性が優れた流量センサを実現することができる。

なお、特許文献８に記載の流量センサは、本発明と同様にダイヤモンド薄膜を使用しているが、前述したように、ダイヤモンド薄膜の一方の面に発熱部及び検知部が形成されているため、流体に接触するのは発熱部が形成されていない他方の面のみである。このため、本発明の流量センサに比べて感度及び応答性が低い。一方、本発明においては、検知部となる第１の導電性ダイヤモンド層の両面に絶縁性ダイヤモンド層が形成されているため、センサの両面を流体に接触させることができる。

前記流量センサは、例えば、前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層をアンドープダイヤモンドにより形成し、前記第１の導電性ダイヤモンド層をＢがドープされたＢドープダイヤモンドにより形成してもよい。この場合、前記第１導電性ダイヤモンド層中のＢ濃度を調節することにより、センサの感度を容易に制御することができる。

また、前記第１の絶縁性ダイヤモンド層の厚さと、前記第２の絶縁性ダイヤモンド層の厚さと、前記第１の導電性ダイヤモンド層の厚さとの和は、１乃至５００μｍであることが好ましい。更に、前記第１の導電性ダイヤモンド層の厚さは、１乃至１００μｍであることが好ましい。これにより、感度及び応答性低下させずに、センサの強度を向上させることができる。

更にまた、前記流量センサは、更に、前記第１の導電性ダイヤモンド層の表面における前記第２の絶縁性ダイヤモンド層が形成されていない領域に形成され前記第１の導電性ダイヤモンド層よりも低抵抗の第２の導電性ダイヤモンド層と、前記第２の導電性ダイヤモンド層上に形成された信号取り出し用電極と、を有していてもよく、この場合、前記第１の導電性ダイヤモンド層は、前記第２の導電性ダイヤモンド層及び前記信号取り出し用電極を介して前記外部電源に接続される。

更にまた、前記第１の絶縁性ダイヤモンド層表面の前記流体に接触する領域には、フィンが形成されていていることが好ましく、更に、前記第２の絶縁性ダイヤモンド層表面の前記流体に接触する領域にも、フィンが形成されていることがより好ましい。これにより、センサと流体と間の熱交換効率が向上し、センサの感度及び時間応答性が向上する。

前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層並びに前記第１の導電性ダイヤモンド層は、結晶粒子が厚さ方向に柱状に成長した多結晶ダイヤモンド膜であることが好ましい。また、前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層並びに前記第１の導電性ダイヤモンド層は、表面が（００１）面で覆われ、結晶粒子が基板面に対して垂直な一軸方向に配向していると共に、結晶面が面内でも配向している高配向性ダイヤモンド層であることがより好ましい。これにより、熱伝導率が向上するため、センサの感度及び時間応答性が向上する。

本発明によれば、検知部を導電性ダイヤモンド層により形成し、更にこの検知部を絶縁性ダイヤモンド層により覆うことにより、センサの両面を流体に接触させることができるようになるため、感度及び応答速度が向上すると共に耐久性が向上する。

以下、本発明の第１の実施形態に係る流量センサについて添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）は本実施形態の流量センサを示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の流量センサ１０は、第１の絶縁性ダイヤモンド層である第１のアンドープダイヤモンド層１上には、第１の導電性ダイヤモンド層であるＢドープダイヤモンド層２が形成されている。このＢドープダイヤモンド層２は、第１のアンドープダイヤモンド層１の両端部に夫々形成された平面視で矩形状の電極部２ａ及び２ｂの間に、検知部となる複数回屈曲した形状の配線部２ｃが形成されており、この電極部２ａ及び２ｂと配線部２ｃとは相互に接続されている。

また、Ｂドープダイヤモンド層２の電極部２ａ及び２ｂ上には、夫々Ｂドープダイヤモンド層２よりも低抵抗の第２の導電性ダイヤモンド層である低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂが形成されている。そして、この低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂ上には、夫々金属により信号取り出し用電極（図示せず）が形成されている。一方、低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂが形成されていない部分、即ち、流量センサ１０の中央部分の第１のアンドープダイヤモンド層１上には、Ｂドープダイヤモンド層２の配線部２ｃを覆うように第２の絶縁性ダイヤモンド層である第２のアンドープダイヤモンド層４が形成されている。

なお、Ｂドープダイヤモンド層２の形状は、目的及び必要とする感度に応じて適宜設計することができ、例えば、配線部２ｃを設けず、第１のアンドープダイヤモンド層１の全面にＢドープダイヤモンド層２を形成し、その表面の両端部に低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂを形成してもよい。

このように、本実施形態の流量センサ１０においては、流体に接触する感応部５が、検知部となるＢドープダイヤモンド層２の配線部２ｃを、第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４によって完全に被覆した構造になっている。この第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４は共に電気的に絶縁性であるため、仮にセンサ表面に流体に含まれる導電性の粉塵が付着したとしても、Ｂドープダイヤモンド層２の電気抵抗値には影響しない。

また、ダイヤモンドは他の物質に比べて硬度が高いため、流体中に微小な粉塵が含まれていても、第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４、即ち、センサ表面が傷つくことはない。更に、ダイヤモンドは、強酸、強アルカリ及び有機溶媒に浸食されないため、流体中にこのような物質が含まれている場合でも、本実施形態の流量センサ１０は、破壊されることなく測定を行うことができる。更にまた、ダイヤモンドは、大気中では６００℃程度までは安定であるため、高温の流体であっても安定して測定することができる。更にまた、ダイヤモンドは他の物質に比べて熱導電率が高い。従って、感応部５が全てダイヤモンドにより形成されている本実施形態の流量センサ１０は、従来の流量センサに比べて応答速度が極めて速い。

一般に、Ｂ等の不純物がドープされたダイヤモンド膜は、ドーピングするＢの濃度を変えることにより、その電気抵抗値の温度依存性を調節することができる。従って、本実施形態の流量センサ１０においては、Ｂドープダイヤモンド層２のＢドーピング濃度を変えることにより、感度を容易に調節することができる。

また、本実施形態の流量センサ１０の厚さは、以下の２つの因子を考慮して設計される。先ず、第１の因子は力学的強度である。センサの厚さが薄いと力学的強度が低下するため、急速な流量変化が起こると破損する虞がある。また、第２の因子は時間応答速度である。この時間応答速度は、センサの厚さが薄い程速くなる。現実的には、本実施形態の流量センサ１０のように３層構造の場合、第１のアンドープダイヤモンド層１、Ｂドープダイヤモンド層２及び第２のアンドープダイヤモンド層４の総厚は、少なくとも１μｍは必要である。一方、第１のアンドープダイヤモンド層１、Ｂドープダイヤモンド層２及び第２のアンドープダイヤモンド層４は、ＣＶＤ法等により形成することができるが、これらの総厚が５００μｍより厚くなると、ダイヤモンドを合成する際の成膜時間が長くなると共にセンサの時間応答速度も低下する。以上の理由から、本実施形態の流量センサ１０における厚さ、即ち、第１のアンドープダイヤモンド層１、Ｂドープダイヤモンド層２及び第２のアンドープダイヤモンド層４の総厚は、１乃至５００μｍであることが好ましい。なお、本実施形態の流量センサ１０の厚さは、前述の範囲に限定されるものではなく、用途に応じて適宜設定することができ、例えば、１μｍよりも薄く、又は５００μｍよりも厚くすることもできる。

本実施形態の流量センサ１０においては、Ｂドープダイヤモンド層２の配線部２ｃが検知部となり、Ｂドープダイヤモンド層２の電気抵抗値を基にして流体の流量を求める。このＢドープダイヤモンド層２の膜厚は、前述のセンサ全体の厚さに依存するが、１乃至１００μｍであることが好ましい。Ｂドープダイヤモンド層２の膜厚が１μｍよりも薄いと強度が低下する。また、Ｂドープダイヤモンド層２の厚さが１００μｍよりも厚いと、時間応答速度が低下する。なお、Ｂドープダイヤモンド層２の厚さは前述の範囲に限定されるものではなく、用途に応じて適宜その厚さを設定することができ、例えば、１μｍよりも薄く、又は１００μｍよりも厚くすることもできる。

本実施形態の流量センサ１０における第１のアンドープダイヤモンド層１、第２のダイヤモンド層４及びＢドープダイヤモンド層２は、例えば、ダイヤモンド粒子が膜厚方向に柱状に成長した多結晶ダイヤモンド膜により形成される。このような多結晶ダイヤモンド膜は膜厚方向における熱導電性が高いため、センサの感度及び時間応答性が向上する。図２は多結晶ダイヤモンド膜の形成方法を模式的に示す断面図である。ダイヤモンド粒子１２が膜厚方向に柱状に成長した多結晶ダイヤモンド膜は、例えば、図２に示すように、ＣＶＤ法等により基板１１上にダイヤモンドを合成した後、基板１１側から面１３が表面になるまで研磨し、ダイヤモンド粒子１２のうち基板１１近傍に形成され熱伝導率が劣る部分１２ａを除去することにより得られる。

また、第１のアンドープダイヤモンド層１、第２のダイヤモンド層４及びＢドープダイヤモンド層２は、表面がダイヤモンドの（００１）面により形成され、結晶粒子が基板面に垂直な一軸方向に配向していると共に、結晶面が面内でも配向している高配向性ダイヤモンド膜であることがより好ましい。図３は高配向性ダイヤモンド膜を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）写真である（倍率：１６０００倍）。この高配向性ダイヤモンド膜は、広義には多結晶膜に分類されるが、結晶粒子の成長方向及び面内方向が共に一方向に配向し、図３に示すように、表面は平坦な（００１）ファセットが並ぶ特徴的な表面形態をとっているため、通常の多結晶膜に比べて表面近傍における結晶欠陥密度が小さく、優れた感度が得られる。

本実施形態の流量センサ１０は、感応部５の表面、即ち、第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４におけるＢドープダイヤモンド層２の配線部２ｃを覆っている部分の表面に、流体が接触するように配置される。図４は本実施形態の流量センサ１０の使用時の状態を模式的に示す斜視図である。図４に示すように、本実施形態の流量センサ１０は、信号取り出し用電極に信号線８が接続される。そして、流量センサ１０の両端部、即ち、低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂが形成されている部分をセンサ保持部７によって保持し、流体の流れる方向９と低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂが対向する方向とが垂直になるようにして、流体がセンサの中央部分、即ち、感応部５の両面に接触するように配置される。

次に、本実施形態の流量センサ１０の動作について説明する。本実施形態の流量センサ１０により流体の流量を測定する際は、図４に示すように、流体の流れる方向９と低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂが対向する方向とが垂直になるように流量センサ１０を配置し、感応部５の両面に流体に接触させる。そして、低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂ及び金属電極を介して信号線６からＢドープダイヤモンド層２に一定の電圧を印加する。このとき、流体の流量が一定であれば、Ｂドープダイヤモンド層２を流れる電流値も一定に保持されるが、流体の流量が変化すると、流体と第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４との間の熱交換効率が変化し、第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４の温度が変化する。これにより、Ｂドープダイヤモンド層２の温度も変化し、それに伴い、Ｂドープダイヤモンド層２の電気抵抗値が変化するため、Ｂドープダイヤモンド層２を流れる電流値が変化する。従って、本実施形態の流量センサ１０においては、Ｂドープダイヤモンド層２の電気抵抗値の変化を測定し、この電気抵抗値の変化から計算により流体の流量の変化を求める。

このように、本実施形態の流量センサ１０は、検知部であるＢドープダイヤモンド層２の配線部２ｃを、第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４により被覆しているため、従来の流量センサのように一方の面だけではなく、センサの両面を流体に接触させることができる。このため、従来の流量センサに比べて熱交換効率が向上するため、センサ感度が向上する。また、検出部であるＢドープダイヤモンド層２の配線部２ｃを被覆している第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４は、共に熱伝導率が高いダイヤモンド膜であるため、時間応答性が優れている。

次に、本実施形態の変形例の流量センサについて説明する。本実施形態の流量センサにおいては、その表面に流体が流れる方向に延びる複数個のフィンを設けることもできる。図５（ａ）は本実施形態の第１変形例の流量センサを示す断面図であり、図５（ｂ）は第２変形例の流量センサを示す断面図であり、図５（ｃ）は第３変形例の流量センサを示す断面図であり、図５（ｄ）は第４変形例の流量センサを示す断面図である。なお、図５（ａ）乃至（ｄ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図に相当する。図５（ａ）乃至（ｄ）に示すように、本実施形態の第１乃至４変形例の流量センサは、アンドープダイヤモンド層の表面に、フィン６が形成されている。このフィン６の形状としては、例えば、長手方向に対して垂直な断面が、長方形又は三角形である形状にすることができる。図５（ａ）及び図５（ｃ）に示す第１及び第３変形例の流量センサのように、フィン６は少なくとも第１のアンドープダイヤモンド層１上の流体が接触する部分に設けられていればよい。これにより、流体とセンサと間の熱交換効率が向上する。また、図５（ｂ）及び図５（ｄ）に示す第２及び第４変形例の流量センサのように、第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４の両方にフィン６を設けると、センサ感度をより向上させることができる。このフィン６を形成する方法としては、例えば、第１のアンドープダイヤモンド層１及び第２のアンドープダイヤモンド層４の表面に、ダイヤモンドを選択的に成長させる方法又はモールド法等の公知の方法を適用することができ、フィン６はこれら公知の方法により容易に形成することができる。なお、前述の変形例１乃至４の流量センサにおけるフィン６以外の構成及び動作は、前述の流量センサ１０と同様である。

次に、本発明の実施例の効果について説明する。本発明の実施例として、第１のアンドープダイヤモンド層１上に、図５（ａ）に示す流量センサと同様の構造の流量センサを作製した。先ず、シリコン基板上に、フォトリドグラフィ技術によりマスクを形成し、マスクのない部分のみをプラズマによりエッチングする等の公知の技術を利用して、深さが１０μｍ程度、ピッチが１０μｍ程度で、長手方向に対して垂直な断面が矩形であるフィン６用の溝を複数本形成した。この基板上に第１のアンドープダイヤモンド層１を、縦が５０μｍ、横が１５０μｍ、厚さが５０μｍになるように、アンドープダイヤモンド層１を形成したい部分以外の部分にマスクを形成した状態で、ダイヤモンドを選択的に成長させた。次に、このアンドープダイヤモンド層１の表面に、選択的に図１（ａ）に示す形状のＢドープダイヤモンド層２を２０μｍの厚さに形成し、更に、Ｂドープダイヤモンド層２の電極部２ａ及び２ｂ上に、夫々選択的に低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂを１０μｍ程度形成した。そして、低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂが形成されていない部分には、厚さが１０μｍの第２のアンドープダイヤモンド層４を選択的に成長させた。

次に、シリコン基板をフッ硝酸により溶解除去した。これにより、第１のアンドープダイヤモンド層１上に複数のフィン６が形成された。その後、低抵抗Ｂドープダイヤモンド層３ａ及び３ｂ上にチタン、白金及び金をこの順に蒸着して３層構造の信号取り出し用電極を形成し、実施例１の流量センサとした。

次に、前述の方法で作製した実施例１の流量センサの金属電極に信号線８を接続した後、センサの両端部をセンサ保持部７に装着して金属電極を被覆した。そして、空気の流速を１０ｍ／秒から５ｍ／秒に変化させたときの電気抵抗値の変化を測定した。図６は横軸に時間をとり、縦軸にＢドープダイヤモンド層の電気抵抗値をとって、実施例１の流量センサの応答特性を示すグラフ図である。図６に示すように、流速（流量）が変化すると、Ｂドープダイヤモンド層２の電気抵抗値も変化した。これは、流体の流量が減少することによりセンサから奪われる熱が少なくなり、Ｂドープダイヤモンド層４の温度が上昇したためである。

次に、高回転のピストンで、流速が１０ｋＨｚ及び６００ｋＨｚの周期で変化するパルス状の空気流を発生させ、この空気流に対する本実施例の流速センサの応答をフーリエ展開して評価した。図７は横軸に時間をとり、縦軸に電気抵抗値をとって、流速を１０ｋＨｚで変化させたときの実施例１の流量センサの応答特性を示すグラフ図であり、図８は横軸に時間をとり、縦軸に電気抵抗値をとって、流速を６００ｋＨｚの周期で変化させたときの実施例１の流速センサの応答特性を示すグラフ図である。図７及び図８に示すように、本実施例の流量センサは、空気の流速を１０ｋＨｚ及び６００ｋＨｚで変化させても検出が可能であった。但し、空気の流速を１０ｋＨｚで変化させた場合は良好な応答特性を示したが、流速を６００ｋＨｚで変化させた場合では、若干ではあるが応答に遅れが見られた。

（ａ）は本発明の実施形態に係る流量センサを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図である。 多結晶ダイヤモンド膜の形成方法を模式的に示す断面図である。 高配向性ダイヤモンド膜を示すＳＥＭ写真である（倍率：１６０００倍）。 本発明の実施形態に係る流量センサ１０の使用時の状態を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は本実施形態の第１変形例の流量センサを示す断面図であり、（ｂ）は第２変形例の流量センサを示す断面図であり、（ｃ）は第３変形例の流量センサを示す断面図であり、（ｄ）は第４変形例の流量センサを示す断面図である。 横軸に時間をとり、縦軸にＢドープダイヤモンド層４の電気抵抗値をとって、実施例１のセンサの応答特性を示すグラフ図である。 横軸に時間をとり、縦軸に電気抵抗値をとって、流速を１０ｋＨｚで変化させたときの実施例１の流量センサの応答特性を示すグラフ図である。 横軸に時間をとり、縦軸に電気抵抗値をとって、流速を６００ｋＨｚで変化させたときの実施例１の流量センサの応答特性を示すグラフ図である。 特許文献３に記載の流量センサの構成を示す平面図である。 特許文献８に記載の流量センサの構成を示す断面図である。

符号の説明

１、４；アンドープダイヤモンド層
２；Ｂドープダイヤモンド層
２ａ、２ｂ；電極部
２ｂ；配線部
３ａ、３ｂ；低抵抗Ｂドープダイヤモンド層
５；感応部
６；フィン
７；保持部
８；信号線
９、１０７；流体の流れる方向
１０、１００；流量センサ
１１、１０１；基板
１２；ダイヤモンド粒子
１３；面
１０２；発熱抵抗体
１０２ａ；発熱部
１０３、１０４；感温抵抗体
１０３ａ、１０４ａ；流量検出部
１０５；保護膜
１０６；配線
１１０；感応素子
１１１；ダイヤモンド薄膜
１１２；白金薄膜
１１３；基体
１１４、１１８；電極
１１５、１１７；ワイヤ
１１６；保持部材

Claims (10)

1. 第１の絶縁性ダイヤモンド層と、前記第１の絶縁性ダイヤモンド層上に形成されその少なくとも一部が検知部である第１の導電性ダイヤモンド層と、少なくとも前記第１の導電性ダイヤモンド層の前記検知部を覆うように形成された第２の絶縁性ダイヤモンド層と、を有し、前記検知部に外部電源から一定の電圧が印加されると共に前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層における前記検知部を覆っている部分の表面に接触するように流体が流されたときに、前記流体の流量の変化を前記第１の導電性ダイヤモンド層の抵抗値の変化として検出することを特徴とする流量センサ。
2. 前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層は、アンドープダイヤモンドにより形成され、前記第１の導電性ダイヤモンド層は、ＢがドープされたＢドープダイヤモンドにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量センサ。
3. 前記第１導電性ダイヤモンド層中のＢ濃度を調節することにより感度を制御することを特徴とする請求項２に記載の流量センサ。
4. 前記第１の絶縁性ダイヤモンド層の厚さと、前記第２の絶縁性ダイヤモンド層の厚さと、前記第１の導電性ダイヤモンド層の厚さとの和は、１乃至５００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流量センサ。
5. 前記第１の導電性ダイヤモンド層の厚さが１乃至１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流量センサ。
6. 前記第１の導電性ダイヤモンド層の表面の前記第２の絶縁性ダイヤモンド層が形成されていない領域に形成され前記第１の導電性ダイヤモンド層よりも低抵抗の第２の導電性ダイヤモンド層と、前記第２の導電性ダイヤモンド層上に形成された信号取り出し用電極と、を有し、前記第１の導電性ダイヤモンド層は、前記第２の導電性ダイヤモンド層及び前記信号取り出し用電極を介して前記外部電源に接続されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流量センサ。
7. 前記第１の絶縁性ダイヤモンド層表面の前記流体が接触する領域には、フィンが形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流量センサ。
8. 前記第２の絶縁性ダイヤモンド層表面の前記流体が接触する領域には、フィンが形成されていることを特徴とする請求項７に記載の流量センサ。
9. 前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層並びに前記第１の導電性ダイヤモンド層は、結晶粒子が厚さ方向に柱状に成長した多結晶ダイヤモンド膜であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流量センサ。
10. 前記第１及び第２の絶縁性ダイヤモンド層並びに前記第１の導電性ダイヤモンド層は、表面が（００１）面で覆われ、結晶粒子が基板面に対して垂直な一軸方向に配向していると共に、結晶面が面内でも配向している高配向性ダイヤモンド層であることを特徴とする請求項９に記載の流量センサ。

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