JP2007024509A

JP2007024509A - Thin film gas sensor

Info

Publication number: JP2007024509A
Application number: JP2005202547A
Authority: JP
Inventors: Makoto Okamura; 誠岡村; Mitsuo Kobayashi; 光男小林; Kenji Kunihara; 健二国原; Takuya Suzuki; 卓弥鈴木; Hisao Onishi; 久男大西; Soichi Tabata; 総一田畑; Katsumi Higaki; 勝己檜垣
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP4450773B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film gas sensor constituted so as not only to suppress the moisture absorption due to a gas sensing layer to keep high sensitivity while suppressing an increase in power consumption to the utmost but also to receive no effect due to environment. <P>SOLUTION: The thin film gas sensor is constituted so as to suppress the moisture absorption of the gas sensing layer 5 by alternately performing gas detecting driving (High state) for driving a heater layer over a predetermined period so that the gas sensing layer becomes a gas detecting temperature and moisture absorption suppressing driving for performing ON/OFF driving (alternately repeating a pulse ON state and a pulse OFF state) for performing the ON/OFF driving of the heater layer over a predetermined period. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電池駆動を念頭においた低消費電力型の薄膜ガスセンサに関する。 The present invention relates to a low power consumption thin film gas sensor with battery driving in mind.

一般的にガスセンサは、ガス漏れ警報器などの用途に用いられており、ある特定ガス、例えば、一酸化炭素(ＣＯ)、メタンガス(ＣＨ_４)、プロパンガス(Ｃ_３Ｈ_８)、メタノール蒸気(ＣＨ_３ＯＨ)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。 Generally, a gas sensor is used for applications such as a gas leak alarm, and a specific gas such as carbon monoxide (CO), methane gas (CH ₄ ), propane gas (C ₃ H ₈ ), methanol vapor ( It is a device that selectively responds to (CH ₃ OH) and the like, and high sensitivity, high selectivity, high response, high reliability, and low power consumption are indispensable due to its nature.

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、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（ガス検知が必要であるが電源供給不能の箇所である点）の問題から普及率はそれほど高くない。そこで、普及率の向上を図るべく、設置性の改善、具体的には、電池駆動によるガス漏れ警報器としてコードレス化することが望まれている。 By the way, the gas leak alarms that are widely used for household use are for the purpose of detecting flammable gas for city gas and propane gas, for the purpose of detecting incomplete combustion gas of combustion equipment, or There are things that have both functions, etc., but the spread rate is not so high due to the problem of cost and installation (gas detection is necessary but power supply is impossible). Therefore, in order to improve the penetration rate, it is desired to improve the installation property, specifically, to be cordless as a battery-driven gas leak alarm.

ガス漏れ警報器の電池駆動を実現するためにはガスセンサの低消費電力化が最も重要である。しかしながら、接触燃焼式や半導体式のガスセンサを動作させるためには、ガスセンサのガス感知膜を４００℃〜５００℃の高温に加熱する必要があり、この加熱が電力を消費する要因である。ＳｎＯ_２などの粉体を焼結して作製したガス感知膜によるガスセンサでは、スクリーン印刷等の方法を用いてガス感知膜の厚みを可能な限り薄くしてガス感知膜の熱容量を小さくしているが、薄膜化には限界があって充分に薄くできない。このため、電池駆動するにはガス感知膜の熱容量が大きすぎることとなり、これを高温に加熱するには大きい電力が必要で電池の消耗が大きくなってしまい、ガス感知膜を電池駆動するガスセンサは実用化が困難であった。 Low power consumption of the gas sensor is the most important for realizing the battery drive of the gas leak alarm. However, in order to operate a contact combustion type or semiconductor type gas sensor, it is necessary to heat the gas sensing film of the gas sensor to a high temperature of 400 ° C. to 500 ° C., and this heating is a factor that consumes electric power. In a gas sensor using a gas sensing film produced by sintering powder such as SnO _2, the thickness of the gas sensing film is made as thin as possible by using a method such as screen printing to reduce the heat capacity of the gas sensing film. However, there is a limit to thinning the film and it cannot be made thin enough. For this reason, the heat capacity of the gas sensing film is too large for battery operation, and a large amount of power is required to heat the gas sensing film to a high temperature, resulting in increased battery consumption. It was difficult to put it into practical use.

そこで、微細加工プロセスにより高断熱・低熱容量のダイヤフラム構造として、実用上許容しうる低消費電力の薄膜ガスセンサが開発実用化されて現在に至っている。続いてこのような薄膜ガスセンサについて説明する。
図７は、従来技術の薄膜ガスセンサを概略的に示す縦断面図である。図８は、薄膜ガスセンサの回路ブロック図である。
この従来技術の薄膜ガスセンサは、シリコン基板（以下Ｓｉ基板）１、熱絶縁支持層２、ヒーター層３、電気絶縁層４、ガス感知層５を備える。熱絶縁支持層２は、詳しくは、熱酸化ＳｉＯ_２層２ａ、ＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４層２ｂ、ＣＶＤ−ＳｉＯ_２層２ｃの三層構造となっている。また、ガス感知層５は、詳しくは、接合層５ａ、感知層電極５ｂ、感知層５ｃ、ガス選択燃焼層５ｄを備える。この感知層５ｃはアンチモンが添加された二酸化スズ層（以下、Ｓｂ−ｄｏｐｅｄＳｎＯ_２層）であり、ガス選択燃焼層５ｄはパラジウム（Ｐｄ）または白金（Ｐｔ）を触媒として担持したアルミナ焼結材（以下、触媒担持Ａｌ_２Ｏ_３焼結材）である。そして、図８で示すように、ヒーター層３およびガス感知層５（詳しくは感知層電極５ｂを介して感知層５ｃ）は、駆動・処理部６に接続されている。 Thus, a thin film gas sensor with low power consumption that is practically acceptable has been developed and put into practical use as a diaphragm structure with high heat insulation and low heat capacity by a microfabrication process. Next, such a thin film gas sensor will be described.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing a conventional thin film gas sensor. FIG. 8 is a circuit block diagram of the thin film gas sensor.
This conventional thin film gas sensor includes a silicon substrate (hereinafter referred to as Si substrate) 1, a thermal insulating support layer 2, a heater layer 3, an electrical insulating layer 4, and a gas sensing layer 5. Thermally insulating support layer 2, specifically, the thermal oxide SiO ₂ layer 2a, _CVD-Si 3 _{N 4} layer 2b, and a three-layer structure of the CVD-SiO ₂ layer 2c. The gas sensing layer 5 includes a bonding layer 5a, a sensing layer electrode 5b, a sensing layer 5c, and a gas selective combustion layer 5d in detail. The sensing layer 5c is a tin dioxide layer to which antimony is added (hereinafter referred to as Sb-doped SnO ₂ layer), and the gas selective combustion layer 5d is an alumina sintered material supporting palladium (Pd) or platinum (Pt) as a catalyst. (Hereinafter referred to as catalyst-supported Al ₂ O ₃ sintered material). As shown in FIG. 8, the heater layer 3 and the gas sensing layer 5 (specifically, the sensing layer 5 c via the sensing layer electrode 5 b) are connected to the driving / processing unit 6.

この従来技術の薄膜ガスセンサは、様々な気体成分と接触することにより酸化物半導体である感知層５ｃの電気抵抗値（センサ抵抗値）が変化する現象を利用している。３００〜４００℃程度に加熱された金属酸化物半導体は導電率がガス濃度により変化する特性を持ち、空気中では酸素を吸着して高抵抗化するが可燃性ガス中では可燃性ガスを吸着して低抵抗化する。 This conventional thin film gas sensor utilizes a phenomenon in which the electrical resistance value (sensor resistance value) of the sensing layer 5c, which is an oxide semiconductor, is changed by contact with various gas components. Metal oxide semiconductors heated to about 300-400 ° C have the property that the electrical conductivity varies depending on the gas concentration. In the air, they absorb oxygen and increase resistance, but in combustible gases, adsorb combustible gases. To lower the resistance.

詳しくは、Ｓｂ−ｄｏｐｅｄＳｎＯ_２層などのｎ型金属酸化物半導体であって３００〜４００℃程度に加熱された感知層５ｃは、空気中では粒子表面に酸素などを活性化吸着するが、酸素は電子受容性が強くて負電荷吸着するため、酸化物半導体粒子表面に空間電荷層が形成され導電率が低下して高抵抗化し、また、可燃性ガスなどの電子供与性の還元性気体が吸着して燃焼反応が起こると表面吸着酸素が消費され、酸素に捕獲されていた電子が半導体内にもどされ、電子密度が増加して導電率が増大して低抵抗化する、というものである。 Specifically, the sensing layer 5c, which is an n-type metal oxide semiconductor such as an Sb-doped SnO ₂ layer and heated to about 300 to 400 ° C., activates and adsorbs oxygen and the like on the particle surface in the air. Has a strong electron accepting property and adsorbs negative charges, so that a space charge layer is formed on the surface of the oxide semiconductor particles, resulting in a decrease in conductivity and high resistance. In addition, an electron-donating reducing gas such as a flammable gas is present. When adsorbed and a combustion reaction occurs, oxygen adsorbed on the surface is consumed, electrons trapped in the oxygen are returned to the semiconductor, electron density increases, conductivity increases, and resistance decreases. .

この感知層５ｃは、多様なガスの検知が可能である反面、特定のガスを選択的に検知することは困難であった。
そこでガス感知層は、Ｓｂ−ｄｏｐｅｄＳｎＯ_２層である感知層５ｃの表面全体を、触媒担持Ａｌ_２Ｏ_３焼結材で構成されたガス選択燃焼層５ｄが覆う構造としている。
これにより検知ガスよりも酸化活性の強いガスを燃焼させ、ある特定のガスのみの感度を向上させるとともに、そのセンサ部の大きさや膜厚、ダイヤフラム径との比などを工夫することで、ある特定のガス選択性を高め、消費電力の低減化を可能とする。 The sensing layer 5c can detect various gases, but it is difficult to selectively detect a specific gas.
Therefore, the gas sensing layer has a structure in which the entire surface of the sensing layer 5c, which is an Sb-doped SnO ₂ layer, is covered with a gas selective combustion layer 5d made of a catalyst-supported Al ₂ O ₃ sintered material.
As a result, a gas with a stronger oxidation activity than the detection gas is burned, the sensitivity of only a specific gas is improved, and the size, film thickness, ratio of the diaphragm diameter, etc. The gas selectivity can be improved and the power consumption can be reduced.

このような薄膜式ガスセンサによるＣＨ_４，Ｃ_３Ｈ_８等の可燃性ガスの検知を行う場合にも低消費電力化を実現するため、ヒーター層３の駆動方式を工夫している。この点について図を参照しつつ説明する。図９は、Ｈｉｇｈ−Ｏｆｆ方式によるヒーター層温度の時間特性を説明する説明図、図１０は、Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗ−Ｏｆｆ方式によるヒーター層温度の時間特性を説明する説明図である。 The driving method of the heater layer 3 has been devised in order to realize low power consumption even when combustible gas such as CH ₄ and C ₃ H ₈ is detected by such a thin film gas sensor. This point will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the temporal characteristics of the heater layer temperature by the High-Off method, and FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the temporal characteristics of the heater layer temperature by the High-Low-Off method.

Ｈｉｇｈ−Ｏｆｆ方式では、特にＣＨ_４，Ｃ_３Ｈ_８等の可燃性ガス濃度の検出で用いられるものであり、ヒーター層３に図９で示すような電流による駆動信号を流してヒーター層３のヒーター温度を一定期間（例えば０．０５〜０．５ｓ）にわたり、高温状態（Ｈｉｇｈ状態：４００〜５００℃）に保持し、その後一定期間にわたりヒーター層３に駆動信号を流さない状態（Ｏｆｆ状態）として、検出時以外では不要な電力の消費を抑止する。そして、このようなＨｉｇｈ−Ｏｆｆによる駆動を所定の周期（例えば３０秒周期）で繰り返し、ヒーター層３を間欠駆動している。 The high-off method is used particularly for detecting the concentration of combustible gases such as CH ₄ and C ₃ H ₈ , and a driving signal based on the current shown in FIG. The heater temperature is maintained in a high temperature state (High state: 400 to 500 ° C.) for a certain period (for example, 0.05 to 0.5 s), and then a drive signal is not supplied to the heater layer 3 for a certain period (Off state). As a result, unnecessary power consumption is suppressed except during detection. And the driving by such High-Off is repeated with a predetermined period (for example, 30 second period), and the heater layer 3 is intermittently driven.

この方式ではＨｉｇｈ状態でガス検知を行うものであり、ガス検知では感知層電極５ｂを介して感知層５ｃのセンサ抵抗値を測定し、その変化からＣＨ_４，Ｃ_３Ｈ_８等の可燃性ガス濃度を検出する。これは、ヒーター温度が高温の時にガス選択燃焼層５ｄにおいて、ＣＯ，Ｈ_２等の還元性ガスその他の雑ガスを燃焼させ、不活性なＣＨ_４，Ｃ_３Ｈ_８等の可燃性ガスが選択燃焼層５ｄを透過して拡散し、感知層５ｃに到達して感知層５ｃのＳｎＯ_２と反応し、ＳｎＯ_２の抵抗値が変化することを利用してガス機器などのガス漏れ時に発生するＣＨ_４，Ｃ_３Ｈ_８等の可燃性ガスの濃度を検出するものである。 In this method, gas detection is performed in a high state. In gas detection, the sensor resistance value of the sensing layer 5c is measured via the sensing layer electrode 5b, and a combustible gas such as CH ₄ or C ₃ H ₈ is determined from the change. Detect concentration. This is because, when the heater temperature is high, in the gas selective combustion layer 5d, reducing gases such as CO and H _{2 and} other miscellaneous gases are burned, and inactive combustible gases such as CH ₄ and C ₃ H ₈ are selected. diffuse through the combustion layer 5d, and reach the sensing layer 5c react with SnO ₂ sensing layer 5c, by utilizing the fact that the resistance value of SnO ₂ changes occur during gas leakage, such as gas equipment CH ₄ , the concentration of combustible gas such as C ₃ H ₈ is detected.

また、Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗ−Ｏｆｆ方式は、不完全燃焼（ＣＯ）を検知するために用いられるものであり、図１０で示すように、一旦、ヒーター層３のヒーター温度を一定期間（例えば、０．０５ｓ〜０．５ｓ）にわたり高温状態（Ｈｉｇｈ状態：４００〜５００℃）に保持して感知層５ｃのクリーニングを行ってから、低温状態（Ｌｏｗ状態：約１００℃）に降温してガス検知を行い、その後一定期間ヒーター層３に駆動信号を流さない状態（ＯＦＦ状態）として、検出時以外では不要な電力の消費を抑止する。そして、このようなＨｉｇｈ−Ｌｏｗ−Ｏｆｆによる駆動を所定の周期（例えば３０秒周期）で繰り返し、ヒーター層３を間欠駆動している。
このＨｉｇｈ−Ｌｏｗ−Ｏｆｆ方式では、ＣＯ感度および選択性が高くなることが知られている。 The High-Low-Off method is used to detect incomplete combustion (CO). As shown in FIG. 10, the heater temperature of the heater layer 3 is once set for a certain period (for example, 0. 0). After maintaining the high temperature state (High state: 400-500 ° C.) for 05 s to 0.5 s) and cleaning the sensing layer 5c, the temperature is lowered to the low temperature state (Low state: about 100 ° C.) to detect the gas. After that, in a state where the drive signal is not supplied to the heater layer 3 for a certain period (OFF state), unnecessary power consumption is suppressed except at the time of detection. And the drive by such High-Low-Off is repeated with a predetermined period (for example, 30 second period), and the heater layer 3 is intermittently driven.
In this High-Low-Off method, it is known that CO sensitivity and selectivity are increased.

また、このＨｉｇｈ−Ｌｏｗ−Ｏｆｆ方式では、Ｈｉｇｈ状態でクリーニングのみならずメタン（ＣＨ_４）検知も行い、かつＬｏｗ状態でＣＯ検知を行い、メタン・ＣＯの両方を検知できるようにした薄膜ガスセンサも存在する。 In addition, this High-Low-Off system is a thin-film gas sensor that not only performs cleaning in the High state but also detects methane (CH ₄ ), detects CO in the Low state, and can detect both methane and CO. Exists.

従来技術の、このような薄膜ガスセンサが出願されていることが本発明者によって確認されている。 It has been confirmed by the present inventor that such a thin film gas sensor of the prior art has been filed.

上記したＨｉｇｈ−Ｏｆｆ方式やＨｉｇｈ−Ｌｏｗ−Ｏｆｆ方式では、特にＯｆｆ状態でヒーター層３の温度が周囲環境の温度まで降温しているため、周囲温度の影響を受け、特に高温多湿雰囲気では湿度の影響が非常に大きくなることが、本発明者による研究・試験の過程で知見された。
一般的に、ＣＨ_４，Ｃ_３Ｈ_８，ＣＯ等の検知ガスを透過・拡散させるため、触媒担持Ａｌ_２Ｏ_３焼結材で構成されたガス選択燃焼層５ｄは多孔質体であり、また、感知層５ｃのＳｂ−ｄｏｐｅｄＳｎＯ_２層も検出感度を高めるように多孔質体としている。 In the high-off method and the high-low-off method described above, the temperature of the heater layer 3 is lowered to the ambient temperature particularly in the off state. It was found in the course of research and testing by the present inventor that the influence becomes very large.
In general, the gas selective combustion layer 5d made of a catalyst-supported Al ₂ O ₃ sintered material is a porous body in order to permeate and diffuse a detection gas such as CH ₄ , C ₃ H ₈ , and CO. The Sb-doped SnO ₂ layer of the sensing layer 5c is also made of a porous material so as to increase the detection sensitivity.

高温多湿雰囲気において、ヒーター層３がＯｆｆ状態では多孔質体の微細孔で水分の吸着・凝集が起こり、これに起因して、ガス選択燃焼層５ｄ中の検知ガスの透過・拡散の阻害、および、ガス選択燃焼層５ｄ中の触媒の活性低下による雑ガス選択性の低下につながり、結果として感知層５ｃの著しい感度の低下等が生じることがある。また昇温時の水分の脱離（水蒸気の膨張）による層内破壊等を生じることがあり、信頼性のうえで大きな問題となる。 In a high-temperature and high-humidity atmosphere, when the heater layer 3 is in the Off state, moisture adsorption / aggregation occurs in the micropores of the porous body, resulting in inhibition of permeation / diffusion of the detection gas in the gas selective combustion layer 5d, and The miscellaneous gas selectivity may be reduced due to a decrease in the activity of the catalyst in the gas selective combustion layer 5d, and as a result, the sensitivity of the sensing layer 5c may be significantly reduced. In addition, destruction of the layer due to moisture desorption (expansion of water vapor) at the time of temperature rise may occur, which is a serious problem in terms of reliability.

ここで、感度の低下について図を参照しつつ説明する。図１１は、高温多湿雰囲気におけるＯｎ−Ｏｆｆ方式による駆動時の感知層のセンサ抵抗値の応答波形を説明する説明図である。
図１１は、図７で示したような薄膜ガスセンサのヒーター層３を５０℃８０％ＲＨの高温多湿雰囲気でＨｉｇｈ−Ｏｆｆ駆動したときの感知層のセンサ抵抗値の変化を示しており、左図は長期応答波形、右図は拡大応答波形である。図１１のＨｉｇｈ状態ではヒーター層３に図９で示したようなパルス状の駆動信号が入力されており、ヒーター層３のヒーター温度が約４５０℃になるため、半導体の温度特性により感知層５ｃのセンサ抵抗値が低下している。また、Ｈｉｇｈ状態では高温により雑ガス及び水分のクリーニングも同時になされる。このクリーニング効果により、図１１のＯｆｆ状態移行時では、ヒーター温度低下に伴いセンサ抵抗値が一旦高抵抗化する。しかしながら、その後に水分が感知層５ｃに吸着してセンサ抵抗値が徐々に低下する。 Here, the decrease in sensitivity will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the response waveform of the sensor resistance value of the sensing layer when driven by the On-Off method in a high-temperature and high-humidity atmosphere.
FIG. 11 shows changes in the sensor resistance value of the sensing layer when the heater layer 3 of the thin film gas sensor as shown in FIG. 7 is driven High-Off in a high-temperature and high-humidity atmosphere of 50 ° C. and 80% RH. Is the long-term response waveform, and the right figure is the enlarged response waveform. In the High state of FIG. 11, the pulse-like drive signal as shown in FIG. 9 is input to the heater layer 3, and the heater temperature of the heater layer 3 is about 450 ° C. Therefore, the sensing layer 5 c depends on the temperature characteristics of the semiconductor. The sensor resistance value has decreased. Further, in the high state, the miscellaneous gas and moisture are also cleaned at the same time due to the high temperature. Due to this cleaning effect, the sensor resistance value once increases as the heater temperature decreases at the time of transition to the Off state in FIG. However, after that, moisture adsorbs on the sensing layer 5c, and the sensor resistance value gradually decreases.

このような水分吸着によるセンサ抵抗値の経時変化について図を参照しつつ検討する。図１２は、高温多湿雰囲気と常温常湿雰囲気とで薄膜ガスセンサのセンサ抵抗値の経時変化の変化率を比較する特性図である。５０℃８０％ＲＨの高温多湿雰囲気で通電した薄膜ガスセンサに対するメタン２０００ｐｐｍ中のセンサ抵抗値の変化率と、２０℃６５％ＲＨの常温常湿雰囲気で通電した薄膜ガスセンサに対するメタン２０００ｐｐｍ中のセンサ抵抗値の変化率と、をそれぞれ表したものである。ｎ＝６の平均とは、６個の薄膜ガスセンサによるセンサ抵抗値の変化率の平均値であることを表す。ガス警報器の実使用上、このセンサ抵抗値の変化率は０．５〜２．０の範囲内である必要がある。 The change over time of the sensor resistance value due to moisture adsorption will be examined with reference to the drawings. FIG. 12 is a characteristic diagram comparing the rate of change with time of the sensor resistance value of the thin film gas sensor in a high temperature and high humidity atmosphere and a normal temperature and normal humidity atmosphere. Change rate of sensor resistance value in 2000ppm methane for thin film gas sensor energized in high temperature and humidity atmosphere of 50 ℃ 80% RH, and sensor resistance value in 2000ppm methane for thin film gas sensor energized in ambient temperature and humidity atmosphere of 20 ℃ 65% RH It represents the change rate of each. The average of n = 6 represents an average value of the rate of change of sensor resistance value by six thin film gas sensors. In actual use of the gas alarm device, the change rate of the sensor resistance value needs to be within a range of 0.5 to 2.0.

これによると、常温常湿雰囲気で通電した薄膜ガスセンサの変化率はほぼ一定、すなわちセンサ抵抗値に変化は認められず、また、高温多湿雰囲気で通電した薄膜ガスセンサは通電日数が増すに従い変化率が増大、すなわちセンサ抵抗値の増大が認められる。センサ抵抗値の変化率は０．５〜２．０の範囲内である必要があるため、高温多湿雰囲気では薄膜ガスセンサは長期間の使用が見込めないおそれがあるという問題があった。
なおクリーニング期間を増やすことで、抵抗率変化を抑止することが考えられるが、消費電力が増大するため、単純にクリーニング期間を増すには問題があった。 According to this, the rate of change of a thin film gas sensor energized in a normal temperature and humidity atmosphere is almost constant, that is, the sensor resistance value does not change, and the rate of change of a thin film gas sensor energized in a high temperature and humidity atmosphere increases as the number of energization days increases. An increase, that is, an increase in sensor resistance value is observed. Since the change rate of the sensor resistance value needs to be in the range of 0.5 to 2.0, there is a problem that the thin film gas sensor may not be expected to be used for a long time in a high temperature and high humidity atmosphere.
Although it is conceivable to suppress the change in resistivity by increasing the cleaning period, since power consumption increases, there is a problem in simply increasing the cleaning period.

そこでこの発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、消費電力の増加を極力抑えつつガス感知層による吸湿を抑止して高い感度を維持するようにして、環境による影響を受けないようにした薄膜ガスセンサを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to suppress moisture absorption by the gas sensing layer while keeping the increase in power consumption as much as possible and maintain high sensitivity. An object of the present invention is to provide a thin film gas sensor which is not affected.

このような本発明の請求項１に係る薄膜ガスセンサは、
貫通孔を有するＳｉ基板と、
この貫通孔の開口部に張られるダイアフラム様の熱絶縁支持層と、
熱絶縁支持層上に設けられるヒーター層と、
熱絶縁支持層およびヒーター層を覆うように設けられる電気絶縁層と、
電気絶縁層上に設けられるガス感知層と、
ヒーター層に接続される駆動部と、
ガス感知層に接続される処理部と、
を備え、駆動部は、
ガス感知層がガス検知温度となるように所定期間にわたりヒーター層を駆動するガス検知駆動手段と、
ガス感知層が吸湿抑制温度となるように所定期間にわたりヒーター層を駆動する吸湿抑制駆動手段と、
として交互に機能し、
処理部は、
ガス検知温度の際にガス感知層のセンサ抵抗値を算出してガス濃度を算出する手段と、
として機能することを特徴とする。 Such a thin film gas sensor according to claim 1 of the present invention includes:
A Si substrate having a through hole;
A diaphragm-like heat insulating support layer stretched on the opening of the through hole;
A heater layer provided on the heat insulating support layer;
An electrical insulation layer provided to cover the thermal insulation support layer and the heater layer;
A gas sensing layer provided on the electrically insulating layer;
A drive connected to the heater layer;
A processing unit connected to the gas sensing layer;
The drive unit comprises
Gas detection driving means for driving the heater layer over a predetermined period so that the gas detection layer has a gas detection temperature;
Moisture absorption suppression driving means for driving the heater layer over a predetermined period so that the gas sensing layer has a moisture absorption suppression temperature;
Function alternately as
The processing unit
Means for calculating the gas concentration by calculating the sensor resistance value of the gas sensing layer at the gas detection temperature;
It functions as.

また、本発明の請求項２に係る薄膜ガスセンサは、
請求項１に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記ガス感知層は、
電気絶縁層上に設けられる一対の感知層電極と、
一対の感知層電極を渡されるように設けられる感知層と、
感知層の表面を覆うように設けられ、触媒を担持した焼結材のガス選択燃焼層と、
を備え、処理部が感知層電極を介して感知層に接続されることを特徴とする。 A thin film gas sensor according to claim 2 of the present invention is
The thin film gas sensor according to claim 1,
The gas sensing layer is
A pair of sensing layer electrodes provided on the electrically insulating layer;
A sensing layer provided to be passed a pair of sensing layer electrodes;
A gas selective combustion layer of a sintered material provided to cover the surface of the sensing layer and carrying a catalyst;
And the processing unit is connected to the sensing layer through the sensing layer electrode.

また、本発明の請求項３に係る薄膜ガスセンサは、
請求項１または請求項２に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記ガス検知駆動手段は、ガス感知層のガス検知温度が４００℃〜５００℃となるように０．０５ｓ〜０．５ｓの所定期間にわたり連続してヒーター層を駆動する駆動信号を供給する手段として機能し、３０ｓ〜６０ｓ毎に繰り返されることを特徴とする。 A thin film gas sensor according to claim 3 of the present invention is
The thin film gas sensor according to claim 1 or 2,
The gas detection drive means is means for supplying a drive signal for continuously driving the heater layer over a predetermined period of 0.05 s to 0.5 s so that the gas detection temperature of the gas detection layer is 400 ° C. to 500 ° C. It functions and is repeated every 30 to 60 s.

また、本発明の請求項４に係る薄膜ガスセンサは、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記吸湿抑制駆動手段は、ＯＮ／ＯＦＦ駆動により連続パルスの駆動信号を供給してヒーター層を駆動する手段として機能することを特徴とする。 A thin film gas sensor according to claim 4 of the present invention is
In the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
The moisture absorption suppression driving means functions as means for driving the heater layer by supplying a continuous pulse driving signal by ON / OFF driving.

また、本発明の請求項５に係る薄膜ガスセンサは、
請求項４に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記吸湿抑制駆動手段は、ガス感知層の吸湿抑制温度が５０℃〜５００℃となるように０．０１ｓ〜０．５ｓの所定期間にわたり、ヒーター層を駆動する０．２ｓ〜３ｓ周期の連続パルスの駆動信号を供給する手段として機能することを特徴とする。 A thin film gas sensor according to claim 5 of the present invention is
The thin film gas sensor according to claim 4,
The moisture absorption suppression driving means is a continuous pulse having a period of 0.2 s to 3 s for driving the heater layer over a predetermined period of 0.01 s to 0.5 s so that the moisture absorption suppression temperature of the gas sensing layer is 50 ° C. to 500 ° C. It functions as a means for supplying the drive signal.

また、本発明の請求項６に係る薄膜ガスセンサは、
請求項４に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記吸湿抑制駆動手段は、ガス検知温度より低い吸湿抑制温度となるようにヒーター層を駆動する手段として機能することを特徴とする。 A thin film gas sensor according to claim 6 of the present invention is
The thin film gas sensor according to claim 4,
The moisture absorption suppression driving means functions as a means for driving the heater layer so that the moisture absorption suppression temperature is lower than the gas detection temperature.

また、本発明の請求項７に係る薄膜ガスセンサは、
請求項６に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記吸湿抑制駆動手段は、ガス感知層の吸湿抑制温度が１２０℃〜２００℃となるように０．０１ｓ〜０．１ｓの所定期間にわたり、ヒーター層を駆動する０．５ｓ〜１ｓ周期の連続パルスの駆動信号を供給する手段として機能することを特徴とする。 A thin film gas sensor according to claim 7 of the present invention is
The thin film gas sensor according to claim 6,
The moisture absorption suppression drive means drives the heater layer for a predetermined period of 0.01 s to 0.1 s so that the moisture absorption suppression temperature of the gas sensing layer is 120 ° C. to 200 ° C. It functions as a means for supplying the drive signal.

また、本発明の請求項８に係る薄膜ガスセンサは、
請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
吸湿抑制温度と連続パルスのパルス周期とは、ガス感知層のセンサ抵抗値の変化率が耐用年数が経過するまでに０．５〜２．０を維持するとともにヒーター層を駆動する消費電力が最小化されるように決定されることを特徴とする。 A thin film gas sensor according to claim 8 of the present invention is
In the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 7,
The moisture absorption suppression temperature and the pulse period of the continuous pulse maintain the 0.5 to 2.0 rate of change of the sensor resistance value of the gas sensing layer until the end of its useful life and minimize the power consumption for driving the heater layer It is characterized by being determined so that.

また、本発明の請求項９に係る薄膜ガスセンサは、
請求項２〜請求項８の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記感知層は、Ｓｂ（アンチモン）を添加したＳｎＯ_２による層であることを特徴とする。 A thin film gas sensor according to claim 9 of the present invention is
In the thin film gas sensor according to any one of claims 2 to 8,
The sensing layer is a layer made of SnO ₂ to which Sb (antimony) is added.

また、本発明の請求項１０に係る薄膜ガスセンサは、
請求項２〜請求項９の何れか一項に記載の薄膜ガスセンサにおいて、
前記ガス選択燃焼層は、Ｐｄ（パラジウム）またはＰｔ（白金）を触媒として担持したＡｌ_２Ｏ_３焼結材による層であることを特徴とする。 A thin film gas sensor according to claim 10 of the present invention is
In the thin film gas sensor according to any one of claims 2 to 9,
The gas selective combustion layer is a layer made of an Al ₂ O ₃ sintered material supporting Pd (palladium) or Pt (platinum) as a catalyst.

以上のような本発明によれば、消費電力の増加を極力抑えつつガス感知層による吸湿を抑止して高い感度を維持するようにして、環境による影響を受けないようにした薄膜ガスセンサを提供することができる。 According to the present invention as described above, there is provided a thin film gas sensor which suppresses moisture absorption by the gas sensing layer and maintains high sensitivity while suppressing an increase in power consumption as much as possible and is not affected by the environment. be able to.

以下、本発明を実施するための最良の形態の薄膜ガスセンサについて図を参照しつつ説明する。なお、本形態の薄膜ガスセンサは、主にヒーター層３の駆動方式を変更する点に特徴があり、薄膜ガスセンサの構造は、図７で示した従来技術の薄膜ガスセンサと同じである。 Hereinafter, a thin film gas sensor of the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The thin film gas sensor of this embodiment is mainly characterized in that the driving method of the heater layer 3 is changed, and the structure of the thin film gas sensor is the same as that of the conventional thin film gas sensor shown in FIG.

すなわち薄膜ガスセンサは、図７で示すように、Ｓｉ基板１、熱絶縁支持層２、ヒーター層３、電気絶縁層４、ガス感知層５を備える。熱絶縁支持層２は、詳しくは、熱酸化ＳｉＯ_２層２ａ、ＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４層２ｂ、ＣＶＤ−ＳｉＯ_２層２ｃの三層構造となっている。また、ガス感知層５は、詳しくは、接合層５ａ，感知層電極５ｂ，感知層５ｃ，ガス選択燃焼層５ｄを備える。この感知層５ｃはＳｂ−ｄｏｐｅｄＳｎＯ_２層であり、ガス選択燃焼層５ｄは触媒担持Ａｌ_２Ｏ_３焼結材である。そして、図８で示すように、ヒーター層３およびガス感知層５（詳しくは感知層電極５ｂを介して感知層５ｃ）は、駆動・処理部６に接続されている。 That is, the thin film gas sensor includes a Si substrate 1, a heat insulating support layer 2, a heater layer 3, an electric insulating layer 4, and a gas sensing layer 5, as shown in FIG. Specifically, the heat insulating support layer 2 has a three-layer structure of a thermally oxidized SiO ₂ layer 2a, a CVD-Si ₃ N ₄ layer 2b, and a CVD-SiO ₂ layer 2c. In detail, the gas sensing layer 5 includes a bonding layer 5a, a sensing layer electrode 5b, a sensing layer 5c, and a gas selective combustion layer 5d. The sensing layer 5c is an Sb-doped SnO ₂ layer, and the gas selective combustion layer 5d is a catalyst-supported Al ₂ O ₃ sintered material. As shown in FIG. 8, the heater layer 3 and the gas sensing layer 5 (specifically, the sensing layer 5 c via the sensing layer electrode 5 b) are connected to the driving / processing unit 6.

続いて各部構成について説明する。
Ｓｉ基板１はシリコン（Ｓｉ）により形成され、貫通孔を有するように形成される。
熱絶縁支持層２はこの貫通孔の開口部に張られてダイアフラム様に形成されており、Ｓｉ基板１の上に設けられる。 Next, the configuration of each part will be described.
The Si substrate 1 is formed of silicon (Si) and has a through hole.
The heat insulating support layer 2 is stretched over the opening of the through hole and formed in a diaphragm shape, and is provided on the Si substrate 1.

熱絶縁支持層２は、詳しくは、熱酸化ＳｉＯ_２層２ａ、ＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４層２ｂ、ＣＶＤ−ＳｉＯ_２層２ｃの三層構造となっている。
熱酸化ＳｉＯ_２層２ａは熱絶縁層として形成され、ヒーター層３で発生する熱をＳｉ基板１側へ熱伝導しないようにして熱容量を小さくする機能を有する。また、この熱酸化ＳｉＯ_２層２ａはプラズマエッチングに対して高い抵抗力を示し、後述するがプラズマエッチングによるＳｉ基板１への貫通孔の形成を容易にする。
ＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４層２ｂは、熱酸化ＳｉＯ_２層２ａの上側に形成される。
ＣＶＤ−ＳｉＯ_２層２ｃは、ヒーター層３との密着性を向上させるとともに電気的絶縁を確保する。ＣＶＤ（化学気相成長法）によるＳｉＯ_２層は内部応力が小さい。 Thermally insulating support layer 2, specifically, the thermal oxide SiO ₂ layer 2a, _CVD-Si 3 _{N 4} layer 2b, and a three-layer structure of the CVD-SiO ₂ layer 2c.
The thermally oxidized SiO ₂ layer 2a is formed as a heat insulating layer and has a function of reducing the heat capacity by preventing heat generated in the heater layer 3 from being conducted to the Si substrate 1 side. The thermally oxidized SiO ₂ layer 2a exhibits high resistance to plasma etching and facilitates formation of a through hole in the Si substrate 1 by plasma etching, which will be described later.
The CVD-Si ₃ N ₄ layer 2b is formed above the thermally oxidized SiO ₂ layer 2a.
The CVD-SiO ₂ layer 2c improves the adhesion with the heater layer 3 and ensures electrical insulation. The SiO ₂ layer formed by CVD (chemical vapor deposition) has a small internal stress.

ヒーター層３は、薄膜状のＮｉ−Ｃｒ膜（ニッケル−クロム膜）であって、熱絶縁支持層２のほぼ中央の上面に設けられる。また、図示しない電源供給ラインも形成される。この電源ラインは、駆動・処理部６に接続される。
電気絶縁層４は、電気的に絶縁を確保するスパッタＳｉＯ_２層からなり、熱絶縁支持層２およびヒーター層３を覆うように設けられる。ヒーター層３と感知層電極５ｂとの間に電気的な絶縁を確保し、また、電気絶縁層４は感知層５ｃとの密着性を向上させる。 The heater layer 3 is a thin-film Ni—Cr film (nickel-chromium film), and is provided on the upper surface at substantially the center of the heat insulating support layer 2. A power supply line (not shown) is also formed. This power supply line is connected to the driving / processing unit 6.
The electrical insulating layer 4 is formed of a sputtered SiO ₂ layer that ensures electrical insulation, and is provided so as to cover the heat insulating support layer 2 and the heater layer 3. Electrical insulation is ensured between the heater layer 3 and the sensing layer electrode 5b, and the electrical insulating layer 4 improves adhesion to the sensing layer 5c.

接合層５ａは、例えば、Ｔａ膜（タンタル膜）またはＴｉ膜（チタン膜）からなり、電気絶縁層４の上に設けられる。この接合層５ａは、感知層電極５ｂと電気絶縁層４との間に介在して接合強度を高める機能を有している。
感知層電極５ｂは、例えば、Ｐｔ膜（白金膜）またはＡｕ膜（金膜）からなり、感知層５ｃの感知電極となるように左右一対に設けられる。
ガス感知層５ｃは、Ｓｂ−ｄｏｐｅｄＳｎＯ_２層からなり、一対の感知層電極５ｂ，５ｂを渡されるように電気絶縁層４の上に形成される。 The bonding layer 5 a is made of, for example, a Ta film (tantalum film) or a Ti film (titanium film), and is provided on the electrical insulating layer 4. The bonding layer 5a is interposed between the sensing layer electrode 5b and the electric insulating layer 4 and has a function of increasing the bonding strength.
The sensing layer electrodes 5b are made of, for example, a Pt film (platinum film) or an Au film (gold film), and are provided in a pair on the left and right sides so as to be sensing electrodes of the sensing layer 5c.
The gas sensing layer 5c is composed of an Sb-doped SnO ₂ layer, and is formed on the electrical insulating layer 4 so as to pass the pair of sensing layer electrodes 5b and 5b.

ガス選択燃焼層５ｄは、白金（Ｐｔ）またはパラジウム（Ｐｄ）である触媒を担持した焼結体であり、先に説明したように触媒担持Ａｌ_２Ｏ_３焼結材である。ガス選択燃焼層５ｄは、感知層５ｃの表面に設けられる。Ａｌ_２Ｏ_３は多孔質体であるため、孔を通過する検知ガスが触媒に接触する機会を増加させて燃焼反応を促進させる。ガス選択燃焼層５ｄは、絶縁層４、接合層５ａ、一対の感知層電極５ｂ，５ｂおよび感知層５ｃの表面を覆うように設けられる。
このような薄膜ガスセンサはダイアフラム構造により高断熱，低熱容量の構造としている。
駆動・処理部６は、本発明の駆動部と処理部とを一体に構成したものであり、ヒーター層３と電気的に通信可能に接続され、また、ガス感知層電極５ｂを介して感知層５ｃと電気的に通信可能に接続される。
薄膜ガスセンサの構成はこのようなものである。 The gas selective combustion layer 5d is a sintered body supporting a catalyst of platinum (Pt) or palladium (Pd), and is a catalyst-supported Al ₂ O ₃ sintered material as described above. The gas selective combustion layer 5d is provided on the surface of the sensing layer 5c. Since Al ₂ O ₃ is a porous body, it increases the chance that the detection gas passing through the holes comes into contact with the catalyst and promotes the combustion reaction. The gas selective combustion layer 5d is provided so as to cover the surfaces of the insulating layer 4, the bonding layer 5a, the pair of sensing layer electrodes 5b and 5b, and the sensing layer 5c.
Such a thin film gas sensor has a structure of high heat insulation and low heat capacity by a diaphragm structure.
The driving / processing unit 6 is configured by integrating the driving unit and the processing unit of the present invention, is connected to the heater layer 3 so as to be electrically communicable, and also has a sensing layer via a gas sensing layer electrode 5b. 5c is electrically communicably connected.
The configuration of the thin film gas sensor is such.

続いて、本形態の薄膜ガスセンサの製造方法について概略説明する。
まず、板状のシリコンウェハー（図示せず）に対して熱酸化法によりその片面（または表裏両面）に熱酸化を施して熱酸化ＳｉＯ_２膜たる熱酸化ＳｉＯ_２層２ａを形成する。
そして、熱酸化ＳｉＯ_２層２ａを形成した面にＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４膜をプラズマＣＶＤ法にて堆積してＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４層２ｂを形成する。そして、このＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４層２ｂの上面にＣＶＤ−ＳｉＯ_２膜をプラズマＣＶＤ法にて堆積してＣＶＤ−ＳｉＯ_２層２ｃを形成する。 Then, the manufacturing method of the thin film gas sensor of this form is demonstrated roughly.
First, a plate-like silicon wafer (not shown) is thermally oxidized on one side (or both sides) by a thermal oxidation method to form a thermally oxidized SiO ₂ layer 2a as a thermally oxidized SiO ₂ film.
Then, a CVD-Si ₃ N ₄ film is deposited on the surface on which the thermally oxidized SiO ₂ layer 2a is formed by a plasma CVD method to form a CVD-Si ₃ N ₄ layer 2b. Then, a CVD-SiO ₂ film is deposited on the upper surface of the CVD-Si ₃ N ₄ layer 2b by a plasma CVD method to form a CVD-SiO ₂ layer 2c.

さらに、ＣＶＤ−ＳｉＯ_２層２ｃの上面にＮｉ−Ｃｒ膜をスパッタリング法により蒸着してヒーター層３を形成する。そして、このＣＶＤ−ＳｉＯ_２層２ｃとヒーター層３との上面にスパッタＳｉＯ_２膜をスパッタリング法により蒸着して、スパッタＳｉＯ_２層である電気絶縁層４を形成する。 Further, a Ni—Cr film is deposited on the upper surface of the CVD-SiO ₂ layer 2 c by a sputtering method to form the heater layer 3. Then, a sputtered SiO ₂ film is deposited on the upper surfaces of the CVD-SiO ₂ layer 2c and the heater layer 3 by a sputtering method to form an electrical insulating layer 4 that is a sputtered SiO ₂ layer.

この電気絶縁層４の上に接合層５ａ、感知層電極５ｂを形成する。成膜はＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、通常のスパッタリング法によって行う。成膜条件は接合層（ＴａあるいはＴｉ）５ａ、感知層電極（ＰｔあるいはＡｕ）５ｂとも同じで、Ａｒガス（アルゴンガス）圧力１Ｐａ、基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ^２、膜厚は接合層５ａ／感知層電極５ｂ＝５００Å／２０００Åである。 A bonding layer 5a and a sensing layer electrode 5b are formed on the electrical insulating layer 4. Film formation is performed by an ordinary sputtering method using an RF magnetron sputtering apparatus. The film formation conditions are the same for the bonding layer (Ta or Ti) 5a and the sensing layer electrode (Pt or Au) 5b, Ar gas (argon gas) pressure 1 Pa, substrate temperature 300 ° C., RF power 2 W / cm ² , film thickness Bonding layer 5a / sensing layer electrode 5b = 500/2000.

一対の感知層電極５ｂ，５ｂに渡されるように電気絶縁層４の間にＳｂ−ｄｏｐｅｄＳｎＯ_２膜がスパッタリング法により蒸着され、感知層５ｃが形成される。
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法によって行う。ターゲットにはＳｂを０．５ｗｔ％含有するＳｎＯ_２を用いる。成膜条件はＡｒ＋Ｏ_２ガス圧力２Ｐａ、基板温度１５０〜３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ^２である。感知層５ｃの大きさは、５０ないし２００μｍ角程度、厚さは０．２ないし１．６μｍ程度が望ましい。 A Sb-doped SnO ₂ film is deposited by sputtering between the electrical insulating layers 4 so as to be passed to the pair of sensing layer electrodes 5b, 5b, thereby forming the sensing layer 5c.
Film formation is performed by a reactive sputtering method using an RF magnetron sputtering apparatus. The target used SnO ₂ containing 0.5 wt% combined with Sb. The film forming conditions are Ar + O ₂ gas pressure 2 Pa, substrate temperature 150 to 300 ° C., RF power 2 W / cm ² . The size of the sensing layer 5c is preferably about 50 to 200 μm square, and the thickness is preferably about 0.2 to 1.6 μm.

絶縁層４、接合層５ａ、一対の感知層電極５ｂ，５ｂおよび感知層５ｃを覆うように、ガス選択燃焼層５ｄが形成される。このガス選択燃焼層５ｄは、ＰｄやＰｔという触媒を担持したアルミナ粉末、バインダーおよび有機溶剤を混合調製した印刷ペーストをスクリーン印刷で印刷し、室温で乾燥後、５００℃で１時間焼き付けして形成している。ガス選択燃焼層５ｄの大きさは、感知層５ｃを十分に覆えるようにする。このようにスクリーン印刷により厚みを薄くしている。
最後にシリコンウェハー（図示せず）の裏面から微細加工プロセスとしてエッチングによりシリコンを除去して貫通孔を形成してＳｉ基板１とし、ダイヤフラム構造の薄膜ガスセンサを形成する。そして、ヒーター層３および感知層電極５ｂは駆動・処理部６と電気的に通信可能に接続される。
薄膜ガスセンサの製造方法はこのようになる。 A gas selective combustion layer 5d is formed so as to cover the insulating layer 4, the bonding layer 5a, the pair of sensing layer electrodes 5b and 5b, and the sensing layer 5c. This gas selective combustion layer 5d is formed by printing a printing paste prepared by mixing alumina powder supporting a catalyst such as Pd or Pt, a binder and an organic solvent by screen printing, drying at room temperature, and baking at 500 ° C. for 1 hour. is doing. The size of the gas selective combustion layer 5d is sufficient to cover the sensing layer 5c. In this way, the thickness is reduced by screen printing.
Finally, silicon is removed from the back surface of the silicon wafer (not shown) by etching as a microfabrication process to form a through hole to form the Si substrate 1, thereby forming a thin film gas sensor having a diaphragm structure. The heater layer 3 and the sensing layer electrode 5b are connected to the driving / processing unit 6 so as to be electrically communicable.
The manufacturing method of the thin film gas sensor is as follows.

続いて、このように構成された薄膜ガスセンサの駆動・処理部による駆動方式について説明する。図１は、ヒーター層の駆動方式を説明する駆動パターン図である。
図８で示す駆動・処理部６は、ヒーター層３を駆動する場合に、図１のような駆動信号を供給して駆動する。すると、ヒーター層３のヒーター温度も追従して図１で示すようなヒーター温度となる。特に、駆動・処理部６は、感知層５ｃがガス検知温度となるように所定期間にわたりヒーター層３を駆動するガス検知駆動手段として機能し、続いて感知層５ｃが吸湿抑制温度となるように所定期間にわたりヒーター層３を駆動する吸湿抑制駆動手段として機能し、以下、交互にこれら手段として機能する。特に吸湿抑制駆動手段は、ＯＮ／ＯＦＦ駆動（図１のようにパルスＯｎ状態とパルスＯｆｆ状態とを交互に繰り返す）により連続パルスの駆動信号を供給してヒーター層３を駆動することで、低消費電力化を図っている。 Next, a driving method by the driving / processing unit of the thin film gas sensor configured as described above will be described. FIG. 1 is a drive pattern diagram for explaining a heater layer driving method.
The driving / processing unit 6 shown in FIG. 8 is driven by supplying a driving signal as shown in FIG. 1 when driving the heater layer 3. Then, the heater temperature of the heater layer 3 follows and becomes a heater temperature as shown in FIG. In particular, the driving / processing unit 6 functions as a gas detection driving unit that drives the heater layer 3 for a predetermined period so that the sensing layer 5c reaches the gas detection temperature, and subsequently the sensing layer 5c reaches the moisture absorption suppression temperature. It functions as moisture absorption suppression driving means for driving the heater layer 3 over a predetermined period, and alternately functions as these means. In particular, the moisture absorption suppressing driving means is driven by supplying a continuous pulse driving signal by ON / OFF driving (alternatingly repeating the pulse On state and the pulse Off state as shown in FIG. 1), thereby driving the heater layer 3. We are trying to reduce power consumption.

ガス検知駆動時には、詳しくは、ガス感知層５のガス検知温度、すなわちヒーター温度が４００〜５００℃程度となるようにするため、０．０５ｓ〜０．５ｓ程度連続するパルス状の駆動信号が供給され、このような駆動信号が３０〜６０ｓｅｃ程度のガス検知周期で連続して供給される。
吸湿抑制駆動時には、詳しくは、ガス感知層５の吸湿抑制温度、すなわちヒーター温度が５０℃〜５００℃となるようにするため、０．０１ｓ〜０．５ｓの所定期間にわたるパルスが０．２ｓ〜３ｓ毎に繰り返す連続パルスによりヒーター層３を駆動する駆動信号が供給される。 More specifically, at the time of gas detection driving, in order to make the gas detection temperature of the gas detection layer 5, that is, the heater temperature about 400 to 500 ° C., a continuous pulsed drive signal is supplied for about 0.05 s to 0.5 s. Such a drive signal is continuously supplied with a gas detection period of about 30 to 60 seconds.
More specifically, during the moisture absorption suppression driving, in order to make the moisture absorption suppression temperature of the gas sensing layer 5, that is, the heater temperature 50 ° C. to 500 ° C., the pulse over a predetermined period of 0.01 s to 0.5 s is 0.2 s to A drive signal for driving the heater layer 3 is supplied by continuous pulses repeated every 3 s.

このうち本形態では好ましくは吸湿抑制駆動時には、ガス検知温度より低いガス感知層５ｄの吸湿抑制温度とし、吸湿抑制温度、すなわちヒーター温度が１２０℃〜２００℃となるようにするため、０．０１ｓ〜０．１ｓの所定期間にわたるパルスが０．５ｓ〜１ｓ毎に繰り返す連続パルスによりヒーター層３を駆動する駆動信号が供給される。
これらの値は使用する薄膜ガスセンサの形状や構成からくるガス感度特性、水分吸着特性に依存して決められることは言うまでもないが、図７の構造の薄膜ガスセンサで特に好適な値である。 Of these, in the present embodiment, preferably at the time of moisture absorption suppression driving, the moisture absorption suppression temperature of the gas sensing layer 5d is lower than the gas detection temperature, and the moisture absorption suppression temperature, that is, the heater temperature is set to 120 ° C. to 200 ° C. A drive signal for driving the heater layer 3 is supplied by a continuous pulse in which a pulse over a predetermined period of ˜0.1 s repeats every 0.5 s to 1 s.
It goes without saying that these values are determined depending on the gas sensitivity characteristics and moisture adsorption characteristics resulting from the shape and configuration of the thin film gas sensor used, but are particularly suitable for the thin film gas sensor having the structure of FIG.

続いて本形態（第一の形態）による吸湿抑制駆動の効果を検証する。
図２はこのような吸湿抑制駆動の効果を検証するための空気中抵抗応答波形を示す波形図である。この波形では、５０℃８０％ＲＨという高温多湿雰囲気において、ガス検知駆動の後に吸湿抑制駆動をそれぞれ一回行った際のセンサ抵抗値（Ω）の応答波形を示すものであり、吸湿抑制が行われていることを説明するための実験的な応答波形である。
ガス検知駆動時には、ガス感知層のガス検知温度が４５０℃となるように０．５ｓの所定期間にわたりヒーター層を駆動する駆動信号を供給する。また、吸湿抑制駆動時には、ガス検知温度より低くした感知層の吸湿抑制温度とし、吸湿抑制温度、すなわちヒーター温度が１２０℃〜２００℃（詳しくは１２０℃）となるようにするため、０．０１ｓ〜０．１ｓの所定期間（詳しくは０．１ｓ）にわたるパルスが０．５ｓ〜１ｓ（詳しくは０．５ｓ）毎に繰り返す連続パルスによりヒーター層３を駆動する駆動信号を供給する。 Then, the effect of the moisture absorption suppression drive by this form (1st form) is verified.
FIG. 2 is a waveform diagram showing an in-air resistance response waveform for verifying the effect of such moisture absorption suppression driving. This waveform shows the response waveform of the sensor resistance value (Ω) when the moisture absorption suppression driving is performed once after the gas detection driving in a high temperature and humidity atmosphere of 50 ° C. and 80% RH. This is an experimental response waveform for explaining the above.
At the time of gas detection driving, a drive signal for driving the heater layer is supplied for a predetermined period of 0.5 s so that the gas detection temperature of the gas detection layer becomes 450 ° C. Further, at the time of moisture absorption suppression driving, the moisture absorption suppression temperature of the sensing layer is set lower than the gas detection temperature, and the moisture absorption suppression temperature, that is, the heater temperature is set to 120 ° C. to 200 ° C. (specifically, 120 ° C.). A drive signal for driving the heater layer 3 is supplied by continuous pulses repeated every 0.5 s to 1 s (more specifically 0.5 s) over a predetermined period of ˜0.1 s (more specifically 0.1 s).

図２のａはＯｆｆ状態である。このＯＦＦ状態では高温多湿雰囲気での安定したセンサ抵抗値を示している。
図２のｂは、ガス検知状態（図１のＨｉｇｈ状態でヒーター温度４５０℃）のセンサ抵抗値であり、半導体の温度特性によりセンサ抵抗値が低下している。 FIG. 2A shows the Off state. In this OFF state, a stable sensor resistance value in a high temperature and high humidity atmosphere is shown.
B in FIG. 2 is a sensor resistance value in a gas detection state (a heater temperature of 450 ° C. in the high state in FIG. 1), and the sensor resistance value is lowered due to the temperature characteristics of the semiconductor.

図２のｃは、ガス検知終了（図１のＯｆｆ状態当初、つまりＨｉｇｈ状態直後）のセンサ抵抗値であり、ヒーター層３の高温時の雑ガス及び水分のクリーニング効果により、ヒーター温度低下に伴い一旦センサ抵抗値が大きくなり、その後、水分吸着に伴い徐々にセンサ抵抗値が小さくなっている。 C in FIG. 2 is a sensor resistance value at the end of gas detection (initially in the Off state in FIG. 1, that is, immediately after the High state), and due to the cleaning effect of the miscellaneous gas and moisture at the time of high temperature of the heater layer 3, The sensor resistance value once increases, and then the sensor resistance value gradually decreases with moisture adsorption.

図２のｄは、高温多湿雰囲気での吸湿抑制状態（図１のヒーター温度が１２０℃、パルス幅が０．１ｓ、周期が０．５ｓのパルス状の駆動状態）でのセンサ抵抗値である。このセンサ抵抗値の基本的な挙動は、ＯＮ／ＯＦＦにより変化し、すなわち、ヒータＯＮでセンサ抵抗値が小さくなり（下側へ振れる）、続いてヒータＯｆｆ直後でセンサ抵抗値が大きくなり（上側へ振れる）、センサ抵抗値が上下へ移動する。従って、図２のように上下に幅を持つが上側がＯｆｆ状態で、下側がパルスＯｎ状態である。 D in FIG. 2 is a sensor resistance value in a moisture absorption suppression state in a high-temperature and high-humidity atmosphere (pulsed driving state in which the heater temperature in FIG. 1 is 120 ° C., the pulse width is 0.1 s, and the cycle is 0.5 s). . The basic behavior of the sensor resistance value changes depending on ON / OFF, that is, the sensor resistance value decreases (swings downward) when the heater is turned ON, and then the sensor resistance value increases immediately after the heater OFF (upper side). The sensor resistance value moves up and down. Therefore, as shown in FIG. 2, the upper side is in the off state and the lower side is in the pulse on state.

図２のｅは、吸湿抑制駆動の終了時点である。ただちにセンサ抵抗値が低下する。
図２のｆは、Ｏｆｆ状態である。このＯｆｆ状態では高温多湿雰囲気にあるセンサ抵抗値を示している。この図２のｆの値とａの値とではほぼ同じ値であり、単純にＯｆｆした状態では、センサ抵抗値はほぼ一致する。
一方、連続パルスにより吸湿抑制しているときのＯｆｆ期間（図２のｄの上側）では、通常のＯｆｆ期間（図２のａ，ｆ）に比べ、センサ抵抗値が高くなっており、高温多湿雰囲気中であっても、水分吸着によりセンサ抵抗値が小さくならないようにしている。 2e of FIG. 2 is the end point of moisture absorption suppression driving. Immediately the sensor resistance value decreases.
In FIG. 2, f is the Off state. In the Off state, the sensor resistance value in a high temperature and high humidity atmosphere is shown. The values of f and a in FIG. 2 are almost the same value, and the sensor resistance values are almost the same when simply turned off.
On the other hand, in the Off period (upper side of d in FIG. 2) when moisture absorption is suppressed by a continuous pulse, the sensor resistance value is higher than that in the normal Off period (a and f in FIG. 2), and high temperature and high humidity. Even in the atmosphere, the sensor resistance value is prevented from being reduced by moisture adsorption.

続いて、他の例（第二の形態）について説明する。図３は吸湿抑制駆動の効果を検証するための空気中センサ抵抗値応答波形を示す波形図である。この波形では、５０℃８０％ＲＨという高温多湿雰囲気において、ガス検知駆動の後に吸湿抑制駆動をそれぞれ一回行った際のセンサ抵抗値（Ω）の応答波形を示すものであり、吸湿抑制が行われていることを説明するための実験的な応答波形である。 Subsequently, another example (second embodiment) will be described. FIG. 3 is a waveform diagram showing an in-air sensor resistance value response waveform for verifying the effect of moisture absorption suppression driving. This waveform shows the response waveform of the sensor resistance value (Ω) when the moisture absorption suppression driving is performed once after the gas detection driving in a high temperature and humidity atmosphere of 50 ° C. and 80% RH. This is an experimental response waveform for explaining the above.

先の例との相違点であるが、ガス検知駆動は同じとして、吸湿抑制駆動のみを変更したものであり、吸湿抑制駆動時には、ガス検知温度より低くした感知層の吸湿抑制温度とし、吸湿抑制温度、すなわちヒーター温度が１２０℃〜２００℃（詳しくは２００℃）となるようにするため、０．０１ｓ〜０．１ｓの所定期間（詳しくは０．０５ｓ）にわたるパルスが０．５ｓ〜１ｓ（詳しくは０．５ｓ）の所定期間毎にわたるパルスが繰り返す連続パルスによりヒーター層３を駆動する駆動信号が供給される。 Although it is different from the previous example, the gas detection drive is the same, only the moisture absorption suppression drive is changed, and at the time of moisture absorption suppression drive, the moisture absorption suppression temperature of the sensing layer is made lower than the gas detection temperature. In order to adjust the temperature, that is, the heater temperature to 120 ° C. to 200 ° C. (specifically, 200 ° C.), a pulse over a predetermined period of 0.01 s to 0.1 s (specifically, 0.05 s) is applied to 0.5 s to 1 s ( Specifically, a driving signal for driving the heater layer 3 is supplied by a continuous pulse in which a pulse over a predetermined period of 0.5 s is repeated.

図３の応答波形の定性的な解釈は、先に説明した図２の応答波形の定性的な解釈と同様であるが、図２の吸湿抑制駆動中の上側のセンサ抵抗値と比較すると、図３の吸湿抑制駆動中の上側のセンサ抵抗値は大きくなっている点が相違する。つまり、吸湿抑制駆動時の温度を高くすることで水分吸着抑制効果がより高くなる。なお、ヒーター温度を高くすると、消費電力も増大するため、無制限にヒーター温度を高くするわけにはいかず一定の指針が必要となる。 The qualitative interpretation of the response waveform of FIG. 3 is the same as the qualitative interpretation of the response waveform of FIG. 2 described above, but when compared with the upper sensor resistance value during the moisture absorption suppression driving of FIG. 3 is different in that the sensor resistance value on the upper side during the moisture absorption suppression driving is increased. That is, by increasing the temperature at the time of moisture absorption suppression driving, the moisture adsorption suppression effect is further increased. If the heater temperature is increased, the power consumption also increases. Therefore, the heater temperature cannot be increased without limitation, and a certain guideline is required.

続いて両者の消費電力について検討する。次表は、消費電力の比較を示す表である。 Next, the power consumption of both is examined. The following table shows a comparison of power consumption.

表１では上記の第一，第二の形態の１時間あたりの消費電力を算出した結果を示す。なお、比較例として、吸湿抑制駆動として、ヒーター温度を１２０℃、パルス幅を２９．５ｓ、周期を３０ｓとした場合（１２０℃連続）の消費電力も併記する。
これによると、比較例では約２６Ｗ／ｈｏｕｒあるが、第一，第二の形態では共に４〜６ｍＷ／ｈｏｕｒに抑えられており、低消費電力化を実現しつつ、Ｏｆｆ状態での水分吸着量を大幅に抑制することが可能である。 Table 1 shows the result of calculating the power consumption per hour in the first and second embodiments. As a comparative example, the power consumption when the heater temperature is 120 ° C., the pulse width is 29.5 s, and the cycle is 30 s (120 ° C. continuous) is also shown as a moisture absorption suppression drive.
According to this, although it is about 26 W / hour in the comparative example, both of the first and second forms are suppressed to 4 to 6 mW / hour, and the water adsorption amount in the off state is achieved while realizing low power consumption. Can be significantly suppressed.

続いて、高温多湿雰囲気における薄膜ガスセンサのセンサ抵抗値の経時変化の変化率について検討する。図４は、高温多湿雰囲気における薄膜ガスセンサのセンサ抵抗値の経時変化の変化率を示す特性図である。詳しくは図７で示した構造の薄膜ガスセンサを５０℃８０％ＲＨの高温多湿雰囲気で第一の形態（図１の駆動方式）、及び第二の形態（図３の駆動方式）の駆動パターンで通電したセンサの経時変化を、周囲温度２０℃６５％ＲＨのメタン２００ｐｐｍ中のセンサ抵抗で比較したものである。ガス警報器の実使用上、この抵抗値変化は０．５〜２．０の範囲内である必要がある。
前記の図１２で示した従来の駆動形式では、通電日数が増すに従いセンサ抵抗値の変化率が増大してセンサ抵抗値の経年変化が認められたが、第一，第二の形態の駆動形式で通電したセンサは、センサ抵抗値の変化率は一定であり、安定している。第一，第二の形態の駆動形式では、吸湿抑制温度と連続パルスのパルス周期とは、ガス感知層のセンサ抵抗値の変化率が耐用年数が経過するまでに０．５〜２．０を維持するとともにヒーター層３を駆動する消費電力が最小化されるように決定されている。 Next, the rate of change with time of the sensor resistance value of the thin film gas sensor in a high temperature and high humidity atmosphere will be examined. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the rate of change with time of the sensor resistance value of the thin film gas sensor in a high temperature and high humidity atmosphere. Specifically, the thin-film gas sensor having the structure shown in FIG. 7 is driven in a high-temperature and high-humidity atmosphere at 50 ° C. and 80% RH in the drive pattern of the first form (drive system of FIG. 1) and the second form (drive system of FIG. 3). The change with time of the energized sensor is compared with the sensor resistance in 200 ppm of methane at an ambient temperature of 20 ° C. and 65% RH. In actual use of the gas alarm, this resistance value change needs to be within a range of 0.5 to 2.0.
In the conventional drive format shown in FIG. 12, the change rate of the sensor resistance value increases as the number of days of energization increases, and the secular change of the sensor resistance value is recognized. The sensor that is energized in step 1 is stable with a constant rate of change in sensor resistance. In the drive forms of the first and second forms, the moisture absorption suppression temperature and the pulse period of the continuous pulse are set to 0.5 to 2.0 until the change rate of the sensor resistance value of the gas sensing layer passes the useful life. The power consumption for driving and heating the heater layer 3 is determined to be minimized.

なお、本発明ではガス検知駆動についても各種駆動方式を採用することができる。この点について図を参照しつつ説明する。図５，図６は、ヒーター層の他の駆動方式を説明する駆動パターン図である。
図５で示す駆動方式では、特に不完全燃焼用のセンサ（ＣＯ用薄膜ガスセンサ）で用いられる駆動パターンであってガス検知駆動を相違させたものであり、１５０ｓのガス検知周期で間欠運転を実施するが、ＣＯガス検知駆動では、先ずガス感知層５をＨｉｇｈ状態（約４５０℃）で２００ｍｓ間加熱し、感知層５ｃ・ガス選択燃焼層５ｄのクリーニングを実施してガス感知層５を初期状態にする。次いで、ガス感知層５をＬｏｗ状態（１００℃以下）に下げ、例えば４００ｍｓ加熱するような駆動方式であ。その後にセンサ抵抗を測定して、ＣＯガスが所定のガス濃度を越えて存在しているかどうかを判断する。このようなガス検知駆動方式でも、先の第一，第二の形態の吸湿抑制駆動を行うことで、センサ抵抗値の変化率が所定範囲内を維持するようにすることができる。 In the present invention, various driving methods can be adopted for the gas detection driving. This point will be described with reference to the drawings. 5 and 6 are drive pattern diagrams for explaining another driving method of the heater layer.
The drive system shown in FIG. 5 is a drive pattern particularly used for incomplete combustion sensors (CO thin film gas sensors), which has a different gas detection drive, and is intermittently operated with a gas detection cycle of 150 s. However, in the CO gas detection driving, first, the gas sensing layer 5 is heated in a high state (about 450 ° C.) for 200 ms, and the sensing layer 5c and the gas selective combustion layer 5d are cleaned to bring the gas sensing layer 5 into an initial state. To. Next, the driving method is such that the gas sensing layer 5 is lowered to a low state (100 ° C. or lower) and heated, for example, for 400 ms. Thereafter, the sensor resistance is measured to determine whether CO gas is present beyond a predetermined gas concentration. Even in such a gas detection drive method, the change rate of the sensor resistance value can be maintained within a predetermined range by performing the moisture absorption suppression drive of the first and second embodiments.

図６で示す駆動方式でも、不完全燃焼用のセンサ（ＣＯ用薄膜ガスセンサ）で用いられる駆動パターンであり、１５０ｓのガス検知周期で間欠運転を実施するが、ＣＯガス検知駆動では、先ずガス感知層５をＨｉｇｈ状態（約４５０℃）で２００ｍｓ間加熱し、感知層５ｃ・ガス選択燃焼層５ｄのクリーニングを実施してガス感知層５を初期状態にする。次いで、５０ｍＳのｏｆｆ（オフ）状態を設けることで、センサ抵抗値を駆動パターンに追従させつつ、ガス感知層５をＬｏｗ状態（１００℃以下）に下げ、例えば４００ｍｓ加熱するような駆動方式であ。その後にセンサ抵抗を測定して、ＣＯガスが所定のガス濃度を越えて存在しているかどうかを判断する。このようなガス検知駆動方式でも、先の第一，第二の形態の吸湿抑制駆動を行うことで、センサ抵抗値の変化率が所定範囲内を維持するようにすることができる。 The driving method shown in FIG. 6 is also a driving pattern used by an incomplete combustion sensor (CO thin film gas sensor), and intermittent operation is performed with a gas detection period of 150 s. The layer 5 is heated in a high state (about 450 ° C.) for 200 ms, and the sensing layer 5c and the gas selective combustion layer 5d are cleaned to bring the gas sensing layer 5 into an initial state. Next, by providing an off state of 50 mS, the gas sensing layer 5 is lowered to a low state (100 ° C. or lower) and heated for 400 ms, for example, while causing the sensor resistance value to follow the driving pattern. . Thereafter, the sensor resistance is measured to determine whether CO gas is present beyond a predetermined gas concentration. Even in such a gas detection drive method, the change rate of the sensor resistance value can be maintained within a predetermined range by performing the moisture absorption suppression drive of the first and second embodiments.

以上本発明の薄膜ガスセンサについて説明した。本発明によれば、ガス検知駆動の間の吸湿抑制駆動により水分の吸着を低消費電力で抑制し、センサ抵抗値が変動しない安定な薄膜ガスセンサを得ることができる。 The thin film gas sensor of the present invention has been described above. According to the present invention, it is possible to obtain a stable thin film gas sensor in which moisture adsorption is suppressed with low power consumption by moisture absorption suppression driving during gas detection driving and the sensor resistance value does not fluctuate.

ヒーター層の駆動方式を説明する駆動パターン図である。It is a drive pattern figure explaining the drive system of a heater layer. 吸湿抑制駆動の効果を検証するための空気中のセンサ抵抗値応答波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the sensor resistance value response waveform in the air for verifying the effect of moisture absorption suppression drive. 吸湿抑制駆動の効果を検証するための空気中のセンサ抵抗値応答波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the sensor resistance value response waveform in the air for verifying the effect of moisture absorption suppression drive. 高温多湿雰囲気における薄膜ガスセンサのセンサ抵抗値の経時変化の変化率を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change rate of the time-dependent change of the sensor resistance value of the thin film gas sensor in a hot and humid atmosphere. ヒーター層の他の駆動方式を説明する駆動パターン図である。It is a drive pattern figure explaining the other drive system of a heater layer. ヒーター層の他の駆動方式を説明する駆動パターン図である。It is a drive pattern figure explaining the other drive system of a heater layer. 従来技術の薄膜ガスセンサを概略的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the thin film gas sensor of a prior art schematically. 薄膜ガスセンサの回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of a thin film gas sensor. Ｈｉｇｈ−Ｏｆｆ方式によるヒーター層温度の時間特性を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the time characteristic of the heater layer temperature by a High-Off system. Ｈｉｇｈ−Ｌｏｗ−Ｏｆｆ方式によるヒーター層温度の時間特性を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the time characteristic of the heater layer temperature by a High-Low-Off system. 高温多湿雰囲気におけるＯｎ−Ｏｆｆ方式による駆動時の感知層のセンサ抵抗値の応答波形を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the response waveform of the sensor resistance value of the sensing layer at the time of the drive by the On-Off system in a high temperature, high humidity atmosphere. 高温多湿雰囲気と常温常湿雰囲気とで薄膜ガスセンサのセンサ抵抗値の経時変化の変化率を比較する特性図である。It is a characteristic view which compares the change rate of the time-dependent change of the sensor resistance value of a thin film gas sensor with a high-temperature, humid atmosphere, and a normal temperature normal humidity atmosphere.

Explanation of symbols

１：Ｓｉ基板
２：絶縁支持層
２ａ：熱酸化ＳｉＯ_２層
２ｂ：ＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４層
２ｃ：ＣＶＤ−ＳｉＯ_２層
３：ヒーター層
４：電気絶縁層
５：ガス感知層
５ａ：接合層
５ｂ：感知層電極
５ｃ：感知層（Ｓｂ−ｄｏｐｅｄＳｎＯ_２層）
５ｄ：ガス選択燃焼層（Ｐｄ担持Ａｌ_２Ｏ_３焼結材）
６：駆動・処理部 1: Si substrate 2: insulating support layer 2a: thermally oxidized SiO ₂ layer 2b: CVD-Si ₃ N ₄ layer 2c: CVD-SiO ₂ layer 3: heater layer 4: electrical insulating layer 5: gas sensing layer 5a: bonding layer 5b: Sensing layer electrode 5c: Sensing layer (Sb-doped SnO ₂ layer)
5d: Gas selective combustion layer (Pd-supported Al ₂ O ₃ sintered material)
6: Drive / Processor

Claims

A Si substrate having a through hole;
A diaphragm-like heat insulating support layer stretched on the opening of the through hole;
A heater layer provided on the heat insulating support layer;
An electrical insulation layer provided to cover the thermal insulation support layer and the heater layer;
A gas sensing layer provided on the electrically insulating layer;
A drive connected to the heater layer;
A processing unit connected to the gas sensing layer;
The drive unit comprises
Gas detection driving means for driving the heater layer over a predetermined period so that the gas detection layer has a gas detection temperature;
Moisture absorption suppression driving means for driving the heater layer over a predetermined period so that the gas sensing layer has a moisture absorption suppression temperature;
Function alternately as
The processing unit
Means for calculating the gas concentration by calculating the sensor resistance value of the gas sensing layer at the gas detection temperature;
A thin film gas sensor characterized by functioning as:

The thin film gas sensor according to claim 1,
The gas sensing layer is
A pair of sensing layer electrodes provided on the electrically insulating layer;
A sensing layer provided to be passed a pair of sensing layer electrodes;
A gas selective combustion layer of a sintered material provided to cover the surface of the sensing layer and carrying a catalyst;
A thin film gas sensor comprising: a processing unit connected to a sensing layer through a sensing layer electrode.

The thin film gas sensor according to claim 1 or 2,
The gas detection drive means is means for supplying a drive signal for continuously driving the heater layer over a predetermined period of 0.05 s to 0.5 s so that the gas detection temperature of the gas detection layer is 400 ° C. to 500 ° C. A thin film gas sensor which functions and is repeated every 30 to 60 s.

In the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 3,
The moisture absorption suppression driving means functions as means for supplying a continuous pulse driving signal by ON / OFF driving to drive the heater layer.

The thin film gas sensor according to claim 4,
The moisture absorption suppression driving means is a continuous pulse having a period of 0.2 s to 3 s for driving the heater layer over a predetermined period of 0.01 s to 0.5 s so that the moisture absorption suppression temperature of the gas sensing layer is 50 ° C. to 500 ° C. A thin film gas sensor which functions as means for supplying a driving signal of

The thin film gas sensor according to claim 4,
The thin film gas sensor characterized in that the moisture absorption suppression driving means functions as means for driving the heater layer so that the moisture absorption suppression temperature is lower than the gas detection temperature.

The thin film gas sensor according to claim 6,
The moisture absorption suppression drive means drives the heater layer for a predetermined period of 0.01 s to 0.1 s so that the moisture absorption suppression temperature of the gas sensing layer is 120 ° C. to 200 ° C. A thin film gas sensor which functions as means for supplying a driving signal of

In the thin film gas sensor according to any one of claims 1 to 7,
The moisture absorption suppression temperature and the pulse period of the continuous pulse maintain the 0.5 to 2.0 rate of change of the sensor resistance value of the gas sensing layer until the end of its useful life and minimize the power consumption for driving the heater layer A thin film gas sensor, characterized in that it is determined so that

In the thin film gas sensor according to any one of claims 2 to 8,
The thin film gas sensor, wherein the sensing layer is a layer made of SnO ₂ to which Sb (antimony) is added.

In the thin film gas sensor according to any one of claims 2 to 9,
The thin film gas sensor according to claim 1, wherein the gas selective combustion layer is a layer made of an Al ₂ O ₃ sintered material supporting Pd (palladium) or Pt (platinum) as a catalyst.