JP2015145812A - ガスセンサ及びガス監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が少ないガスセンサ及びそのガスセンサを用いたガス監視システムを提供する。
【解決手段】ガスセンサ３０は、第１の電極４１と、エアーが通流する空間を挟んで第１の電極４１に対向する第２の電極３７ａ〜３７ｄと、第１の電極４１又は第２の電極３７ａ〜３７ｄの面上に設けられてエアー中に含まれる被検知ガスを吸着する感応膜３８と、第２の電極３７ａ〜３７ｄの電圧をそれぞれ入力とする相補型半導体装置３４ａ〜３４ｄと、それらの相補型半導体装置３４ａ〜３４ｄにそれぞれ対応して配置されたエレクトレット４２ａ〜４２ｄとを有する。エレクトレット４２ａ〜４２ｄは固定電荷量が相互に異なり、それらのエレクトレット４２ａ〜４２ｄにより相補型半導体装置３４ａ〜３４ｄの見かけ上のしきい値をそれぞれ異なるものとしている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガスセンサ及びガス監視システムに関する。

近年、各所にガスセンサを配置して、それらのガスセンサから取得されるガスの種類や濃度の情報をネットワークを介して中央に集約し、各所の雰囲気中に含まれるガスの種類や濃度を長期間にわたって観測することが検討されている。

一方、熱、光又は振動などの環境中に存在する微弱なエネルギーを電気エネルギーに変換して利用するエネルギーハーベスト技術が開発されている。そこで、ガスセンサの駆動電源として、エネルギーハーベスト技術により取得した電気エネルギーを使用することが提案されている。

特開２０１２−７０１２０号公報 特開２００８−１６１０３６号公報

消費電力が少ないガスセンサ及びそのガスセンサを用いたガス監視システムを提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、第１の電極と、エアーが通流する空間を挟んで前記第１の電極に対向する複数の第２の電極と、前記第１の電極又は前記第２の電極の面上に設けられて前記エアー中に含まれる被検知ガスを吸着する感応膜と、前記複数の第２の電極の電圧をそれぞれ入力とする複数の相補型半導体装置と、前記複数の相補型半導体装置にそれぞれ対応して配置された複数のエレクトレットとを有するガスセンサが提供される。

開示の技術の他の一観点によれば、ガスセンサと、環境中に存在する非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する環境発電素子と、前記環境発電素子から出力される電力により駆動して前記ガスセンサから出力される信号を処理する電子回路部と、前記電子回路部から出力される情報を収集する情報センターとを有し、前記ガスセンサが、第１の電極と、エアーが通流する空間を挟んで前記第１の電極に対向する複数の第２の電極と、前記第１の電極又は前記第２の電極の面上に設けられて前記エアー中に含まれる被検知ガスを吸着する感応膜と、前記複数の第２の電極の電圧をそれぞれ入力とする複数の相補型半導体装置と、前記複数の相補型半導体装置にそれぞれ対応して配置された複数のエレクトレットとを有するガス監視システムが提供される。

上記一観点に係るガスセンサは、被検知ガスの濃度にかかわらず、消費電力が極めて少ない。また、上記一観点に係るガス監視システムによれば、少ない電力でガスセンサを駆動できるので、ガスセンサの設置が容易である。

図１は、ガスセンサの一例を示す断面図である。 図２は、図１に示すガスセンサの等価回路図である。 図３は、電圧Ｖsenseとトランジスタに流れる電流Ｉdとの関係を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係るガスセンサの構造を示す模式断面図である。 図５は、図４に示すガスセンサの等価回路図である。 図６は、図５から一部を抽出した図である。 図７は、ＣＭＯＳの電気特性を示す図（その１）である。 図８は、ＣＭＯＳの電気特性を示す図（その２）である。 図９は、４個のＣＭＯＳの電気特性を併せて示す図である。 図１０は、第１の実施形態に係るガスセンサの製造方法を示す模式断面図（その１）である。 図１１は、第１の実施形態に係るガスセンサの製造方法を示す模式断面図（その２）である。 図１２は、第１の実施形態に係るガスセンサの製造方法を示す模式断面図（その３）である。 図１３は、第１の実施形態に係るガスセンサの変形例を示す模式断面図である。 図１４は、第２の実施形態に係るガスセンサの構造を示す模式断面図である。 図１５は、実施形態に係るガス監視システムの一例を示す模式図である。 図１６は、ガスセンサモジュールの構成を示すブロック図である。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

図１は、ガスセンサの一例を示す断面図である。

この図１に示すガスセンサ１０はシリコン基板１１を用いて形成されており、センサ部１２と、電子回路部１３とを有する。また、センサ部１２は、ガード電極２１と、下部電極２２と、ガードリング２３と、上部電極２４と、感応膜２５とを有する。

ガード電極２１はシリコン基板１１の表面に不純物を導入して形成されている。このガード電極２１の上には比較的薄い絶縁膜１６ａが形成されており、絶縁膜１６ａの上には下部電極２２とガードリング２３とが形成されている。ガードリング２３はガード電極２１の縁部に沿って環状に配置されており、下部電極２２はガード電極２１の内側にガードリング２１から一定の間隔をおいて配置されている。

ガードリング２３の外側には比較的厚い絶縁膜１６ｂが形成されており、この絶縁膜１６ｂに縁部が支えられるようにして上部電極２４が配置されている。感応膜２５は上部電極２４の下側の面に配置されており、感応膜２５と下部電極２２との間にはエアーが通流する空間（エアーギャップ）が設けられている。

感応膜２５は、検出対象のガス（以下、「被検知ガス」という）に応じたものが使用される。例えばＨ₂（水素）を検出する場合にはＰｄ（パラジウム）膜が使用され、ＣＯ₂（二酸化炭素）を検出する場合にはＳｎＯ₂（酸化スズ）膜が使用される。感応膜２５が被検知ガスを吸着すると、上部電極２４の電位が変化する。

なお、感応膜２５に被検知ガスが吸着される現象と感応膜２５に吸着された被検知ガスが離脱（脱着）する現象とが同時に起こり、感応膜２５に吸着される被検知ガスの量と感応膜２５から離脱する被検知ガスの量とは平衡状態になる。感応膜２５に吸着している被検知ガスの量は、感応膜２５と下部電極２２との間の空間に存在する被検知ガスの濃度に関係する。

電子回路部１３は、ＣＣＦＥＴ（Capacitively Controlled Field Effect Transistor）と呼ばれるトランジスタ２６を含んで構成されている。図１中の符号２７，２８ａ，２８ｂは、それぞれトランジスタ２６のゲート、ソース及びドレインを示している。ゲート２７はシリコン基板１１の上方に形成された配線（図示せず）を介して下部電極２２と電気的に接続されており、ソース２８ａはシリコン基板１１の上方に形成された他の配線（図示せず）を介して上部電極２４と電気的に接続されている。

図２は、図１に示すガスセンサ１０の等価回路図である。図２中のＶsenseは上部電極２４の電圧を示しており、この電圧Ｖsenseは前述したように感応膜２５に吸着している被検知ガスの量に応じて変化する。また、図２中のＣairgapは下部電極２２と上部電極２４との間の容量を示している。この容量Ｃairgapの一方の電極となる下部電極２２は、前述したようにトランジスタ２６のゲート２７に接続されている。

図２に示すように、トランジスタ２６のソース−ドレイン間には電源１７から所定の電圧Ｖｄが印加される。また、トランジスタ２６のゲート電圧は上部電極２４の電圧Ｖsense、すなわち感応膜２５に吸着している被検知ガスの量に応じて変化する。そして、トランジスタ２６のソース−ドレイン間には、ゲート電圧に応じた電流が流れる。このソース−ドレイン間に流れる電流を電流計１８で検出することにより、上部電極２４と下部電極２２との間に供給されたエアー内の被検知ガスの濃度を知ることができる。

図３は、横軸に電圧Ｖsenseをとり、縦軸（対数目盛）にトランジスタ２６に流れる電流（ドレイン電流）Ｉdをとって、両者の関係を示す図である。

この図３からわかるように、被検知ガスの濃度が高くなって上部電極２４の電圧Ｖsenseが高くなると、トランジスタ２６には大きな電流が流れる。例えば上部電極２４の電圧Ｖsenseが３００ｍＶの場合、ガスセンサ１０の消費電力は１００μＷ程度となる。

前述したように、ガスセンサの電源としてエネルギーハーベスト技術により取得した電力を使用することが検討されているが、そのためにはガスセンサの消費電力は例えば１μＷ以下にすることが望まれる。

以下の実施形態では、消費電力が少ないガスセンサについて説明する。

（第１の実施形態）
図４は、第１の実施形態に係るガスセンサ３０の構造を示す模式断面図である。

図４に示すように、半導体基板３１には、複数（図４の例では４個）の相補型半導体装置（Complementary Metal-Oxide Semiconductor：以下、「ＣＭＯＳ」という）３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが形成されている。

各ＣＭＯＳ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、いずれもｐ型ＭＯＳトランジスタ３２及びｎ型ＭＯＳトランジスタ３３により構成されている。これらのトランジスタ３２，３３は、半導体基板３１の上に形成された絶縁膜３５により覆われている。

なお、図４中の符号３２ａ，３３ａはそれぞれトランジスタ３２，３３のソース、符号３２ｂ，３３ｂはそれぞれトランジスタ３２，３３のドレイン、符号３２ｃ，３３ｃはそれぞれトランジスタ３２，３３のゲートである。

絶縁膜３５の上部には、下部電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄと、接続用電極３７ｅとが形成されている。下部電極３７ａは、コンタクトビア３６ａを介してＣＭＯＳ３４ａのｐ型ＭＯＳトランジスタ３２及びｎ型ＭＯＳトランジスタ３３のゲート３２ｃ，３３ｃに電気的に接続されている。

これと同様に、下部電極３７ｂ，３７ｃ，３７ｄは、コンタクトビア３６ａを介してＣＭＯＳ３４ｂ，３４ｃ，３４ｄのｐ型ＭＯＳトランジスタ３２及びｎ型ＭＯＳトランジスタ３３のゲート３２ｃ，３３ｃにそれぞれ電気的に接続されている。

各下部電極３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄの上には、それぞれ感応膜３８が形成されている。感応膜３８の材料は被検知ガスの種類に応じて適宜選択される。感応膜３８の材料として、例えばＰｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）及びＩｒ（イリジウム）等の触媒金属、ＳｎＯ₂（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）及びＩｎ₂Ｏ₃（酸化インジウム）等の酸化物半導体材料、又はグラフェン、フタロシアニン及びピセン（picene）等の有機材料を使用することができる。

半導体基板３１の上方には、その下側の面に上部電極４１が設けられた支持基板４０がが配置されている。支持基板４０は、接続用電極３７ｅ上に形成された導電ポスト３９により支持されている。

上部電極３８と下部電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとの間には、エアーが通流する空間（エアーギャップ）が設けられている。また、上部電極４１は、導電ポスト３９、接続用電極３７ｅ及びコンタクトビア３６ｂを介して、ＣＭＯＳ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの各ｎ型ＭＯＳトランジスタ３３のソース３３ａに電気的に接続されている。

上部電極３８の下面には、各下部電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに対向して配置されたエレクトレット４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが設けられている。エレクトレット４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、その表面又は内部に半永久的な電荷（固定電荷）をもつ誘電体の膜である。

本実施形態では、各エレクトレット４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの固定電荷量が相互に異なる。ここでは、エレクトレット４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの順に固定電荷量が増加しているものとする。

図５は、図４に示すガスセンサ３０の等価回路図である。この図５に示すように、本実施形態に係るガスセンサ３０は、複数（この例では４個）のガス検出部５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを検出回路５０に接続した構造を有する。

図６は、図５からガス検出部５１ａの等価回路のみを抽出した図である。

図６中のＶelectretは、エレクトレット４２ａによる電圧である。また、図６中のＶsenseは下部電極３７ａの電圧を示しており、この電圧Ｖsenseは前述したように感応膜３８に吸着している被検知ガスの量に応じて変化する。更に、図６中のＣairgapは、下部電極３７ａと上部電極４１との間の容量を示している。この容量Ｃairgapの一方の電極となる下部電極３７ａは、ＣＭＯＳ３４ａを構成するｐ型ＭＯＳトランジスタ３２及びｎ型ＭＯＳトランジスタ３３のゲート３２ｃ，３３ｃに接続されている。

ｐ型ＭＯＳトランジスタ３２のソースとｎ型ＭＯＳトランジスタ３３のソースとの間には、電源５２から所定の電圧が印加される。また、ＣＭＯＳ３４ａの出力Ｖout、すなわちｐ型ＭＯＳトランジスタ３２及びｎ型ＭＯＳトランジスタ３３のドレインは、検出回路５０に接続されている。

他のガス検出部５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの等価回路もガス検出部５１ａと同様であるので、ここではその説明は省略する。

図７は、横軸に電圧Ｖsenseをとり、縦軸にＣＭＯＳ３４ａの出力Ｖoutをとって、ＣＭＯＳ３４ａの電気特性を示す図である。

被検知ガスを吸着することにより感応膜３８に発生する電圧は、最大で５００ｍＶ程度である。一方、ＣＭＯＳ３４ａをしきい値電圧近傍の感度の高い領域で動作させると、入力信号のダイナミックレンジが６０ｍＶ程度と極めて狭い。このため、感応膜３８ａで発生する電圧により、ＣＭＯＳ３４ａの出力Ｖoutは“Ｌ”レベル、“Ｈ”レベル、及びそれらの中間のレベルとなる。

ＣＭＯＳ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄのしきい値電圧は同一であるが、本実施形態ではエレクトレット４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの固定電荷量を変化させることで、ＣＭＯＳ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの見かけ上のしきい値電圧を変化させている。

図８は、横軸に電圧Ｖsenseをとり、縦軸にＣＭＯＳ３４ａに流れる電流Ｉｄをとって、ＣＭＯＳ３４ａの電気特性を示す図である。

この図８に示すように、ゲート電圧がしきい値電圧よりも低いときには、ｐ型トランジスタがオン、ｎ型トランジスタがオフになる。また、ゲート電圧がしきい値電圧を超えると、ｐ型トランジスタがオフ、ｎ型トランジスタがオンになる。

ｐ型トランジスタ及びｎ型トランジスタのいずれか一方がオフのときには、ＣＭＯＳ３４ａに流れる電流は１０ｎＡ程度と極めて少ない。ＣＭＯＳ３４ａの出力が“Ｌ”レベルと“Ｈ”レベルとの中間のレベルになる極めて狭い電圧範囲ではそれよりも多くの電流が流れるが、その場合もＣＭＯＳ３４ａに流れる電流は最大で１００ｎＡ程度である。

図９は、ＣＭＯＳ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの電気特性を併せて示す図である。この図９のように、本実施形態に係るガスセンサ３０では、ＣＭＯＳ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの見かけ上のしきい値電圧が相互に異なる。このため、被検知ガスの濃度が十分に低いときにはＣＭＯＳ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力はいずれも“Ｌ”レベルとなり、被検知ガスの濃度が高くなるのに伴ってＣＭＯＳ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力は順番に“Ｈ”レベルになる。

従って、検出回路５０（図５参照）により、出力が“Ｌ”レベルのＣＭＯＳと“Ｈ”レベルのＣＭＯＳとを判別することにより、被検知ガスの濃度を知ることができる。

この場合、各ＣＭＯＳ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに流れる電流は、前述したように最大で１００ｎＡ程度であり、そのときの消費電力は１００ｎＷ程度である。このため、本実施形態に係るガスセンサ３０は、エネルギーハーベスト技術で取得できる電気エネルギーで十分に駆動可能である。

なお、本実施形態では上部電極４１側にエレクトレット４２ａ〜４２ｄを配置しているが、下部電極３７ａ〜３７ｄ側にエレクトレット４２ａ〜４２ｄを配置してもよい。また、本実施形態では下部電極３７ａ〜３７ｄ側に感応膜３８を配置しているが、上部電極４１側に感応膜３８を配置してもよい。

以下、本実施形態に係るガスセンサ３０の製造方法について、図１０〜図１２を参照して説明する。

まず、図１０（ａ）に示すように、シリコンよりなる半導体基板３１を用意する。そして、この半導体基板３１の上側に、公知の方法によりＣＭＯＳ３４ａ〜３４ｄとなるｐ型ＭＯＳトランジスタ３２及びｎ型ＭＯＳトランジスタ３３を形成する。

その後、半導体基板３１上に絶縁膜３５ａを形成し、この絶縁膜３５ａによりｐ型ＭＯＳトランジスタ３２及びｎ型ＭＯＳトランジスタ３３を覆う。絶縁膜３５ａは、例えばシリコン酸化物により形成する。

次に、フォトリソグラフィ法を使用して、絶縁膜３５ａの上面からｐ型ＭＯＳトランジスタ３２及びｎ型ＭＯＳトランジスタ３３のゲート３２ｃ，３３ｃに到達するコンタクトホールと、ｎ型ＭＯＳトランジスタ３３のソースに到達するコンタクトホールとを形成する。そして、それらのコンタクトホール内にＷ（タングステン）等の導電材料を埋め込んで、コンタクトビア３６ａ，３６ｂを形成する。

次に、図１０（ｂ）に示すように、絶縁膜３５ａの上に絶縁膜３５ｂを形成し、フォトリソグラフィ法を使用して絶縁膜３５ｂに所定の大きさの溝を形成する。絶縁膜３５ｂも、例えばシリコン酸化物により形成する。

その後、絶縁膜３５ｂの上にＣｕ（銅）を堆積して溝内にＣｕを埋め込んだ後、絶縁膜３５ｂ上のＣｕを研磨により除去して、溝内のみにＣｕを残存させる。研磨後に各溝内に残存したＣｕにより、下部電極３７ａ〜３７ｄ及び接続用電極３７ｅが形成される。なお、図４及び以下の説明では、絶縁膜３５ａ，３５ｂを合わせて、絶縁膜３５としている。

次に、図１１に示すように、下部電極３７ａ〜３７ｄの上に感応膜３８を形成する。感応膜３８の形成方法は感応膜材料に応じて適宜選択すればよく、例えばリフトオフ法又はフォトリソグラフィ法等を使用して形成することができる。リフトオフ法により感応膜３８を形成する場合は、半導体基板３１の上側に所定の開口部が設けられたマスク（図示せず）を配置し、スパッタ法等により下部電極３７ａ〜３７ｄの上に感応膜材料を所望の厚さまで堆積させればよい。

前述したように、感応膜材料として、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）及びＩｒ（イリジウム）等の触媒金属、ＳｎＯ₂（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）及びＩｎ₂Ｏ₃（酸化インジウム）等の酸化物半導体材料、又はグラフェン、フタロシアニン及びピセン（picene）等の有機材料を使用することができる。

一方、図１２（ａ）に示すように、支持基板４０としてシリコン基板を用意し、この支持基板４０の一方の面（図１２（ａ）では上側の面）上に、上部電極４１としてＡｕ（金）等の導電膜を形成する。その後、上部電極４１の上に、エレクトレット４２ａ〜４２ｄとなる誘電体膜４２を、例えばポリエチレン、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）又はアモルファスフッ素樹脂等により形成する。

次に、図１２（ｂ）に示すように、金属マスク５５を使用して、所定の誘電体膜４２をコロナ放電に曝すことで誘電体膜４２に電荷を注入し、エレクトレット４２ａ〜４２ｄを形成する。このとき、誘電体膜４２毎にコロナ放電に曝す時間を変えることで、固定電荷量が相互に異なるエレクトレット４２ａ〜４２ｄが得られる。

なお、本実施形態ではコロナ放電によりエレクトレット４２ａ〜４２ｄを形成しているが、エレクトレット４２ａ〜４２ｄの形成方法はこれに限定されない。

次いで、図４のように、半導体基板３１の接続用電極３７ｅ上に、例えばはんだ等により導電ポスト３９を形成し、上部電極４１及びエレクトレット４２ａ〜４２ｄが設けられた支持基板４０を半導体基板３１上にフリップチップ接続する。このようにして、本実施形態に係るガスセンサ３０が完成する。

（変形例）
図１３は、第１の実施形態に係るガスセンサの変形例を示す模式断面図である。図１３において、図４と同一物には同一符号を付して、重複する部分の説明は省略する。

図１３に示すガスセンサ３０ａでは、半導体基板３１の裏面側に、ヒータ６５を設けている。このヒータ６５に通電して感応膜３８を加熱することにより、感応膜３８への被検知ガスの吸着及び離脱を円滑に行うことができる。

（第２の実施形態）
図１４は、第２の実施形態に係るガスセンサ３０ｂの構造を示す模式断面図である。なお、図１３において、図４と同一物には同一符号を付して、重複する部分の説明を省略する。

本実施形態においては、支持基板４０の下面側、すなわちエレクトレット６１ａ〜６１ｄが配置されている面側に段差が設けられている。そして、これらの段差により、下部電極３７ａとエレクトレット６１ａとの間、下部電極３７ｂとエレクトレット６１ｂとの間、下部電極３７ｃとエレクトレット６１ｃとの間、及び下部電極３７ｄとエレクトレット６１ｄとの間の間隔がそれぞれ異なる。なお、エレクトレット６１ａ〜６１ｄの固定電荷量は同一である。

このように、本実施形態では、固定電荷量が同一のエレクトレット６１ａ〜６１ｄを使用し、下部電極３７ａ〜３７ｄとエレクトレット６１ａ〜６１ｄとの間の距離を異ならせることにより、ＣＭＯＳ３４ａ〜３４ｄの見かけ上のしきい値を変化させている。

本実施形態に係るガスセンサ３０ｂも、第１の実施形態のガスセンサ３０ａと同様に消費電力が極めて少なく、エネルギーハーベスト技術で取得できる電気エネルギーで十分に駆動可能である。

（ガス監視システム）
図１５は、実施形態に係るガス監視システムの一例を示す模式図である。また、図１６は、ガスセンサモジュールの構成を示すブロック図である。

図１６に示すように、ガスセンサモジュール７０は、ガスセンサ７１と、環境発電素子７２と、電子回路部７３とを一体化して形成されている。

ガスセンサ７１として、第１の実施形態で説明したガスセンサ３０，３０ａを使用してもよく、第２の実施形態で説明したガスセンサ３０ｂを使用してもよい。

環境発電素子７２は、熱、光又は振動等の環境中に存在する非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する素子である。ここでは、環境発電素子７２として太陽電池を使用するものとするが、環境発電素子７２として、熱又は振動等により電力を発生する発電素子を使用してもよい。

電子回路部７３には環境発電素子７２で発生した電力を蓄積する蓄電素子７５を有する。蓄電素子７５として、リチウムイオン二次電池又はキャパシタ等を使用することができる。ガスセンサモジュール７０は、この蓄電素子７５に蓄積された電力により駆動する。

また、電子回路部７３には、ZigBee又はBluetooth（登録商標）等の近距離無線通信により受信装置８１（図１５参照）との間で通信を行う通信部７６を備えている。そして、電子回路部７３は、ガスセンサ７１から取得した被検知ガスの種類及び濃度等の情報を、通信部７６を介して受信装置８１に送信する。

受信装置８１は、ガスセンサモジュール７０から取得した情報を、図１５に示すようにインターネット等の回線８２を介して情報センター８３に送信する。情報センター８３では、各地に配置されたガスセンサモジュール７０から被検知ガスの情報を収集して集中管理し、必要に応じて警報等を発生する。

上述したガス監視システムでは、環境発電素子７２で発生した電力によりガスセンサモジュール７０を駆動するので、電力供給線の敷設が不要である。また、上述したガス監視システムでは、ガスセンサモジュール７０と受信装置８１との間も無線で接続するので、それらの間の信号線の敷設も不要である。そのため、ガスセンサモジュール７０の設置が容易であるとともに、メンテナンスも容易である。

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）第１の電極と、
エアーが通流する空間を挟んで前記第１の電極に対向する複数の第２の電極と、
前記第１の電極又は前記第２の電極の面上に設けられて前記エアー中に含まれる被検知ガスを吸着する感応膜と、
前記複数の第２の電極の電圧をそれぞれ入力とする複数の相補型半導体装置と、
前記複数の相補型半導体装置にそれぞれ対応して配置された複数のエレクトレットと
を有することを特徴とするガスセンサ。

（付記２）前記相補型半導体装置は、一対のｐ型ＭＯＳトランジスタ及びｎ型ＭＯＳトランジスタにより構成されていることを特徴とする付記１に記載のガスセンサ。

（付記３）前記感応膜が、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、グラフェン、フタロシアニン及びピセンのいずれかにより形成されていることを特徴とする付記１に記載のガスセンサ。

（付記４）前記複数のエレクトレットの固定電荷量が相互に異なることを特徴とする付記１に記載のガスセンサ。

（付記５）前記エレクトレットと前記第２の電極との間の間隔が、前記第２の電極毎に異なることを特徴とする付記１に記載のガスセンサ。

（付記６）更に、前記感応膜を加熱するヒータが設けられていることを特徴とする付記１に記載のガスセンサ。

（付記７）エアーが通流する空間を挟んで配置された第１の電極及び第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極の面上に設けられて前記エアー中に含まれる被検知ガスを吸着する感応膜と、
前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極又は他方の電極の電圧を入力とする相補型半導体装置と、
前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極側又は他方の電極側に設けられたエレクトレットと
を有することを特徴とするガスセンサ。

（付記８）ガスセンサと、
環境中に存在する非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する環境発電素子と、
前記環境発電素子から出力される電力により駆動して前記ガスセンサから出力される信号を処理する電子回路部と、
前記電子回路部から出力される情報を収集する情報センターとを有し、
前記ガスセンサが、
第１の電極と、
エアーが通流する空間を挟んで前記第１の電極に対向する複数の第２の電極と、
前記第１の電極又は前記第２の電極の面上に設けられて前記エアー中に含まれる被検知ガスを吸着する感応膜と、
前記複数の第２の電極の電圧をそれぞれ入力とする複数の相補型半導体装置と、
前記複数の相補型半導体装置にそれぞれ対応して配置された複数のエレクトレットとを有する
ことを特徴とするガス監視システム。

（付記９）前記ガスセンサと、前記環境発電素子と、前記電子回路部とが一体的に形成されてセンサモジュールとなっていることを特徴とする付記８に記載のガス監視システム。

（付記１０）前記電子回路部との間を無線で接続し、前記電子回路部から出力される情報を前記情報センターに送信する受信装置を有することを特徴とする付記８又は９に記載のガス監視システム。

１０…ガスセンサ、１１…シリコン基板、１２…センサ部、１３…電子回路部、１６ａ，１６ｂ…絶縁膜、１７…電源、１８…電流計、２１…ガード電極、２２…下部電極、２３…ガードリング、２４…上部電極、２５…感応膜、２６…トランジスタ、３０，３０ａ，３０ｂ…ガスセンサ、３１…半導体基板、３２…ｐ型ＭＯＳトランジスタ、３３…ｎ型ＭＯＳトランジスタ、３４ａ〜３４ｄ…ＣＭＯＳ、３５、３５ａ，３５ｂ…絶縁膜、３７ａ〜３７ｄ…下部電極、３８…感応膜、３９…導電ポスト、４０…支持基板、４１…上部電極、４２…誘電体膜、４２ａ〜４２ｄ，６１ａ〜６１ｄ…エレクトレット、５０…検出回路、５１ａ〜５１ｄ…ガス検出部、５２…電源、６５…ヒータ、７０…ガスセンサモジュール、７１…ガスセンサ、７２…環境発電素子、７３…電子回路部、７５…蓄電素子、７６…通信部、８１…受信装置、８２…回線、８３…情報センター。

Claims (6)

1. 第１の電極と、
   エアーが通流する空間を挟んで前記第１の電極に対向する複数の第２の電極と、
   前記第１の電極又は前記第２の電極の面上に設けられて前記エアー中に含まれる被検知ガスを吸着する感応膜と、
   前記複数の第２の電極の電圧をそれぞれ入力とする複数の相補型半導体装置と、
   前記複数の相補型半導体装置にそれぞれ対応して配置された複数のエレクトレットと
   を有することを特徴とするガスセンサ。
2. 前記複数のエレクトレットの固定電荷量が相互に異なることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記エレクトレットと前記第２の電極との間の間隔が、前記第２の電極毎に異なることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
4. エアーが通流する空間を挟んで配置された第１の電極及び第２の電極と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極の面上に設けられて前記エアー中に含まれる被検知ガスを吸着する感応膜と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極又は他方の電極の電圧を入力とする相補型半導体装置と、
   前記第１の電極及び前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極側又は他方の電極側に設けられたエレクトレットと
   を有することを特徴とするガスセンサ。
5. ガスセンサと、
   環境中に存在する非電気エネルギーを電気エネルギーに変換する環境発電素子と、
   前記環境発電素子から出力される電力により駆動して前記ガスセンサから出力される信号を処理する電子回路部と、
   前記電子回路部から出力される情報を収集する情報センターとを有し、
   前記ガスセンサが、
   第１の電極と、
   エアーが通流する空間を挟んで前記第１の電極に対向する複数の第２の電極と、
   前記第１の電極又は前記第２の電極の面上に設けられて前記エアー中に含まれる被検知ガスを吸着する感応膜と、
   前記複数の第２の電極の電圧をそれぞれ入力とする複数の相補型半導体装置と、
   前記複数の相補型半導体装置にそれぞれ対応して配置された複数のエレクトレットとを有する
   ことを特徴とするガス監視システム。
6. 前記ガスセンサと、前記環境発電素子と、前記電子回路部とが一体的に形成されてセンサモジュールとなっていることを特徴とする請求項５に記載のガス監視システム。

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