JP2017106857A - 半導体式ガスセンサ、半導体式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステム - Google Patents

半導体式ガスセンサ、半導体式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステム Download PDF

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Abstract

【課題】よりＣＯ2ガスの選択性を向上させることが可能な半導体式ガスセンサ、半導体式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステムを提供する。【解決手段】ＣＯ2ガスセンサは、ＣＯ2ガスを検出する半導体式ガスセンサであって、ＳｎＯ2３１の表面が希土類酸化物の薄膜３２でコーティングされたガス感応体３０と、ガス感応体３０に密着形成された正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒと、ガス感応体３０を加熱するためのマイクロヒータＭＨとを備える。【選択図】図３

Description

本実施の形態は、半導体式ガスセンサ、半導体式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステムに関する。
近年、大気中の二酸化炭素（ＣＯ2）の濃度を測定するＣＯ2ガスセンサに対するニーズが高まっている。この種のＣＯ2ガスセンサとしては、ＣＯ2の赤外線吸収を利用した赤外線分光法によるものが主流である。最近では、酸化スズ（ＳｎＯ2）を主成分とするガス感応体を用いてＣＯ2の濃度を測定する半導体式のＣＯ2ガスセンサも知られている（例えば、非特許文献１参照）。
エフアイエス株式会社、"ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＮＥＷＳ"、二酸化炭素（ＣＯ2）モニターモジュール、［平成２７年１１月３０日検索］、インターネット＜URL： http://www.fisinc.co.jp/common/pdf/A051020-AQ6.pdf＞
しかしながら、ＳｎＯ2は、Ｈ2やＣＯなどの様々なガスに反応してしまう問題がある。そのため、半導体式のＣＯ2ガスセンサは、あまり普及していないのが現状である。非特許文献１には、「Ｌａ添加酸化第二スズを用いる事により通常では得られない二酸化炭素への感度を向上させた」と記載されているが、よりＣＯ2ガスの選択性を向上させることが望まれている。
本実施の形態は、よりＣＯ2ガスの選択性を向上させることが可能な半導体式ガスセンサ、半導体式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステムを提供する。
本実施の形態の一態様によれば、ＣＯ2ガスを検出する半導体式ガスセンサであって、酸化スズの表面が希土類酸化物の薄膜でコーティングされたガス感応体と、前記ガス感応体に密着形成された正負一対の電極と、前記ガス感応体を加熱するためのマイクロヒータとを備える半導体式ガスセンサが提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、ＣＯ2ガスを検出する半導体式ガスセンサの製造方法であって、マイクロヒータを形成する工程と、前記マイクロヒータ上に正負一対の電極を形成する工程と、前記正負一対の電極間において、酸化スズの表面が希土類酸化物の薄膜でコーティングされたガス感応体を密着形成する工程とを有する半導体式ガスセンサの製造方法が提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、上述したいずれかの半導体式ガスセンサを備えるセンサネットワークシステムが提供される。
本実施の形態によれば、よりＣＯ2ガスの選択性を向上させることが可能な半導体式ガスセンサ、半導体式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステムを提供することができる。
第１の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの検出回路を示す模式的構造図。 比較例に係るＣＯ2ガスセンサを示す模式的構造図。 第１の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサを示す模式的構造図。 図３に示されるＣＯ2ガスセンサがＣＯ2ガスを検出する原理説明図であり、（ａ）隣接する２つのＳｎＯ2微粒子の模式的構造図、（ｂ）そのＳｎＯ2微粒子の伝導帯を模式的に示すグラフ。 第１の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法を示す模式的構造図。 第１の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの電極配置の変形例を示す模式的構造図であり、（ａ）図３と同様の電極配置、（ｂ）図３に示される電極配置の変形例１、（ｃ）図３に示される電極配置の変形例２。 第２の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサを示す模式的構造図。 図７に示されるＣＯ2ガスセンサがＣＯ2ガスを検出する原理説明図。 第２の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法を示す模式的構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの模式的平面パターン構成図、（ｂ）図１０（ａ）の１８Ｂ−１８Ｂ線に沿うＣＯ2ガスセンサの模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造に適用されるウェーハの模式的平面図、（ｂ）図１１（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その１）を示す模式的平面図、（ｂ）図１２（ａ）の３Ｂ−３Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その２）を示す模式的平面図、（ｂ）図１３（ａ）の４Ｂ−４Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その３）を示す模式的平面図、（ｂ）図１４（ａ）の５Ｂ−５Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その４）を示す模式的平面図、（ｂ）図１５（ａ）の６Ｂ−６Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その５）を示す模式的平面図、（ｂ）図１６（ａ）の７Ｂ−７Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その６）を示す模式的平面図、（ｂ）図１７（ａ）の２０Ｂ−２０Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その７）を示す模式的平面図、（ｂ）図１８（ａ）の２１Ｂ−２１Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その８）を示す模式的平面図、（ｂ）図１９（ａ）の２２Ｂ−２２Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その９）を示す模式的平面図、（ｂ）図２０（ａ）の２４Ｂ−２４Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その１０）を示す模式的平面図、（ｂ）図２１（ａ）の２５Ｂ−２５Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その１１）を示す模式的平面図、（ｂ）図２２（ａ）の２６Ｂ−２６Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 （ａ）本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法の一工程（その１２）を示す模式的平面図、（ｂ）図２３（ａ）の２７Ｂ−２７Ｂ線に沿う模式的断面構造図。 本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサを収容するパッケージの蓋を示す模式的鳥瞰構成（斜視）図。 本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサを収容するパッケージの本体を示す模式的鳥瞰構成（斜視）図。 本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサを示す模式的ブロック構成図。 本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサを搭載するセンサパッケージの模式的ブロック構成図。 本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサを適用したセンサネットワークの模式的ブロック構成図。
次に、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。各実施の形態は、特許請求の範囲内において、種々の変更を加えることができる。
[半導体式ガスセンサの基本原理]
まず、酸化スズ（ＳｎＯ2）を用いた半導体式ガスセンサの基本原理について説明する。
ＳｎＯ2の電気伝導度は、周囲のガス濃度に応じて変化する。すなわち、数百度の温度に加熱されたＳｎＯ2微粒子を洗浄大気中に曝すと、空気中の酸素がＳｎＯ2微粒子の表面に吸着し、ＳｎＯ2微粒子の表面の電子が奪われ、電気が流れにくい状態になる。一方、周囲に還元性ガスが存在すると、ＳｎＯ2微粒子の表面に吸着していた酸素が還元性ガスと反応して取り去られ、ＳｎＯ2微粒子中の電子が自由になり、電気が流れやすくなる。このような抵抗値の変化を利用して、検出回路７（図１参照）が周囲のガス濃度を測定するようになっている。
［比較例］
比較例に係るＣＯ2ガスセンサは、酸化スズ（ＳｎＯ2）を用いた半導体式ガスセンサであって、図２に示すように、酸化スズ３０１にランタン（Ｌａ）３０２を添加したものである。ランタン３０２は、ＣＯ2との反応性が高いことが知られているが、酸化スズ３０１は、Ｈ2やＣＯなどの様々なガスに反応してしまう問題がある。そのため、よりＣＯ2ガスの選択性を向上させることが望まれている。
[第１の実施の形態]
以下、第１の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、ＳｎＯ2は、ガス感応体材料である酸化スズ、ＣＯ2は、被測定ガスである二酸化炭素、Ｌａ2Ｏ3は、希土類酸化物である酸化ランタンである。
（ＣＯ2ガスセンサ）
第１の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの模式的構造は、図３に示すように表される。図３に示すように、第１の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサは、ＣＯ2ガスを検出する半導体式ガスセンサであって、酸化スズの表面が希土類酸化物の薄膜でコーティングされたガス感応体３０と、ガス感応体３０に密着形成された正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒと、ガス感応体３０を加熱するためのマイクロヒータＭＨとを備える。メンブレンＭＢは、ＳｉＯ2膜（絶縁膜）１８ａ，１８ｂやＳｉＮ膜（保護膜）１６，２０ａの間にマイクロヒータＭＨを埋め込んだ構造になっている。
具体的には、図３に示すように、ＳｎＯ2微粒子３１の表面がＬａ2Ｏ3膜３２で全面コーティングされている。詳細については後述するが、マイクロヒータＭＨによりＳｎＯ2微粒子３１を数百度の温度に加熱すると、ＳｎＯ2微粒子３１に空乏層３１ａが形成される。Ｌａ2Ｏ3膜３２は絶縁体であるが、半導体であるＳｎＯ2微粒子３１によって電極２８Ｌ，２８Ｒ間が接続されているため、電極２８Ｌ，２８Ｒ間に電圧をかけると、ＳｎＯ2微粒子３１を通じて電流が流れる。このようなガス感応体３０の抵抗値変化を利用して、検出回路７（図１参照）がＣＯ2ガスを検出するようになっている。
ＳｎＯ2微粒子３１の粒径は、例えば１μｍ〜数１０μｍ以下である。ＳｎＯ2微粒子３１の空乏層３１ａの幅は、例えば５ｎｍ〜１０ｎｍ以下である。Ｌａ2Ｏ3膜３２の厚さは、例えば３０ｎｍ程度である。ＳｎＯ2微粒子３１の粒径が小さいほど、ガスに対する感度（抵抗値の変化）が大きくなる。
このような構成によれば、ＳｎＯ2が表面に現れていないため、ＳｎＯ2がガスに触れない結果、Ｈ2やＣＯなどのガスに対する反応が無くなる。また、表面がＬａ2Ｏ3で全面コーティングされているため、ＣＯ2吸着サイトが増え、ＣＯ2ガスに対する感度を向上させることが可能である。
（ＣＯ2ガス検出原理）
図４は、図３に示されるＣＯ2ガスセンサがＣＯ2ガスを検出する原理を説明するための図であり、（ａ）は、隣接する２つのＳｎＯ2微粒子３１Ａ，３１Ｂの模式的構造図、（ｂ）は、そのＳｎＯ2微粒子３１Ａ，３１Ｂの伝導帯Ｅｃ１，Ｅｃ２を模式的に示すグラフである。
既に説明したように、ＳｎＯ2微粒子３１Ａ，３１Ｂを数百度の温度に加熱すると、空気中の酸素がＳｎＯ2微粒子３１Ａ，３１Ｂ中の電子を捕捉し、ＳｎＯ2微粒子３１Ａ，３１Ｂの表面に吸着する。その結果、ＳｎＯ2微粒子３１Ａ，３１Ｂに空乏層３１Ａａ，３１Ｂａが形成される。空乏層３１Ａａ，３１Ｂａは、電子がほとんどない電気的に絶縁された領域であるが、空乏層３１Ａａ，３１Ｂａの幅ＷＤは５ｎｍ〜１０ｎｍ以下である。そのため、電極２８Ｌ，２８Ｒ間に高電圧をかけると、トンネル効果により空乏層３１Ａａ，３１Ｂａを電子が通り抜けて電流Ｉｔが流れる。もちろん、空乏層３１Ａａ，３１Ｂａの幅ＷＤが薄いほど抵抗値は低くなり、空乏層３１Ａａ，３１Ｂａの幅ＷＤが厚いほど抵抗値は高くなる。
ここで、Ｌａ2Ｏ3は、ＣＯ2との反応性が高いことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。ＣＯ2ガスがＬａ2Ｏ3膜３２Ａ，３２Ｂに吸着すると、空乏層３１Ａａ，３１Ｂａの幅ＷＤが薄くなり、抵抗値が低くなる。そのため、ＳｎＯ2微粒子３１Ａ，３１Ｂの表面をＬａ2Ｏ3膜３２Ａ，３２Ｂで全面コーティングすれば、ＳｎＯ2が表面に現れないため、ＣＯ2ガスに対する感度を向上させることが可能である。
なお、ＣＯ2ガスがＬａ2Ｏ3膜３２Ａ，３２Ｂに吸着すると、空乏層３１Ａａ，３１Ｂａの幅ＷＤが薄くなることを明示した文献は見当たらなかった。しかしながら、 “Sensors and Actuators B: Chemical、P276-282、「Room-temperature C02 sensing using metal-insulator-semiconductor capacitor comprising atomic-layer-deposited La203 thin film」、＜journal homepage: www.elsevier.com/locate/snb＞”には、Ｐ型シリコンの半導体でＬａ2Ｏ3を用いた場合において、Ｌａ2Ｏ3にＣＯ2が吸着したときの空乏層の幅でキャパシタンスが変化することが記載されている。具体的には、Ｌａ2Ｏ3にＣＯ2が吸着したときは、キャパシタンスが低くなり、空乏層の幅が厚くなっている。本実施の形態で用いるＳｎＯ2はＮ型の半導体であり、Ｐ型とＮ型で逆の関係になるため、ＣＯ2ガスがＬａ2Ｏ3膜３２Ａ，３２Ｂに吸着すると、空乏層３１Ａａ，３１Ｂａの幅ＷＤが薄くなると考えられる。
（製造方法）
図５は、第１の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法を示す。ここでは、ポーラスＳｎＯ2構造のガス感応体３０を製造する方法について特に詳しく説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、メンブレンＭＢ上にＰｔ／Ｃｒを印刷して正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒを形成する。この電極２８Ｌ，２８Ｒ上にスパッタ、印刷・焼結、ゾルゲル法などによりＳｎＯ2−ＳｉＯ2混合膜を形成し、フッ化水素系溶液でエッチングしてＳｉＯ2を除去する。図中の符号３０Ｐは、ＳｉＯ2があった場所を示している。
次いで、図５（ｂ）に示すように、ＡＬＤ（原子層堆積法）などによりＬａ2Ｏ3膜３２で全面コーティングを行う。Ｌａ2Ｏ3膜３２の厚さは、例えば３０ｎｍ程度であるのが望ましい。ＡＬＤによれば、均一にＬａ2Ｏ3膜３２で全面コーティングすることが可能であり、また、サイクル数を調整することによりＬａ2Ｏ3膜３２の膜厚を約０．１ｎｍ単位で調整することが可能である。
以上の工程により、ＳｎＯ2微粒子３１の表面がＬａ2Ｏ3膜３２で均一に全面コーティングされたポーラスＳｎＯ2構造を製造することができる。図面を見ても分かるように、半導体であるＳｎＯ2微粒子３１によって電極２８Ｌ，２８Ｒ間が接続されている。このようなポーラスＳｎＯ2構造を備えたセンサ素子をパッケージ化することも可能である。
（電極配置の変形例）
次に、第１の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの電極配置の変形例について説明する。
図６（ａ）は、図３と同様の電極配置を示している。すなわち、正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒが同一面上にパターニングされ、その電極２８Ｌ，２８Ｒ間を覆うようにガス感応体３０が配置されている。
図６（ｂ）は、図３に示される電極配置の変形例１を示している。図６（ｂ）に示すように、下部電極である電極２８Ｄと上部電極である電極２８Ｕとの間にガス感応体３０が配置されるようにしてもよい。
図６（ｃ）は、図３に示される電極配置の変形例２を示している。図６（ｃ）に示すように、下部電極である電極２８Ｄ２の上にガス感応体３０の下面の一部が配置され、ガス感応体３０の上面の一部に上部電極である電極２８Ｕ２が配置されるようにしてもよい。
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、Ｌａ2Ｏ3コーティングされたＳｎＯ2ベースのＣＯ2ガスセンサを実現することができる。具体的には、ＳｎＯ2微粒子３１の表面がＬａ2Ｏ3膜３２で全面コーティングされている。このような構成によれば、ＳｎＯ2が表面に現れていないため、比較例と比べ、よりＣＯ2ガスの選択性を向上させることが可能である。その結果、Ｈ2やＣＯなどのガスを除去するためのフィルタが不要になるため、小型化を図ることが容易になるという効果もある。
なお、ここでは、希土類酸化物として酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）を例示しているが、酸化ランタンに代えて酸化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ3）を用いてもよい。Ｇｄ2Ｏ3も、ＣＯ2との反応性が高いため、同様の効果を得ることができる。
[第２の実施の形態]
以下、第２の実施の形態を第１の実施の形態と異なる点のみ説明する。
（ＣＯ2ガスセンサ）
第２の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの模式的構造は、図７に示すように表される。図７に示すように、ガス感応体４０の構造以外は、第１の実施の形態と同様である。
具体的には、図７に示すように、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）微粒子４４の表面がＳｎＯ2膜４１で全面コーティングされ、ＳｎＯ2膜４１の表面がＬａ2Ｏ3膜４２で全面コーティングされている。Ｌａ2Ｏ3膜４２もＡｌ2Ｏ3微粒子４４も絶縁体であるが、半導体であるＳｎＯ2膜４１によって電極２８Ｌ，２８Ｒ間が接続されているため、電極２８Ｌ，２８Ｒ間に電圧をかけると、ＳｎＯ2膜４１を通じて電流が流れるようになっている。
このような構成によっても、第１の実施の形態と同様、ＳｎＯ2が表面に現れていないため、ＳｎＯ2がガスに触れない結果、Ｈ2やＣＯなどのガスに対する反応が無くなる。また、最終的には表面がＬａ2Ｏ3で全面コーティングされているため、ＣＯ2吸着サイトが増え、ＣＯ2ガスに対する感度を向上させることが可能である。
（ＣＯ2ガス検出原理）
図８は、図７に示されるＣＯ2ガスセンサがＣＯ2ガスを検出する原理を説明するための図である。基本的な原理は第１の実施の形態と同様である。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比べ、ＳｎＯ2を薄層化して空乏層の幅の変化率を大きくしている。すなわち、図８に示すように、ＳｎＯ2膜４１の幅をＷｓとした場合、空乏層４１ａの幅ＷＤの変化率はΔＷＤ／Ｗｓと表すことができる。一方、ＳｎＯ2膜４１の幅にＡｌ2Ｏ3微粒子４４の粒径を加えた幅をＷＡとした場合、空乏層４１ａの幅ＷＤの変化率はΔＷＤ／ＷＡと表すことができる。ＷｓはＷＡに比べて小さい値であるため、ΔＷＤ／ＷｓはΔＷＤ／ＷＡの場合に比べて大きくなる。ΔＷＤ／Ｗｓは、第２の実施の形態における空乏層４１ａの幅ＷＤの変化率に相当し、ΔＷＤ／ＷＡは、第１の実施の形態における空乏層４１ａの幅ＷＤの変化率に相当する。よって、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比べ、空乏層の幅の変化率が大きくなることが分かる。
（製造方法）
図９は、第２の実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法を示す。ここでは、ガス感応体４０のポーラスＳｎＯ2構造を製造する方法について特に詳しく説明する。
まず、図９（ａ）に示すように、メンブレンＭＢ上にＰｔ／Ｃｒを印刷して正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒを形成する。この電極２８Ｌ，２８Ｒ上にスパッタ、印刷・焼結、ゾルゲル法などによりＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2混合膜を形成し、フッ化水素系溶液でエッチングしてＳｉＯ2を除去する。図中の符号４０Ｐは、ＳｉＯ2があった場所を示している。
次いで、ＡＬＤなどによりＳｎＯ2膜４１で均一に全面コーティングを行う。
さらに、図９（ｂ）に示すように、ＡＬＤなどによりＬａ2Ｏ3膜４２で均一に全面コーティングを行う。第１の実施の形態と同様、Ｌａ2Ｏ3膜４２の厚さは、例えば３０ｎｍ程度であるのが望ましい。
以上の工程により、Ａｌ2Ｏ3微粒子４４の表面がＳｎＯ2膜４１で均一に全面コーティングされ、ＳｎＯ2膜４１の表面がＬａ2Ｏ3膜４２で均一に全面コーティングされたポーラスＳｎＯ2構造を製造することができる。図面を見ても分かるように、半導体であるＳｎＯ2膜４１によって電極２８Ｌ，２８Ｒ間が接続されている。このようなポーラスＳｎＯ2構造を備えたセンサ素子をパッケージ化することも可能である。
以上説明したように、第２の実施の形態では、Ａｌ2Ｏ3微粒子４４の表面がＳｎＯ2膜４１で全面コーティングされ、ＳｎＯ2膜４１の表面がＬａ2Ｏ3膜４２で全面コーティングされている。これにより、ＳｎＯ2を薄層化して空乏層の幅の変化率を大きくすることができるため、第１の実施の形態と比べ、ＣＯ2ガスに対する感度を向上させることが可能である。
[デバイス構造の具体例]
以下、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの具体例について説明する。以下では、図６（ｂ）に示される電極配置を例示するが、図６（ａ）や図６（ｃ）に示される電極配置を採用することもできる。Ｌａ2Ｏ3コーティングされたＳｎＯ2ベースのＣＯ2ガスセンサであれば、それ以外の構成部品の材質、形状、構造、配置などは下記のものに限定されないことは言うまでもない。
各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０の模式的平面パターン構成は、図１０（ａ）に示すように表され、図１０（ａ）の１８Ｂ−１８Ｂ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造を備えるセンサ１０の模式的断面構造は、図１０（ｂ）に示すように表される。
すなわち、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０は、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造のＳｉ基板１２と、中央部のセンサ部分にそれぞれ対応して、Ｓｉ基板１２上に配置された下部電極（ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜）２８Ｄと、下部電極２８Ｄを覆うように配置されたガス感応体３０と、下部電極２８Ｄに対向するガス感応体３０上に配置された上部電極（Ｐｔ膜）２８Ｕとを備える。Ｓｉ基板１２上のほぼ全面に第１・第２絶縁層（例えば、ＳｉＯ2 膜）１８ａ・１８ｂを有し、上層の第２絶縁層１８ｂ上に下部電極２８Ｄが配置されている。
各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０は、センサ部分にほぼ対応する第１・第２絶縁層１８ａ・１８ｂ間にマイクロヒータＭＨが埋め込まれている。マイクロヒータＭＨは、ガス感応体３０を加熱するためのもので、例えば、第２絶縁層１８ｂにパターニングされた開口部３７・３７の内壁に沿って形成されるヒータ用電極部（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２２ｃ・２２ｃから、表層の配線部２２ｂ・２２ｂを介して、ヒータ接続用パット２２ａ・２２ａに印加される所定電圧が供給される。ヒータ用電極部２２ｃ・２２ｃは、例えば、開口部３７・３７内がＳｉＯ2 膜２４によって埋め込まれると共に、センサ部分を囲むようにして配置されるＳｉＮ膜２６によって被覆されている。ヒータ接続用パット２２ａ・２２ａ、配線部２２ｂ・２２ｂ、およびヒータ用電極部２２ｃ・２２ｃは、例えば図１０（ｂ）の断面に沿う方向に配置される。
また、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０は、例えば図１０(ｂ)の断面と直交する方向の表層上に、下部電極２８Ｄに所定の電圧を印加するための電極接続用パット（検出端子）３２ａと、一端側が電極接続用パット３２ａに接続された配線部３２ｂ、および上部電極２８Ｕに所定の電圧を印加するための電極接続用パット（検出端子）３３ａと、一端側が電極接続用パット３３ａに接続された配線部３３ｂが配置されている。電極接続用パット３２ａの配線部３２ｂの他端側は下部電極２８Ｄの延出端２８ａに、電極接続用パット３３ａの配線部３３ｂの他端側は上部電極２８Ｕの延出端２８ｂに、それぞれ接続されている。
そして、電極接続用パット３２ａ・３３ａには、ＣＯ2ガスを検出する検出回路７が接続される（例えば、図１参照）。
なお、図１０（ａ）に示したＣＯ2ガスセンサ１０において、ヒータ接続用パット２２ａ・２２ａは水平方向の左・右端側に配置され、これと直交するように、電極接続用パット３２ａは垂直方向の下端側に、電極接続用パット３３ａは垂直方向の上端側に、それぞれ配置されているが、電極接続用パット３２ａ・３３ａの位置を入れ替えたり、ヒータ接続用パット２２ａ・２２ａと電極接続用パット３２ａ・３３ａの位置を入れ替えたりもできる。
各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０において、Ｓｉ基板１２の表面部には、ＭＥＭＳ梁構造として、舟型構造を有するキャビティ部（Cavity:空洞）Ｃが形成されている。すなわち、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０は、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、多数のＳｉ基板１２を取得可能なウェーハ１００上の、例えば、素子分離領域１０２によって画定される素子領域１０４内の活性領域ＡＡにほぼ対応するようにして、キャビティ部Ｃが舟型に形成された舟型構造のＭＥＭＳ梁構造を備える。
ここで、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０の製造に適用されるウェーハ１００の模式的平面構成は、図１１（ａ）に示すように表され、図１１（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿うウェーハ１００模式的断面構造は、図１１（ｂ）に示すように表される。
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、ウェーハ１００は、素子分離領域１０２によって複数の素子領域１０４が画定されると共に、製造工程の最後において、素子分離領域１０２に沿ってダイシングされる。これにより、ウェーハ１００は、多数のＳｉ基板１２に分離され、Ｓｉ基板１２を単位とするガスセンサ１０が完成される。
なお、図１１（ｂ）において、ＷＣ１は、キャビティ部Ｃの形成領域ＣＡの断面方向の幅を示し、ＷＳ１は、センサ部分の形成領域ＳＡの断面方向の幅を示し、ＡＡ１は、活性領域ＡＡの断面方向の幅を示し、ＣＡ１は、素子領域１０４の断面方向の幅を示す。
また、本実施の形態の記載において、Ｓｉは、半導体材料であるシリコン、Ｐｔは、多孔質材料としての白金（Platinum）であり、Ｔｉは、電極材料としてのチタン（Titanium）である。
ここで、マイクロヒータＭＨは、例えば、０．３μｍの厚さのポリシリコン層（ポリシリコンヒータ）であって、イオン注入によってｐ型不純物であるＢ（ボロン）が高濃度に注入されて、抵抗値が３００Ω程度とされる。なお、マイクロヒータＭＨは、印刷により形成されたＰｔヒータなどによっても形成可能である。マイクロヒータＭＨは、センサ部分とほぼ同じ大きさで形成される。
ヒータ接続用パット２２ａ・２２ａ、配線部２２ｂ・２２ｂ、およびヒータ用電極部２２ｃ・２２ｃは、例えば、２０ｎｍ厚のＴｉ膜と１００ｎｍ厚のＰｔ膜との積層膜（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）によって形成される。ヒータ接続用パット２２ａ・２２ａおよび配線部２２ｂ・２２ｂは、第２絶縁層１８ｂ上を覆う、ＳｉＮ膜２０ａ・２０ｂ上に配置される。
下部電極２８Ｄは、ポーラスＰｔ膜とＴｉ膜との積層膜であるポーラスＰｔ／Ｔｉ膜によって、例えば、約１００ｎｍの厚さで形成される。Ｔｉ膜は、ポーラスＰｔ膜と下層のＳｉＮ膜２０ｂとの接合を密にし、より強固にするために用いられる。
ガス感応体３０は、酸化スズ（ＳｎＯ2）を主成分とするものであり、酸化スズの表面が希土類酸化物の薄膜でコーティングされている。下部電極２８Ｄと上部電極２８Ｕとの間にガス感応体３０が挟み込まれた構造になっている。
ＭＥＭＳ梁構造のＳｉ基板１２は、例えば、１０μｍ程度の厚さを有し、キャビティ部ＣがマイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように形成されて、センサ部分から周辺への熱の逃げを防ぐようになっている。
ＭＥＭＳ梁構造としては、平面視において、Ｓｉ基板１２がセンサ部分を取り囲むように配置された開放型構造を有して形成されても良い。また、キャビティ部Ｃは、Ｓｉ基板１２を貼り合わせることによって形成される構造とすることもできる。
また、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０は、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造（舟型構造）を基本構造とすることによって、センサ部分の熱容量を低減化し、センサ感度の向上を図っている。
なお、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０において、マイクロヒータＭＨは、センサ部分であるＳｉ基板１２上の第１・第２絶縁層１８ａ・１８ｂ間に配置される場合に限らず、Ｓｉ基板１２の下部に配置されていても良いし、Ｓｉ基板１２の内部に埋め込まれていても良い。もしくは、Ｓｉ基板１２の表面に、ポリシリコンで形成されたマイクロヒータＭＨを含む、ＳｉＯ2 膜／ＳｉＮ膜の積層膜（図示せず）が形成された構成としても良い。
（製造方法）
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示した各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０の製造方法は、図１２〜図２３に示すように表される。
本来、ＣＯ2ガスセンサ１０は、ウェーハ１００上に複数のセンサ１０が一括して製造されるものであるが、説明の便宜上、ここではＳｉ基板１２上にＣＯ2ガスセンサ１０のセンサ構造を形成する場合について説明する。
（ａ）まず、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、例えば、１０μｍ厚のＳｉ製のウェーハ１００の表面の、ダイシングラインに沿って格子状に形成された素子分離領域１０２の絶縁膜を除去し、Ｓｉ基板１２上に、活性領域ＡＡに対応する領域１２ａと、それ以外の領域、すなわち素子分離領域１０２に対応する非活性領域１２ｂとを形成する。素子分離領域１０２の形状から、活性領域ＡＡに対応する領域１２ａは、周辺部分に傾斜部１２ｃを有した形状となる。
（ｂ）次いで、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１２の上面に約０．５μｍ厚のＳｉＯ2 膜を形成した後、傾斜部１２ｃおよび活性領域ＡＡに対応する領域１２ａ上のＳｉＯ2 膜を選択的に除去することにより、非活性領域１２ｂに対してのみ、ＳｉＯ2 膜からなる絶縁層１４を形成する。
続いて、Ｓｉ基板１２の上面にプラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）法などにより、約０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜からなる絶縁層１６を一様に形成する。
なお、絶縁層１４は、素子分離領域１０２の絶縁膜の一部を残存させることによって形成することとしても良い。
（ｃ）次いで、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、絶縁層１６上に０．５μｍ程度の厚さのＳｉＯ2 膜からなる第１絶縁層１８ａを形成した後、さらにその上面に、０．３μｍ程度の厚さのポリシリコン層を形成すると共に、そのポリシリコン層をエッチングなどによりパターニングして、マイクロヒータＭＨを形成する。
マイクロヒータＭＨは、活性領域ＡＡに対応する領域１２ａ上に、センサ部分とほぼ同じ大きさ（例えば、３００μｍ角程度）で形成される。また、イオン注入法により、マイクロヒータＭＨは、抵抗値が３００Ωとなるように、ｐ型不純物であるＢが高濃度に注入（インプラ）される。
（ｄ）次いで、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、全面にＰ−ＣＶＤ法などにより約０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜（第２絶縁膜）１８ｂを形成する。
（ｅ）次いで、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、全面にＰ−ＣＶＤ法などにより、約０．５μｍ厚のＳｉＮ膜２０ａを形成する。
キャビティ部Ｃとしては、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０のサイズにもよるが、マイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように、４００μｍ角程度が望ましい。キャビティ部Ｃがマイクロヒータよりも実質的に大きくなるように形成することによって、マイクロヒータによる加熱がセンサ部分の周辺部にまで無駄に拡がるのを簡単に抑制できるようになる。
（ｆ）次いで、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、マイクロヒータＭＨにつながる、ヒータ用電極部２２ｃ・２２ｃを形成するための開口部３７・３７を形成する。
（ｇ）次いで、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示すように、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜を約０．５μｍの厚さとなるようにデポすると共に、そのＰｔ／Ｔｉ積層膜をパターニングして、ヒータ接続用パット２２ａ・２２ａ、配線部２２ｂ・２２ｂ、およびヒータ用電極部２２ｃ・２２ｃを形成する。
同時に、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜をパターニングして、ヒータ接続用パット２２ａ・２２ａ、配線部２２ｂ・２２ｂ、およびヒータ用電極部２２ｃ・２２ｃと直交する方向に、電極接続用パット（検出端子）３２ａとその配線部３２ｂ、および電極接続用パット（検出端子）３３ａとその配線部３３ｂを形成する。
（ｈ）次いで、図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示すように、ヒータ用電極部２２ｃ・２２ｃが内壁面に沿って形成された開口部３７・３７内を埋め込むようにＳｉＯ2 膜２４を形成すると共に、ＳｉＮ膜２６を形成した後、例えば、ＳｉＯ2 膜２４とＳｉＮ膜２６とを、センサ部分を囲むようにパターニングする。
（ｉ）次いで、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示すように、スパッタ法などによりＳｉＮ膜２０ａ上に１００ｎｍ厚程度のＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる下部電極２８Ｄを形成すると共に、センサ部分より延びる下部電極２８Ｄの延出端２８ａを、電極接続用パット３２ａの配線部３２ｂと接続させる。
（ｊ）次いで、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すように、下部電極２８Ｄ上を被覆するように、ポーラスＳｎＯ2構造のガス感応体３０（図５、図９参照）を形成する。ガス感応体３０は、下部電極２８Ｄの延出端２８ａ側を除き、下部電極２８Ｄの周囲を全体的に被覆する。
（ｋ）次いで、図２２（ａ）および図２２（ｂ）に示すように、上部電極２８Ｕとして、スパッタ法によりセンサ部分におけるガス感応体３０上の下部電極２８Ｄに対向する面に１００ｎｍ厚程度のＰｔ膜を形成し、かつセンサ部分より延びる上部電極２８Ｕの延出端２８ｂを、電極接続用パット３３ａの配線部３３ｂと接続させる。
（ｌ）次いで、図２３（ａ）および図２３（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造として、舟型構造のキャビティ部Ｃを形成するための開口部４３ａを有する保護用ＳｉＯ2 膜（マスク）４３を全面に形成する。そして、その保護用ＳｉＯ2 膜４３をマスクに、活性領域ＡＡに対応する領域１２ａのＳｉ基板１２を選択的に深掘りエッチングし、ＭＥＭＳ梁構造のＳｉ基板１２として、４００μｍ角程度の舟型構造のキャビティ部Ｃを形成する。
最後に、保護用ＳｉＯ2 膜４３を除去することにより、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示した構成を有する、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０が得られる。
以上のように、キャビティ部ＣがマイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように形成することによって、マイクロヒータＭＨによる加熱がセンサ部分の周辺部にまで無駄に拡がるのを簡単に抑制できる。
（パッケージ）
各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０を収容するパッケージの蓋１３１を示す模式的鳥瞰構成は、図２４に示すように表される。図２４に示すように、パッケージの蓋１３１には、ガスは通過可能であるが異物は通さない多数の貫通穴１３２が形成されている。パッケージの蓋１３１には、メタルメッシュ、小孔開きメタル、ポーラスセラミックなどを適用可能である。
各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０を収容するパッケージの本体１４１を示す模式的鳥瞰構成は、図２５に示すように表される。図２５に示すように、パッケージの本体１４１には、複数の端子を備えたＣＯ2ガスセンサ１０のチップ１４２が収容され、複数のボンディングワイヤ１４３により電気的に接続されている。パッケージの本体１４１の上部に蓋１３１を被せ、半田によりプリント基板などに実装する。
（エナジーハーベスタ電源を用いたセンサノードの構成例）
各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ（センサノード）１０は、図２６に示すように、センサ類１５１と、無線モジュール１５２と、マイコン１５３と、エナジーハーベスタ電源１５４と、蓄電素子１５５とを備える。
センサ類１５１の構成は、各実施の形態として説明した通りである。
無線モジュール１５２は、無線信号を送受信するＲＦ回路などを備えたモジュールである。
マイコン１５３は、エナジーハーベスタ電源１５４のマネジメント機能を備え、エナジーハーベスタ電源１５４からの電力をセンサ類１５１に投入する。このとき、マイコン１５３は、センサ類１５１における消費電力を省電力化するヒータ電力プロファイルに基づいて電力を投入しても良い。
例えば、相対的に大きな電力である第１の電力を第１の期間Ｔ１だけ投入した後、相対的に小さな電力である第２の電力を第２の期間Ｔ２だけ投入しても良い。また、第２の期間Ｔ２にデータを読み取り、第２の期間Ｔ２が経過した後、第３の期間Ｔ３だけ電力の投入を停止しても良い。
エナジーハーベスタ電源１５４は、太陽光や照明光、機械の発する振動、熱などのエネルギーを採取し、電力を得る。
蓄電素子１５５は、電力を蓄電することが可能なリチウムイオン蓄電素子などである。
以下、このようなセンサノードの動作について説明する。
まず、図２６中の（１）に示すように、エナジーハーベスタ電源１５４からの電力がマイコン１５３に供給される。これにより、マイコン１５３は、図２６中の（２）に示すように、エナジーハーベスタ電源１５４からの電圧を昇圧する。
次に、図２６中の（３）に示すように、蓄電素子１５５の電圧を読み取った後、図２６中の（４）・（５）に示すように、蓄電素子１５５への電力供給や、蓄電素子１５５からの電力引き出しを行う。
次に、図２６中の（６）に示すように、ヒータ電力プロファイルに基づいてセンサ類１５１に電力を投入し、図２６中の（７）に示すように、センサ抵抗値およびＰｔ抵抗値などのデータを読み取る。
次に、図２６中の（８）に示すように、無線モジュール１５２に電力を供給し、図２６中の（９）に示すように、センサ抵抗値およびＰｔ抵抗値などのデータを無線モジュール１５２に送る。
最後に、図２６中の（１０）に示すように、無線モジュール１５２によってセンサ抵抗値およびＰｔ抵抗値などのデータが無線送信される。
（センサパッケージ：ブロック構成）
各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０を搭載するセンサパッケージ９６の模式的ブロック構成は、図２７に示すように表される。
各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０を搭載するセンサパッケージ９６は、図２７に示すように、温度センサ用のサーミスタ部９０と、ＣＯ2ガス用のセンサ部９２と、サーミスタ部９０・センサ部９２からのアナログ情報ＳＡ2 ・ＳＡ1 を受信し、またサーミスタ部９０・センサ部９２への制御信号Ｓ2 ・Ｓ1 を供給するＡＤ／ＤＡ変換部９４と、外部からのディジタル入出力信号ＤＩ・ＤＯとを備える。
サーミスタ部９０は、例えば、ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ、セラミックＰＴＣ、ポリマーＰＴＣ、ＣＴＲサーミスタなどを適用可能である。
センサ部９２には、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０を適用可能である。
（センサネットワーク）
各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０を適用したセンサネットワークシステムの模式的ブロック構成は、図２８に示すように表される。
図２８に示すように、センサネットワークとは、多数のセンサを相互に接続したネットワークである。すでに、工場、医療／ヘルスケア、交通、建設、農業、環境管理など、様々な分野でセンサネットワークを利用した新しい取り組みが始まっている。
これらの分野では、高耐久性と共に、信頼性の高いセンサを使用することが望まれるため、各実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０を適用するのが望ましい。このようなＣＯ2ガスセンサ１０は、ＣＯ2ガスの選択性に優れているため、信頼性の高いセンサネットワークを提供することが可能である。
以上説明したように、本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサ１０は、ＣＯ2ガスを検出する半導体式ガスセンサであって、ＳｎＯ2の表面が希土類酸化物の薄膜でコーティングされたガス感応体３０と、ガス感応体３０に密着形成された正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒと、ガス感応体３０を加熱するためのマイクロヒータＭＨとを備える。これにより、ＳｎＯ2が表面に現れないため、よりＣＯ2ガスの選択性を向上させることが可能である。
具体的には、ＳｎＯ2微粒子３１の表面がＬａ2Ｏ3膜３２で全面コーティングされていていてもよい。これにより、ＳｎＯ2が表面に現れることを確実に防止することが可能である。
また、ＳｎＯ2微粒子３１によって正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒ間が電気的に接続されていてもよい。これにより、電極２８Ｌ，２８Ｒ間に電圧をかけると、半導体であるＳｎＯ2微粒子３１を通じて電流を流すことができる。
また、Ａｌ2Ｏ3微粒子４４の表面がＳｎＯ2膜４１で全面コーティングされ、ＳｎＯ2膜４１の表面がＬａ2Ｏ3膜４２で全面コーティングされていてもよい。これにより、ＳｎＯ2を薄層化して空乏層の幅の変化率を大きくすることができるため、よりＣＯ2ガスに対する感度を向上させることが可能である。
また、ＳｎＯ2膜４１によって正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒ間が電気的に接続されていてもよい。これにより、電極２８Ｌ，２８Ｒ間に電圧をかけると、半導体であるＳｎＯ2膜４１を通じて電流を流すことができる。
また、ＳｎＯ2が希土類酸化物の薄膜で均一に全面コーティングされていてもよい。これにより、精度よくＣＯ2ガスを検出することが可能である。
また、希土類酸化物は、Ｌａ2Ｏ3またはＧｄ2Ｏ3であってもよい。Ｌａ2Ｏ3もＧｄ2Ｏ3も、ＣＯ2との反応性が高いため、ＣＯ2ガスに対する感度を向上させることが可能である。
さらに、正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒ間に電圧を印加したときのガス感応体３０に生じる抵抗値変化を利用してＣＯ2ガスを検出する検出回路７を備えてもよい。これにより、抵抗値変化に基づいて容易にＣＯ2ガスを検出することが可能である。
さらに、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造の基板１２を備え、梁構造は、基板１２にキャビティ部Ｃを舟型に形成する舟型構造であってもよい。すなわち、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造（舟型構造）を基本構造とすることによって、センサ部分の熱容量を低減化し、センサ感度の向上を図ることが可能である。
また、キャビティ部Ｃは、マイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくてもよい。これにより、マイクロヒータＭＨによる加熱がセンサ部分の周辺部にまで無駄に拡がるのを簡単に抑制できるようになる。
また、本実施の形態に係るＣＯ2ガスセンサの製造方法は、ＣＯ2ガスを検出する半導体式ガスセンサの製造方法であって、マイクロヒータＭＨを形成する工程と、マイクロヒータＭＨ上に正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒを形成する工程と、正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒ間において、ＳｎＯ2の表面が希土類酸化物の薄膜でコーティングされたガス感応体３０を密着形成する工程とを有する。これにより、ＳｎＯ2が表面に現れないため、よりＣＯ2ガスの選択性を向上させることが可能である。
具体的には、ガス感応体３０を形成する工程では、原子層堆積法により、ＳｎＯ2微粒子３１の表面をＬａ2Ｏ3膜３２で全面コーティングしてもよい。これにより、ＳｎＯ2が表面に現れることを確実に防止することが可能である。
また、ガス感応体３０を形成する工程では、正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒ上にＳｎＯ2−ＳｉＯ2混合膜を形成し、フッ化水素系溶液でエッチングしてＳｉＯ2を除去し、Ｌａ2Ｏ3膜３２で全面コーティングしてもよい。これにより、ＳｎＯ2微粒子３１によって正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒ間を電気的に接続することが可能である。
また、ガス感応体３０を形成する工程では、原子層堆積法により、Ａｌ2Ｏ3微粒子４４の表面をＳｎＯ2膜４１で全面コーティングし、ＳｎＯ2膜４１の表面をＬａ2Ｏ3膜４２で全面コーティングしてもよい。これにより、ＳｎＯ2を薄層化して空乏層の幅の変化率を大きくすることができるため、よりＣＯ2ガスに対する感度を向上させることが可能である。
また、ガス感応体３０を形成する工程では、正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒ上にＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2混合膜を形成し、フッ化水素系溶液でエッチングしてＳｉＯ2を除去し、ＳｎＯ2膜４１で全面コーティングし、Ｌａ2Ｏ3膜４２で全面コーティングしてもよい。これにより、ＳｎＯ2膜４１によって正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒ間を電気的に接続することが可能である。
また、ガス感応体３０を形成する工程では、原子層堆積法により、ＳｎＯ2を希土類酸化物の薄膜で均一に全面コーティングしてもよい。これにより、精度よくＣＯ2ガスを検出することが可能である。
また、ガス感応体３０を形成する工程では、希土類酸化物として、Ｌａ2Ｏ3またはＧｄ2Ｏ3を用いてもよい。Ｌａ2Ｏ3もＧｄ2Ｏ3も、ＣＯ2との反応性が高いため、ＣＯ2ガスに対する感度を向上させることが可能である。
さらに、正負一対の電極２８Ｌ，２８Ｒ間に電圧を印加したときのガス感応体３０に生じる抵抗値変化を利用してＣＯ2ガスを検出する検出工程を有してもよい。これにより、抵抗値変化に基づいて容易にＣＯ2ガスを検出することが可能である。
さらに、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造の基板１２を形成する工程を有し、基板１２を形成する工程では、梁構造として、基板１２にキャビティ部Ｃを舟型に形成してもよい。すなわち、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造（舟型構造）を基本構造とすることによって、センサ部分の熱容量を低減化し、センサ感度の向上を図ることが可能である。
また、基板１２を形成する工程では、キャビティ部ＣをマイクロヒータＭＨよりも実質的に大きく形成してもよい。これにより、マイクロヒータＭＨによる加熱がセンサ部分の周辺部にまで無駄に拡がるのを簡単に抑制できるようになる。
また、本実施の形態に係るセンサネットワークシステムは、上述したいずれかのＣＯ2ガスセンサを備える。これにより、信頼性の高いセンサネットワークを提供することが可能である。
以上説明したように、本実施の形態によれば、よりＣＯ2ガスの選択性を向上させることが可能な半導体式ガスセンサ、半導体式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステムを提供することができる。
[その他の実施の形態]
上記のように、いくつかの実施の形態を記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、各実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
このように、各実施の形態は、ここでは記載していない様々な態様を含む。
本実施の形態に係る半導体式ガスセンサは、ＣＯ2ガスセンサに適用することができる。また、このようなＣＯ2ガスセンサは、空気洗浄機用やセンサネットワーク用に応用することができる。
７…検出回路
１０…ＣＯ2ガスセンサ（センサノード）
１２…Ｓｉ基板
２８Ｌ・２８Ｒ・２８Ｄ・２８Ｕ・２８Ｄ２・２８Ｕ２…電極
３０…ガス感応体
３１，３１Ａ，３１Ｂ…ＳｎＯ2微粒子
３１ａ，３１Ａａ，３１Ｂａ…空乏層
３２，３２Ａ，３２Ｂ…Ｌａ2Ｏ3膜
４０…ガス感応体
４１…ＳｎＯ2膜
４２…Ｌａ2Ｏ3膜
４４…Ａｌ2Ｏ3微粒子
ＭＨ…マイクロヒータ
ＭＢ…メンブレン
Ｃ…キャビティ部（Cavity:空洞）

Claims (21)

  1. ＣＯ2ガスを検出する半導体式ガスセンサであって、
    酸化スズの表面が希土類酸化物の薄膜でコーティングされたガス感応体と、
    前記ガス感応体に密着形成された正負一対の電極と、
    前記ガス感応体を加熱するためのマイクロヒータと
    を備えることを特徴とする半導体式ガスセンサ。
  2. 前記酸化スズの微粒子の表面が前記希土類酸化物の薄膜で全面コーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体式ガスセンサ。
  3. 前記酸化スズの微粒子によって前記正負一対の電極間が電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体式ガスセンサ。
  4. 酸化アルミニウムの微粒子の表面が前記酸化スズの薄膜で全面コーティングされ、前記酸化スズの薄膜の表面が前記希土類酸化物の薄膜で全面コーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体式ガスセンサ。
  5. 前記酸化スズの薄膜によって前記正負一対の電極間が電気的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体式ガスセンサ。
  6. 前記酸化スズが前記希土類酸化物の薄膜で均一に全面コーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体式ガスセンサ。
  7. 前記希土類酸化物は、酸化ランタンまたは酸化ガドリニウムであることを特徴とする請求項１に記載の半導体式ガスセンサ。
  8. さらに、前記正負一対の電極間に電圧を印加したときの前記ガス感応体に生じる抵抗値変化を利用してＣＯ2ガスを検出する検出回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体式ガスセンサ。
  9. さらに、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造の基板を備え、
    前記梁構造は、前記基板にキャビティ部を舟型に形成する舟型構造であることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体式ガスセンサ。
  10. 前記キャビティ部は、前記マイクロヒータよりも実質的に大きいことを特徴とする請求項９に記載の半導体式ガスセンサ。
  11. ＣＯ2ガスを検出する半導体式ガスセンサの製造方法であって、
    マイクロヒータを形成する工程と、
    前記マイクロヒータ上に正負一対の電極を形成する工程と、
    前記正負一対の電極間において、酸化スズの表面が希土類酸化物の薄膜でコーティングされたガス感応体を密着形成する工程と
    を有することを特徴とする半導体式ガスセンサの製造方法。
  12. 前記ガス感応体を形成する工程では、原子層堆積法により、前記酸化スズの微粒子の表面を前記希土類酸化物の薄膜で全面コーティングすることを特徴とする請求項１１に記載の半導体式ガスセンサの製造方法。
  13. 前記ガス感応体を形成する工程では、前記正負一対の電極上に酸化スズと酸化シリコンの混合膜を形成し、フッ化水素系溶液でエッチングして酸化シリコンを除去し、前記希土類酸化物の薄膜で全面コーティングすることを特徴とする請求項１２に記載の半導体式ガスセンサの製造方法。
  14. 前記ガス感応体を形成する工程では、原子層堆積法により、酸化アルミニウムの微粒子の表面を前記酸化スズの薄膜で全面コーティングし、前記酸化スズの薄膜の表面を前記希土類酸化物の薄膜で全面コーティングすることを特徴とする請求項１１に記載の半導体式ガスセンサの製造方法。
  15. 前記ガス感応体を形成する工程では、前記正負一対の電極上に酸化アルミニウムと酸化シリコンの混合膜を形成し、フッ化水素系溶液でエッチングして酸化シリコンを除去し、前記酸化スズの薄膜で全面コーティングし、前記希土類酸化物の薄膜で全面コーティングすることを特徴とする請求項１４に記載の半導体式ガスセンサの製造方法。
  16. 前記ガス感応体を形成する工程では、原子層堆積法により、前記酸化スズを前記希土類酸化物の薄膜で均一に全面コーティングすることを特徴とする請求項１１に記載の半導体式ガスセンサの製造方法。
  17. 前記ガス感応体を形成する工程では、前記希土類酸化物として、酸化ランタンまたは酸化ガドリニウムを用いることを特徴とする請求項１１に記載の半導体式ガスセンサの製造方法。
  18. さらに、前記正負一対の電極間に電圧を印加したときの前記ガス感応体に生じる抵抗値変化を利用してＣＯ2ガスを検出する検出工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の半導体式ガスセンサの製造方法。
  19. さらに、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造の基板を形成する工程を有し、
    前記基板を形成する工程では、前記梁構造として、前記基板にキャビティ部を舟型に形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体式ガスセンサの製造方法。
  20. 前記基板を形成する工程では、前記キャビティ部を前記マイクロヒータよりも実質的に大きく形成することを特徴とする請求項１９に記載の半導体式ガスセンサの製造方法。
  21. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体式ガスセンサを備えることを特徴とするセンサネットワークシステム。
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