JP2018205077A - Semiconductor-type gas detection element - Google Patents

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Abstract

To provide a semiconductor-type gas detection element that can increase the selectivity of a detection target gas.SOLUTION: A semiconductor-type gas detection element 100 includes: a substrate 1; a gas detection electrode 2 on the substrate 1; a gas sensing unit 3 on the substrate 1 in contact with the detection electrode 2, the gas sensing unit contacting a detection target gas; and an exposure unit 25 on the substrate 1, the exposure unit removing, by burning, a combustible gas whose burning temperature is lower than that of the detection target gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、半導体式ガス検知素子に関し、特に、基板を備える半導体式ガス検知素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor gas detection element, and more particularly to a semiconductor gas detection element including a substrate.

従来、基板を備える半導体式ガス検知素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。   Conventionally, a semiconductor type gas detection element provided with a substrate is known (for example, refer to patent documents 1).

上記特許文献１には、基板と、検知電極と、基板内に設けられるヒータと、検知電極に接触状態で基板上に配置されるガス感応部とを備える半導体式ガス検知素子が開示されている。   Patent Document 1 discloses a semiconductor-type gas detection element including a substrate, a detection electrode, a heater provided in the substrate, and a gas sensitive part disposed on the substrate in contact with the detection electrode. .

特開２０１６−７０７０４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-70704

上記特許文献１に開示された半導体式ガス検知素子の分野では、従来より、被検知ガスの選択性（雰囲気ガス内から目的の被検知ガスを適切に選択する性質）を向上させることが望まれている。詳細には、半導体式ガス検知素子を用いたガスセンサでは、被検知ガス（たとえばメタン）よりも燃焼温度の低い易燃性ガス（たとえばアルコールや水素などの妨害ガス）が存在すると、被検知ガスの濃度が所定のしきい値に達していなくても被検知ガスが存在すると誤検知してしまう場合があるため、被検知ガスの選択性を向上させることが課題として存在する。   In the field of the semiconductor gas detection element disclosed in Patent Document 1, it has been desired to improve the selectivity of the gas to be detected (property to appropriately select the target gas to be detected from the atmosphere gas). ing. Specifically, in a gas sensor using a semiconductor gas detection element, if a flammable gas (for example, an interfering gas such as alcohol or hydrogen) having a lower combustion temperature than the gas to be detected (for example, methane) exists, Even if the concentration does not reach the predetermined threshold value, if the detected gas exists, it may be erroneously detected. Therefore, there is a problem to improve the selectivity of the detected gas.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、被検知ガスの選択性を向上させることが可能な半導体式ガス検知素子を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a semiconductor type gas detection element capable of improving the selectivity of a gas to be detected. It is.

この発明の一の局面による半導体式ガス検知素子は、基板と、基板上に配置される被検知ガスの検知電極と、検知電極に接触状態で基板上に配置され、被検知ガスに接触する感応部と、基板上に配置され、被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段と、を備える。   A semiconductor gas detection element according to an aspect of the present invention includes a substrate, a detection electrode of a gas to be detected disposed on the substrate, and a sensitivity that is disposed on the substrate in contact with the detection electrode and contacts the gas to be detected. And a gas combustion means disposed on the substrate and configured to burn and remove a flammable gas having a combustion temperature lower than that of the gas to be detected.

この発明の一の局面による半導体式ガス検知素子では、上記のように、基板上に配置され、被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段を設ける。これにより、ガス燃焼手段により易燃性ガスを燃焼除去することができるので、被検知ガスに対する易燃性ガスの濃度を低くすることができる。このため、被検知ガスの選択性を向上させることができる。また、検知電極とガス燃焼手段とが基板上に配置されるので、半導体製造プロセスにおいて、同一工程で検知電極とガス燃焼手段とを形成することができる。このため、製造工程を簡素化することができる。   In the semiconductor type gas detection element according to one aspect of the present invention, as described above, the gas combustion means is provided which burns and removes the flammable gas which is disposed on the substrate and has a combustion temperature lower than that of the gas to be detected. Thereby, since the flammable gas can be burned and removed by the gas combustion means, the concentration of the flammable gas with respect to the detected gas can be lowered. For this reason, the selectivity of the gas to be detected can be improved. Further, since the detection electrode and the gas combustion means are arranged on the substrate, the detection electrode and the gas combustion means can be formed in the same process in the semiconductor manufacturing process. For this reason, a manufacturing process can be simplified.

上記一の局面による半導体式ガス検知素子において、好ましくは、ガス燃焼手段は、感応部に覆われずに露出する露出部に少なくとも形成されている。このように構成すれば、ガス燃焼手段を露出させることができるので、ガス燃焼手段を易燃性ガスに接触させて確実に燃焼除去することができる。このため、被検知ガスの選択性を確実に向上させることができる。   In the semiconductor gas detection element according to the above aspect, the gas combustion means is preferably formed at least in an exposed portion that is exposed without being covered by the sensitive portion. If comprised in this way, since a gas combustion means can be exposed, a gas combustion means can be made to contact a flammable gas, and can be burned and removed reliably. For this reason, it is possible to reliably improve the selectivity of the gas to be detected.

この場合、好ましくは、ガス燃焼手段は、検知電極と一体的に形成されている。このように構成すれば、ガス燃焼手段と検知電極とを別体にする場合と比較して、部品点数を減らすることができるので、構造を簡素化することができる。   In this case, the gas combustion means is preferably formed integrally with the detection electrode. If comprised in this way, since a number of parts can be reduced compared with the case where a gas combustion means and a detection electrode are made into a different body, a structure can be simplified.

上記ガス燃焼手段が露出部に少なくとも形成されている構成において、好ましくは、ガス燃焼手段は、感応部を加熱するヒータ部を含み、露出部は、ヒータ部のうち感応部に覆われずに露出している部分を含む。このように構成すれば、ヒータ部が電流により加熱される構成である場合に、ヒータ部を加熱するためにヒータ部に流される電流を、ガス燃焼手段の加熱に利用することができる。   In the configuration in which the gas combustion means is formed at least in the exposed part, the gas combustion means preferably includes a heater part for heating the sensitive part, and the exposed part is exposed without being covered by the sensitive part in the heater part. The part which is doing. If comprised in this way, when a heater part is the structure heated with an electric current, the electric current sent through a heater part in order to heat a heater part can be utilized for the heating of a gas combustion means.

上記ガス燃焼手段が露出部に少なくとも形成されている構成において、好ましくは、検知電極は、基板上において蛇行形状を有し、露出部を含む検知電極パターンから形成され、感応部は、検知電極パターンの中央部を覆うように配置されている。このように構成すれば、検知電極を、基板上において蛇行させることにより、基板の面積を大きくすることなく検知電極の長さを大きく確保することができる。このため、半導体式ガス検知素子をより小型化することが可能となる。また、基板上で感応部が偏って配置される場合と比較して、感応部が検知電極パターンの中央部を覆うように配置されると、基板内の温度分布が偏るのを抑制することができる。このため、基板（半導体式ガス検知素子）の加熱に伴う劣化を抑制することができる。   In the configuration in which the gas combustion means is formed at least in the exposed portion, preferably, the detection electrode has a meandering shape on the substrate, is formed from a detection electrode pattern including the exposed portion, and the sensitive portion is the detection electrode pattern. It is arrange | positioned so that the center part of may be covered. If comprised in this way, the length of a detection electrode can be ensured large without enlarging the area of a board | substrate by meandering a detection electrode on a board | substrate. For this reason, it is possible to further reduce the size of the semiconductor gas detection element. In addition, when the sensitive part is arranged so as to cover the central part of the detection electrode pattern, the temperature distribution in the substrate is prevented from being biased compared to the case where the sensitive part is arranged unevenly on the substrate. it can. For this reason, the deterioration accompanying the heating of a board | substrate (semiconductor type gas detection element) can be suppressed.

本発明によれば、上記のように、被検知ガスの選択性を向上させることができる。   According to the present invention, the selectivity of the gas to be detected can be improved as described above.

本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した平面図である。It is the top view which showed the whole structure of the semiconductor type gas detection element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an overall configuration of a semiconductor gas detection element according to an embodiment of the present invention. 図１の５００−５００線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the 500-500 line | wire of FIG. 本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の被覆部および露出部について説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the coating | coated part and exposed part of the semiconductor type gas detection element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの回路図である。It is a circuit diagram of the gas sensor containing the semiconductor type gas detection element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の製造工程を（ａ）〜（ｅ）に順に示した図である。It is the figure which showed the manufacturing process of the semiconductor type gas detection element by one Embodiment of this invention in order to (a)-(e). 比較例による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した平面図である。It is the top view which showed the whole structure of the semiconductor type gas detection element by a comparative example. 比較例による半導体式ガス検知素子のガス濃度とセンサ出力との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the gas concentration of the semiconductor type gas detection element by a comparative example, and a sensor output. 本発明の実施例による半導体式ガス検知素子のガス濃度とセンサ出力との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the gas concentration of the semiconductor type gas detection element by the Example of this invention, and a sensor output. 本発明の変形例による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した平面図である。It is the top view which showed the whole structure of the semiconductor type gas detection element by the modification of this invention.

以下、本発明を具現化した実施形態を図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子１００の構成について説明する。   With reference to FIGS. 1-6, the structure of the semiconductor type gas detection element 100 by one Embodiment of this invention is demonstrated.

（半導体式ガス検知素子の構成）
図１に示すように、半導体式ガス検知素子１００は、基板１と、検知電極２と、感応部３と、を備えている。検知電極２と感応部３とは、基板１の一方面（後述するＡ１方向側の面）に接触している。また、半導体式ガス検知素子１００には、基板１上に配置されるリード線４が設けられている。 (Configuration of semiconductor gas detector)
As shown in FIG. 1, the semiconductor gas detection element 100 includes a substrate 1, a detection electrode 2, and a sensitive part 3. The detection electrode 2 and the sensitive portion 3 are in contact with one surface of the substrate 1 (surface on the A1 direction side described later). The semiconductor gas detection element 100 is provided with a lead wire 4 disposed on the substrate 1.

半導体式ガス検知素子１００は、超微細構造の電子部品の製造技術であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により形成されている。すなわち、半導体式ガス検知素子１００は、半導体製造プロセスなどに基づき形成される極めて小型の素子（ＭＥＭＳセンサ）である。半導体式ガス検知素子１００（基板１の後述する被支持部１１ａ）は、たとえば、一辺の大きさＬが約０．１ｍｍの矩形（略正方形）の平板形状を有している。   The semiconductor gas detection element 100 is formed by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technique that is a technique for manufacturing an ultra-fine electronic component. That is, the semiconductor gas detection element 100 is an extremely small element (MEMS sensor) formed based on a semiconductor manufacturing process or the like. The semiconductor gas detection element 100 (a supported portion 11a to be described later of the substrate 1) has, for example, a rectangular (substantially square) flat plate shape with a side L of about 0.1 mm.

半導体式ガス検知素子１００は、電源部（図示せず）に接続され、電源部から電流が供給されるように構成されている。たとえば、半導体式ガス検知素子１００は、電源部としての小型のリチウムイオン電池から１０秒毎に（１０秒周期で）０．１秒だけパルス電流が供給されるように構成されている。   The semiconductor gas detection element 100 is connected to a power supply unit (not shown) and is configured to be supplied with current from the power supply unit. For example, the semiconductor gas detection element 100 is configured such that a pulse current is supplied from a small-sized lithium ion battery as a power supply unit for 0.1 seconds every 10 seconds (in a cycle of 10 seconds).

半導体式ガス検知素子１００は、電圧計（図示せず）により検知電極２の両端２１間の電気抵抗が測定されることによって行われる被検知ガスの検知に利用される。なお、検知電極２の両端２１間の電気抵抗とは、検知電極２と感応部３との合成抵抗である。回路構成については後述する。   The semiconductor gas detection element 100 is used for detection of a gas to be detected, which is performed by measuring the electrical resistance between both ends 21 of the detection electrode 2 with a voltmeter (not shown). The electrical resistance between both ends 21 of the detection electrode 2 is a combined resistance of the detection electrode 2 and the sensitive part 3. The circuit configuration will be described later.

（基板の構成）
図１に示すように、基板１は、基板１の一方表面側に設けられる絶縁膜１１と、以下に説明するＡ２方向側から絶縁膜１１を接触状態で支持する支持基板部１２（図２参照）とを含んでいる。絶縁膜１１は、たとえば、二酸化ケイ素により形成されている。支持基板部１２は、たとえば、シリコン（ケイ素）を主成分とする材料により形成されている。 (Substrate structure)
As shown in FIG. 1, a substrate 1 includes an insulating film 11 provided on one surface side of the substrate 1 and a support substrate portion 12 that supports the insulating film 11 in contact with the A2 direction described below (see FIG. 2). ). The insulating film 11 is made of, for example, silicon dioxide. The support substrate portion 12 is made of, for example, a material whose main component is silicon (silicon).

絶縁膜１１は、検知電極２および感応部３が接触状態で一方表面側（以下に説明するＡ１方向側）に配置される被支持部１１ａと、被支持部１１ａを支持する支持部１１ｂとを含んでいる。   The insulating film 11 includes a supported portion 11a disposed on one surface side (A1 direction side described below) and a supporting portion 11b that supports the supported portion 11a while the detection electrode 2 and the sensitive portion 3 are in contact with each other. Contains.

ここで、以下の説明では、基板１の厚み方向をＡ方向とし、そのうちの基板１の絶縁膜１１側をＡ１方向とし、Ａ１方向の逆方向をＡ２方向とする。また、Ａ方向に直交し、基板１の被支持部１１ａの互いに対向する一対の一方端面１０ａが延びる方向をＢ方向とする。また、Ａ方向に直交し、基板１の被支持部１１ａの互いに対向する一対の他方端面１０ｂが延びる方向をＣ方向とする。すなわち、Ａ方向およびＢ方向に直交する方向をＣ方向とする。なお、Ｂ方向およびＣ方向は、基板１の表面に沿った方向である。   Here, in the following description, the thickness direction of the substrate 1 is the A direction, the insulating film 11 side of the substrate 1 is the A1 direction, and the opposite direction of the A1 direction is the A2 direction. Further, a direction in which a pair of one end faces 10a of the supported portion 11a of the substrate 1 which are orthogonal to the A direction extend is defined as a B direction. In addition, a direction in which a pair of the other end surfaces 10b of the supported portion 11a of the substrate 1 which are orthogonal to the A direction extends is defined as a C direction. That is, let the direction orthogonal to the A direction and the B direction be the C direction. The B direction and the C direction are directions along the surface of the substrate 1.

被支持部１１ａは、平面視において（Ａ方向から見て）、矩形形状を有している。図２に示すように、支持基板部１２には、Ａ方向において被支持部１１ａと重なる範囲、および、被支持部１１ａと重なる範囲を囲む所定範囲において、Ａ２方向に窪む凹部１２ａが設けられている。すなわち、被支持部１１ａと支持基板部１２とは、互いに空間を隔てて配置されており、互いに離間している。   The supported portion 11a has a rectangular shape in plan view (viewed from the direction A). As shown in FIG. 2, the support substrate portion 12 is provided with a recess 12a that is recessed in the A2 direction in a range that overlaps the supported portion 11a in the A direction and a predetermined range that surrounds the range that overlaps the supported portion 11a. ing. That is, the supported portion 11a and the support substrate portion 12 are arranged with a space therebetween and are separated from each other.

図１に示すように、支持部１１ｂは、複数（４個）設けられている。また、複数の支持部１１ｂは、それぞれの内側の一端が矩形形状の被支持部１１ａの互いに異なる隅部（角部）に接続されている。また、複数の支持部１１ｂは、それぞれの外側（被支持部１１ａに接続される側とは逆側）の一端が、支持基板部１２に固定されている。また、図２に示すように、上記の通り、凹部１２ａにより支持基板部１２と被支持部１１ａとが互いに離間しているため、被支持部１１ａは、支持部１１ｂにより浮いた状態で支持されている。また、図１に示すように、複数の支持部１１ｂは、被支持部１１ａと一体的に形成されている。また、複数の支持部１１ｂは、平面視において（Ａ方向から見て）、それぞれ、被支持部１１ａを中心とする同一方向（Ａ１方向側から見て反時計回り方向）に折れ曲がるＬ字形状を有している。   As shown in FIG. 1, the support part 11b is provided with two or more (four pieces). In addition, each of the plurality of support portions 11b has one inner end connected to different corners (corner portions) of the rectangular supported portion 11a. In addition, one end of each of the plurality of support portions 11b (on the side opposite to the side connected to the supported portion 11a) is fixed to the support substrate portion 12. Further, as shown in FIG. 2, as described above, since the support substrate portion 12 and the supported portion 11a are separated from each other by the recess 12a, the supported portion 11a is supported in a floating state by the support portion 11b. ing. Moreover, as shown in FIG. 1, the some support part 11b is integrally formed with the to-be-supported part 11a. Each of the plurality of support portions 11b has an L shape that is bent in the same direction (counterclockwise as viewed from the A1 direction side) centered on the supported portion 11a in plan view (viewed from the A direction). Have.

（リード線の構成）
図１に示すように、リード線４は、被支持部１１ａのＢ１方向側かつＣ１方向側の隅部（角部）に接続される支持部１１ｂ上のＡ１方向側に設けられている。また、リード線４は、被支持部１１ａのＢ２方向側かつＣ２方向側の隅部（角部）に接続される支持部１１ｂ上のＡ１方向側にも設けられている。すなわち、２つのリード線４は、被支持部１１ａの対角線方向に互いに向かい合う一対の支持部１１ｂ上にそれぞれ１つずつ設けられている。また、リード線４は、基板１の表面上に基板１（絶縁膜１１）に接触した状態で配置されている。 (Lead wire configuration)
As shown in FIG. 1, the lead wire 4 is provided on the A1 direction side on the support portion 11b connected to the corner portion (corner portion) on the B1 direction side and the C1 direction side of the supported portion 11a. The lead wire 4 is also provided on the A1 direction side on the support portion 11b connected to the corner portion (corner portion) on the B2 direction side and the C2 direction side of the supported portion 11a. That is, the two lead wires 4 are respectively provided on the pair of support portions 11b facing each other in the diagonal direction of the supported portion 11a. The lead wire 4 is disposed on the surface of the substrate 1 in contact with the substrate 1 (insulating film 11).

（検知電極の構成）
図１および図３に示す検知電極２の材質としては、たとえば、白金や金などを用いることが可能であるが、特にこれらに限定されるものではない。検知電極２は、感応部３に接触状態で基板１（絶縁膜１１）上のＡ１方向側に配置されている。また、検知電極２は、基板１の表面上に基板１（絶縁膜１１）に接触した状態で配置されている。また、検知電極２は、リード線４（図１参照）と一体的に形成されている。また、検知電極２は、リード線４よりも細く形成されており、リード線４よりも電気抵抗が大きくなるように構成されている。 (Configuration of detection electrode)
As a material of the detection electrode 2 shown in FIGS. 1 and 3, for example, platinum or gold can be used, but is not particularly limited thereto. The detection electrode 2 is disposed on the A1 direction side on the substrate 1 (insulating film 11) in contact with the sensitive portion 3. The detection electrode 2 is arranged on the surface of the substrate 1 in contact with the substrate 1 (insulating film 11). The detection electrode 2 is formed integrally with the lead wire 4 (see FIG. 1). Further, the detection electrode 2 is formed thinner than the lead wire 4 and is configured to have an electric resistance larger than that of the lead wire 4.

図１に示すように、検知電極２は、基板１上において蛇行形状を有する検知電極パターンＰから形成されている。   As shown in FIG. 1, the detection electrode 2 is formed of a detection electrode pattern P having a meandering shape on the substrate 1.

詳細には、検知電極２（検知電極パターンＰ）は、Ｂ方向を長手方向とする矩形の平板形状の複数の第１部分２２と、Ｃ方向を長手方向とする矩形の平板形状の複数の第２部分２３とを含み、複数の第１部分２２と複数の第２部分２３とを交互に接続することにより蛇行形状を形成している。また、複数の第１部分２２は、平面視で互いに略平行にＣ方向に隣り合って配置されている。また、図１では、一例として、検知電極２が、９個の第１部分２２を含んでいる。複数の第１部分２２は、Ｃ方向に略等間隔で並んでいる。また、複数の第１部分２２は、それぞれ、Ｂ方向に直線状に延びている。また、複数の第１部分２２は、それぞれ、基板１の被支持部１１ａのＢ１方向側端部近傍からＢ２方向側端部近傍まで延びている。   Specifically, the detection electrode 2 (detection electrode pattern P) includes a plurality of first portions 22 each having a rectangular flat plate shape whose longitudinal direction is the B direction and a plurality of first portions having a rectangular flat plate shape having the C direction as the longitudinal direction. The two portions 23 are included, and a plurality of first portions 22 and a plurality of second portions 23 are alternately connected to form a meandering shape. The plurality of first portions 22 are arranged adjacent to each other in the C direction so as to be substantially parallel to each other in plan view. In FIG. 1, the detection electrode 2 includes nine first portions 22 as an example. The plurality of first portions 22 are arranged at substantially equal intervals in the C direction. Further, each of the plurality of first portions 22 extends linearly in the B direction. Each of the plurality of first portions 22 extends from the vicinity of the end portion on the B1 direction side of the supported portion 11a of the substrate 1 to the vicinity of the end portion on the B2 direction side.

第２部分２３は、互いに隣り合う第１部分２２の端部同士を接続するように構成されている。複数の第２部分２３は、Ｃ方向において、それぞれ、第１部分２２の一方端部および他方端部を交互に接続している。また、第２部分２３の長手方向（Ｃ方向）の大きさＤ１は、第１部分２２の長手方向（Ｂ方向）の大きさＤ２よりも小さい。   The second portion 23 is configured to connect the ends of the first portions 22 adjacent to each other. The plurality of second portions 23 alternately connect one end and the other end of the first portion 22 in the C direction. Further, the size D1 of the second portion 23 in the longitudinal direction (C direction) is smaller than the size D2 of the first portion 22 in the longitudinal direction (B direction).

複数の第２部分２３と、Ｃ１方向端部およびＣ２方向端部の第１部分２２とは、基板１の被支持部１１ａの外縁に沿って配置されている。すなわち、検知電極２（検知電極パターンＰ）の外縁は、概して、基板１の被支持部１１ａの外縁と相似形状となるように形成されている。   The plurality of second portions 23 and the first portion 22 at the C1 direction end portion and the C2 direction end portion are disposed along the outer edge of the supported portion 11a of the substrate 1. That is, the outer edge of the detection electrode 2 (detection electrode pattern P) is generally formed to have a similar shape to the outer edge of the supported portion 11 a of the substrate 1.

図４に示すように、検知電極２は、感応部３に覆われる被覆部２４と、感応部３に覆われずに露出する露出部２５とを含んでいる。すなわち、検知電極２は、半導体式ガス検知素子１００が配置される領域の雰囲気ガス（被検知ガスおよび易燃性ガスを含む）に接触することのない被覆部２４と、雰囲気ガスに接触する露出部２５とを含んでいる。また、被覆部２４と露出部２５とは、検知電極２と一体的な構成である。つまり、被覆部２４および露出部２５は、いずれも検知電極２の一部である。露出部２５は、特許請求の範囲の「ガス燃焼手段」の一例である。   As shown in FIG. 4, the detection electrode 2 includes a covering part 24 covered with the sensitive part 3 and an exposed part 25 exposed without being covered with the sensitive part 3. That is, the detection electrode 2 is exposed to the ambient gas and the covering portion 24 that does not contact the atmospheric gas (including the gas to be detected and the flammable gas) in the region where the semiconductor gas detection element 100 is disposed. Part 25. Further, the covering portion 24 and the exposed portion 25 are configured integrally with the detection electrode 2. That is, the covering part 24 and the exposed part 25 are both part of the detection electrode 2. The exposed portion 25 is an example of the “gas combustion means” in the claims.

なお、図４では、便宜的に、被覆部２４と露出部２５とにそれぞれハッチングを付している。図４のハッチングは、断面を示すものではない。   In FIG. 4, for convenience, the covering portion 24 and the exposed portion 25 are hatched. The hatching in FIG. 4 does not show a cross section.

複数の第２部分２３（図１参照）は、いずれも露出部２５により構成されている。また、Ｃ１方向端部およびＣ２方向端部の第１部分２２（図１参照）は、いずれも露出部２５により構成されている。また、他の第１部分２２（Ｃ方向において内側に配置される第１部分２２）は、露出部２５と被覆部２４とから構成されている。詳細には、他の第１部分２２（Ｃ方向において内側に配置される第１部分２２）は、概して、Ｂ方向における内側部分が被覆部２４により構成され、Ｂ方向における外側部分（両端近傍）が露出部２５により構成されている。図４の例では、露出部２５が被覆部２４の周囲に配置されている。すなわち、露出部２５が、被覆部２４を全周にわたって取り囲んでいる。   Each of the plurality of second portions 23 (see FIG. 1) is configured by the exposed portion 25. Further, the first portion 22 (see FIG. 1) at the end portion in the C1 direction and the end portion in the C2 direction is configured by the exposed portion 25. The other first portion 22 (the first portion 22 disposed on the inner side in the C direction) includes an exposed portion 25 and a covering portion 24. Specifically, the other first portion 22 (the first portion 22 disposed on the inner side in the C direction) is generally configured by the covering portion 24 in the inner portion in the B direction, and the outer portion in the B direction (near both ends). Is constituted by the exposed portion 25. In the example of FIG. 4, the exposed portion 25 is disposed around the covering portion 24. That is, the exposed portion 25 surrounds the covering portion 24 over the entire circumference.

検知電極２は、露出部２５の総面積Ｓ１と被覆部２４の総面積Ｓ２との比が、約３：７となるように形成されている。すなわち、検知電極２は、表面（上面、つまりＡ１方向の端面）の約７０％が感応部３に覆われている。   The detection electrode 2 is formed so that the ratio of the total area S1 of the exposed portion 25 to the total area S2 of the covering portion 24 is about 3: 7. That is, about 70% of the surface (upper surface, that is, the end surface in the A1 direction) of the detection electrode 2 is covered with the sensitive portion 3.

検知電極２は、電源部（図示せず）からリード線４を介して電流が流されることにより、加熱されるように構成されている。具体的には、検知電極２は、被検知ガスよりも燃焼温度が低い易燃性ガスの燃焼温度以上で、かつ、被検知ガスの燃焼温度未満まで加熱されるように構成されている。   The detection electrode 2 is configured to be heated by a current flowing from a power supply unit (not shown) through the lead wire 4. Specifically, the detection electrode 2 is configured to be heated to a temperature equal to or higher than the combustion temperature of the flammable gas whose combustion temperature is lower than that of the detected gas and lower than the combustion temperature of the detected gas.

たとえば、被検知ガスがメタンの場合、燃焼温度は、少なくとも５００℃以上であり、易燃性ガスがアルコールや水素の場合、燃焼温度は、約３００℃である。このため、検知電極２は、たとえば、約４００℃に加熱されるように構成される。その結果、検知電極２は、雰囲気ガスに接触する露出部２５で、易燃性ガスにも接触することが可能であるため、露出部２５は、易燃性ガスを燃焼除去するように構成されている。また、検知電極２は、感応部３を加熱するヒータ部としても機能するように構成されている。つまり、検知電極２のうち露出部２５は、ヒータ部として機能するとともにガス燃焼手段として機能し、検知電極２のうち被覆部２４は、ヒータ部として機能するように構成されている。   For example, when the gas to be detected is methane, the combustion temperature is at least 500 ° C. or more, and when the flammable gas is alcohol or hydrogen, the combustion temperature is about 300 ° C. For this reason, the detection electrode 2 is configured to be heated to about 400 ° C., for example. As a result, since the detection electrode 2 can be in contact with the flammable gas at the exposed portion 25 in contact with the atmospheric gas, the exposed portion 25 is configured to burn and remove the flammable gas. ing. The detection electrode 2 is also configured to function as a heater unit that heats the sensitive unit 3. That is, the exposed portion 25 of the detection electrode 2 functions as a heater and a gas combustion means, and the covering portion 24 of the detection electrode 2 functions as a heater.

（感応部の構成）
図１に示す感応部３は、金属酸化物半導体により形成されている。金属酸化物半導体の材質としては、たとえば、酸化スズや、酸化インジウム、酸化亜鉛などを用いることが可能であるが、特にこれらに限定されるものではない。感応部３は、検知電極２（被覆部２４（図４参照））により加熱されることによって、感応部３に接触する雰囲気ガスに含まれる被検知ガスと反応して、抵抗値を変化させる特性を有している。半導体式ガス検知素子１００は、この感応部３の特性を利用して、被検知ガスを検知するように構成されている。 (Configuration of sensitive part)
The sensitive part 3 shown in FIG. 1 is formed of a metal oxide semiconductor. As a material of the metal oxide semiconductor, for example, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, or the like can be used, but is not particularly limited thereto. The sensitive portion 3 is heated by the detection electrode 2 (the covering portion 24 (see FIG. 4)), and thereby reacts with the detected gas contained in the atmospheric gas in contact with the sensitive portion 3 to change the resistance value. have. The semiconductor gas detection element 100 is configured to detect the gas to be detected using the characteristics of the sensitive portion 3.

感応部３は、検知電極パターンＰ（検知電極２）の中央部を覆うように配置されている。すなわち、感応部３（感応部３に覆われる検知電極２（被覆部２４））は、平面視で、露出部２５（図４参照）に周囲を囲まれている。また、感応部３は、概して、検知電極パターンＰ（検知電極２）と同様の矩形形状に形成されている。また、感応部３は、基板１の被支持部１１ａのＢ方向に延びる中心線α、および、基板１の被支持部１１ａのＣ方向に延びる中心線βに対して、それぞれ対称形状となるように形成されている。   The sensitive part 3 is arranged so as to cover the central part of the detection electrode pattern P (detection electrode 2). That is, the sensitive part 3 (the detection electrode 2 (covering part 24) covered with the sensitive part 3) is surrounded by the exposed part 25 (see FIG. 4) in plan view. The sensitive part 3 is generally formed in the same rectangular shape as the detection electrode pattern P (detection electrode 2). In addition, the sensitive portion 3 has a symmetrical shape with respect to the center line α extending in the B direction of the supported portion 11a of the substrate 1 and the center line β extending in the C direction of the supported portion 11a of the substrate 1. Is formed.

図３に示すように、感応部３は、検知電極２の中央部において、第１部分２２の上面（Ａ１側の面）に接触するとともに、隣接する第１部分２２の側面（上面に交差する面）間に入り込むように配置されている。   As shown in FIG. 3, the sensitive portion 3 is in contact with the upper surface (the surface on the A1 side) of the first portion 22 at the center portion of the detection electrode 2 and intersects the side surface (the upper surface) of the adjacent first portion 22. It is arranged so that it may go in between.

（半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの回路構成）
次に、図５を参照して、熱線型の半導体式ガス検知素子１００を含む半導体式ガスセンサＧの回路構成の例について説明する。なお、以下に示す半導体式ガス検知素子１００を含む半導体式ガスセンサＧの回路構成は、一例であり、以下に示す構成に限定されるものではない。 (Circuit configuration of gas sensor including semiconductor type gas detection element)
Next, an example of a circuit configuration of the semiconductor gas sensor G including the hot-wire semiconductor gas detection element 100 will be described with reference to FIG. The circuit configuration of the semiconductor gas sensor G including the semiconductor gas detection element 100 shown below is an example, and is not limited to the configuration shown below.

図５に示すように、検知電極２と感応部３との合成抵抗である熱線型半導体式ガス検知素子抵抗Ｒ（以下、素子抵抗Ｒとする）は、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３とともにブリッジ回路に組み込まれて半導体式ガスセンサＧを構成している。素子抵抗Ｒは、固定抵抗Ｒ３に直列接続されている。また、素子抵抗Ｒおよび固定抵抗Ｒ３の対辺には、直列接続された固定抵抗Ｒ１およびＲ２が設けられている。そして、電源Ｅによりブリッジ回路に電圧を印加する。この際、素子抵抗Ｒと固定抵抗Ｒ３との中点Ｐ１と、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との中点Ｐ２との電位差がセンサ出力Ｖとなる。   As shown in FIG. 5, a hot-wire semiconductor gas detection element resistance R (hereinafter referred to as element resistance R), which is a combined resistance of the detection electrode 2 and the sensitive portion 3, is a bridge circuit together with fixed resistances R1, R2, and R3. The semiconductor type gas sensor G is built in. The element resistance R is connected in series to the fixed resistance R3. In addition, fixed resistors R1 and R2 connected in series are provided on opposite sides of the element resistor R and the fixed resistor R3. Then, a voltage is applied to the bridge circuit by the power source E. At this time, the sensor output V is the potential difference between the midpoint P1 between the element resistance R and the fixed resistance R3 and the midpoint P2 between the fixed resistance R1 and the fixed resistance R2.

詳細には、素子抵抗Ｒと固定抵抗Ｒ３とが直列接続されることにより、素子抵抗Ｒの一端ｒ１と固定抵抗Ｒ３の一端ｒ３１とは、等電位になっている。また、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２とが直列接続されることにより、固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１とは、等電位になっている。   Specifically, the element resistance R and the fixed resistance R3 are connected in series, so that one end r1 of the element resistance R and one end r31 of the fixed resistance R3 are equipotential. Further, the fixed resistor R1 and the fixed resistor R2 are connected in series, so that one end r11 of the fixed resistor R1 and one end r21 of the fixed resistor R2 are equipotential.

また、素子抵抗Ｒの他端ｒ２と固定抵抗Ｒ１の他端ｒ１２とは、等電位になるように接続されている。また、素子抵抗Ｒの他端ｒ２と固定抵抗Ｒ１の他端ｒ１２との中点Ｐ３（素子抵抗Ｒの他端ｒ２と固定抵抗Ｒ１の他端ｒ１２とを接続する配線）は、電源Ｅの正極側に接続されている。   The other end r2 of the element resistor R and the other end r12 of the fixed resistor R1 are connected so as to be equipotential. The midpoint P3 between the other end r2 of the element resistor R and the other end r12 of the fixed resistor R1 (a wiring connecting the other end r2 of the element resistor R and the other end r12 of the fixed resistor R1) is a positive electrode of the power source E. Connected to the side.

また、固定抵抗Ｒ３の他端ｒ３２と固定抵抗Ｒ２の他端ｒ２２とは、等電位になるように接続されている。また、固定抵抗Ｒ３の他端ｒ３２と固定抵抗Ｒ２の他端ｒ２２との中点Ｐ４（固定抵抗Ｒ３の他端ｒ３２と固定抵抗Ｒ２の他端ｒ２２とを接続する配線）は、電源Ｅの負極側に接続されている。   The other end r32 of the fixed resistor R3 and the other end r22 of the fixed resistor R2 are connected so as to be equipotential. The midpoint P4 between the other end r32 of the fixed resistor R3 and the other end r22 of the fixed resistor R2 (a wiring connecting the other end r32 of the fixed resistor R3 and the other end r22 of the fixed resistor R2) is a negative electrode of the power source E. Connected to the side.

固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１との中点Ｐ２（固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１とを接続する配線）は、一端が電源Ｅの正極側に他端が電源Ｅの負極側に接続される抵抗Ｒ０に、接続されている。これにより、固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１との中点Ｐ２は、所定の基準電位となる（ゼロセットされる）。   The midpoint P2 (the wiring connecting the one end r11 of the fixed resistor R1 and the one end r21 of the fixed resistor R2) between the one end r11 of the fixed resistor R1 and the one end r21 of the fixed resistor R2 is one end on the positive electrode side of the power source E. Is connected to a resistor R0 connected to the negative side of the power supply E. Thereby, the midpoint P2 between the one end r11 of the fixed resistor R1 and the one end r21 of the fixed resistor R2 becomes a predetermined reference potential (set to zero).

ブリッジ回路には電源Ｅによって常時または間欠的に通電され、半導体式ガス検知素子１００は、検知の際に適した所定の温度となるように構成されている。また、半導体式ガス検知素子１００（感応部３（図１参照））は、被検知ガスが吸着すると抵抗値が変化する。このため、本実施形態に係る半導体式ガスセンサＧでは、半導体式ガス検知素子１００の素子抵抗Ｒの変化を偏差電圧をとして取り出し、これをセンサ出力Ｖとすることで被検知ガスのガス濃度を測定可能なように構成されている。   The bridge circuit is energized constantly or intermittently by a power source E, and the semiconductor gas detection element 100 is configured to have a predetermined temperature suitable for detection. Further, the resistance value of the semiconductor gas detection element 100 (the sensitive unit 3 (see FIG. 1)) changes when the gas to be detected is adsorbed. For this reason, in the semiconductor type gas sensor G according to the present embodiment, the change in the element resistance R of the semiconductor type gas detection element 100 is extracted as a deviation voltage, and this is used as the sensor output V to measure the gas concentration of the detected gas. It is configured as possible.

（半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの製造方法）
次に、図６（ａ）〜（ｅ）を参照して、ＭＥＭＳ技術による半導体式ガス検知素子１００の製造方法について説明する。図６（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、半導体式ガス検知素子１００の製造工程を示している。製造工程は、図６（ａ）〜（ｅ）の順で実施される。なお、以下に示す半導体式ガス検知素子１００の製造方法は、一例であり、本発明の半導体式ガス検知素子１００の製造方法は、以下に示す製造方法に限定されるものではない。 (Manufacturing method of gas sensor including semiconductor type gas detection element)
Next, with reference to FIG. 6 (a)-(e), the manufacturing method of the semiconductor type gas detection element 100 by MEMS technique is demonstrated. FIGS. 6A to 6E show the manufacturing process of the semiconductor gas detection element 100, respectively. A manufacturing process is implemented in order of Fig.6 (a)-(e). In addition, the manufacturing method of the semiconductor type gas detection element 100 shown below is an example, and the manufacturing method of the semiconductor type gas detection element 100 of this invention is not limited to the manufacturing method shown below.

はじめに、図６（ａ）に示すように、基板１の絶縁膜１１上に所定の厚みを有する白金の金属層Ｋを形成する。   First, as shown in FIG. 6A, a platinum metal layer K having a predetermined thickness is formed on the insulating film 11 of the substrate 1.

次に、図６（ｂ）に示すように、基板１上の所定位置にマスクＭを形成する。マスクＭは、平面視において（Ａ方向から見て）、基板１上に形成しようとする検知電極２（図４に示す被覆部２４および露出部２５）と重なる位置に、少なくとも形成される。   Next, as shown in FIG. 6B, a mask M is formed at a predetermined position on the substrate 1. The mask M is formed at least at a position overlapping the detection electrode 2 (the covering portion 24 and the exposed portion 25 shown in FIG. 4) to be formed on the substrate 1 in plan view (viewed from the direction A).

次に、図６（ｃ）に示すように、エッチングにより、平面視において（Ａ方向から見て）、マスクＭ間に位置する金属層Ｋを除去する。これにより、検知電極２（検知電極パターンＰ（図１参照））が基板１上に形成される。   Next, as shown in FIG. 6C, the metal layer K located between the masks M is removed by etching in plan view (viewed from the direction A). As a result, the detection electrode 2 (detection electrode pattern P (see FIG. 1)) is formed on the substrate 1.

次に、図６（ｄ）に示すように、基板１上のマスクＭが除去されて、検知電極２の上面（Ａ１方向の端面）が露出する。   Next, as shown in FIG. 6D, the mask M on the substrate 1 is removed, and the upper surface (end surface in the A1 direction) of the detection electrode 2 is exposed.

次に、図６（ｅ）に示すように、基板１および検知電極２上に、基板１の中央部の上方（基板１のＡ１方向側）から酸化スズを含む感応部３の材料溶液が滴下により塗布される。そして、酸化スズを含む感応部３の材料溶液が焼成され、感応部３が形成される。以上により半導体式ガス検知素子１００の製造が完了する。   Next, as shown in FIG. 6 (e), the material solution of the sensitive portion 3 containing tin oxide is dropped on the substrate 1 and the detection electrode 2 from above the central portion of the substrate 1 (A1 direction side of the substrate 1). Is applied. And the material solution of the sensitive part 3 containing a tin oxide is baked, and the sensitive part 3 is formed. Thus, the manufacture of the semiconductor gas detection element 100 is completed.

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。 (Effect of this embodiment)
In the present embodiment, the following effects can be obtained.

本実施形態では、上記のように、基板１上に配置され、被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段として露出部２５を設ける。これにより、ガス燃焼手段（露出部２５）により易燃性ガスを燃焼除去することができるので、被検知ガスに対する易燃性ガスの濃度を低くすることができる。このため、被検知ガスの選択性を向上させることができる。また、検知電極２とガス燃焼手段（露出部２５）とが基板１上に配置されるので、半導体製造プロセスにおいて、同一工程で検知電極２とガス燃焼手段（露出部２５）とを形成することができる。このため、製造工程を簡素化することができる。   In the present embodiment, as described above, the exposed portion 25 is provided as a gas combustion means that is disposed on the substrate 1 and burns and removes a flammable gas having a lower combustion temperature than the gas to be detected. Thereby, since the combustible gas can be burned and removed by the gas combustion means (exposed portion 25), the concentration of the combustible gas with respect to the detected gas can be lowered. For this reason, the selectivity of the gas to be detected can be improved. Further, since the detection electrode 2 and the gas combustion means (exposed portion 25) are disposed on the substrate 1, the detection electrode 2 and the gas combustion means (exposed portion 25) are formed in the same process in the semiconductor manufacturing process. Can do. For this reason, a manufacturing process can be simplified.

また、本実施形態では、上記のように、ガス燃焼手段を、感応部３に覆われずに露出する露出部２５に形成する。これにより、ガス燃焼手段を露出させることができるので、ガス燃焼手段を易燃性ガスに接触させて確実に燃焼除去することができる。このため、被検知ガスの選択性を確実に向上させることができる。   In the present embodiment, as described above, the gas combustion means is formed in the exposed portion 25 that is exposed without being covered by the sensitive portion 3. Thereby, since the gas combustion means can be exposed, the gas combustion means can be brought into contact with the flammable gas and reliably removed by combustion. For this reason, it is possible to reliably improve the selectivity of the gas to be detected.

また、本実施形態では、上記のように、ガス燃焼手段（露出部２５）を、検知電極２と一体的に形成する。これにより、ガス燃焼手段と検知電極２とを別体にする場合と比較して、部品点数を減らすることができるので、構造を簡素化することができる。   In the present embodiment, as described above, the gas combustion means (exposed portion 25) is formed integrally with the detection electrode 2. Thereby, compared with the case where a gas combustion means and the detection electrode 2 are made into a different body, since a number of parts can be reduced, a structure can be simplified.

また、本実施形態では、上記のように、ガス燃焼手段に、感応部３を加熱するヒータ部を設け、露出部２５に、ヒータ部のうち感応部３に覆われずに露出している部分を設ける。これにより、ヒータ部が電流により加熱される構成である場合に、ヒータ部を加熱するためにヒータ部に流される電流を、ガス燃焼手段の加熱にも利用することができる。   In the present embodiment, as described above, the gas combustion means is provided with the heater portion for heating the sensitive portion 3, and the exposed portion 25 is exposed in the heater portion without being covered by the sensitive portion 3. Is provided. Thereby, when the heater unit is heated by an electric current, the current that flows through the heater unit to heat the heater unit can also be used for heating the gas combustion means.

また、本実施形態では、上記のように、検知電極２を、基板１上において蛇行形状を有し、露出部２５を含む検知電極パターンＰから形成し、感応部３を、検知電極パターンＰの中央部を覆うように配置する。これにより、検知電極２を、基板１の面積を大きくすることなく蛇行させることにより、基板１上において検知電極２の長さを大きく確保することができる。このため、半導体式ガス検知素子１００をより小型化することが可能となる。また、基板１上で感応部３が偏って配置される場合と比較して、感応部３が検知電極パターンＰの中央部を覆うように配置されると、基板１内の温度分布が偏るのを抑制することができる。このため、基板１（半導体式ガス検知素子１００）の加熱に伴う劣化を抑制することができる。   In the present embodiment, as described above, the detection electrode 2 is formed from the detection electrode pattern P having a meandering shape on the substrate 1 and including the exposed portion 25, and the sensitive portion 3 is formed of the detection electrode pattern P. Arrange to cover the center. Thereby, the length of the detection electrode 2 can be secured on the substrate 1 by meandering the detection electrode 2 without increasing the area of the substrate 1. For this reason, it is possible to further reduce the size of the semiconductor gas detection element 100. Further, when the sensitive part 3 is arranged so as to cover the central part of the detection electrode pattern P, the temperature distribution in the substrate 1 is biased compared to the case where the sensitive part 3 is arranged in a biased manner on the substrate 1. Can be suppressed. For this reason, the deterioration accompanying the heating of the board | substrate 1 (semiconductor type gas detection element 100) can be suppressed.

（実施例）
次に、図１および図７〜図９を参照して、本発明の実施例および比較例について説明する。 (Example)
Next, with reference to FIG. 1 and FIGS. 7-9, the Example and comparative example of this invention are described.

実施例では、図１に示す検知電極２を白金により作製するとともに、感応部３を酸化スズにより作製した。   In the example, the sensing electrode 2 shown in FIG. 1 was made of platinum, and the sensitive part 3 was made of tin oxide.

図７に示すように、比較例として、実施例と同一材料の検知電極２０２および実施例と同一材料の感応部２０３を備える半導体式ガス検知素子２００を作製した。感応部２０３は、実施例とは異なり、検知電極２０２の全体を覆っている。すなわち、比較例の半導体式ガス検知素子２００は、露出部（検知電極２０２が露出する部分）を備えておらず、検知電極２０２が雰囲気ガス（被検知ガスおよび易燃性ガスを含む）に接触しないように構成されている。   As shown in FIG. 7, as a comparative example, a semiconductor gas detection element 200 including a detection electrode 202 made of the same material as that of the example and a sensitive part 203 made of the same material as that of the example was manufactured. Unlike the embodiment, the sensitive unit 203 covers the entire detection electrode 202. That is, the semiconductor gas detection element 200 of the comparative example does not include an exposed portion (a portion where the detection electrode 202 is exposed), and the detection electrode 202 contacts the atmospheric gas (including the detected gas and the flammable gas). It is configured not to.

（実施例・比較例の測定結果および評価）
実施例の半導体式ガス検知素子１００、および、比較例の半導体式ガス検知素子２００を、それぞれ、密閉された測定槽（図示せず）内に配置して、測定槽内にメタン、水素およびエタノールをそれぞれ互いに等しい量（ガス濃度）だけ封入して、センサ出力（ｍＶ）を電圧計（図示せず）により測定した。 (Measurement results and evaluation of examples and comparative examples)
The semiconductor gas detection element 100 of the example and the semiconductor gas detection element 200 of the comparative example are respectively disposed in a sealed measurement tank (not shown), and methane, hydrogen, and ethanol are placed in the measurement tank. Were sealed in the same amount (gas concentration), and the sensor output (mV) was measured with a voltmeter (not shown).

測定は、メタン、水素およびエタノールのそれぞれのガス濃度を５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍおよび１００００ｐｐｍとする条件で行った。すなわち、メタンのガス濃度が５００（１０００、３０００、５０００、１００００）ｐｐｍ、水素のガス濃度が５００（１０００、３０００、５０００、１００００）ｐｐｍ、および、エタノールのガス濃度が５００（１０００、３０００、５０００、１００００）ｐｐｍとなるガスについて、センサ出力（ｍＶ）を測定した。   The measurement was performed under the conditions where the gas concentrations of methane, hydrogen and ethanol were 500 ppm, 1000 ppm, 3000 ppm, 5000 ppm and 10000 ppm, respectively. That is, the gas concentration of methane is 500 (1000, 3000, 5000, 10000) ppm, the gas concentration of hydrogen is 500 (1000, 3000, 5000, 10000) ppm, and the gas concentration of ethanol is 500 (1000, 3000, 5000). The sensor output (mV) was measured for a gas having a concentration of 10,000) ppm.

＜比較例のメタン、水素、エタノールの測定結果＞
図８に示すように、比較例では、ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が４０〜８０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が８０〜１２０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が１２０〜１６０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が１４０〜１８０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が１６０〜２００ｍＶの範囲に収まる結果となった。すなわち、いずれのガス濃度においても、メタン、水素およびエタノールは、互いに比較的近いセンサ出力を示すことが分かった。また、いずれのガス濃度においてもメタンが最も小さなセンサ出力を示すことが分かった。 <Measurement results of methane, hydrogen and ethanol in comparative example>
As shown in FIG. 8, in the comparative example, when the gas concentration is 500 ppm, each sensor output of methane, hydrogen, and ethanol is within the range of 40 to 80 mV, and when the gas concentration is 1000 ppm, each of methane, hydrogen, and ethanol When the sensor output is in the range of 80 to 120 mV and the gas concentration is 3000 ppm, each sensor output of methane, hydrogen, and ethanol is in the range of 120 to 160 mV, and when the gas concentration is 5000 ppm, each of methane, hydrogen, and ethanol When the sensor output was in the range of 140 to 180 mV and the gas concentration was 10,000 ppm, the sensor outputs of methane, hydrogen, and ethanol were in the range of 160 to 200 mV. That is, it was found that methane, hydrogen and ethanol show sensor outputs relatively close to each other at any gas concentration. In addition, methane showed the smallest sensor output at any gas concentration.

＜実施例のメタンの測定結果＞
図９に示すように、実施例では、ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約３５ｍＶを示し、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約５５ｍＶを示し、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約１０５ｍＶを示し、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約１２５ｍＶを示し、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約１５０ｍＶを示す結果となった。 <Measurement results of methane in Examples>
As shown in FIG. 9, in the example, when the gas concentration is 500 ppm, the sensor output of methane shows about 35 mV, and when the gas concentration is 1000 ppm, the sensor output of methane shows about 55 mV, and the gas concentration is 3000 ppm. In this case, when the sensor output of methane is about 105 mV, the gas concentration is 5000 ppm, the sensor output of methane is about 125 mV, and when the gas concentration is 10,000 ppm, the sensor output of methane is about 150 mV.

＜実施例の水素の測定結果＞
ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約１５ｍＶを示し、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約２５ｍＶを示し、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約４０ｍＶを示し、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約５０ｍＶを示し、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約６５ｍＶを示す結果となった。 <Measurement results of hydrogen in Examples>
When the gas concentration is 500 ppm, the hydrogen sensor output shows about 15 mV. When the gas concentration is 1000 ppm, the hydrogen sensor output shows about 25 mV. When the gas concentration is 3000 ppm, the hydrogen sensor output shows about 40 mV. When the gas concentration was 5000 ppm, the hydrogen sensor output showed about 50 mV, and when the gas concentration was 10,000 ppm, the hydrogen sensor output showed about 65 mV.

＜実施例のエタノールの測定結果＞
また、ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約１０ｍＶを示し、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約１５ｍＶを示し、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約３０ｍＶを示し、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約３５ｍＶを示し、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約４５ｍＶを示す結果となった。 <Measurement results of ethanol in Examples>
When the gas concentration is 500 ppm, the ethanol sensor output is about 10 mV. When the gas concentration is 1000 ppm, the ethanol sensor output is about 15 mV. When the gas concentration is 3000 ppm, the ethanol sensor output is about 30 mV. When the gas concentration was 5000 ppm, the ethanol sensor output was about 35 mV, and when the gas concentration was 10,000 ppm, the ethanol sensor output was about 45 mV.

＜評価＞
実施例では、いずれのガス濃度においてもメタンのセンサ出力が水素およびエタノールのセンサ出力よりも大幅に大きくなる（２倍以上になる）ことが分かった。すなわち、測定槽内の易燃性ガス（妨害ガス）がガス封入時よりも少なくなり、メタンが選択的に検知されていることが分かった。また、比較例とは逆に、いずれのガス濃度においてもメタンが最も大きなセンサ出力を示すことが分かった。 <Evaluation>
In the example, it was found that the sensor output of methane is significantly larger (more than doubled) than the sensor outputs of hydrogen and ethanol at any gas concentration. That is, it was found that the flammable gas (interfering gas) in the measurement tank was smaller than that at the time of gas filling, and methane was selectively detected. In contrast to the comparative example, it was found that methane showed the largest sensor output at any gas concentration.

（変形例）
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。 (Modification)
The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments and examples but by the scope of claims for patent, and includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記実施形態では、感応部を概して矩形形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１０に示す変形例の半導体式ガス検知素子３００のように、検知電極２が露出しているのであれば、感応部３０３を楕円形状などの矩形形状以外の形状に形成してもよい。   For example, in the above-described embodiment, an example in which the sensitive portion is formed in a generally rectangular shape has been described, but the present invention is not limited to this. In the present invention, if the detection electrode 2 is exposed like the semiconductor gas detection element 300 of the modification shown in FIG. 10, the sensitive portion 303 is formed in a shape other than a rectangular shape such as an elliptical shape. Also good.

また、上記実施形態では、感応部を、基板の被支持部の中心線に対して対称形状となるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、感応部を、基板の被支持部の中心線に対して一方側に偏った非対称形状となるように形成してもよい。   In the above embodiment, the example in which the sensitive part is formed so as to have a symmetrical shape with respect to the center line of the supported part of the substrate is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the sensitive portion may be formed so as to have an asymmetric shape that is biased to one side with respect to the center line of the supported portion of the substrate.

また、上記実施形態では、感応部は検知電極の一部を覆うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検知電極間に感応部を配置するように構成（検知電極を覆わないように構成）してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the sensitive part showed the example comprised so that a part of detection electrode might be covered, this invention is not limited to this. In this invention, you may comprise (it is comprised so that a detection electrode may not be covered) so that a sensitive part may be arrange | positioned between detection electrodes.

また、上記実施形態では、半導体式ガス検知素子によりメタンを被検知ガスとして検知した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、プロパンやブタンなどのメタン以外のガスを被検知ガスとして検知してもよい。この際、易燃性ガスは、プロパンやブタンよりも燃焼温度が低いガスとなる。   Moreover, in the said embodiment, although the example which detected methane as a to-be-detected gas by the semiconductor type gas detection element was shown, this invention is not limited to this. In the present invention, for example, a gas other than methane such as propane or butane may be detected as the gas to be detected. At this time, the flammable gas is a gas having a combustion temperature lower than that of propane or butane.

また、上記実施形態では、感応部を、検知電極の表面（上面）の約７０％を覆うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、被検知ガスを適切に検知可能であるならば、感応部を、検知電極の表面の７０％よりも大きな範囲、または、７０％よりも小さな範囲（０％を含む）を覆うように構成してもよい。ただし、感応部を、検知電極の表面の約５０％〜９０％を覆うように構成するのが好ましい。   In the above embodiment, an example is shown in which the sensitive part is configured to cover about 70% of the surface (upper surface) of the detection electrode, but the present invention is not limited to this. In the present invention, if the gas to be detected can be appropriately detected, the sensitive part is covered with a range larger than 70% of the surface of the detection electrode or a range smaller than 70% (including 0%). You may comprise. However, the sensitive part is preferably configured to cover about 50% to 90% of the surface of the detection electrode.

また、上記実施形態では、検出パターンを蛇行形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、検出パターンを櫛歯形状などの蛇行形状以外の形状に形成してもよい。   Moreover, although the example which formed the detection pattern in the meandering shape was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, for example, the detection pattern may be formed in a shape other than a meandering shape such as a comb tooth shape.

また、上記実施形態では、基板の被支持部を矩形形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、基板の被支持部を円形形状などの矩形形状以外の形状に形成してもよい。   Moreover, although the example which formed the to-be-supported part of the board | substrate in the rectangular shape was shown in the said embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, for example, the supported portion of the substrate may be formed in a shape other than a rectangular shape such as a circular shape.

また、上記実施形態では、感応部を基板の被支持部の中央部に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、感応部を環状に形成して、基板の被支持部の中央部を囲むように配置してもよい。   In the above embodiment, the example in which the sensitive part is arranged at the center of the supported part of the substrate is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, for example, the sensitive part may be formed in an annular shape so as to surround the central part of the supported part of the substrate.

また、上記実施形態では、半導体式ガス検知素子を２端子式の構成（１つの検知電極に対してリード線を２つ設ける構成）とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、半導体式ガス検知素子を４端子式の構成（２つの検知電極に対してそれぞれリード線を２つ設ける構成）などとしてもよい。   In the above embodiment, the semiconductor gas detection element has a two-terminal configuration (a configuration in which two lead wires are provided for one detection electrode), but the present invention is not limited to this. . In the present invention, for example, the semiconductor gas detection element may have a four-terminal configuration (a configuration in which two lead wires are provided for two detection electrodes).

また、上記実施形態では、検知電極と、感応部を加熱するヒータ部とを一体的な構成（同一構成）とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検知電極と、感応部を加熱するヒータ部とを別々の構成としてもよい。この場合、ヒータ部をガス燃焼手段として用いる。   In the above-described embodiment, an example in which the detection electrode and the heater unit that heats the sensitive unit are integrated (same configuration) is shown, but the present invention is not limited to this. In the present invention, the detection electrode and the heater unit for heating the sensitive unit may be configured separately. In this case, the heater part is used as a gas combustion means.

また、上記実施形態では、検知電極（露出部）により、易燃性ガスを燃焼除去するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ガス燃焼手段として、検知電極とは別の構成を設けて、易燃性ガスを燃焼除去してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the example comprised so that a combustible gas was burned and removed by the detection electrode (exposed part) was shown, this invention is not limited to this. In the present invention, as the gas combustion means, a configuration different from the detection electrode may be provided to burn and remove the flammable gas.

１ 基板
２ 検知電極
３、３０３ 感応部
２４ 被覆部
２５ 露出部（ガス燃焼手段）
１００、３００ 半導体式ガス検知素子
Ｐ 検知電極パターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Detection electrode 3,303 Sensing part 24 Covering part 25 Exposed part (gas combustion means)
100, 300 Semiconductor type gas detection element P Detection electrode pattern

Claims (5)

基板と、
前記基板上に配置される被検知ガスの検知電極と、
前記検知電極に接触状態で前記基板上に配置され、前記被検知ガスに接触する感応部と、
前記基板上に配置され、前記被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段と、を備える、半導体式ガス検知素子。 A substrate,
A detection electrode of a gas to be detected disposed on the substrate;
A sensitive portion disposed on the substrate in contact with the detection electrode and in contact with the gas to be detected;
A semiconductor type gas detection element, comprising: a gas combustion means disposed on the substrate and configured to burn and remove a flammable gas having a combustion temperature lower than that of the gas to be detected. 前記ガス燃焼手段は、前記感応部に覆われずに露出する露出部に少なくとも形成されている、請求項１に記載の半導体式ガス検知素子。   The semiconductor gas detection element according to claim 1, wherein the gas combustion means is formed at least in an exposed portion that is exposed without being covered by the sensitive portion. 前記ガス燃焼手段は、前記検知電極と一体的に形成されている、請求項２に記載の半導体式ガス検知素子。   The semiconductor gas detection element according to claim 2, wherein the gas combustion means is formed integrally with the detection electrode. 前記ガス燃焼手段は、前記感応部を加熱するヒータ部を含み、
前記露出部は、前記ヒータ部のうち前記感応部に覆われずに露出している部分を含む、請求項２または３に記載の半導体式ガス検知素子。 The gas combustion means includes a heater part for heating the sensitive part,
The semiconductor-type gas detection element according to claim 2, wherein the exposed portion includes a portion of the heater portion that is exposed without being covered by the sensitive portion. 前記検知電極は、前記基板上において蛇行形状を有し、前記露出部を含む検知電極パターンから形成され、
前記感応部は、前記検知電極パターンの中央部を覆うように配置されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の半導体式ガス検知素子。 The detection electrode has a meandering shape on the substrate, and is formed from a detection electrode pattern including the exposed portion,
5. The semiconductor type gas detection element according to claim 2, wherein the sensitive portion is disposed so as to cover a central portion of the detection electrode pattern.
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JP2020165892A (en) * 2019-03-29 2020-10-08 新コスモス電機株式会社 Mems-type semiconductor gas sensing element

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020165894A (en) * 2019-03-29 2020-10-08 新コスモス電機株式会社 Mems-type semiconductor gas sensing element
WO2020203100A1 (en) * 2019-03-29 2020-10-08 新コスモス電機株式会社 Mems-type semiconductor gas detection element
JP2020165896A (en) * 2019-03-29 2020-10-08 新コスモス電機株式会社 Mems-type semiconductor gas sensing element
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