JP2023091325A

JP2023091325A - gas sensor

Info

Publication number: JP2023091325A
Application number: JP2021206009A
Authority: JP
Inventors: 圭田邊; Kei Tanabe
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-06-30

Abstract

To provide a gas sensor that can reduce a measurement error associated with heat deformation of a device.SOLUTION: A gas sensor has a substrate that has a cavity part, and a detection unit that is supported by two or more beam parts extending from the substrate above the cavity part. The detection unit has a laminated structure including a heater, a sensitive membrane, and a pair of counter electrodes in contact with the sensitive membrane. The pair of counter electrodes extend along a direction orthogonal to the lamination direction, and face each other at a predetermined interval in an in-plane direction of the sensitive membrane. The maximum width Wy0 of the detection unit in the extension direction of the counter electrodes is larger than the maximum width Wx0 of the detection unit in the facing direction of the counter electrodes.SELECTED DRAWING: Figure 1B

Description

本発明は、エアブリッジ構造を有するガスセンサに関する。 The present invention relates to a gas sensor having an air bridge structure.

メンブレン状の検知部を基板の空洞部上方に保持させた、エアブリッジ構造を有するガスセンサが知られている。当該ガスセンサでは、ヒータ抵抗により検知部を動作動温度まで加熱して、雰囲気中に存在する対象ガスの濃度を測定する。当該測定に際して、加熱によりメンブレン状の検知部が変形すると、素子変形に伴い、電極間距離（一対の対向電極の間隔）が変動し、測定誤差が生じてしまう。そのため、熱応力による電極間距離の変動を抑制する必要がある。 2. Description of the Related Art A gas sensor having an air-bridge structure is known, in which a membrane-shaped detection part is held above a hollow part of a substrate. In this gas sensor, the heater resistance heats the detection part to the operating dynamic temperature to measure the concentration of the target gas present in the atmosphere. In the measurement, if the membrane-shaped detection part is deformed by heating, the distance between the electrodes (the distance between the pair of opposing electrodes) will change due to the deformation of the element, resulting in a measurement error. Therefore, it is necessary to suppress variation in the inter-electrode distance due to thermal stress.

たとえば、特許文献１は、検知部の内部応力を制御することで、検知部の反りを抑制することを開示している。具体的に、特許文献１では、圧縮応力を有する酸化シリコン膜と、引っ張り応力を有する窒化シリコン膜とを検知部に積層することで、検知部の内部応力を相殺している。ただし、特許文献１の技術では、製造誤差により内部応力のバランスが崩れやすく、十分な変形抑制効果が得られない場合がある。また、膜厚などの寸法、積層膜の材質、電極パターンなどの検知部の設計を変更すると、内部応力のバランスも変化するため、設計変更が困難という問題もある。 For example, Patent Literature 1 discloses suppressing warpage of the detection section by controlling the internal stress of the detection section. Specifically, in Patent Literature 1, a silicon oxide film having compressive stress and a silicon nitride film having tensile stress are stacked on the sensing portion to offset the internal stress of the sensing portion. However, with the technique disclosed in Patent Document 1, the balance of internal stress tends to be lost due to manufacturing errors, and there are cases where a sufficient deformation suppressing effect cannot be obtained. In addition, if the design of the detection unit, such as the film thickness, the material of the laminated film, and the electrode pattern, is changed, the balance of the internal stress will also change, making it difficult to change the design.

また、特許文献２は、検知部の表裏面を貫通する孔やスリットを形成することで、検知部の変形を抑制することを開示している。ただし、特許文献２の技術では、孔やスリットを避けてヒータ抵抗や電極パターンを積層する必要があり、素子設計の自由度が低いという問題がある。 Further, Patent Literature 2 discloses that deformation of the detection section is suppressed by forming holes or slits penetrating the front and back surfaces of the detection section. However, in the technique of Patent Document 2, it is necessary to stack heater resistors and electrode patterns while avoiding holes and slits, and there is a problem that the degree of freedom in element design is low.

特開平８－２６４８４４号公報JP-A-8-264844 特許第３３７４４９８号Patent No. 3374498

本発明は、上記の実情を鑑みてなされ、その目的は、素子の熱変形に伴う測定誤差を低減できるガスセンサを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas sensor capable of reducing measurement errors due to thermal deformation of the element.

上記の目的を達成するために、本発明に係るガスセンサは、
空洞部を有する基板と、前記空洞部の上方において前記基板から延在する２以上の梁部によって支持された検知部と、を有し、
前記検知部が、ヒータと、感応膜と、前記感応膜と接する一対の対向電極と、を含む積層構造を有しており、
一対の前記対向電極は、それぞれ、積層方向と直交する方向に沿って延在し、前記感応膜の面内方向において所定の間隔で互いに対向しており、
前記対向電極の延在方向における前記検知部の最大幅Ｗｙ０が、前記対向電極の対向方向における前記検知部の最大幅Ｗｘ０よりも広い。 In order to achieve the above object, the gas sensor according to the present invention comprises:
a substrate having a cavity; and a detection unit supported by two or more beams extending from the substrate above the cavity,
The detection unit has a laminated structure including a heater, a sensitive film, and a pair of counter electrodes in contact with the sensitive film,
the pair of counter electrodes each extend along a direction perpendicular to the stacking direction and face each other at a predetermined interval in the in-plane direction of the sensitive film;
A maximum width Wy0 of the detection portion in the extending direction of the counter electrode is wider than a maximum width Wx0 of the detection portion in the facing direction of the counter electrode.

上記の特徴を有するガスセンサでは、ヒータの加熱により検知部が変形したとしても、電極間距離（一対の対向電極の間隔）の変動を抑制することができる。その結果、素子変形に伴う測定誤差を低減することができる。 In the gas sensor having the characteristics described above, even if the detection section is deformed by heating by the heater, it is possible to suppress variation in the distance between the electrodes (the distance between the pair of opposing electrodes). As a result, measurement errors due to element deformation can be reduced.

好ましくは、前記検知部が、前記対向電極の対向方向における前記検知部の幅が部分的に狭まっている幅狭部、を有する。検知部が幅狭部を有することで、検知部の変形を緩和することができ、電極間距離の変動をより効果的に抑制することができる。 Preferably, the detection section has a narrow width portion in which the width of the detection section in the facing direction of the counter electrode is partially narrowed. Since the detection section has the narrow width portion, deformation of the detection section can be alleviated, and variation in the inter-electrode distance can be suppressed more effectively.

また、検知部が幅狭部を有する場合、前記幅狭部は、前記延在方向における前記検知部の中央に位置することが好ましい。検知部の加熱により生じる応力は、検知部の中央に集中し易いため、幅狭部を検知部の長手方向の中央に形成することで、電極間距離の変動をさらに効果的に抑制することができる。 Moreover, when the detection section has a narrow portion, the narrow portion is preferably positioned at the center of the detection section in the extending direction. Since the stress generated by the heating of the detection section tends to concentrate at the center of the detection section, forming the narrow portion in the center of the detection section in the longitudinal direction can further effectively suppress the variation in the inter-electrode distance. can.

好ましくは、前記検知部が、前記検知部の長手方向に沿う縁辺の一部において、切り欠き部を有する。検知部が切り欠き部を有することで、検知部の変形を緩和することができ、電極間距離の変動をより効果的に抑制することができる。また、検知部が切り欠き部を有する場合、前記切り欠き部が、前記縁辺の中央に位置することが好ましい。検知部の加熱により生じる応力は、検知部における縁辺の中央に集中し易いため、切り欠き部を長手方向に沿う縁辺の中央に形成することで、電極間距離の変動をさらに効果的に抑制することができる。 Preferably, the detection section has a notch in a part of the edge along the longitudinal direction of the detection section. Deformation of the detection section can be reduced by providing the detection section with the notch, and fluctuations in the inter-electrode distance can be suppressed more effectively. Moreover, when the detection part has a notch, it is preferable that the notch is positioned at the center of the edge. Since the stress generated by heating the detection part tends to concentrate at the center of the edge of the detection part, by forming the notch at the center of the edge along the longitudinal direction, the variation in the distance between the electrodes can be further effectively suppressed. be able to.

本発明に係るガスセンサは、熱伝導式、接触燃焼式、半導体式、もしくは、固体電解質式のガスセンサとして利用することができる。ガスセンサの駆動方式として、熱伝導式もしくは接触燃焼式を採用する場合には、前記感応膜は、サーミスタ膜であることが好ましい。 The gas sensor according to the present invention can be used as a thermal conduction type, catalytic combustion type, semiconductor type, or solid electrolyte type gas sensor. When the gas sensor is driven by heat conduction or catalytic combustion, the sensitive film is preferably a thermistor film.

図１Ａは、本発明の一実施形態に係るガスセンサ１ａを示す分解斜視図である。FIG. 1A is an exploded perspective view showing a gas sensor 1a according to one embodiment of the present invention. 図１Ｂは、図１Ａに示すガスセンサ１ａの平面図である。FIG. 1B is a plan view of the gas sensor 1a shown in FIG. 1A. 図１Ｃは、図１ＢのIC－IC線に沿う断面図である。FIG. 1C is a cross-sectional view along the IC--IC line in FIG. 1B. 図１Ｄは、図１ＢのID－ID線に沿う断面図である。FIG. 1D is a cross-sectional view along the ID-ID line of FIG. 1B. 図２は、従来のガスセンサ１ｂを示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a conventional gas sensor 1b. 図３は、本発明の他の実施形態に係るガスセンサ１ｃを示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a gas sensor 1c according to another embodiment of the invention. 図４Ａは、本発明のガスセンサの変形例を示す平面図である。FIG. 4A is a plan view showing a modified example of the gas sensor of the present invention. 図４Ｂは、図４ＡのIVB－IVB線に沿う断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view along line IVB-IVB of FIG. 4A.

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

第１実施形態
第１実施形態では、本発明に係るガスセンサの一例として、図１Ａ～図１Ｄに示す熱伝導式のガスセンサ１ａについて説明する。 First Embodiment In a first embodiment, a heat conduction type gas sensor 1a shown in FIGS. 1A to 1D will be described as an example of a gas sensor according to the present invention.

図１Ａに示すように、ガスセンサ１ａは、基板５０と、基板５０の上に形成してある膜積層部１０とを有する。ガスセンサ１ａの基板５０は、基板５０の表裏面を貫通する空洞部５５を有しており、中空四角柱状の全体形状を有する。なお、基板５０は、後述するエアブリッジ構造を形成し得る構造を有していればよく、基板５０の形状および寸法は、図１Ａに示す様態に限定されない。 As shown in FIG. 1A, the gas sensor 1a has a substrate 50 and a film lamination portion 10 formed on the substrate 50. As shown in FIG. The substrate 50 of the gas sensor 1a has a hollow portion 55 penetrating through the front and rear surfaces of the substrate 50, and has an overall shape of a hollow quadrangular prism. The substrate 50 only needs to have a structure capable of forming an air bridge structure, which will be described later, and the shape and dimensions of the substrate 50 are not limited to those shown in FIG. 1A.

一方、膜積層部１０は、第１絶縁膜２１、ヒータ３、第２絶縁膜２３、一対の検知電極４、感応膜６、および、第３絶縁膜２５を有している。膜積層部１０では、上記の複数の構成膜が、Ｚ軸に沿って記載の順に積層してある。そして、膜積層部１０の上面には、４つのパッド電極８が形成してあり、パッド電極８を介して、図示しない外部回路と、ヒータ３または検知電極４とを電気的に接続できるようになっている。なお、本実施形態において、一対の検知電極４については、第１検知電極４ａおよび第２検知電極４ｂに区別して記載する場合がある。単に「検知電極４」と記載する場合は、第１検知電極４ａおよび第２検知電極４ｂに共通する特徴であることを意味する。 On the other hand, the film lamination section 10 has a first insulating film 21 , a heater 3 , a second insulating film 23 , a pair of detection electrodes 4 , a sensitive film 6 and a third insulating film 25 . In the film lamination section 10, the plurality of constituent films described above are laminated in the stated order along the Z-axis. Four pad electrodes 8 are formed on the upper surface of the film lamination portion 10 so that an external circuit (not shown) can be electrically connected to the heater 3 or the detection electrode 4 via the pad electrodes 8 . It's becoming In this embodiment, the pair of detection electrodes 4 may be described separately as the first detection electrode 4a and the second detection electrode 4b. When simply described as "sensing electrode 4", it means that it is a feature common to first sensing electrode 4a and second sensing electrode 4b.

図１Ｂの平面図に示すように、ガスセンサ１ａの膜積層部１０は、空洞部５５の上方の一部を覆う検知部１２と、基板５０の表面と直に接している周縁部１４と、検知部１２と周縁部１４とを一体的に接続する４本の梁部１６と、を有する。すなわち、ガスセンサ１ａは、検知部１２が、空洞部５５の上方で、基板表面の周縁部１４から延在する４本の梁部１６により支持されたエアブリッジ構造を有している。なお、４本の梁部１６については、第１梁部１６ａ～第４梁部１６ｄに区別して記載する場合がある。 As shown in the plan view of FIG. 1B, the film laminated portion 10 of the gas sensor 1a includes a detection portion 12 covering a part of the upper portion of the cavity portion 55, a peripheral edge portion 14 in direct contact with the surface of the substrate 50, and a detection portion 14. and four beam portions 16 integrally connecting the portion 12 and the peripheral edge portion 14 . That is, the gas sensor 1a has an air bridge structure in which the detection portion 12 is supported above the cavity portion 55 by four beam portions 16 extending from the peripheral edge portion 14 of the substrate surface. Note that the four beams 16 may be described separately as a first beam 16a to a fourth beam 16d.

本実施形態において、検知部１２は、Ｘ軸またはＹ軸と平行な４つの縁辺を有し、略長方形の平面視形状を有する。４本の梁部１６は、いずれも、検知部１２の角部に接続してあり、検知部１２の対角線上に沿って延びている。第１梁部１６ａと第３梁部１６ｃとは、対になっており、同一の対角線上に配置してある。また、第２梁部１６ｂと第４梁部１６ｄとは、対になっており、同一の対角線上に配置してある。 In this embodiment, the detection unit 12 has four edges parallel to the X-axis or the Y-axis and has a substantially rectangular plan view shape. The four beams 16 are all connected to the corners of the detection section 12 and extend along the diagonal lines of the detection section 12 . The first beam portion 16a and the third beam portion 16c are paired and arranged on the same diagonal line. The second beam portion 16b and the fourth beam portion 16d are paired and arranged on the same diagonal line.

なお、梁部１６の本数および形成位置は、図１Ｂに示す様態に限定されない。たとえば、梁部１６は、少なくとも２本形成してあればよく、梁部１６の数が多いほど、検知部１２の機械的強度が向上する傾向となる。ただし、梁部１６の数が多いと、検知部１２の熱が梁部１６を介して周縁部１４に伝達され易くなる。そのため、梁部１６の数は、２～４本であることが好ましく、４本であることがより好ましい。 In addition, the number and formation position of the beam part 16 are not limited to the aspect shown to FIG. 1B. For example, at least two beams 16 may be formed, and the mechanical strength of the detection unit 12 tends to improve as the number of beams 16 increases. However, when the number of beams 16 is large, the heat of the detection part 12 is easily transmitted to the peripheral edge part 14 via the beams 16 . Therefore, the number of beams 16 is preferably two to four, more preferably four.

また、梁部１６は、検知部１２における縁辺の中央に接続してあってもよく、後述する検知電極４の対向部４１の延在方向に沿って延在していることがより好ましい。さらに、梁部１６は、検知部１２の機械的強度を考慮して、バランスよく配置することが好ましい。たとえば、複数の梁部１６は、検知部１２におけるＸ－Ｙ平面上の中心点に対して点対称となるように配置することが好ましい。もしくは、複数の梁部１６は、Ｘ軸またはＹ軸に沿う検知部１２の中心線に対して線対称となる位置に配置することが好ましい。 Moreover, the beam portion 16 may be connected to the center of the edge of the detection portion 12, and more preferably extends along the extending direction of the facing portion 41 of the detection electrode 4, which will be described later. Furthermore, the beams 16 are preferably arranged in a well-balanced manner in consideration of the mechanical strength of the detection unit 12 . For example, it is preferable that the plurality of beams 16 be arranged so as to be point-symmetrical with respect to the central point of the detector 12 on the XY plane. Alternatively, it is preferable to arrange the plurality of beams 16 at positions that are symmetrical with respect to the center line of the detection unit 12 along the X-axis or the Y-axis.

なお、ガスセンサ１ａにおける空洞部５５は、検知部１２よりも大きい正方形の平面視形状を有する。ただし、空洞部５５の形状は、エアブリッジ構造を形成できる形状であればよく、図１Ａおよび図１Ｂに示す形状に限定されない。空洞部５５については、長方形、多角形、円形、楕円形などの平面視形状を有していてもよい。 The hollow portion 55 in the gas sensor 1a has a square shape larger than the detection portion 12 in plan view. However, the shape of the hollow portion 55 is not limited to the shape shown in FIGS. 1A and 1B as long as it can form an air bridge structure. The hollow portion 55 may have a planar shape such as a rectangle, polygon, circle, or ellipse.

図１Ｂの平面図は、内部透視図となっており、検知部１２に積層してあるヒータ３および一対の検知電極４が破線で示してある。具体的に、ヒータ３が細い破線で示してあり、一対の検知電極４が太い破線で示してある。 The plan view of FIG. 1B is a see-through view of the interior, and the heater 3 and the pair of sensing electrodes 4 laminated on the sensing portion 12 are indicated by broken lines. Specifically, the heater 3 is indicated by a thin dashed line, and the pair of detection electrodes 4 is indicated by a thick dashed line.

ヒータ３は、図１Ｂに示すように、配線が複数回折り返されて所定の間隔で平行に配置されるミアンダパターン３１を有することが好ましい。このヒータ３のミアンダパターン３１は、検知部１２に積層してあり、対象ガスを検知する際に、検知部１２の温度を作動温度まで加熱する役割を有する。検知部１２に積層してあるヒータ３の配線パターンを、ミアンダパターンとすることで、効率よく均質に検知部１２を加熱することができる。なお、ヒータ３における端部配線３２は、それぞれ、ミアンダパターン３１の末尾から、第２梁部１６ｂまたは第４梁部１６ｄを通って、周縁部１４まで引き出されている。 As shown in FIG. 1B, the heater 3 preferably has a meander pattern 31 in which the wires are folded back multiple times and arranged in parallel at predetermined intervals. The meander pattern 31 of the heater 3 is laminated on the detection section 12 and has a role of heating the temperature of the detection section 12 to the operating temperature when detecting the target gas. By making the wiring pattern of the heater 3 laminated on the detection section 12 into a meander pattern, the detection section 12 can be efficiently and uniformly heated. Note that the end wiring 32 in the heater 3 is drawn from the end of the meander pattern 31 to the peripheral portion 14 through the second beam portion 16b or the fourth beam portion 16d.

一対の検知電極４は、同一平面上に積層してあり、それぞれ、対向部４１（対向電極）と、引出部４２と、を有する。第１検知電極４ａの対向部４１、および、第２検知電極４ｂの対向部４１は、いずれも、Ｙ軸と平行な方向に延在している。そして、第１検知電極４ａの対向部４１と第２検知電極４ｂの対向部４１とは、Ｘ軸方向において、所定の電極間距離Ｄ₀で互いに対向している。電極間距離Ｄ₀は、特に限定されず、所望の特性に応じて適宜設定すればよい。たとえば、検知部１２のＸ軸方向の幅に対する電極間距離Ｄ₀の比は、０．０２～０．８とすることができ、０．０２～０．３であることが好ましい。なお、第１実施形態の図１Ａ～図１Ｄでは、上記のとおり、Ｘ軸が対向部４１の対向方向であり、Ｙ軸が対向部４１の延在方向であり、Ｚ軸が膜積層部１０における各膜の積層方向である。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は、相互に略垂直である。 The pair of detection electrodes 4 are stacked on the same plane and each have a facing portion 41 (counter electrode) and a lead portion 42 . Both the facing portion 41 of the first detection electrode 4a and the facing portion 41 of the second detection electrode 4b extend in a direction parallel to the Y-axis. The facing portion 41 of the first detection electrode 4a and the facing portion 41 of the second detection electrode 4b face each other with a predetermined inter-electrode distance _D0 in the X-axis direction. The inter-electrode distance D ₀ is not particularly limited, and may be appropriately set according to desired characteristics. For example, the ratio of the inter-electrode distance D ₀ to the width of the detection section 12 in the X-axis direction can be 0.02 to 0.8, preferably 0.02 to 0.3. 1A to 1D of the first embodiment, as described above, the X axis is the facing direction of the facing portion 41, the Y axis is the extending direction of the facing portion 41, and the Z axis is the film lamination portion 10. is the stacking direction of each film in . The X-, Y-, and Z-axes are substantially perpendicular to each other.

第１検知電極４ａの引出部４２は、対向部４１の一端から第１梁部１６ａを通って周縁部１４まで引き出されている。第１検知電極４ａと同様に、第２検知電極４ｂの引出部４２は、対向部４１の一端から第３梁部１６ｃを通って周縁部１４まで引き出されている。 A lead portion 42 of the first detection electrode 4a is led out from one end of the facing portion 41 to the peripheral portion 14 through the first beam portion 16a. Similarly to the first detection electrode 4a, the lead-out portion 42 of the second detection electrode 4b is led out from one end of the facing portion 41 to the peripheral portion 14 through the third beam portion 16c.

図１Ｃに示す断面では、検知部１２は、周縁部１４に接続されておらず、周縁部１４および基板５０から離隔して存在している。このように、検知部１２が空洞部５５の上方で離隔して存在することで、検知部１２の熱容量を、基板５０と接している周縁部１４の熱容量よりも小さくすることができる。また、検知部１２と周縁部１４との断熱性を向上することができる。したがって、エアブリッジ構造を有するガスセンサ１ａでは、ヒータ３により検知部１２を加熱する際に、少ない消費電力で効率よく検知部１２を加熱することができる。 In the cross-section shown in FIG. 1C , the sensing portion 12 is not connected to the peripheral portion 14 and is separated from the peripheral portion 14 and the substrate 50 . Since the detection section 12 is separated above the hollow section 55 in this manner, the heat capacity of the detection section 12 can be made smaller than the heat capacity of the peripheral portion 14 in contact with the substrate 50 . Moreover, the heat insulation between the detection portion 12 and the peripheral portion 14 can be improved. Therefore, in the gas sensor 1a having the air bridge structure, when the detector 12 is heated by the heater 3, the detector 12 can be efficiently heated with less power consumption.

また、図１Ｃに示すように、ヒータ３は、検知部１２において、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２３との間に積層してある。すなわち、ヒータ３は、外部雰囲気に露出しないように、第２絶縁膜２３により覆われている。また、ヒータ３と一対の検知電極４との間に第２絶縁膜２３が積層してあることで、ヒータ３と検知電極４との短絡が抑制されている。 Moreover, as shown in FIG. 1C, the heater 3 is laminated between the first insulating film 21 and the second insulating film 23 in the detection section 12 . That is, the heater 3 is covered with the second insulating film 23 so as not to be exposed to the external atmosphere. Further, since the second insulating film 23 is laminated between the heater 3 and the pair of detection electrodes 4, short circuit between the heater 3 and the detection electrodes 4 is suppressed.

また、図１Ｃに示すように、一対の検知電極４は、いずれも、第２絶縁膜２３の上に積層してある。一対の検知電極４の上には、感応膜６が積層してあり、対向部４１が感応膜６により覆われている。すなわち、第１検知電極４ａの対向部４１と第２検知電極４ｂの対向部４１とは、いずれも、同一平面上において、感応膜６と直に接している。そして、検知部１２の最上層には、第３絶縁膜２５が積層してある。つまり、一対の検知電極４および感応膜６が外部雰囲気に露出しないように、感応膜６が、第３絶縁膜２５により覆われている。 Moreover, as shown in FIG. 1C, both of the pair of detection electrodes 4 are laminated on the second insulating film 23 . A sensitive film 6 is laminated on the pair of detection electrodes 4 , and the facing portion 41 is covered with the sensitive film 6 . That is, both the facing portion 41 of the first detection electrode 4a and the facing portion 41 of the second detection electrode 4b are in direct contact with the sensitive film 6 on the same plane. A third insulating film 25 is laminated on the uppermost layer of the detection section 12 . That is, the sensitive film 6 is covered with the third insulating film 25 so that the pair of detection electrodes 4 and the sensitive film 6 are not exposed to the external atmosphere.

図１Ｄの断面に示すように、周縁部１４には、第１絶縁膜２１、第２絶縁膜２３、および第３絶縁膜２５が積層してある。また、周縁部１４における第３絶縁膜２５の表面には、パッド電極８が形成してある。第１梁部１６ａと隣接するパッド電極８の下方には、第３絶縁膜２５を貫通するビアホール電極９ａが形成してある。そして、第１検知電極４ａにおける引出部４２の端部が、ビアホール電極９ａを介して、パッド電極８と電気的に接続している。一方、第２梁部１６ｂと隣接するパッド電極８の下方には、第２絶縁膜２３および第３絶縁膜２５を貫通するビアホール電極９ｂが形成してある。そして、ヒータ３における端部配線３２の端部が、ビアホール電極９ｂを介して、パッド電極８と電気的に接続している。 As shown in the cross section of FIG. 1D, a first insulating film 21, a second insulating film 23, and a third insulating film 25 are stacked on the peripheral portion 14. As shown in FIG. A pad electrode 8 is formed on the surface of the third insulating film 25 in the peripheral portion 14 . A via-hole electrode 9a penetrating through the third insulating film 25 is formed below the pad electrode 8 adjacent to the first beam portion 16a. An end portion of the lead portion 42 of the first detection electrode 4a is electrically connected to the pad electrode 8 through the via-hole electrode 9a. On the other hand, a via-hole electrode 9b penetrating through the second insulating film 23 and the third insulating film 25 is formed below the pad electrode 8 adjacent to the second beam portion 16b. The ends of the end wirings 32 in the heater 3 are electrically connected to the pad electrodes 8 through the via-hole electrodes 9b.

第１梁部１６ａでは、図１Ｄに示すように、第１絶縁膜２１～第３絶縁膜２５、第１検知電極４ａの引出部４２、および、感応膜６が積層してある。一方、第２梁部１６ｃでは、第１絶縁膜２１～第３絶縁膜２５、ヒータ３の端部配線３２、および、感応膜６が積層してある。上記のとおり、感応膜６は、検知部１２から各梁部１６に跨って存在しているが、感応膜６は、少なくとも検知部１２に積層してあればよく、梁部１６には、感応膜６が含まれていなくともよい。なお、第３梁部１６ｃおよび第４梁部１６ｄを通る断面は、図示していないが、図１Ｄに示す断面と同様であり、説明を省略する。 In the first beam portion 16a, as shown in FIG. 1D, the first insulating film 21 to the third insulating film 25, the lead portion 42 of the first detection electrode 4a, and the sensitive film 6 are laminated. On the other hand, in the second beam portion 16c, the first insulating film 21 to the third insulating film 25, the end wiring 32 of the heater 3, and the sensitive film 6 are laminated. As described above, the sensitive film 6 extends over the beams 16 from the detection unit 12 . Membrane 6 may not be included. Although the cross section passing through the third beam portion 16c and the fourth beam portion 16d is not shown, it is the same as the cross section shown in FIG. 1D, and the description thereof is omitted.

梁部１６の幅や長さＬなどの寸法は、特に限定されず、エアブリッジ構造を形成でき、かつ、検知部１２の機械的強度を確保できるように、梁部１６の寸法を決定すればよい。 The dimensions such as the width and length L of the beam 16 are not particularly limited. good.

本実施形態のガスセンサ１ａでは、検知部１２の長手方向が、検知電極４の延在方向を基準として定められている。具体的に、対向部４１の対向方向における検知部１２の最大幅をＷｘ０とし、対向部４１の延在方向における検知部１２の最大幅をＷｙ０として、Ｗｙ０がＷｘ０よりも広く、Ｗｘ０＜Ｗｙ０を満たす。すなわち、検知部１２の長手方向が、対向部４１の延在方向に対して実質的に平行であることが好ましい。 In the gas sensor 1a of the present embodiment, the longitudinal direction of the detection portion 12 is determined with the extending direction of the detection electrode 4 as a reference. Specifically, the maximum width of the detection portion 12 in the facing direction of the facing portion 41 is Wx0, the maximum width of the detection portion 12 in the extending direction of the facing portion 41 is Wy0, Wy0 is wider than Wx0, and Wx0<Wy0. Fulfill. That is, it is preferable that the longitudinal direction of the detection portion 12 is substantially parallel to the extending direction of the facing portion 41 .

ここで、「実質的に平行」とは、対向部４１の延在方向と検知部１２の長手方向とがなす角βが、±１０°以下であることを意味する。当該角度βは、±５°以下であることが好ましく、０°であることがさらに好ましい。また、また、検知部１２における短手幅に対する長手幅の比（Ｗｙ０／Ｗｘ０）は、１．０超過２．０以下であることが好ましく、１．２以上１．８以下であることがより好ましい。 Here, "substantially parallel" means that the angle β formed by the extending direction of the facing portion 41 and the longitudinal direction of the detecting portion 12 is ±10° or less. The angle β is preferably ±5° or less, more preferably 0°. In addition, the ratio of the longitudinal width to the lateral width (Wy0/Wx0) of the detection unit 12 is preferably more than 1.0 and 2.0 or less, more preferably 1.2 or more and 1.8 or less. preferable.

次に、基板５０や膜積層部１０に含まれる各膜の材質等について詳述する。 Next, the material and the like of each film included in the substrate 50 and the film lamination portion 10 will be described in detail.

基板５０は、膜積層部１０を支持できる程度の機械的強度を有し、かつ、エッチング等の微細加工に適した材料で構成すればよく、基板５０の材質は、特に限定されない。たとえば、基板５０として、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、ガラス基板等シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、もしくは、ガラス基板等を用いることができる。 The substrate 50 may be made of a material that has enough mechanical strength to support the film lamination section 10 and is suitable for fine processing such as etching, and the material of the substrate 50 is not particularly limited. For example, the substrate 50 may be a silicon single crystal substrate, a sapphire single crystal substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a glass substrate or the like, a silicon single crystal substrate, a sapphire single crystal substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, or a glass substrate. can.

第１絶縁膜２１、第２絶縁膜２３、および第３絶縁膜２５は、いずれも、絶縁性を有していればよく、その材質は特に限定されない。たとえば、これら第１絶縁膜２１～第３絶縁膜２５の材質は、酸化シリコンもしくは窒化シリコンなどとすることができ、酸化シリコンであることが好ましい。なお、第１絶縁膜２１～第３絶縁膜２５は、それぞれ異なる材料で構成してもよいが、同じ材料で構成することが好ましい。第１絶縁膜２１～第３絶縁膜２５を同じ材料で構成することで、層間の密着性が向上し、検知部１２の機械的強度を確保することができる。 The first insulating film 21, the second insulating film 23, and the third insulating film 25 are not particularly limited as long as they have insulating properties. For example, the material of the first insulating film 21 to the third insulating film 25 can be silicon oxide or silicon nitride, preferably silicon oxide. Although the first insulating film 21 to the third insulating film 25 may be made of different materials, they are preferably made of the same material. By forming the first insulating film 21 to the third insulating film 25 from the same material, the adhesion between the layers is improved, and the mechanical strength of the detection section 12 can be ensured.

第１絶縁膜２１は、基板５０とヒータ３との間の絶縁性を十分に確保でき、かつ、空洞部５５を形成する際のエッチング停止層として機能する程度の厚みであればよく、第１絶縁膜２１の厚みは、特に限定されない。たとえば、第１絶縁膜２１の厚みは、０．１～１．０μｍ程度とすることが好ましい。 The thickness of the first insulating film 21 is sufficient to ensure sufficient insulation between the substrate 50 and the heater 3 and to function as an etching stop layer when forming the cavity 55. The thickness of the insulating film 21 is not particularly limited. For example, the thickness of the first insulating film 21 is preferably about 0.1 to 1.0 μm.

第２絶縁膜２３は、ヒータ３を確実に覆うことができ、かつ、層間の絶縁性を十分に確保できる程度の厚みであればよく、第２絶縁膜２３の厚みは、特に限定されない。たとえば、第２絶縁膜２３は、０．０６～１．２μｍ程度の厚みとすることが好ましい。また、第３絶縁膜２５は、感応膜６を確実に覆うことができ、かつ、層間の絶縁性を十分に確保できる程度の厚みであればよく、第３絶縁膜２５の厚みは、特に限定されない。たとえば、第３絶縁膜２５は、０．０６～１．２μｍ程度の厚みとすることが好ましい。 The thickness of the second insulating film 23 is not particularly limited as long as the thickness of the second insulating film 23 is such that it can reliably cover the heater 3 and sufficiently ensure insulation between layers. For example, the second insulating film 23 preferably has a thickness of approximately 0.06 to 1.2 μm. Moreover, the thickness of the third insulating film 25 is not particularly limited as long as the thickness of the third insulating film 25 is such that it can reliably cover the sensitive film 6 and sufficiently ensure insulation between layers. not. For example, the third insulating film 25 preferably has a thickness of approximately 0.06 to 1.2 μm.

ヒータ３は、導電性を有し、かつ、比較的高融点の材料で構成してあることが好ましい。このような材料として、たとえば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）、または、上記の元素のうち１種以上を含む合金が例示される。上記の材料のなかでも、白金は、イオンミリング等の高精度なドライエッチングが可能であり、耐腐食性も高いため、ヒータ３は、白金で構成することが好ましい。ヒータ３を白金材料で構成する場合、第１絶縁膜２１に対するヒータ３の密着性を向上させるために、第１絶縁膜２１と白金材料との間にチタン(Ｔｉ)等の密着層を形成することが好ましい。 The heater 3 is preferably made of a material having electrical conductivity and a relatively high melting point. Examples of such materials include molybdenum (Mo), platinum (Pt), gold (Au), tungsten (W), tantalum (Ta), palladium (Pd), iridium (Ir), or any of the above elements. Alloys containing one or more are exemplified. Among the above materials, platinum can be subjected to high-precision dry etching such as ion milling, and has high corrosion resistance. Therefore, the heater 3 is preferably made of platinum. When the heater 3 is made of a platinum material, an adhesion layer such as titanium (Ti) is formed between the first insulating film 21 and the platinum material in order to improve the adhesion of the heater 3 to the first insulating film 21. is preferred.

一対の検知電極４は、いずれも、導電性を有し、かつ、比較的高融点の材料で構成してあることが好ましい。一対の検知電極４についても、ヒータ３と同様に、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）、または、上記の元素のうち１種以上を含む合金で構成することができ、白金で構成することが好ましい。 Both of the pair of detection electrodes 4 are preferably made of a material having conductivity and a relatively high melting point. Similar to the heater 3, the pair of detection electrodes 4 are made of molybdenum (Mo), platinum (Pt), gold (Au), tungsten (W), tantalum (Ta), palladium (Pd), iridium (Ir), or , an alloy containing one or more of the above elements, preferably platinum.

感応膜６は、温度によって抵抗値が変化する材質で構成すればよい。たとえば、感応膜６は、サーミスタ膜、または白金膜等とすることができ、サーミスタ膜であることが好ましい。また、サーミスタ膜の構成材料としては、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。感応膜６の材質および厚みは、いずれも、検知部１２の初期抵抗値に影響する要素である。そのため、感応膜６の材質および厚みは、検知対象ガスの種類やガスセンサ１ａの用途を鑑みて、所望の初期抵抗値となるように、適宜設定すればよい。 The sensitive film 6 may be made of a material whose resistance changes with temperature. For example, the sensitive film 6 can be a thermistor film, a platinum film, or the like, and is preferably a thermistor film. In addition, composite metal oxides, amorphous silicon, polysilicon, germanium, and the like can be cited as constituent materials of the thermistor film. Both the material and thickness of the sensitive film 6 are factors that affect the initial resistance value of the detection section 12 . Therefore, the material and thickness of the sensitive film 6 may be appropriately set in consideration of the type of gas to be detected and the application of the gas sensor 1a so as to obtain a desired initial resistance value.

次に、ガスセンサ１ａの製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the gas sensor 1a will be described.

まず、基板５０を準備し、基板５０の一方の主面に、第１絶縁膜２１を成膜する。第１絶縁膜２１の成膜方法としては、熱酸化法、ＣＶＤ法などを用いればよい。そして、第１絶縁膜２１の上に、ヒータ３に含まれる導電性材料の薄膜（導電性薄膜）を形成する。ヒータ３を複数の導電性材料による積層構造（たとえばＴｉ／Ｐｔの積層構造）とする場合、複数の導電性薄膜を積層すればよい。導電性薄膜は、公知の成膜法を用いて形成すればよい。公知の成膜法とは、たとえば、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などが挙げられる。導電性薄膜の形成後、エッチングにより当該導電性薄膜のパターニング加工を行い、ミアンダパターンを有するヒータ３を形成する。 First, the substrate 50 is prepared, and the first insulating film 21 is formed on one main surface of the substrate 50 . As a method for forming the first insulating film 21, a thermal oxidation method, a CVD method, or the like may be used. Then, a thin film of a conductive material (conductive thin film) included in the heater 3 is formed on the first insulating film 21 . When the heater 3 has a laminated structure of a plurality of conductive materials (for example, a Ti/Pt laminated structure), a plurality of conductive thin films may be laminated. The conductive thin film may be formed using a known film formation method. Examples of known film formation methods include sputtering, CVD, and PVD. After forming the conductive thin film, the conductive thin film is patterned by etching to form a heater 3 having a meander pattern.

次に、ヒータ３を覆うように、第２絶縁膜２３を成膜する。第２絶縁膜２３の成膜方法としては、第１絶縁膜２１と同様の方法を採用すればよい。そして、第２絶縁膜２３の上に、検知電極４を構成する導電性材料の薄膜を形成する。当該導電性薄膜に対して、エッチングによるパターニング加工を施し、図１Ｂに示すようなパターンを有する一対の検知電極４を形成する。 Next, a second insulating film 23 is formed so as to cover the heater 3 . As a method for forming the second insulating film 23, a method similar to that for the first insulating film 21 may be adopted. Then, on the second insulating film 23, a thin film of a conductive material that constitutes the detection electrode 4 is formed. The conductive thin film is patterned by etching to form a pair of detection electrodes 4 having a pattern as shown in FIG. 1B.

次に、一対の検知電極４を覆うように、感応膜６を成膜する。感応膜６は、感応膜６の材質に応じて、公知の成膜法で形成すればよい。たとえば、感応膜６を複合酸化物のサーミスタ膜とする場合、当該複合酸化物の組成となるように、スパッタリング法により感応膜６を成膜すればよい。感応膜６については、成膜後に、所定の温度および保持時間で熱処理を行い、所定の形状となるようにエッチングする。その後、感応膜６を覆うように、第３絶縁層２５を、第１～第２絶縁膜と同様の方法で成膜する。 Next, a sensitive film 6 is formed so as to cover the pair of detection electrodes 4 . The sensitive film 6 may be formed by a known film formation method depending on the material of the sensitive film 6 . For example, when the sensitive film 6 is a thermistor film of a composite oxide, the sensitive film 6 may be formed by a sputtering method so as to have the composition of the composite oxide. After forming the sensitive film 6, heat treatment is performed at a predetermined temperature for a predetermined holding time, and etching is performed so as to obtain a predetermined shape. After that, a third insulating layer 25 is formed so as to cover the sensitive film 6 by the same method as the first and second insulating films.

なお、第１～第３絶縁膜についても、エッチングによるパターニング加工を施し、図１Ａおよび図１Ｂに示すような梁部を有する形状に加工する。以上の工程により膜積層部１０を形成した後、リフトオフ法などの公知の方法により、パッド電極８およびビアホール電極９を形成する。その後、周縁部１４のＺ軸下方にのみ基板５０が残存するように、基板５０の一部をエッチングにより除去し、空洞部５５を形成する。基板５０のエッチングは、Ｄｅｅｐ－ＲＩＥ法などのドライエッチングや、異方性ウェットエッチングなどが適用できる。以上の方法により、図１Ａ～図１Ｄに示すガスセンサ１ａが得られる。 Note that the first to third insulating films are also patterned by etching so as to have beams as shown in FIGS. 1A and 1B. After forming the film lamination part 10 by the above steps, the pad electrode 8 and the via-hole electrode 9 are formed by a known method such as the lift-off method. After that, a part of the substrate 50 is removed by etching so that the substrate 50 remains only below the Z-axis of the peripheral portion 14 to form a hollow portion 55 . For the etching of the substrate 50, dry etching such as Deep-RIE, anisotropic wet etching, or the like can be applied. By the above method, the gas sensor 1a shown in FIGS. 1A to 1D is obtained.

本実施形態のガスセンサ１ａは、熱伝導式のガスセンサとして利用することができる。熱伝導式のガスセンサ１ａでは、空気とは異なる熱伝導率を有するＣＯ₂，Ｈ₂，Ｈｅ，ＣＯなどのガスを検知対象とする。所定の雰囲気中に存在する検知対象ガスの濃度を測定する際には、検知部１２をヒータ３により作動温度まで加熱する。検知部１２に検知対象ガスが触れると、雰囲気中の検知対象ガスの濃度に応じて、検知部１２の放熱特性が変化する。放熱特性の変化により検知部１２の温度が変わると、サーミスタ膜等で構成される感応膜６の抵抗値が変化する。この抵抗値変化を一対の検知電極４により電気信号として取り出すことで、検知対象ガスの濃度を求めることができる。 The gas sensor 1a of this embodiment can be used as a heat conduction type gas sensor. The thermal conductivity type gas sensor 1a detects gases such as CO ₂ , H ₂ , He, and CO, which have thermal conductivity different from that of air. When measuring the concentration of the detection target gas existing in a predetermined atmosphere, the detector 12 is heated to the operating temperature by the heater 3 . When the detection target gas comes into contact with the detection part 12, the heat radiation characteristic of the detection part 12 changes according to the concentration of the detection target gas in the atmosphere. When the temperature of the detection unit 12 changes due to changes in heat dissipation characteristics, the resistance value of the sensitive film 6 composed of a thermistor film or the like changes. The concentration of the gas to be detected can be obtained by extracting this change in resistance as an electric signal from the pair of detection electrodes 4 .

（第１実施形態のまとめ）
本実施形態のガスセンサ１ａは、検知部１２が、空洞部５５の上方で、基板５０の表面から延在する４本の梁部１６によって支持された、エアブリッジ構造を有する。検知部１２には、ヒータ３と、感応膜６と、感応膜と接する一対の対向電極（対向部４１）が含まれる。対向部４１は、それぞれ、Ｙ軸方向に沿って延在し、Ｘ軸方向において電極間距離Ｄ₀で互いに対向している。このようなエアブリッジ構造を有するガスセンサ１ａにおいて、対向部４１の延在方向における検知部１２の最大幅Ｗｙ０が、対向部４１の対向方向における検知部１２の最大幅Ｗｘ０よりも広い。 (Summary of the first embodiment)
The gas sensor 1a of this embodiment has an air bridge structure in which the detection part 12 is supported by four beams 16 extending from the surface of the substrate 50 above the hollow part 55 . The detection unit 12 includes the heater 3, the sensitive film 6, and a pair of opposed electrodes (opposed portions 41) in contact with the sensitive film. The opposing portions 41 extend along the Y-axis direction and face each other with an inter-electrode distance _D0 in the X-axis direction. In the gas sensor 1a having such an air bridge structure, the maximum width Wy0 of the detection portion 12 in the extending direction of the facing portion 41 is wider than the maximum width Wx0 of the detection portion 12 in the facing direction of the facing portion 41 .

ガスセンサ１ａが上記の特徴を有することで、検知部１２の変形によって測定誤差が生じることを抑制することができる。当該効果は、電極間距離Ｄ₀の変動と関係していると考えられる。 Owing to the gas sensor 1a having the characteristics described above, it is possible to suppress the occurrence of measurement errors due to deformation of the detection unit 12. FIG. This effect is believed to be related to variations in the inter-electrode distance D ₀ .

従来、エアブリッジ構造のガスセンサは、図２に示すような構造を有することが一般的であった。具体的に、比較例に相当する図２のガスセンサ１ｂでは、検知部１２´が、Ｗｘ０＝Ｗｙ０を満たす正方形の平面視形状を有している。ヒータ３´により検知部１２´を加熱すると、検知部１２´の熱膨張が梁部１６´により遮られる。熱膨張が抑制されると、梁部１６´の間で検知部１２´が圧縮されるように応力が加わり、検知部１２´が変形する。この検知部１２の変形に伴って電極間距離Ｄ₀が広がることで、電極間（一対の対向部間）の抵抗値が変化し、ガス濃度の測定結果に誤差が生じてしまう。 2. Description of the Related Art Conventionally, a gas sensor having an air bridge structure generally has a structure as shown in FIG. Specifically, in the gas sensor 1b of FIG. 2, which corresponds to the comparative example, the detection part 12' has a square planar shape that satisfies Wx0=Wy0. When the detector 12' is heated by the heater 3', the thermal expansion of the detector 12' is blocked by the beam 16'. When the thermal expansion is suppressed, a stress is applied between the beams 16' so that the sensing portion 12' is compressed, and the sensing portion 12' is deformed. As the inter-electrode distance D ₀ increases with the deformation of the detection unit 12, the resistance value between the electrodes (between the pair of facing portions) changes, resulting in an error in the gas concentration measurement result.

従来のガスセンサでは、図２のガスセンサ１ｂに示すように、検知部１２´の均質性や機械的強度などを考慮して、ヒータパターンや梁部１６´をバランスよく配置するために、検知部１２´の形状を正方形（もしくは円形）とすることが一般的であった。ただし、本発明者等が検証した結果によると、検知部１２´が正方形の平面視形状を有する場合、Ｘ軸方向の変位とＹ軸方向の変位とが同等となり、対向部４１´の対向方向においても検知部１２´が大きく変形してしまう。また、ガスセンサ１ｂにおける電極間距離Ｄ₀は、対向部４１´の中央側よりも端部側で広がる傾向となり、電極間距離Ｄ₀のバラツキが大きくなる。 In the conventional gas sensor, as shown in the gas sensor 1b of FIG. ' was generally square (or circular). However, according to the results of verification by the present inventors, when the detection portion 12' has a square plan view shape, the displacement in the X-axis direction and the displacement in the Y-axis direction are equivalent, and the displacement in the facing direction of the facing portion 41' Also in , the detection unit 12' is greatly deformed. In addition, the inter-electrode distance D ₀ in the gas sensor 1b tends to be wider on the end side than on the central side of the facing portion 41', and the variation in the inter-electrode distance D ₀ increases.

一方で、本実施形態のガスセンサ１ａでは、検知部１２の変形が、検知部１２の長手方向に依存し、異方的になる。具体的に、検知部１２の長手方向であるＹ軸方向では、検知部１２が変形しやすいが、検知部１２の短手方向であるＸ軸方向では、検知部１２が変形し難くなっている。つまり、本実施形態のガスセンサ１ａでは、対向部４１の延在方向における検知部１２の変形を支配的にすることで、対向部４１の対向方向では、検知部１２の変形が抑制される。その結果、熱応力により検知部１２が変形しても、電極間距離Ｄ₀の変動やバラツキによる抵抗値変化を小さくすることができ、ガス濃度の測定結果に誤差が生じることを抑制できる。 On the other hand, in the gas sensor 1a of the present embodiment, the deformation of the detection portion 12 is dependent on the longitudinal direction of the detection portion 12 and becomes anisotropic. Specifically, the detection unit 12 is easily deformed in the Y-axis direction, which is the longitudinal direction of the detection unit 12, but is difficult to be deformed in the X-axis direction, which is the width direction of the detection unit 12. . That is, in the gas sensor 1a of the present embodiment, the deformation of the detection portion 12 in the direction in which the facing portion 41 extends is suppressed by making the deformation of the detection portion 12 dominant in the direction in which the facing portion 41 extends. As a result, even if the detection unit 12 is deformed by thermal stress, it is possible to reduce the change in the resistance value due to the variation in the distance D ₀ between the electrodes, and to suppress the occurrence of errors in the measurement results of the gas concentration.

特に、検知部１２におけるＷｙ０／Ｗｘ０を、好ましくは１．０超過２．０以下、より好ましくは１．２以上１．８以下に設定することで、検知部１２の機械的強度を十分に確保しつつ、電極間距離Ｄ₀の変動やバラツキをより効果的に抑制することができる。 In particular, by setting Wy0/Wx0 in the detection unit 12 to preferably more than 1.0 and 2.0 or less, more preferably 1.2 or more and 1.8 or less, the mechanical strength of the detection unit 12 is sufficiently secured. In addition, fluctuations and variations in the inter-electrode distance _D0 can be suppressed more effectively.

第２実施形態
以下、図３に基づいて、第２実施形態に係るガスセンサ１ｃについて説明する。なお、第２実施形態における第１実施形態と共通の構成に関しては、説明を省略し、同様の符号を使用する。 Second Embodiment A gas sensor 1c according to a second embodiment will be described below with reference to FIG. It should be noted that the same reference numerals are used to omit the description of the configurations in the second embodiment that are common to the first embodiment.

図３に示すように、ガスセンサ１ｃは、検知部１２が４本の梁部１６により支持されているエアブリッジ構造を有している。そして、第１実施形態のガスセンサ１ａと同様に、ガスセンサ１ｃにおいても、検知部１２がＷｘ０＜Ｗｙ０を満たす形状を有しており、検知部１２の長手方向が対向部４１の延在方向と実質的に平行である。 As shown in FIG. 3, the gas sensor 1c has an air bridge structure in which the detection part 12 is supported by four beams 16. As shown in FIG. As in the gas sensor 1a of the first embodiment, in the gas sensor 1c as well, the detection portion 12 has a shape that satisfies Wx0<Wy0, and the longitudinal direction of the detection portion 12 is substantially the same as the extending direction of the facing portion 41. parallel to each other.

第２実施形態では、検知部１２の４つの縁辺を、以下に示すように区別して記載する。具体的に、第１梁部１６ａと第２梁部１６ｂとの間に位置する縁辺を第１縁辺１２ａとし、第３梁部１６ｃと第４梁部１６ｄとの間に位置する縁辺を第２縁辺１２ｂとし、第２梁部１６ｂと第３梁部１６ｃとの間に位置する縁辺を第３縁辺１２ｃとし、第１梁部１６ａと第４梁部１６ｄとの間に位置する縁辺を第４縁辺１２ｄとする。第１縁辺１２ａおよび第２縁辺１２ｂは、対向部４１の延在方向（Ｙ軸方向）と平行であり、第３縁辺１２ｃと第４縁辺１２ｄは、対向部４１の対向方向（Ｘ軸方向）と平行である。なお、第１縁辺１２ａおよび第２縁辺１２ｂは、対向部４１の対向方向と交差する縁辺でもある。 In the second embodiment, four edges of the detection unit 12 are distinguished as follows. Specifically, the edge located between the first beam 16a and the second beam 16b is defined as the first edge 12a, and the edge located between the third beam 16c and the fourth beam 16d is defined as the second edge. The edge located between the second beam 16b and the third beam 16c is the third edge 12c, and the edge located between the first beam 16a and the fourth beam 16d is the fourth edge. Let it be 12 d of margins. The first edge 12a and the second edge 12b are parallel to the extending direction (Y-axis direction) of the facing portion 41, and the third edge 12c and the fourth edge 12d are parallel to the facing direction (X-axis direction) of the facing portion 41. is parallel to The first edge 12a and the second edge 12b are also edges that intersect the facing direction of the facing portion 41 .

ガスセンサ１ｃの検知部１２は、対向部４１の延在方向に沿う縁辺（１２ａ，１２ｂ）の一部において、切り欠き部７１を有する。具体的に、第１縁辺１２ａの中央に切り欠き部７１が形成してあり、第２縁辺１２ｂの中央にも切り欠き部７１が形成してある。この切り欠き部７１は、検知部１２の一部が切り取られるようにして欠落している領域である。 The detection portion 12 of the gas sensor 1c has a notch portion 71 in a part of the edges (12a, 12b) along the extending direction of the facing portion 41. As shown in FIG. Specifically, a notch 71 is formed in the center of the first edge 12a, and a notch 71 is also formed in the center of the second edge 12b. The notch portion 71 is a region in which a part of the detection portion 12 is cut off.

なお、切り欠き部７１は、縁辺の中央からずれた位置に形成してあってもよいが、図３に示すように縁辺の中央に位置することが好ましい。また、切り欠き部７１は、第１縁辺１２ａと第２縁辺１２ｂのいずれか一方にのみ形成してあってもよい。ただし、図３に示すように、第１縁辺１２ａと第２縁辺１２ｂの両方に切り欠き部を形成することが好ましく、第１縁辺側の切り欠き部７１と第２縁辺側の切り欠き部７１とが、対になるように、Ｘ軸方向で同一直線上に配置してあることが好ましい。 The notch 71 may be formed at a position shifted from the center of the edge, but is preferably positioned at the center of the edge as shown in FIG. Moreover, the notch portion 71 may be formed only on one of the first edge 12a and the second edge 12b. However, as shown in FIG. 3, it is preferable to form notches on both the first edge 12a and the second edge 12b. are arranged on the same straight line in the X-axis direction so as to form a pair.

ガスセンサ１ｃの検知部１２には、切り欠き部７１により、幅狭部７０が形成されている。幅狭部７０は、検知部１２においてＸ軸方向の幅が部分的に狭まっている領域であり、図３においてグレーの網掛けで示してある。換言すると、幅狭部７０は、検知部１２がＸ軸方向の内側に向かって部分的に括れている領域である。幅狭部７０は、対向部４１の延在方向（Ｙ軸方向）における検知部１２の中央に位置することが好ましい。 A narrow portion 70 is formed by a notch portion 71 in the detection portion 12 of the gas sensor 1c. The narrow portion 70 is a region in which the width in the X-axis direction is partially narrowed in the detection portion 12, and is indicated by gray shading in FIG. In other words, the narrow portion 70 is a region where the detection portion 12 is partially constricted toward the inside in the X-axis direction. The narrow portion 70 is preferably positioned at the center of the detection portion 12 in the extending direction (Y-axis direction) of the facing portion 41 .

検知部１２に切り欠き部７１や幅狭部７０を形成することで、検知部１２の熱膨張によって生じる応力を緩和でき、電極間距離Ｄ₀の変動をより効果的に抑制することができる。なお、検知部１２に加わる応力は、梁部と梁部の間の中央部分（すなわち縁辺の中央部分）に集中し易い。そのため、縁辺の中央に切り欠き部７１を形成することで、Ｘ軸方向における検知部１２の変形をより効果的に抑制することができる。同様に、Ｙ軸方向の中央に幅狭部７０を形成することで、Ｘ軸方向における検知部１２の変形をより効果的に抑制することができる。 By forming the notch portion 71 and the narrow portion 70 in the detection portion 12, the stress caused by the thermal expansion of the detection portion 12 can be alleviated, and the fluctuation of the inter-electrode distance _D0 can be suppressed more effectively. It should be noted that the stress applied to the detection unit 12 tends to concentrate on the central portion between the beams (that is, the central portion of the edge). Therefore, by forming the notch portion 71 in the center of the edge, deformation of the detection portion 12 in the X-axis direction can be more effectively suppressed. Similarly, by forming the narrow portion 70 in the center in the Y-axis direction, it is possible to more effectively suppress deformation of the detection portion 12 in the X-axis direction.

また、切り欠き部７１は、筋状のスリットではなく、所定の大きさを有していることが好ましい。筋状のスリットでは、反ってスリット部分に応力が集中する恐れがあるためである。切り欠き部７１のＸ軸方向の最大幅Ｗｘ２は、検知電極４の対向部４１に達しない程度の幅であればよく、たとえば、検知部１２の最大幅Ｗｘ０に対するＷｘ２の比Ｗｘ２／Ｗｘ０は、０．０５～０．１５であることが好ましく、０．０５～０．１であることがより好ましい。 Moreover, it is preferable that the cutout portion 71 has a predetermined size instead of a linear slit. This is because streaky slits may warp and concentrate stress on the slit portion. The maximum width Wx2 of the cutout portion 71 in the X-axis direction may be a width that does not reach the facing portion 41 of the detection electrode 4. For example, the ratio Wx2/Wx0 of Wx2 to the maximum width Wx0 of the detection portion 12 is It is preferably 0.05 to 0.15, more preferably 0.05 to 0.1.

また、切り欠き部７１のＹ軸方向の最大幅をＷｙ１とすると、検知部１２の最大幅Ｗｙ０に対するＷｙ１の比Ｗｙ１／Ｗｙ０は、０．０５～０．５であることが好ましく、０．１５～０．２であることがより好ましい。なお、図４に示す切り欠き部７１は、楔形のような三角形の平面視形状を有しているが、切り欠き部７１の形状は特に限定されない。たとえば、切り欠き部７１は、切り欠き部分の縁辺が円弧状となるような、半円形や半楕円形の平面視形状を有していてもよい。 Assuming that the maximum width of the notch 71 in the Y-axis direction is Wy1, the ratio Wy1/Wy0 of Wy1 to the maximum width Wy0 of the detection unit 12 is preferably 0.05 to 0.5, and 0.15. ~0.2 is more preferred. Note that the notch 71 shown in FIG. 4 has a wedge-like triangular shape in plan view, but the shape of the notch 71 is not particularly limited. For example, the cutout portion 71 may have a semicircular or semielliptical shape in plan view such that the edge of the cutout portion is arcuate.

幅狭部７０のＸ軸方向の最小幅Ｗｘ１は、電極間距離Ｄ₀の設定値に応じて決定すればよい。たとえば、検知部１２の最大幅Ｗｘ０に対するＷｘ１の比Ｗｘ１／Ｗｘ０は、０．８５～０．９５であることが好ましく、０．９～０．９５であることがより好ましい。なお、幅狭部７０のＹ軸方向の幅は、切り欠き部７１のＹ軸方向の最大幅Ｗｙ１と同様に設定すればよい。 The minimum width Wx1 of the narrow portion 70 in the X-axis direction may be determined according to the set value of the inter-electrode distance _D0 . For example, the ratio Wx1/Wx0 of Wx1 to the maximum width Wx0 of the detection section 12 is preferably 0.85 to 0.95, more preferably 0.9 to 0.95. The width of the narrow portion 70 in the Y-axis direction may be set to be the same as the maximum width Wy1 of the notch portion 71 in the Y-axis direction.

なお、第１縁辺１２ａにおける切り欠き部７１と、第２縁辺１２ｂにおける切り欠き部７１とは、互いに異なる形状や寸法を有していてもよいが、同様の形状および寸法を有していることが好ましい。また、切り欠き部は、第３縁辺１２ｃおよび第４縁辺１２ｄにも形成してあってもよい。 Note that the notch 71 on the first edge 12a and the notch 71 on the second edge 12b may have different shapes and dimensions, but should have the same shape and dimensions. is preferred. In addition, notches may also be formed in the third edge 12c and the fourth edge 12d.

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲内で種々に改変することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

（変形例）
たとえば、上記の実施形態では、熱伝導式のガスセンサについて説明したが、本発明に係るガスセンサは、接触燃焼式、半導体式、もしくは、固体電解質式のガスセンサであってもよい。 (Modification)
For example, in the above embodiments, a heat conduction type gas sensor was described, but the gas sensor according to the present invention may be a catalytic combustion type, a semiconductor type, or a solid electrolyte type gas sensor.

図４Ａおよび図４Ｂに示すガスセンサ１ｄが、接触燃焼式のガスセンサの一例である。ガスセンサ１ｄは、エアブリッジ構造の膜積層部１０を有しており、膜積層部１０に含まれる各膜（３，４，６，２１～２３）の構成は、第１実施形態のガスセンサ１ａと同様とすることができる。ガスセンサ１ｄでは、膜積層部１０の検知部１２の上に、触媒部８０が形成してある。 A gas sensor 1d shown in FIGS. 4A and 4B is an example of a catalytic combustion type gas sensor. The gas sensor 1d has a film stack 10 with an air bridge structure, and the structures of the films (3, 4, 6, 21 to 23) included in the film stack 10 are the same as those of the gas sensor 1a of the first embodiment. can be the same. In the gas sensor 1d, the catalyst section 80 is formed on the detection section 12 of the membrane lamination section 10. As shown in FIG.

触媒部８０は、触媒材料を担持した多孔質状の担体材料により構成することができる。担体材料としては、たとえば、酸化アルミニウム（γアルミナ等）、酸化チタン、酸化シリコン、酸化セリウム等の酸化物材料を用いることができる。触媒材料としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属、または、希土類元素酸化物、ビスマス酸化物等の金属酸化物を用いることができる。触媒部８０の大きさは、検知部１２に対する触媒部８０の体積比が、１０以上４０以下となるように制御することが好ましい。また、触媒部８０は、原料ペーストを、スクリーン印刷やディスペンサを用いた吐出等により、検知部１２の上に塗布し、所定の温度で熱処理することで、形成することができる。 The catalyst part 80 can be composed of a porous carrier material that supports a catalyst material. As the carrier material, for example, an oxide material such as aluminum oxide (γ-alumina, etc.), titanium oxide, silicon oxide, cerium oxide, etc. can be used. As the catalyst material, noble metals such as platinum (Pt), gold (Au) and palladium (Pd), or metal oxides such as rare earth element oxides and bismuth oxides can be used. The size of the catalyst part 80 is preferably controlled so that the volume ratio of the catalyst part 80 to the detection part 12 is 10 or more and 40 or less. Further, the catalyst portion 80 can be formed by applying a raw material paste onto the detection portion 12 by screen printing, discharging using a dispenser, or the like, and heat-treating it at a predetermined temperature.

接触燃焼式のガスセンサ１ｄでは、ＣＯなどの可燃性ガスの濃度を測定することができる。測定時には、ヒータ３により検知部１２を所定の温度に加熱する。この際、ガスセンサ１ｄが配置された空間に、検知対象である可燃性ガスが存在すると、その存在割合に応じて、触媒部８０の上で可燃性ガスと酸素等が結合し燃焼する。この際、触媒部８０は可燃性ガスと酸素の結合を促進する役割を有する。可燃性ガスの燃焼によって生じた燃焼熱（反応熱）が、サーミスタ膜などで構成される感応膜６に伝達されると、感応膜６の抵抗値が変化する。この抵抗値変化を一対の検知電極４により電気信号として取り出すことで、可燃性ガスの濃度を求めることができる。 The catalytic combustion type gas sensor 1d can measure the concentration of combustible gas such as CO. During measurement, the heater 3 heats the detector 12 to a predetermined temperature. At this time, if the combustible gas to be detected exists in the space where the gas sensor 1d is arranged, the combustible gas and oxygen or the like combine and burn on the catalyst unit 80 according to the existence ratio. At this time, the catalyst part 80 has a role of promoting the combination of combustible gas and oxygen. When the combustion heat (reaction heat) generated by the combustion of the combustible gas is transmitted to the sensitive film 6 composed of a thermistor film or the like, the resistance value of the sensitive film 6 changes. The concentration of the combustible gas can be obtained by extracting this resistance value change as an electric signal from the pair of detection electrodes 4 .

このような接触燃焼式のガスセンサ１ｄにおいても、検知部１２がＷｘ０＜Ｗｙ０を満たす形状を有することで、電極間距離の変動を抑制でき、第１実施形態と同様の効果が得られる。 In such a catalytic combustion type gas sensor 1d as well, since the detection portion 12 has a shape that satisfies Wx0<Wy0, fluctuations in the inter-electrode distance can be suppressed, and effects similar to those of the first embodiment can be obtained.

なお、本発明を半導体式のガスセンサに適用する場合には、感応膜６をＳｎＯ₂，ＺｎＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃などの金属酸化物の半導体膜とすればよい。また、本発明を固体電解質式のガスセンサに適用する場合には、感応膜６を、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）やリチウムイオン導電性固体電解質などで構成される固体電解質膜とすればよい。固体電解質式のガスセンサの場合、一対の検知電極４の一方を作用電極とし、他方を参照電極とすればよい。作用電極には、白金、金、パラジウム、銀などの電子伝導材料と、アルカリ金属炭酸塩やアルカリ土類金属炭酸塩などの補助電極物質が含まれ、参照電極は、白金、金、パラジウム、銀などの電子伝導材料で構成すればよい。 When the present invention is applied to a semiconductor type gas sensor, the sensitive film 6 may be a semiconductor film of metal oxide such as SnO ₂ , ZnO, In ₂ O ₃ or the like. When the present invention is applied to a solid electrolyte type gas sensor, the sensitive membrane 6 may be a solid electrolyte membrane composed of yttria-stabilized zirconia (YSZ), lithium ion conductive solid electrolyte, or the like. In the case of a solid electrolyte type gas sensor, one of the pair of detection electrodes 4 may be used as a working electrode and the other as a reference electrode. Working electrodes include electronically conductive materials such as platinum, gold, palladium, and silver, and auxiliary electrode materials such as alkali metal carbonates and alkaline earth metal carbonates, while reference electrodes include platinum, gold, palladium, and silver. It may be composed of an electron-conducting material such as

第１および第２実施形態では、検知部１２が略長方形の平面視形状を有していたが、検知部１２は、Ｗｘ０＜Ｗｙ０を満たす形状を有していればよく、検知部１２の平面視形状は、楕円形やその他多角形状であってもよい。 In the first and second embodiments, the detection unit 12 has a substantially rectangular planar shape, but the detection unit 12 may have a shape that satisfies Wx0<Wy0. The visual shape may be an ellipse or other polygonal shape.

１ａ～１ｄ … ガスセンサ
１０ … 膜積層部
１２ … 検知部
１２ａ～１２ｄ … （検知部の）縁辺
１４ … 周縁部
１６，１６ａ～１６ｄ … 梁部
７０ … 幅狭部
７１ … 切り欠き部
３ … ヒータ
３１ … ミアンダパターン
３２ … 端部配線
４，４ａ，４ｂ … 検知電極
４１ … 対向部（対向電極）
４２ … 引出部
６ … 感応膜
８ … パッド電極
９ａ，９ｂ … ビアホール電極
２１，２３，２５ … 絶縁膜
８０ … 触媒部
５０ … 基板
５５ … 空洞部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a-1d... Gas sensor 10... Film lamination part 12... Detection part 12a-12d... Edge (of detection part) 14... Periphery part 16, 16a-16d... Beam part 70... Narrow part 71... Notch part 3... Heater
31 … Meanda pattern
32... Edge wiring 4, 4a, 4b... Detection electrode
41... Counter part (counter electrode)
Reference Signs List 42: Drawer 6: Sensitive film 8: Pad electrode 9a, 9b: Via hole electrode 21, 23, 25: Insulating film 80: Catalyst part 50: Substrate 55: Cavity

Claims

a substrate having a cavity; and a detection unit supported by two or more beams extending from the substrate above the cavity,
The detection unit has a laminated structure including a heater, a sensitive film, and a pair of counter electrodes in contact with the sensitive film,
the pair of counter electrodes each extend along a direction perpendicular to the stacking direction and face each other at a predetermined interval in the in-plane direction of the sensitive film;
A gas sensor in which a maximum width Wy0 of the detection portion in the extending direction of the counter electrode is wider than a maximum width Wx0 of the detection portion in the facing direction of the counter electrode.

2. The gas sensor according to claim 1, wherein the detection portion has a narrow portion in which the width of the detection portion in the facing direction is partially narrowed.

The gas sensor according to claim 2, wherein the narrow portion is positioned at the center of the detection portion in the extending direction.

2. The gas sensor according to claim 1, wherein the detection section has a notch in a part of the edge along the longitudinal direction of the detection section.

5. The gas sensor according to claim 4, wherein the cutout portion is positioned at the center of the edge.

The gas sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the sensitive film is a thermistor film.