JP2731534B2 - ガス検出装置 - Google Patents
ガス検出装置Info
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- JP2731534B2 JP2731534B2 JP63126836A JP12683688A JP2731534B2 JP 2731534 B2 JP2731534 B2 JP 2731534B2 JP 63126836 A JP63126836 A JP 63126836A JP 12683688 A JP12683688 A JP 12683688A JP 2731534 B2 JP2731534 B2 JP 2731534B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は雰囲気中にガスが存在することを検知するガ
ス検出装置に関するものであって、更に詳細には、LPガ
スや都市ガスのガス漏れ警報器として適用するのに適し
たガス検出装置に関するものである。
ス検出装置に関するものであって、更に詳細には、LPガ
スや都市ガスのガス漏れ警報器として適用するのに適し
たガス検出装置に関するものである。
従来、ガス検出装置として、金属酸化物半導体の内部
に電極と、電極を兼ねたヒータコイルを内蔵し、ヒータ
コイルにより加熱した金属酸化物半導体の抵抗値が下が
ることを利用したものがあるが、安定性に欠けるととも
に多大の消費電力を必要としていた。そこで、この点を
改良した技術として検知領域張り出し型としたガス検知
装置が種々提案されているが、それでもなおかなりの消
費電力を必要とする上、感度も充分なものとは言い難い
面があった。
に電極と、電極を兼ねたヒータコイルを内蔵し、ヒータ
コイルにより加熱した金属酸化物半導体の抵抗値が下が
ることを利用したものがあるが、安定性に欠けるととも
に多大の消費電力を必要としていた。そこで、この点を
改良した技術として検知領域張り出し型としたガス検知
装置が種々提案されているが、それでもなおかなりの消
費電力を必要とする上、感度も充分なものとは言い難い
面があった。
そこで、本発明者等は鋭意研究を進めた結果、ガス感
応物質層の表面層に吸着されたガスは比較的容易に脱離
させることができるが、中心部まで吸着されてしまった
ガスを脱離させるためには、より高い温度と長時間を要
する。従ってヒータリードに定格消費電力を越える印加
電力を与えることになりヒータの寿命を短かくする欠点
が確認された。
応物質層の表面層に吸着されたガスは比較的容易に脱離
させることができるが、中心部まで吸着されてしまった
ガスを脱離させるためには、より高い温度と長時間を要
する。従ってヒータリードに定格消費電力を越える印加
電力を与えることになりヒータの寿命を短かくする欠点
が確認された。
本発明の目的は、ガス検知装置の消費電力を節減する
とともに、感度を上げ、かつ寿命を長くすることにあ
る。
とともに、感度を上げ、かつ寿命を長くすることにあ
る。
第１図は、前述の検知領域張り出し型の従来型ガス検
知装置であり、第２図は第１図Ｐ−Ｐ′線の断面図、第
３図は第１図Ｑ−Ｑ′線の断面図である。これらは、い
ずれもSi,Ni,Al,Cr,Mo、ガラス、ステンレス、Al2O3等
のセラックスなどの耐熱性基板１上に、SiO2のような絶
縁体層６からなる張り出し領域があり、その上にSnO2,Z
nO,Fe2O3,TiO2,MgOなどのような金属酸化物半導体から
なるガス感応物質層２があり、これに、ヒータリード3
c、ガス検知用リード3a,3bが接続している。これらのリ
ードは通常、Pt,Rh,Ir,Pd,Al,Ni,Cr,Al,Mo,W,Ta,NiCr,S
iC,TaN、カンタル材などの高融点、導電性、発熱物質で
形成されている。
知装置であり、第２図は第１図Ｐ−Ｐ′線の断面図、第
３図は第１図Ｑ−Ｑ′線の断面図である。これらは、い
ずれもSi,Ni,Al,Cr,Mo、ガラス、ステンレス、Al2O3等
のセラックスなどの耐熱性基板１上に、SiO2のような絶
縁体層６からなる張り出し領域があり、その上にSnO2,Z
nO,Fe2O3,TiO2,MgOなどのような金属酸化物半導体から
なるガス感応物質層２があり、これに、ヒータリード3
c、ガス検知用リード3a,3bが接続している。これらのリ
ードは通常、Pt,Rh,Ir,Pd,Al,Ni,Cr,Al,Mo,W,Ta,NiCr,S
iC,TaN、カンタル材などの高融点、導電性、発熱物質で
形成されている。
これら、第１〜３図にみられるように従来技術のもの
は、ガス感応物質層２は上面のみが空気中に暴露されて
おり、これで充分目的が達成されるものと考えられてい
たし、又、ガス感応物質層２の下面に存在する絶縁層６
はガス感応物質層２の支持層として必要であると信じて
疑うことがなかった。
は、ガス感応物質層２は上面のみが空気中に暴露されて
おり、これで充分目的が達成されるものと考えられてい
たし、又、ガス感応物質層２の下面に存在する絶縁層６
はガス感応物質層２の支持層として必要であると信じて
疑うことがなかった。
本発明は、この絶縁層兼支持体層６が不要であること
の発見にもとづくものである。
の発見にもとづくものである。
すなわち、本発明は、基板、前記基板上に空気に張り
出して設けられ電気的絶縁性材料からなる張り出し部、
前記張り出し部上に設けられており検出領域において互
いに所定距離離隔して設けた少なくとも一対の検出用リ
ード、前記張り出し部上に略前記検出用リードと並置し
て設けられた少なくとも１個のヒータリード、前記検出
領域において前記少なくとも一対の検知用リードの夫々
に接触して設けかつその両面が空気中に暴露された状態
で設置されてなるガス感応物質層を有しており、前記ガ
ス感応物質層がガスと接触反応することによりその抵抗
値変化としてガス検出を行なうことを特徴とするガス検
出装置に関する。
出して設けられ電気的絶縁性材料からなる張り出し部、
前記張り出し部上に設けられており検出領域において互
いに所定距離離隔して設けた少なくとも一対の検出用リ
ード、前記張り出し部上に略前記検出用リードと並置し
て設けられた少なくとも１個のヒータリード、前記検出
領域において前記少なくとも一対の検知用リードの夫々
に接触して設けかつその両面が空気中に暴露された状態
で設置されてなるガス感応物質層を有しており、前記ガ
ス感応物質層がガスと接触反応することによりその抵抗
値変化としてガス検出を行なうことを特徴とするガス検
出装置に関する。
その様子は、典型的には、第４図、第５図にみること
ができる。第１図は上面図であるから、従来型も本発明
のものも同一の図面となる。ところが断面図は異ってく
る。すなわち、第４図は、第１図Ｐ−Ｐ′断面図で、第
２図（従来型）に対応する本発明装置の断面図であり、
第５図は、第１図のＱ−Ｑ′断面図で、第３図（従来
型）に対応する本発明装置の断面図であって、いずれ
も、絶縁体兼支持体層６がガス感応層２の個所には存在
しない点に特色がある。
ができる。第１図は上面図であるから、従来型も本発明
のものも同一の図面となる。ところが断面図は異ってく
る。すなわち、第４図は、第１図Ｐ−Ｐ′断面図で、第
２図（従来型）に対応する本発明装置の断面図であり、
第５図は、第１図のＱ−Ｑ′断面図で、第３図（従来
型）に対応する本発明装置の断面図であって、いずれ
も、絶縁体兼支持体層６がガス感応層２の個所には存在
しない点に特色がある。
本発明の第３図、第４図に示されるガス検知装置を製
造するための具体例を図面を参照して以下に説明する。
造するための具体例を図面を参照して以下に説明する。
実施例１（両持ちブリッジタイプ） 第４図、５図の構造を得るために、まず第６−１図、
７−１図においてSi基板１にSnO2ガス感応物質層２（0.
1〜２μｍ）を蒸着、スパッタ、イオンプレーティン
グ、CVD等の方法を用いて成膜しフォトエッチングによ
り所定の形状をつくる。第６−２図、７−２図において
さらにSiO2,Si3N4,Al2O3,MgF2,Ta2O5などの絶縁体層６
（0.1〜２μｍ）、Cr,Mo,Ni,Tiなどの付着力強化層31
（0.05〜0.1μｍ）を成膜し、第６−３図、７−３図に
おいて付着力強化層31がMoならば希硝酸により、６がSi
O2ならば緩衝HF液により、ガス感応物質層２の上部領域
をフォトエッチング法を用いて除去する。
７−１図においてSi基板１にSnO2ガス感応物質層２（0.
1〜２μｍ）を蒸着、スパッタ、イオンプレーティン
グ、CVD等の方法を用いて成膜しフォトエッチングによ
り所定の形状をつくる。第６−２図、７−２図において
さらにSiO2,Si3N4,Al2O3,MgF2,Ta2O5などの絶縁体層６
（0.1〜２μｍ）、Cr,Mo,Ni,Tiなどの付着力強化層31
（0.05〜0.1μｍ）を成膜し、第６−３図、７−３図に
おいて付着力強化層31がMoならば希硝酸により、６がSi
O2ならば緩衝HF液により、ガス感応物質層２の上部領域
をフォトエッチング法を用いて除去する。
ここまでを別法として第８−１、９−１図の様に、Si
O2よりなる絶縁体層６とMoよりなる付着力強化層31をあ
らかじめ基板上に成膜し、ガス感応物質層２が組込まれ
る予定の領域を希硝酸と緩衝HF液によりフォトエッチン
グする。
O2よりなる絶縁体層６とMoよりなる付着力強化層31をあ
らかじめ基板上に成膜し、ガス感応物質層２が組込まれ
る予定の領域を希硝酸と緩衝HF液によりフォトエッチン
グする。
第８−２図、９−２図において絶縁体層６と付着力強
化層31が除かれた領域に、SnO2よりなるガス感応物質層
２を成膜、フォトエッチングにより形成する。これによ
っても第６−３図、第７−３図と同一の構造のものが得
られる。
化層31が除かれた領域に、SnO2よりなるガス感応物質層
２を成膜、フォトエッチングにより形成する。これによ
っても第６−３図、第７−３図と同一の構造のものが得
られる。
第６−４図、７−４図においては、ヒータリード3c、
検出用リード3a,3bボンディングパッドとなるPt,Rh,Ir,
Pd,Ni,Cr,Mo,W,Taもしくはこれらの合金、例えばPtIr,N
iCr,SiC,TaN,カンタル材などのいずれかの導電性材料32
（0.1〜２μｍ）及び付着力強化層として31と同材料の3
3（0.05〜0.1μｍ）を成膜する。なお付着力強化層31,3
3は絶縁体層4,6と導電性材料の付着力が十分強い場合に
は不用であり、除くことができる。
検出用リード3a,3bボンディングパッドとなるPt,Rh,Ir,
Pd,Ni,Cr,Mo,W,Taもしくはこれらの合金、例えばPtIr,N
iCr,SiC,TaN,カンタル材などのいずれかの導電性材料32
（0.1〜２μｍ）及び付着力強化層として31と同材料の3
3（0.05〜0.1μｍ）を成膜する。なお付着力強化層31,3
3は絶縁体層4,6と導電性材料の付着力が十分強い場合に
は不用であり、除くことができる。
第６−５図、７−５図においてはフォトエッチング、
プラズマエッチング等により検出リード3a,3b、ヒータ
リード3c等のパターンを形成する。
プラズマエッチング等により検出リード3a,3b、ヒータ
リード3c等のパターンを形成する。
第６−６図、７−６図においてはさらに上部層として
SiO2被覆絶縁体層４（0.1〜２μｍ）を成膜し、フォト
エッチングによりボンディングパッド、Siエッチング
窓、ガス感応膜上部領域を開口させる。
SiO2被覆絶縁体層４（0.1〜２μｍ）を成膜し、フォト
エッチングによりボンディングパッド、Siエッチング
窓、ガス感応膜上部領域を開口させる。
第６−７図、７−７図においてはSiをNaOH水溶液、KO
H水溶液により開口部からエッチングすれば空洞（溝）
部が形成され本発明によるガス検出装置の基板が完成す
る。
H水溶液により開口部からエッチングすれば空洞（溝）
部が形成され本発明によるガス検出装置の基板が完成す
る。
また別法として第10−１図、11−１図のようにさらに
上部にSiO2被覆絶縁体層４（0.1〜２μｍ）を成膜し、
第10−２図、第11−２図に示すようにフォトエッチン
グ、プラズマエッチング等によりヒータリード3c、検出
用リード3a,3bをパターニングし、ボンディングパッ
ド、Siエッチング窓、ガス感応膜上部領域のSiO2をフォ
トエッチングにより緩衝HF液でパターニングする。
上部にSiO2被覆絶縁体層４（0.1〜２μｍ）を成膜し、
第10−２図、第11−２図に示すようにフォトエッチン
グ、プラズマエッチング等によりヒータリード3c、検出
用リード3a,3bをパターニングし、ボンディングパッ
ド、Siエッチング窓、ガス感応膜上部領域のSiO2をフォ
トエッチングにより緩衝HF液でパターニングする。
最後に第10−３図、11−３図において、Siをエッチン
グすればガス検出装置の基板が完成する。
グすればガス検出装置の基板が完成する。
実施例２（両持ちブリッジタイプ） 第12図及びその断面図第13図、14図、15図を参照して
説明する。
説明する。
第13図のＲ−Ｒ′断面はガス感応物質層42によりガス
検出が可能であり、本発明の要件をなす上下側が空間に
暴露された構造である。
検出が可能であり、本発明の要件をなす上下側が空間に
暴露された構造である。
第14図のＳ−Ｓ′断面はガス感応物質層42′（42と同
材料、同製法）の上下側が、ガスを通過させず周囲の温
度のみ伝導させることの可能な電気絶縁体層46,44で囲
まれているため、温度検出装置としてガス検出装置と別
途に用いることができる。また、ガス検出装置の温度補
償機能として合せて用いることができる。
材料、同製法）の上下側が、ガスを通過させず周囲の温
度のみ伝導させることの可能な電気絶縁体層46,44で囲
まれているため、温度検出装置としてガス検出装置と別
途に用いることができる。また、ガス検出装置の温度補
償機能として合せて用いることができる。
なおこれら２つの装置は１本のヒータリード43cによ
り加熱させて働かせることができるため、別々のヒータ
リードにそれぞれの装置を取付ける場合より温度バラン
スが同一であることから温度補償は容易で高精度である
し、また消費電力もおよそ1/2になりコストダウンでき
る。
り加熱させて働かせることができるため、別々のヒータ
リードにそれぞれの装置を取付ける場合より温度バラン
スが同一であることから温度補償は容易で高精度である
し、また消費電力もおよそ1/2になりコストダウンでき
る。
本実施例の製造方法としては第13〜15図に示す通り
で、その特徴はガス検出装置の製造工程に容易に組込む
ことができることである。
で、その特徴はガス検出装置の製造工程に容易に組込む
ことができることである。
第13−１図〜13−８図は第12図Ｒ−Ｒ′断面に、第14
−１図〜14−８図は第12図Ｓ−Ｓ′断面に、第15−１図
〜15−８図は第12図Ｔ−Ｔ′断面に対応している。
−１図〜14−８図は第12図Ｓ−Ｓ′断面に、第15−１図
〜15−８図は第12図Ｔ−Ｔ′断面に対応している。
第15−１図ではSi基板41上にSiO2絶縁体層46を重ね、
第15−２図ではフォトエッチングによりガス感応物質が
形成される領域を除去する。
第15−２図ではフォトエッチングによりガス感応物質が
形成される領域を除去する。
第15−３図ではSnO2ガス感応物質を全面に重ねた後フ
ォトエッチングもしくはプラズマエッチングにより42、
42′としてパターニングする。
ォトエッチングもしくはプラズマエッチングにより42、
42′としてパターニングする。
第15−４図では、Pt電気電導膜43,SiO2絶縁体層40を
重ね、第15−５図ではそのSiO2をフォトエッチングし残
ったSiO2パターンをレジストとして第15−６図の様にプ
ラズマエッチングする。なお第15−４図で40を形成せず
に43をフォトエッチングして第15−６図を得ても良い。
重ね、第15−５図ではそのSiO2をフォトエッチングし残
ったSiO2パターンをレジストとして第15−６図の様にプ
ラズマエッチングする。なお第15−４図で40を形成せず
に43をフォトエッチングして第15−６図を得ても良い。
次に第15−７図ではSiO2被覆絶縁層44を全面に重ね、
ボンディングパッド、ガス検出部及びSiエッチング窓を
開口すると第15−８図となる。
ボンディングパッド、ガス検出部及びSiエッチング窓を
開口すると第15−８図となる。
最後にSi基板41をNaOH水溶液でエッチングすれば第15
図が得られる。
図が得られる。
実施例３（片持ち梁形タイプ） 第16図、17図（第16図Ｕ−Ｕ′断面図）では張り出し
部を片持ち梁形状にした例である。ヒータリード53cに
よりガス感応物質層52を加熱させその電気抵抗値の雰囲
気による影響をガス検出用リード53a,53bにより取出す
ことができる。
部を片持ち梁形状にした例である。ヒータリード53cに
よりガス感応物質層52を加熱させその電気抵抗値の雰囲
気による影響をガス検出用リード53a,53bにより取出す
ことができる。
実施例４（ダイヤフラム構造タイプ） 第18図、19図（第18図Ｖ−Ｖ′断面図）では張り出し
部が一板の膜状を形成している。ガス感応物質層62は膜
66の中央付近にあり両面が周囲の空間に露出している。
ヒータリード63c,63c′、ガス検出用リードは63a,63bで
ある。膜66は基板61のエッチングマスク68を利用して裏
面のエッチングにより得られる。
部が一板の膜状を形成している。ガス感応物質層62は膜
66の中央付近にあり両面が周囲の空間に露出している。
ヒータリード63c,63c′、ガス検出用リードは63a,63bで
ある。膜66は基板61のエッチングマスク68を利用して裏
面のエッチングにより得られる。
実施例５ 第20図、第21図（第20図Ｗ−Ｗ′断面図）ではヒータ
リード73c,73c′と交差する検出用リードによりガス感
応部72、温度感応部72′から構成されている。ガス感応
部72も温度感応部72′もともにガス感応物質層である
が、ガス感応部72の方は上下両面とも空気と接触しうる
状態にある。温度感応部72′は上下両面とも被覆された
状態にある。
リード73c,73c′と交差する検出用リードによりガス感
応部72、温度感応部72′から構成されている。ガス感応
部72も温度感応部72′もともにガス感応物質層である
が、ガス感応部72の方は上下両面とも空気と接触しうる
状態にある。温度感応部72′は上下両面とも被覆された
状態にある。
実施例６ 第22図〜第24図のものは、実施例３の変形であり、ヒ
ータリード83cがガス検出用リード83a,83bの内側に配置
されている。82はガス感応物質層、86はSiO2絶縁体層で
ある。
ータリード83cがガス検出用リード83a,83bの内側に配置
されている。82はガス感応物質層、86はSiO2絶縁体層で
ある。
第１図は、ガス検知装置の上面図であり、上面図におい
ては従来の装置も、本発明装置も同一である。 第２図はＰ−Ｐ′断面図（従来型）、第３図はＱ−Ｑ′
断面図（従来型）、第４図は同じくＰ−Ｐ′断面図（本
発明実施例１）、第５図はＱ−Ｑ′断面図（本発明実施
例１）、第６−１〜６−７図、第７−１〜７−７は第４
図、第５図の断面図の構造体を得るための製造工程を説
明するものであり、第８−１、８−２、10−１〜10−３
図および第９−1,9−2,11−１〜11−３図は、第６−１
〜６−７図と、第７−１〜７−７図に対応する変形例を
示すものである。 第12図は実施例２の本発明装置の上面図であり、第13図
は第12図のＲ−Ｒ′断面図、第14図は第12図のＳ−Ｓ′
断面図、第15図は第12図Ｔ−Ｔ′断面図である。 第16図は、実施例３の本発明装置の上面図であり、第17
図はそのＵ−Ｕ′断面図である。 第18図は、実施例４の本発明装置の上面図、第19図はそ
のＶ−Ｖ′断面図であり、第20図は実施例５の上面図、
第21図はそのＷ−Ｗ′断面図である。 第22図は実施例６の本発明装置の上面図であり、第23図
はそのＹ−Ｙ′断面図、第24図はそのＺ−Ｚ′断面図で
ある。
ては従来の装置も、本発明装置も同一である。 第２図はＰ−Ｐ′断面図（従来型）、第３図はＱ−Ｑ′
断面図（従来型）、第４図は同じくＰ−Ｐ′断面図（本
発明実施例１）、第５図はＱ−Ｑ′断面図（本発明実施
例１）、第６−１〜６−７図、第７−１〜７−７は第４
図、第５図の断面図の構造体を得るための製造工程を説
明するものであり、第８−１、８−２、10−１〜10−３
図および第９−1,9−2,11−１〜11−３図は、第６−１
〜６−７図と、第７−１〜７−７図に対応する変形例を
示すものである。 第12図は実施例２の本発明装置の上面図であり、第13図
は第12図のＲ−Ｒ′断面図、第14図は第12図のＳ−Ｓ′
断面図、第15図は第12図Ｔ−Ｔ′断面図である。 第16図は、実施例３の本発明装置の上面図であり、第17
図はそのＵ−Ｕ′断面図である。 第18図は、実施例４の本発明装置の上面図、第19図はそ
のＶ−Ｖ′断面図であり、第20図は実施例５の上面図、
第21図はそのＷ−Ｗ′断面図である。 第22図は実施例６の本発明装置の上面図であり、第23図
はそのＹ−Ｙ′断面図、第24図はそのＺ−Ｚ′断面図で
ある。
Claims (1)
- 【請求項１】基板、前記基板上に空中に張り出して設け
られ電気的絶縁性材料からなる張り出し部、前記張り出
し部上に設けられており検出領域において互いに所定距
離離隔して設けた少なくとも一対の検出用リード、前記
張り出し部上に略前記検出用リードと並置して設けられ
た少なくとも１個のヒータリード、前記検出領域におい
て前記少なくとも一対の検知用リードの夫々に接触して
設けかつその両面が空気中に暴露された状態で設置され
てなるガス感応物質層を有しており、前記ガス感応物質
層がガスと接触反応することによりその抵抗値変化とし
てガス検出を行なうことを特徴とするガス検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63126836A JP2731534B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | ガス検出装置 |
| US07/288,279 US4967589A (en) | 1987-12-23 | 1988-12-22 | Gas detecting device |
| US07/559,148 US5003812A (en) | 1987-12-23 | 1990-07-30 | Gas detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63126836A JP2731534B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | ガス検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01296111A JPH01296111A (ja) | 1989-11-29 |
| JP2731534B2 true JP2731534B2 (ja) | 1998-03-25 |
Family
ID=14945099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63126836A Expired - Lifetime JP2731534B2 (ja) | 1987-12-23 | 1988-05-24 | ガス検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2731534B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5297112B2 (ja) * | 2008-08-04 | 2013-09-25 | 富士電機株式会社 | 薄膜ガスセンサ |
-
1988
- 1988-05-24 JP JP63126836A patent/JP2731534B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01296111A (ja) | 1989-11-29 |
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