JP5136868B2 - 熱伝導度検出器およびそれを用いたガスクロマトグラフ - Google Patents
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Description
・半導体製造工程により流路やフィラメントを形成できるため、作業者に高度な加工技術が必要とされない
・同時にウエハ内にセンサ部を複数個形成できるため、低価格で量産向けである。
・センサ部を小型化でき、センサ部が熱的に安定するまでの時間を短縮できる。また、熱伝導度検出器全体のボディも小型化でき、配置場所の制約を少なくできる。
・同時に様々な条件の異なる流路やフィラメントを備えた熱伝導度検出器を作製できる。
などのメリットがある。
測定ガスが流れる流路の内部に基板上に形成された発熱体を配置し、前記測定ガスが前記発熱体から奪う熱量の大きさにより前記測定ガスの熱伝導度を検出する熱伝導度検出器において、
前記発熱体は、所定角度の折り返し部が形成された梁部を備えることを特徴とし、
前記発熱体は、前記梁部上に形成され、前記基板表面に形成された一対の電極部に端部がそれぞれ接続する金属薄膜を備えることを特徴とし、
前記発熱体は、発熱時の変形方向が前記基板表面と水平な面内となるように前記梁部の厚みおよび幅の少なくとも一方が設定されたことを特徴とする。
請求項1に記載の熱伝導度検出器において、
前記発熱体は、対向する内壁が前記発熱体に近接するように形成されたことを特徴とする。
請求項1または2に記載の熱伝導度検出器において、
前記流路は、前記基板とこの基板とは別の第2の基板とを貼り合わせて貼り合わせ基板を形成し、この貼り合わせ基板に形成された溝により構成されていることを特徴とする。
請求項1〜3のいずれかに記載の熱伝導度検出器において、
前記金属薄膜はタングステン、モリブデン、白金、ロジウム、ニッケル、コバルトの少なくともいずれかを材質とすることを特徴とする。
請求項1〜4のいずれかに記載の熱伝導度検出器において、
前記発熱体は、前記金属薄膜と前記梁部との間に形成されたシリサイド化防止膜または絶縁膜の少なくともいずれかを備えることを特徴とする。
請求項1〜5のいずれかに記載の熱伝導度検出器において、
前記発熱体は、前記金属薄膜上に形成された酸化防止膜または触媒反応防止膜の少なくともいずれかを備えることを特徴とする。
請求項1〜6のいずれかに記載の熱伝導度検出器において、
前記基板はシリコン基板であることを特徴とする。
請求項3〜7のいずれかに記載の熱伝導度検出器において、
前記第2の基板はほうけい酸ガラス基板であることを特徴とする。
ガス成分の検出に請求項1〜8のいずれかに記載の熱伝導度検出器を用いたことを特徴とするガスクロマトグラフである。
測定ガスが流れる流路の内部に基板上に形成された発熱体を配置し、前記測定ガスが前記発熱体から奪う熱量の大きさにより前記測定ガスの熱伝導度を検出する熱伝導度検出器において、前記発熱体は、中央部に所定角度の折り返し部が形成された梁部を備えることにより、
微小化された発熱体においても高い検出性能を実現するとともに、発熱体の実質的な使用可能温度を拡張できる熱伝導度検出器およびそれを用いたガスクロマトグラフを提供できる。
フィラメント部31と32は、図中上下方向に対象に、図中左右方向に位置を揃えて形成されている。同様に、フィラメント部33と34も、図中上下方向に対象に、図中左右方向に位置を揃えて形成されている。フィラメント部31と32の間と、フィラメント部33と34の間には、シリコン基板30の表側面と裏側面との間で高い通気性を確保するための開口部37,38がそれぞれ形成されている。
フィラメント部31は梁部313とその上に形成された金属薄膜314を備えている。梁部313は第1梁部311と第2梁部312とからなる。梁部313は、電極部31a,31bとなる領域からそれぞれ初期角度θをなす方向に第1梁部311と第2梁部312とを形成するとともに、これら第1梁部311と第2梁部312の他端同士が接合した形状となっている。すなわち、梁部313は、図に示すように、第1梁部311と第2梁部312の接合部分が所定角度の折り返し部となったV字形状を中央部に備えた形状となる。
なお、図8に示す、MEMS技術を用いた従来のフィラメントは、図4における初期角度θ=0degに相当する。
フィラメント部31が中央部に所定角度の折り返し部が形成された梁部313を備えることにより、フィラメント部31が微小化されたものであっても高い検出性能を実現するとともに、フィラメント部31の実質的な使用可能温度を拡張できる熱伝導度検出器を提供できる。
また、ガスクロマトグラフと同様に、熱伝導度を検出することにより真空度を測定するピラニ真空計にも適用可能である。
金属薄膜314としてタングステン薄膜を形成した場合には、従来の熱伝導度検出器ではタングステンワイヤのコイルフィラメントを主に用いており、薄膜においても同様の性能が得られる可能性が高いという利点がある。
金属薄膜314としてモリブデン薄膜を形成した場合には、タングステンより融点や再結晶温度が低いことから薄膜化した際の抵抗温度係数低下を改善する熱処理がより低温で効果があるという利点がある。
金属薄膜314として白金薄膜を形成した場合には、耐熱耐ガスなどの耐久性能に優れているという利点がある。
金属薄膜314としてロジウム薄膜を形成した場合には、白金と同様に耐久性に優れ更に抵抗温度係数が高いという利点がある。
金属薄膜314としてニッケル薄膜を形成した場合には、キュリー点(約350度)以下においては抵抗温度係数が大きいという利点がある。
金属薄膜314としてコバルト薄膜を形成した場合には、ニッケルよりもキュリー点が約1100度と高く、抵抗温度係数が大きい範囲が広いという利点がある。
31〜34 フィラメント部
311 第1梁部
312 第2梁部
313 梁部
314 金属薄膜
315 シリサイド化防止膜(あるいは絶縁膜)
316 酸化防止膜(あるいは触媒反応防止膜)
31a,31b 電極部
40 パイレックスガラス基板
Claims (9)
- 測定ガスが流れる流路の内部に基板上に形成された発熱体を配置し、前記測定ガスが前記発熱体から奪う熱量の大きさにより前記測定ガスの熱伝導度を検出する熱伝導度検出器において、
前記発熱体は、所定角度の折り返し部が形成された梁部を備えることを特徴とし、
前記発熱体は、前記梁部上に形成され、前記基板表面に形成された一対の電極部に端部がそれぞれ接続する金属薄膜を備えることを特徴とし、
前記発熱体は、発熱時の変形方向が前記基板表面と水平な面内となるように前記梁部の厚みおよび幅の少なくとも一方が設定されたことを特徴とする熱伝導度検出器。 - 前記発熱体は、対向する内壁が前記発熱体に近接するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の熱伝導度検出器。
- 前記流路は、前記基板とこの基板とは別の第2の基板とを貼り合わせて貼り合わせ基板を形成し、この貼り合わせ基板に形成された溝により構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の熱伝導度検出器。
- 前記金属薄膜はタングステン、モリブデン、白金、ロジウム、ニッケル、コバルトの少なくともいずれかを材質とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の熱伝導度検出器。
- 前記発熱体は、前記金属薄膜と前記梁部との間に形成されたシリサイド化防止膜または絶縁膜の少なくともいずれかを備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱伝導度検出器。
- 前記発熱体は、前記金属薄膜上に形成された酸化防止膜または触媒反応防止膜の少なくともいずれかを備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱伝導度検出器。
- 前記基板はシリコン基板であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱伝導度検出器。
- 前記第2の基板はほうけい酸ガラス基板であることを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載の熱伝導度検出器。
- ガス成分の検出に請求項1〜8のいずれかに記載の熱伝導度検出器を用いたことを特徴とするガスクロマトグラフ。
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