JP6685839B2 - ガス検出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ガス検出装置に関する。

ＭＥＭＳ（micro electro-mechanical systems）技術を用いて形成され、水素ガス等のガスを検出するガス検出装置が提案されている。しかしながら、従来は、必ずしも十分な性能を有するガス検出装置が提案されているとは言えなかった。

特開２００７−４５７５６号公報 特許第５８１３４７１号公報 米国特許第８９２１９５８号明細書 米国特許第７３４０９４１号明細書

十分な性能を有するガス検出装置を提供する。

実施形態に係るガス検出装置は、基板領域と、前記基板領域上に設けられた可動膜構造であって、絶縁材料で形成された第１の膜と、所定のガスを吸収又は吸着することで変形する第２の膜と、ヒーター用の抵抗として機能する第３の膜とを含む可動膜構造と、を備え、前記基板領域の主面に垂直な方向から見て、前記第２の膜のパターンの少なくとも一部と前記第３の膜のパターンの少なくとも一部とは互いに重なっている。

第１の実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス検出装置の他の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第１の実施形態に係るガス検出装置の全体的な構成を示したブロック図である。 第１の実施形態の第１の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態の第１の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第１の実施形態の第２の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態の第２の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第１の実施形態の第３の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態の第３の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第１の実施形態の第４の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態の第５の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態の第５の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第１の実施形態の第６の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態の第６の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第１の実施形態の第７の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態の第８の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係り、水素吸蔵材料膜のパターンの一例を模式的に示した図である。 第１の実施形態に係り、水素吸蔵材料膜のパターンの他の例を模式的に示した図である。 第１の実施形態に係り、水素吸蔵材料膜のパターンの他の例を模式的に示した図である。 第１の実施形態に係り、水素吸蔵材料膜のパターンの他の例を模式的に示した図である。 第１の実施形態に係り、貫通穴のパターンの一例を模式的に示した図である。 第１の実施形態に係り、貫通穴のパターンの他の例を模式的に示した図である。 第１の実施形態に係るガス検出装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス検出装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス検出装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス検出装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス検出装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態に係るガス検出装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。 第２の実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第２の実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第２の実施形態に係るガス検出装置の全体的な構成を示したブロック図である。 第２の実施形態の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第３の実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第３の実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第４の実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第４の実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第４の実施形態の第１の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第４の実施形態の第１の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第４の実施形態の第２の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第４の実施形態の第２の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第４の実施形態の第３の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第４の実施形態の第３の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第４の実施形態の第４の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第４の実施形態の第５の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第４の実施形態の第６の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。 第４の実施形態の第７の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第４の実施形態の第８の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。 第４の実施形態に係るガス検出装置の全体的なシステム構成の一例を示した図である。 第４の実施形態に係るガス検出装置の動作の一例を示したタイミングチャートである。 第４の実施形態に係るガス検出装置の動作の他の例を示したタイミングチャートである。 第４の実施形態に係るガス検出装置の全体的なシステム構成の他の例を示した図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（実施形態１）
まず、第１の実施形態に係るガス検出装置について説明する。本実施形態のガス検出装置は、水素ガス検出装置として用いられ、ＭＥＭＳ（micro electro-mechanical systems）技術を用いて製造される。

図１Ａは、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の構成を模式的に示した断面図である。図２は、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の構成を模式的に示した平面図である。図２のＡ−Ａ線に沿った断面が図１Ａに概ね対応する。

図１Ａ及び図２に示したガス検出装置は、基板領域１０と、基板領域１０上に設けられた可動膜構造２０と、基板領域１０上に設けられ且つ可変キャパシタの一方の電極（下部電極、固定電極）として機能する第１の導電部４１とを備えている。また、可動膜構造２０の内側にはキャビティ３０が形成されている。

基板領域１０は、半導体基板（例えば、シリコン基板）と、ＭＯＳトランジスタ及び配線等を含む回路領域とを含んでいる。

可動膜構造２０は、脆性材料で形成された脆性材料膜（第１の膜）２１と、水素吸蔵材料（水素貯蔵材料）で形成された水素吸蔵材料膜（第２の膜）２２とを含んでいる。本実施形態では、脆性材料膜２１の下表面に水素吸蔵材料膜２２が設けられている。水素吸蔵材料膜２２は、可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）として機能し、引き出し線２２ａを介して外部回路に電気的に接続されている。また、可動膜構造２０は、キャビティ３０に達する複数の貫通穴（ベントホール）２６を有している。具体的には、脆性材料膜２１に複数の貫通穴２６が形成されている。貫通穴２６により、可動膜構造２０の内側の圧力と外側の圧力とが等しく保たれている。

脆性材料膜（第１の膜）２１は、可動膜構造２０のベース膜として機能するものである。この脆性材料膜２１は、シリコン（Ｓｉ）を含有する材料で形成されていることが好ましい。脆性材料膜２１の材料は、絶縁性材料でもよいし導電性材料でもよい。具体的には、脆性材料膜２１の材料には、シリコン（Ｓｉ）、シリコン窒化物（一般的には、シリコン（Ｓｉ）及び窒素（Ｎ）を含有する材料）、シリコン酸化物（一般的には、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）を含有する材料）、或いはシリコン炭化物（一般的には、シリコン（Ｓｉ）及び炭素（Ｃ）を含有する材料）を用いることが好ましい。なお、脆性材料膜２１の材料として、ＡｌＴｉ（一般的には、アルミニウム（Ａｌ）及びチタン（Ｔｉ）を含有する材料）等を用いることも可能である。本実施形態では、脆性材料膜２１として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いる。

水素吸蔵材料膜（水素貯蔵材料膜、第２の膜）２２は、可動膜構造２０の水素検出膜として機能するものである。この水素吸蔵材料膜２２の材料は、パラジウム（Ｐｄ）、パラジウム（Ｐｄ）を含有する合金、チタン（Ｔｉ）を含有する合金、及びランタン（Ｌａ）を含有する合金から選択されることが好ましい。本実施形態では、水素吸蔵材料膜２２として、パラジウム膜（Ｐｄ膜）或いはパラジウム合金膜（Ｐｄ合金膜）を用いる。パラジウム合金膜には、例えば、パラジウム−ニッケル合金膜（Ｐｄ−Ｎｉ合金膜）やパラジウム−銀合金膜（Ｐｄ−Ａｇ合金膜）が用いられる。

第１の導電部４１は、可変キャパシタの一方の電極（下部電極、固定電極）として機能し、引き出し線４１ａを介して外部回路に電気的に接続されている。この第１の導電部４１は、可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）として機能する水素吸蔵材料膜２２に対向している。第１の導電部４１及び基板領域１０は絶縁膜４２で覆われており、絶縁膜４２上には層間絶縁膜４３が設けられている。

上述したように、可動膜構造２０は、ベース膜として機能する脆性材料膜２１と、水素検出膜として機能する水素吸蔵材料膜２２とによって形成されている。このように、脆性材料膜２１及び水素吸蔵材料膜２２によって形成された可動膜構造２０を用いることで、優れた特性を有するガス検出装置を得ることができる。以下、説明を加える。

水素吸蔵材料膜２２は、水素を吸収する（蓄積する）ことで膨張する（体積が増加する）。そのため、水素吸蔵材料膜２２が水素を吸収することによって可動膜構造２０が変形し、第１の導電部（可変キャパシタの下部電極）４１と水素吸蔵材料膜（可変キャパシタの上部電極）２２との距離が変化する。水素吸蔵材料膜２２の膨張量は水素吸収量に応じて変化するため、第１の導電部（下部電極）４１と水素吸蔵材料膜（上部電極）２２との距離も水素吸収量に応じて変化する。その結果、水素吸蔵材料膜２２の水素吸収量に応じて可変キャパシタのキャパシタンスが変化する。したがって、可変キャパシタのキャパシタンスを求めることで、水素吸収量を算出することが可能である。すなわち、可変キャパシタのキャパシタンスを求めることで、水素吸蔵材料膜２２の周囲の水素濃度を算出することが可能である。

ところが、可動膜構造２０のベース膜がクリープ疲労等によって変形すると、水素吸蔵材料膜２２の変形に基づく水素濃度の検出を行うことが困難になる。本実施形態では、可動膜構造２０のベース膜として脆性材料膜２１を用いているため、ベース膜がクリープ疲労等によって変形することはほとんどない。そのため、本実施形態では、水素吸蔵材料膜２２の変形に基づく水素濃度の検出を高精度で行うことが可能である。したがって、本実施形態では、検出精度及び信頼性に優れた高性能のガス検出装置（水素ガス検出装置）を得ることができる。

また、本実施形態では、可動膜構造２０にキャビティ３０に達する複数の貫通穴２６が設けられているため、可動膜構造２０の内側の圧力と外側の圧力とを等しく保つことができる。仮に、貫通穴２６が設けられていないとすると、可動膜構造２０の内側と外側との圧力差によって可動膜構造２０が変形し、水素濃度を的確に検出することができなくなるおそれがある。本実施形態では、可動膜構造２０に貫通穴２６が設けられているため、水素濃度を的確に検出することが可能である。

図１Ｂは、本実施形態に係るガス検出装置の他の構成を模式的に示した断面図である。上述した図１Ａに示した構成では、層間絶縁膜４３を設けることによって高い強度を有する可動膜構造２０を得ることできる。図１Ｂに示した構成では、層間絶縁膜４３を設けていないため、平坦化プロセスを行う必要がなく、製造プロセスの簡単化をはかることができる。

図３は、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の全体的な構成を示したブロック図である。図３に示すように、上述した構造を有する可変キャパシタ１００に検出部２００が接続されている。検出部２００は、図１Ａの基板領域１０内に設けられていてもよいし、基板領域１０外に設けられていてもよい。検出部２００は、可変キャパシタ１００のキャパシタンスを検出するキャパシタンス検出部２１０と、キャパシタンス検出部２１０で検出されたキャパシタンスに基づいて水素濃度を算出する水素濃度算出部２２０とを含んでいる。予め可変キャパシタのキャパシタンスと水素濃度との関係を求めておくことで、水素濃度算出部２２０によって水素濃度を高精度で算出することが可能である。

次に、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の種々の変更例について説明する。なお、以下の各変更例において、基本的な構成は上述した実施形態の構成と同様である。したがって、上述した実施形態で説明した事項の説明は省略する。

図４は、本実施形態の第１の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。図５は、本実施形態の第１の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

上述した実施形態では、脆性材料膜２１の下表面に水素吸蔵材料膜２２が設けられていたが、本変更例では、脆性材料膜２１の上表面に水素吸蔵材料膜２２が設けられている。その他の基本的な構成は、上述した実施形態と同様である。

図６は、本実施形態の第２の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。図７は、本実施形態の第２の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

本変更例では、可動膜構造２０が、水素吸蔵材料膜２２を覆い且つ水素吸蔵材料膜２２への水分の侵入を防止する水分侵入防止膜２３をさらに含んでいる。具体的には、水分侵入防止膜２３として、防湿膜や疎水性膜を用いることが可能である。例えば、水分侵入防止膜２３として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、金膜（Ａｕ膜）、プラチナ膜（Ｐｔ膜）等を用いることが可能である。水分侵入防止膜２３を設けることで、水分の侵入に起因する水素吸蔵材料膜２２の特性の劣化を防止することが可能である。この水分侵入防止膜２３は、水素吸蔵材料膜２２への水分の侵入を防止するが、水素を透過させることはできる。したがって、上述した実施形態と同様に、水素濃度の検出を行うことが可能である。

図８Ａは、本実施形態の第３の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。図８Ｂは、本実施形態の第３の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

本変更例では、水素吸蔵材料膜２２を加熱する加熱部（ヒーター）６０が設けられている。具体的には、脆性材料膜２１上に可動膜構造２０の一部として加熱部６０が設けられており、加熱部６０は引き出し線６０ａを介して外部回路に電気的に接続されている。加熱部６０には、薄膜抵抗等を用いることが可能である。加熱部６０によって水素吸蔵材料膜２２を加熱することで、水素吸蔵材料膜２２から水素を素早く放出することができる。したがって、加熱部６０を設けることで、水素吸蔵材料膜２２を素早く定常状態に戻すことが可能である。

図９は、本実施形態の第４の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。

本変更例も、第３の変更例と同様に、水素吸蔵材料膜２２を加熱する加熱部（ヒーター）６０が設けられている。具体的には、本変更例では、基板領域１０に加熱部６０が設けられている。また、加熱部６０を第１の導電部４１から電気的に絶縁するため、加熱部６０は絶縁膜１１によって覆われている。本変更例でも、加熱部６０を設けることで、水素吸蔵材料膜２２から水素を素早く放出することができる。

図１０は、本実施形態の第５の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。図１１は、本実施形態の第５の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

本変更例では、可動膜構造２０が、可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）として機能する電極膜２４をさらに含んでいる。すなわち、上述した実施形態では、水素吸蔵材料膜（第２の膜）２２を可変キャパシタの他方の電極として用いていたが、本変更例では、水素吸蔵材料膜（第２の膜）２２とは別に電極膜２４を設け、電極膜２４を可変キャパシタの他方の電極として用いている。電極膜２４は引き出し線２４ａを介して外部回路に電気的に接続されている。

本変更例でも、水素吸蔵材料膜２２が水素を吸収することによって可動膜構造２０が変形し、第１の導電部（下部電極）４１と電極膜（上部電極）２４との距離が水素吸収量に応じて変化する。したがって、上述した実施形態と同様に、可変キャパシタのキャパシタンスに基づいて、水素吸蔵材料膜２２の周囲の水素濃度を算出することが可能である。また、本変更例では、水素吸蔵材料膜２２とは別に電極膜２４を設けることで、可変キャパシタの他方の電極のパターンを水素吸蔵材料膜２２のパターンとは独立して設計することができる。そのため、他方の電極（電極膜２４）のパターンの面積を水素吸蔵材料膜２２のパターンの面積よりも大きくすることができる。その結果、可変キャパシタのキャパシタンスを大きくすることができ、水素濃度の検出感度を増加させることができる。

図１２は、本実施形態の第６の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。図１３は、本実施形態の第６の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

本変更例では、可動膜構造２０に接続され且つ可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）として機能する第２の導電部４４が設けられている。すなわち、上述した実施形態では、可動膜構造２０が可変キャパシタの他方の電極として機能する部分を含んでいたが、本変更例では、可動膜構造２０とは別に可変キャパシタの他方の電極として機能する第２の導電部４４が設けられている。第２の導電部４４は、接続部（アンカー）２１ａを介して可動膜構造２０の脆性材料膜２１に機械的に接続されている。また、第２の導電部４４は、バネ部４６を介して支持部（アンカー）４５に機械的に接続されている。第２の導電部４４は引き出し線４４ａを介して外部回路に電気的に接続されている。

本変更例でも、水素吸蔵材料膜２２が水素を吸収することによって可動膜構造２０が変形し、第１の導電部（下部電極）４１と第２の導電部（上部電極）４４との距離が水素吸収量に応じて変化する。したがって、上述した実施形態と同様に、可変キャパシタのキャパシタンスに基づいて、水素吸蔵材料膜２２の周囲の水素濃度を算出することが可能である。また、可動膜構造２０の変化量が最大となる可動膜構造２０の中央部に接続部２１ａを設けることで、第２の導電部（上部電極）４４の変動量（キャパシタンスの変動量）を大きくすることができ、高精度で水素濃度を検出することが可能となる。

図１４は、本実施形態の第７の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。

本変更例でも、第６の変更例と同様に、可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）として機能する第２の導電部４４が設けられている。また、本変更例では、第２の変更例と同様に、可動膜構造２０が水分侵入防止膜２３を含んでいる。したがって、本変更例では、第２の変更例の効果及び第６の変更例の効果と同様の効果を得ることは可能である。

図１５は、本実施形態の第８の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。

上述した実施形態では、キャビティ３０に達する貫通穴２６が可動膜構造２０に形成されていたが、本変更例では、基板領域１０にキャビティ３０に達する貫通穴２７が形成されている。このように、基板領域１０に貫通穴２７を設けても、可動膜構造２０の内側の圧力と外側の圧力とを等しくすることが可能である。貫通穴を可動膜構造２０及び基板領域１０の両方に設けてもよい。

なお、上述した実施形態及び第１〜第８の変更例の構成は、適宜組み合わせるようにしてもよい。

図１６〜図１９は、水素吸蔵材料膜２２の種々のパターン（平面パターン）を模式的に示した図である。

図１６では、水素吸蔵材料膜２２はドーナツ状のパターンを有している。すでに述べたように、水素吸蔵材料膜２２は水素を吸収すると膨張する。そのため、応力によって可動膜構造２０に反りが生じる。可動膜構造２０が上側に反ると、可変キャパシタの下部電極と上部電極との距離が増加するため、可変キャパシタのキャパシタンスが減少する。その結果、水素検出感度が下がる。逆に、可動膜構造２０が下側に反ると、可変キャパシタの下部電極と上部電極との距離が減少するため、可変キャパシタのキャパシタンスが増加し、水素検出感度が上がる。図１６に示すように、水素吸蔵材料膜２２がドーナツ状のパターンを有している場合には、水素吸蔵材料膜２２が脆性材料膜２１の上表面に形成されていると、脆性材料膜２１の水素吸収によって可動膜構造２０が下側に反る。したがって、図１６に示すように、水素吸蔵材料膜２２がドーナツ状のパターンを有している場合には、水素吸蔵材料膜２２を脆性材料膜２１の上表面に形成することで、水素検出感度を上げることが可能である。

図１７では、水素吸蔵材料膜２２は円盤状のパターンを有している。図１７に示すように、水素吸蔵材料膜２２が円盤状のパターンを有している場合には、水素吸蔵材料膜２２が脆性材料膜２１の下表面に形成されていると、水素吸蔵材料膜２２の水素吸収によって可動膜構造２０が下側に反る。したがって、図１７に示すように、水素吸蔵材料膜２２が円盤状のパターンを有している場合には、水素吸蔵材料膜２２を脆性材料膜２１の下表面に形成することで、水素検出感度を上げることが可能である。

また、図１６及び図１７では、水素吸蔵材料膜２２が１つの大きなパターンで形成されているため、水素吸蔵材料膜２２の変形量を大きくすることができる。そのため、可変キャパシタのキャパシタンスの変化を大きくすることができ、水素検出感度を上げることが可能である。

図１８では、水素吸蔵材料膜２２は同心円状のパターンを有している。図１９では、水素吸蔵材料膜２２は放射状のパターンを有している。上述したように、水素吸蔵材料膜２２が水素を吸収して膨張すると、水素吸蔵材料膜２２に大きな応力が加わる。その結果、座屈等が生じるおそれがある。図１８及び図１９に示すように、水素吸蔵材料膜２２のパターンが複数の部分に分割されていると、応力を緩和することができ、可動膜構造２０の信頼性を向上させることが可能である。

なお、水素吸蔵材料膜２２は、図１６〜図１９に示したパターン以外のパターンを有していてもよい。

図２０及び図２１は、貫通穴２６のパターン（平面パターン）を模式的に示した図である。

図２０のパターンでは、単一の同心円上に複数の貫通穴２６が設けられている。図２１のパターンでは、複数の同心円上にそれぞれ複数の貫通穴２６が設けられている。なお、貫通穴２６のパターンは、図２０及び図２１に示したパターン以外のパターンであってもよい。

図２２〜図２７は、本実施形態に係るガス検出装置の製造方法の一例を模式的に示した断面図である。

まず、図２２に示すように、基板領域１０上に、可変キャパシタの一方の電極（下部電極、固定電極）として機能する第１の導電部４１を形成する。続いて、第１の導電部４１及び基板領域１０を覆うように絶縁膜４２を形成する。続いて、第１の導電部４１を覆うように第１の犠牲層７１を形成する。さらに、第１の犠牲層７１上に、可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）として機能する第２の導電部４４を形成する。

次に、図２３に示すように、第２の導電部４４を覆うように第２の犠牲層７２を形成する。さらに、第２の犠牲層７２をパターニングして、第２の導電部４４に達する開口を形成する。

次に、図２４に示すように、第１の犠牲層７１及び第２の犠牲層７２を覆うように脆性材料膜２１を形成する。このとき、第２の犠牲層７２に形成された開口も脆性材料で埋められ、接続部２１ａが形成される。

次に、図２５に示すように、脆性材料膜２１上に水素吸蔵材料膜２２のパターンを形成する。

次に、図２６に示すように、脆性材料膜２１に、複数の貫通穴（ベントホール）２６を形成する。

次に、図２７に示すように、貫通穴２６を通してエッチングガスを供給し、第１の犠牲層７１及び第２の犠牲層７２を除去する。その結果、脆性材料膜２１及び水素吸蔵材料膜２２を含む可動膜構造２０が得られ、可動膜構造２０の内側にキャビティ３０が形成される。

上述した製造方法によれば、第１の犠牲層７１及び第２の犠牲層７２を除去するために用いた貫通穴２６を、可動膜構造２０の内側の圧力と外側の圧力とを等しく保つための貫通穴２６としても用いることができる。したがって、上述した製造方法を用いることで、効率的にガス検出装置を製造することができる。

（実施形態２）
次に、第２の実施形態に係るガス検出装置について説明する。なお、基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。また、本実施形態のガス検出装置も、第１の実施形態と同様、水素ガス検出装置として用いられ、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される。

図２８は、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の構成を模式的に示した断面図である。図２９は、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の構成を模式的に示した平面図である。

図２８及び図２９に示したガス検出装置は、基板領域１０と、基板領域１０上に設けられた可動膜構造２０とを備えている。また、可動膜構造２０の内側にはキャビティ３０が形成されている。

基板領域１０は、第１の実施形態と同様に、半導体基板（例えば、シリコン基板）と、ＭＯＳトランジスタ及び配線等を含む回路領域とを含んでいる。

可動膜構造２０は、脆性材料で形成された脆性材料膜（第１の膜）２１と、水素吸蔵材料（水素貯蔵材料）で形成された水素吸蔵材料膜（第２の膜）８１とを含んでいる。本実施形態では、脆性材料膜２１の上表面に水素吸蔵材料膜８１が設けられている。本実施形態では、水素吸蔵材料膜８１は、可変抵抗として機能し、引き出し線８１ａを介して外部回路に電気的に接続されている。また、可動膜構造２０は、キャビティ３０に達する複数の貫通穴（ベントホール）２６を有している。具体的には、脆性材料膜２１に複数の貫通穴２６が形成されている。貫通穴２６により、可動膜構造２０の内側の圧力と外側の圧力とが等しく保たれている。

第１の実施形態と同様、脆性材料膜（第１の膜）２１は、可動膜構造２０のベース膜として機能する。この脆性材料膜２１は、第１の実施形態と同様、シリコン（Ｓｉ）を含有する材料で形成されていることが好ましい。脆性材料膜２１の具体的な材料は、第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、脆性材料膜２１上に可変抵抗として機能する水素吸蔵材料膜８１が形成されているため、脆性材料膜２１には絶縁材料を用いることが好ましい。本実施形態では、脆性材料膜２１として、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を用いる。

第１の実施形態と同様、水素吸蔵材料膜（水素貯蔵材料膜、第２の膜）８１は、水素検出膜として機能する。水素吸蔵材料膜８１の具体的な材料は、第１の実施形態の水素吸蔵材料膜２２の材料と同様である。本実施形態では、水素吸蔵材料膜８１として、パラジウム膜（Ｐｄ膜）或いはパラジウム合金膜（Ｐｄ合金膜）を用いる。また、水素吸蔵材料膜８１は、可変抵抗として用いるため、複数の屈曲部を設けて全長を長くしている。

水素吸蔵材料膜８１は、水素を吸収する（蓄積する）ことで、膨張するとともに、抵抗が変化する。そのため、水素吸蔵材料膜８１の抵抗値は水素吸収量に応じて変化する。したがって、水素吸蔵材料膜８１の抵抗値を求めることで、水素吸収量を算出することが可能である。すなわち、水素吸蔵材料膜８１の抵抗値を求めることで、水素吸蔵材料膜２２の周囲の水素濃度を算出することが可能である。

ところが、水素吸蔵材料膜８１は水素を吸収することによって膨張するため、可動膜構造２０のベース膜が固定されていると、水素の吸収にともなって水素吸蔵材料膜８１に大きな応力が加わることになる。本実施形態では、可動膜構造２０の内側にキャビティ３０が設けられており、可動膜構造２０が可動である。そのため、水素吸蔵材料膜８１が膨張したときにベース膜が変形し、水素吸蔵材料膜８１に加わる応力を緩和することができる。

また、本実施形態でも、可動膜構造２０のベース膜として脆性材料膜２１を用いるため、ベース膜がクリープ疲労等によって変形することはほとんどない。仮に可動膜構造２０のベース膜が変形したとすると、水素吸蔵材料膜８１の変形に起因して水素吸蔵材料膜８１の抵抗が変化するおそれがある。本実施形態では、ベース膜の変形がほとんどないため、ベース膜の変形に起因した水素吸蔵材料膜８１の変形もほとんどなく、水素の吸収に基づく水素吸蔵材料膜８１の抵抗の変化を確実に検出することができる。したがって、本実施形態では、水素濃度の検出を高精度で行うことが可能であり、検出精度及び信頼性に優れた高性能のガス検出装置（水素ガス検出装置）を得ることができる。

また、本実施形態では、可動膜構造２０にキャビティ３０に達する複数の貫通穴２６が設けられているため、可動膜構造２０の内側の圧力と外側の圧力とを等しく保つことができ、圧力差に起因する可動膜構造２０の変形を防止することができる。したがって、本実施形態では、水素の吸収に基づく水素吸蔵材料膜８１の抵抗値の変化を確実に検出することができ、水素濃度を的確に検出することが可能である。

図３０は、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の全体的な構成を示したブロック図である。図３０に示すように、上述した構造を有する可変抵抗３００に検出部４００が接続されている。検出部４００は、図２８の基板領域１０内に設けられていてもよいし、基板領域１０外に設けられていてもよい。検出部４００は、可変抵抗３００の抵抗値を検出する抵抗検出部４１０と、抵抗検出部４１０で検出された抵抗値に基づいて水素濃度を算出する水素濃度算出部４２０とを含んでいる。予め可変抵抗の抵抗値と水素濃度との関係を求めておくことで、水素濃度算出部４２０によって水素濃度を高精度で算出することが可能である。

図３１は、本実施形態の変更例に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の構成を模式的に示した断面図である。上述した実施形態では、脆性材料膜２１の上表面に水素吸蔵材料膜８１が設けられていたが、本変更例では、脆性材料膜２１の下表面に水素吸蔵材料膜８１が設けられている。その他の基本的な構成は、上述した実施形態と同様である。このような構成であっても、上述した実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

なお、本実施形態においても、第１の実施形態及び第１の実施形態の変更例で述べた各種の構成と同様の構成を適宜、採用することが可能である。

（実施形態３）
次に、第３の実施形態に係るガス検出装置について説明する。なお、基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。また、本実施形態のガス検出装置も、第１の実施形態と同様、水素ガス検出装置として用いられ、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される。

図３２は、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の構成を模式的に示した断面図である。図３３は、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の構成を模式的に示した平面図である。

図３２及び図３３に示したガス検出装置は、基板領域１０と、基板領域１０上に設けられた可動膜構造２０とを備えている。また、可動膜構造２０の内側にはキャビティ３０が形成されている。

基板領域１０は、第１の実施形態と同様に、半導体基板（例えば、シリコン基板）と、ＭＯＳトランジスタ及び配線等を含む回路領域とを含んでいる。

可動膜構造２０は、脆性材料で形成された脆性材料膜（第１の膜）２１と、水素吸蔵材料（水素貯蔵材料）で形成された水素吸蔵材料膜（第２の膜）２２とを含んでいる。図３２及び図３３に示した構成では、脆性材料膜２１の上表面に水素吸蔵材料膜２２が設けられているが、脆性材料膜２１の下表面に水素吸蔵材料膜２２が設けられていてもよい。本実施形態では、ピエゾ抵抗部８２が可動膜構造２０の一部として設けられており、ピエゾ抵抗部８２は引き出し線８２ａを介して外部回路に電気的に接続されている。ピエゾ抵抗部８２の材料には、シリコン（Ｓｉ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）等を用いることができる。可動膜構造２０は、キャビティ３０に達する複数の貫通穴（ベントホール）２６を有している。具体的には、脆性材料膜２１に複数の貫通穴２６が形成されている。貫通穴２６により、可動膜構造２０の内側の圧力と外側の圧力とが等しく保たれている。

すでに述べたように、水素吸蔵材料膜２２は、水素を吸収する（蓄積する）ことで膨張する（体積が増加する）。そのため、水素吸蔵材料膜２２が水素を吸収することによって可動膜構造２０が変形し、ピエゾ抵抗部８２に加わる応力が変化する。水素吸蔵材料膜２２の膨張量は水素吸収量に応じて変化するため、ピエゾ抵抗部８２に加わる応力も水素吸収量に応じて変化し、応力に応じてピエゾ抵抗部８２の抵抗が変化する。したがって、ピエゾ抵抗部８２の抵抗値を求めることで、水素吸収量を算出することが可能である。すなわち、ピエゾ抵抗部８２の抵抗値を求めることで、水素吸蔵材料膜２２の周囲の水素濃度を算出することが可能である。

本実施形態でも、可動膜構造２０のベース膜として脆性材料膜２１を用いるため、ベース膜がクリープ疲労等によって変形することはほとんどない。そのため、本実施形態では、水素吸蔵材料膜２２の変形に基づくピエゾ抵抗部８２の抵抗値の変化を確実に検出することができる。したがって、本実施形態では、ピエゾ抵抗部８２の抵抗値の変化に基づく水素濃度の検出を高精度で行うことが可能であり、検出精度及び信頼性に優れた高性能のガス検出装置（水素ガス検出装置）を得ることができる。

また、本実施形態では、可動膜構造２０にキャビティ３０に達する複数の貫通穴２６が設けられているため、可動膜構造２０の内側の圧力と外側の圧力とを等しく保つことができ、圧力差に起因する可動膜構造２０の変形を防止することができる。したがって、本実施形態では、水素の吸収に基づくピエゾ抵抗部８２の抵抗値の変化を確実に検出することができ、水素濃度を的確に検出することが可能である。

なお、本実施形態に係るガス検出装置（水素ガス検出装置）の全体的な構成は、第２の実施形態の図３０のブロック図の構成と同様である。したがって、本実施形態でも、第２の実施形態の図３０の場合と同様にして水素濃度を検出することができる。

また、本実施形態においても、第１の実施形態及び第１の実施形態の変更例で述べた各種の構成と同様の構成を適宜、採用することが可能である。

なお、上述した第１、第２及び第３の実施形態では、脆性材料膜２１によって規定される可動膜構造２０の内側の領域（キャビティ３０に対応）の平面パターンは、正八角形であったが、正四角形及び正六角形等の正ｎ角形（ｎは、３以上の整数、好ましくは４以上の整数）、或いは円形であってもよい。より一般的には、可動膜構造２０の内側の領域の平面パターンは、ｎ回の回転対称（ｎは、３以上の整数、好ましくは４以上の整数）であることが好ましい。同様に、水素吸蔵材料膜２２の平面パターンは、ｎ回の回転対称（ｎは、３以上の整数、好ましくは４以上の整数）であることが好ましい。

（実施形態４）
次に、第４の実施形態に係るガス検出装置について説明する。なお、基本的な構成は第１の実施形態と類似しているため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。また、本実施形態のガス検出装置も、第１の実施形態と同様、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される。本実施形態のガス検出装置は、水素ガス、水蒸気及び揮発性有機化合物（volatile organic compound）ガス等の所定のガスの検出装置として用いることが可能である。

図３４は、本実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。図３５は、本実施形態に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。図３５のＡ−Ａ線に沿った断面が図３４に概ね対応する。

図３４及び図３５に示したガス検出装置は、基板領域１０と、基板領域１０上に設けられた可動膜構造９０とを備えている。また、可動膜構造９０の内側にはギャップ（エアギャップ等）３１が形成されている。

基板領域１０は、第１の実施形態と同様に、半導体基板（例えば、シリコン基板）と、ＭＯＳトランジスタ及び配線等を含む回路領域とを含んでいる。半導体基板の表面には、絶縁膜（ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等）１１が形成されている。

可動膜構造９０は、絶縁材料で形成された絶縁材料膜（第１の膜）９１と、所定のガスを吸収（absorb）又は吸着（adsorb）することで変形するガス感応膜（第２の膜）９２と、ヒーター用の抵抗として機能する抵抗膜（第３の膜）９３とを含んでいる。絶縁材料膜（第１の膜）９１と抵抗膜（第３の膜）９３とは互いに接触しており、ガス感応膜（第２の膜）９２と抵抗膜（第３の膜）９３とは互いに接触している。また、基板領域１０と可動膜構造９０との間にはギャップ３１が設けられ、可動膜構造９０にはギャップ３１に達する複数の貫通穴９６が形成されている。

絶縁材料膜（第１の膜）９１は、可動膜構造９０のベース膜として機能するものである。この絶縁材料膜９１は、脆性材料で形成されていることが好ましい。絶縁材料膜９１には、第１の実施形態の脆性材料膜２１と同様の脆性材料を用いることが可能である。本実施形態では、絶縁材料膜９１として、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ膜、ＡｌＯ膜等を用いることが可能である。

ガス感応膜（第２の膜）９２は、所定のガスを検出するためのガス検出膜として機能するものである。所定のガスとしては、水素ガス、水蒸気及び揮発性有機化合物ガス等があげられる。所定のガスとして水素ガスを検出する場合には、ガス感応膜９２として水素吸蔵材料膜（水素貯蔵材料膜）が用いられる。この水素吸蔵材料膜には、第１の実施形態の水素吸蔵材料膜２２の材料と同様の材料を用いることができる。所定のガスとして水蒸気を検出する場合には、ガス感応膜９２としてポリイミドを用いることができる。所定のガスとして揮発性有機化合物ガスを検出する場合には、ガス感応膜９２として、PSS (poly-styrenesulfonate)、デキストラン（dextran）、PVP (polyvinylpyrrolidone)、CMC (carboxymethylcellulose)、等を用いることができる。ガス感応膜９２には、導電材料及び絶縁材料のいずれも用いることが可能である。本実施形態では、ガス感応膜９２に導電材料を用いるものとする。

抵抗膜（第３の膜）９３は、ヒーター用の抵抗として機能する。すなわち、抵抗膜９３に電流を流すことで抵抗膜９３から熱が発生し、抵抗膜９３がヒーターとして機能する。抵抗膜９３の材料には、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｐｄ−Ｎｉ等を用いることが可能である。この抵抗膜９３は、ガス感応膜９２に吸収又は吸着された所定のガスをガス感応膜９２から離脱させるために用いられる。すなわち、抵抗膜９３で発生した熱によってガス感応膜９２の温度が上昇し、ガス感応膜９２から所定のガスを離脱させることができる。抵抗膜９３は、ヒーター用の抵抗として用いるため、線状パターンであり、複数の屈曲部を設けて全長を長くしている。また、抵抗膜９３は、可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）としても機能する。

基板領域１０上には、可変キャパシタの一方の電極（下部電極、固定電極）として機能する第１の導電部４１が設けられている。この第１の導電部４１は、可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）として機能する抵抗膜９３に対向している。第１の導電部４１の材料には、Ａｌ、Ｗ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ等を用いることが可能である。第１の導電部４１及び基板領域１０は絶縁膜（ＳｉＮ膜、ＳｉＯ膜、ＡｌＯ膜等）４２で覆われている。

基板領域１０の主面に垂直な方向から見て、すなわち可動膜構造９０の主面に垂直な方向から見て、ガス感応膜（第２の膜）９２のパターンの少なくとも一部と抵抗膜（第３の膜）９３のパターンの少なくとも一部とは互いに重なっている。本実施形態では、基板領域１０の主面に垂直な方向から見て、ガス感応膜９２のパターンと抵抗膜９３のパターンとは実質的に一致している。

可動膜構造９０は、支持部（アンカー）４５によって基板領域１０に固定されており、可動膜構造９０は、基板領域１０に固定された部分から基板領域１０の主面に平行な所定の方向に延伸している。本実施形態では、可動膜構造９０の両端に支持部４５が設けられているため、可動膜構造９０は両支持部４５それぞれの中心を結んだ直線に平行な所定の方向に延伸している。

可動膜構造９０は、中央部に位置する領域Ｐ１と、領域Ｐ１の両側に位置する領域Ｐ２及び領域Ｐ３を含んでいる。領域Ｐ１では、抵抗膜９３がヒーター用の抵抗及び可変キャパシタの上部電極として機能する。領域Ｐ２及び領域Ｐ３では、抵抗膜９３がヒーター用の抵抗として機能する。

領域Ｐ２及び領域Ｐ３では、抵抗膜９３は、それぞれが上述した所定の方向に平行な方向に延伸し、上述した所定の方向に垂直な方向に配列され、且つシリアルに繋がった複数の線状パターン部分を含んでいる。すなわち、領域Ｐ２及び領域Ｐ３では、抵抗膜９３のパターンは、主として上述した所定の方向に平行な方向に延伸したパターン部分によって構成されている。

上述したように、本実施形態に係る可動膜構造９０は、ベース膜として機能する絶縁材料膜９１と、所定のガスを吸収又は吸着することで変形するガス感応膜９２と、ヒーター用の抵抗として機能する抵抗膜９３との積層膜によって構成されている。このような構成を有する可動膜構造９０を用いることで、優れた特性を有するガス検出装置を得ることができる。以下、説明を加える。

ガス感応膜９２は、所定のガスを吸収又は吸着することで応力が変化して変形する。そのため、ガス感応膜９２が所定のガスを吸収又は吸着することで可動膜構造９０が変形し、可変キャパシタの下部電極として機能する第１の導電部４１と可変キャパシタの上部電極として機能する抵抗膜９３との距離が変化する。ガス感応膜９２の変形量は所定のガスの吸収量又は吸着量に応じて変化するため、第１の導電部（下部電極）４１と抵抗膜（上部電極）９３との距離も所定のガスの吸収量又は吸着量に応じて変化する。その結果、所定のガスの吸収量又は吸着量に応じて可変キャパシタのキャパシタンスが変化する。したがって、可変キャパシタのキャパシタンスを求めることで、所定のガスの吸収量又は吸着量を算出することが可能である。すなわち、可変キャパシタのキャパシタンスを求めることで、ガス感応膜９２の周囲の所定のガスの濃度を算出することが可能である。

上述した原理に基づくガス検出装置では、ガス感応膜９２に残留するガスを放出してガス感応膜９２を初期状態にリセットする、或いはガス感応膜９２中の水分を放出してガス検出装置の湿度依存性を抑制するといった要請を満たすために、ガス感応膜９２の加熱が必要な場合がある。本実施形態では、可動膜構造９０にヒーター用の抵抗膜９３を設けているため、抵抗膜９３によってガス感応膜９２を加熱することができ、上述したような要請を満たすことが可能である。

ただし、可動膜構造９０にヒーター用の抵抗膜９３を単に設けただけでは、抵抗膜９３によってガス感応膜９２を十分に加熱することができないおそれがある。本実施形態では、基板領域１０の主面に垂直な方向から見て、ガス感応膜９２のパターンの少なくとも一部と抵抗膜９３のパターンの少なくとも一部とが互いに重なっている。そのため、抵抗膜９３からガス感応膜９２に効率的に熱を伝達することができ、抵抗膜９３によってガス感応膜９２を十分に加熱することができる。特に、基板領域１０の主面に垂直な方向から見て、ガス感応膜９２のパターンと抵抗膜９３のパターンとを一致させることで、より効率的にガス感応膜９２を加熱することができる。また、抵抗膜９３をガス感応膜９２に接触させることで、さらにより効率的にガス感応膜９２を加熱することができる。

このように、本実施形態のガス検出装置では、抵抗膜９３によってガス感応膜９２を効率的に加熱することができるため、所定のガスの吸収量又は吸着量を的確に算出することが可能である。したがって、本実施形態では、検出精度及び信頼性に優れた高性能のガス検出装置を得ることができる。

また、本実施形態では、抵抗膜９３が可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）としても機能するため、可変キャパシタの他方の電極を特別に設ける必要がなく、構成の簡単化をはかることができる。

また、本実施形態では、可動膜構造９０の領域Ｐ２及び領域Ｐ３において、抵抗膜９３のパターンが、主として、可動膜構造９０の延伸方向（所定の方向）に平行な方向に延伸した複数のパターン部分によって構成されている。そのため、ガス感応膜９２が所定のガスを吸収又は吸着したときに、可動膜構造９０を上記所定の方向に垂直な方向に容易に変形させることができる。そのため、第１の導電部（下部電極）４１と抵抗膜（上部電極）９３との距離の変化量を大きくすることができ、可変キャパシタのキャパシタンスの変化量を大きくすることができる。したがって、検出精度（検出感度）に優れた高性能のガス検出装置を得ることができる。

次に、本実施形態に係るガス検出装置の種々の変更例について説明する。なお、以下の各変更例において、基本的な構成は上述した実施形態の構成と同様である。したがって、上述した実施形態で説明した事項の説明は省略する。

図３６は、本実施形態の第１の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。図３７は、本実施形態の第１の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

上述した実施形態では、ガス感応膜９２と抵抗膜９３とを別々に設けていたが、本変更例では、ガス感応膜と抵抗膜とを共通化している。すなわち、本変更例では、可動膜構造９０が、絶縁材料で形成された絶縁材料膜（第１の膜）９１と、所定のガスを吸収又は吸着することで変形し且つヒーター用の抵抗として機能するガス感応膜（第２の膜）９４とを含んでいる。絶縁材料膜（第１の膜）９１とガス感応膜（第２の膜）９４とは互いに接触している。また、ガス感応膜９４は、可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）としても機能する。

また、領域Ｐ２及び領域Ｐ３において、ガス感応膜９４は、上述した実施形態のガス感応膜９２及び抵抗膜９３と同様のパターンを有している。すなわち、ガス感応膜９４は、それぞれが所定の方向（可動膜構造９０の延伸方向）に平行な方向に延伸し、所定の方向（可動膜構造９０の延伸方向）に垂直な方向に配列され、且つシリアルに繋がった複数の線状パターン部分を含んでいる。すなわち、領域Ｐ２及び領域Ｐ３では、ガス感応膜９４のパターンは、主として、上述した所定の方向に平行な方向に延伸したパターン部分によって構成されている。

本変更例では、ガス感応膜９４をヒーター用の抵抗膜としても用いている。したがって、ガス感応膜９４をガス感応膜９４自身によって効率的に加熱することができ、本変更例でも上述した実施形態と同様に、検出精度及び信頼性に優れた高性能のガス検出装置を得ることができる。

また、本変更例では、ガス感応膜９４が可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）としても機能するため、可変キャパシタの他方の電極を特別に設ける必要がなく、構成の簡単化をはかることができる。

また、本変更例では、可動膜構造の領域Ｐ２及び領域Ｐ３において、ガス感応膜９４のパターンが、主として、可動膜構造９０の延伸方向（所定の方向）に平行な方向に延伸した複数のパターン部分によって構成されている。そのため、本変更例でも上述した実施形態と同様に、ガス感応膜９４が所定のガスを吸収又は吸着したときに、第１の導電部（下部電極）４１とガス感応膜（上部電極）９４との距離の変化量を大きくすることができ、検出精度（検出感度）に優れた高性能のガス検出装置を得ることができる。

図３８は、本実施形態の第２の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。図３９は、本実施形態の第２の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

上述した実施形態では、ガス感応膜９２に導電材料を用いていたが、本変更例では、ガス感応膜９２に絶縁材料を用いている。すなわち、本変更例では、可動膜構造９０は、絶縁材料で形成された絶縁材料膜（第１の膜）９１と、所定のガスを吸収又は吸着することで変形し且つ絶縁材料で形成されたガス感応膜（第２の膜）９５と、ヒーター用の抵抗として機能する抵抗膜（第３の膜）９３とを含んでいる。絶縁材料膜９１と抵抗膜９３とは互いに接触しており、ガス感応膜９２と抵抗膜９３とは互いに接触している。また、抵抗膜９３は、可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）としても機能する。

上述した実施形態のようにガス感応膜が導電材料で形成されている場合には、ガス感応膜に起因する抵抗膜のショートを防止する必要がある。そのため、ガス感応膜のパターンには大きな制約がある。本変更例では、ガス感応膜９５が絶縁材料で形成されているため、ガス感応膜のパターンにはそのような大きな制約はない。本変更例では、基板領域１０の主面に垂直な方向から見て、ガス感応膜９５のパターン内に抵抗膜９３のパターンが含まれるように、ガス感応膜９５のパターンを形成している。具体的には、基板領域１０の主面に垂直な方向から見て、ガス感応膜９５のパターンは絶縁材料膜９１のパターンに実質的に一致している。

本変更例のガス検出装置も、上述した実施形態と同様の基本的構成を有しており、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本変更例では、ガス感応膜９５が絶縁材料で形成されているため、ガス感応膜９５のパターンを大きな制約なく形成することができる。

図４０は、本実施形態の第３の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。図４１は、本実施形態の第３の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

上述した実施形態では、抵抗膜９３を可変キャパシタの他方の電極（上部電極、可動電極）としても用いるようにしていたが、本変更例では、抵抗膜９３とは別に可変キャパシタの他方の電極を設けている。具体的には、本変更例では、領域Ｐ１に可動電極膜９７を設けている。すなわち、本変更例では、可動膜構造９０は、絶縁材料で形成された絶縁材料膜（第１の膜）９１と、所定のガスを吸収又は吸着することで変形するガス感応膜（第２の膜）９２と、ヒーター用の抵抗として機能する抵抗膜（第３の膜）９３と、可変キャパシタの他方の電極として機能する可動電極膜９７とを含んでいる。可動電極膜９７と抵抗膜９３とは領域Ｐ１において互いに接触している。なお、可動電極膜９７の材料には、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ等を用いることができる。

本変更例のガス検出装置も、上述した実施形態と同様の基本的構成を有しており、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本変更例では、抵抗膜９３とは別に可変キャパシタの他方の電極として機能する可動電極膜９７を設けているため、可動電極膜９７のパターン面積を大きくすることができる。すなわち、上述した実施形態では、抵抗膜９３を可変キャパシタの他方の電極として用いているため、可変キャパシタの他方の電極は屈曲部を有する線状パターンであったのに対して、本変更例では、可変キャパシタの他方の電極のパターンは、例えば矩形パターンであり、パターン面積を大きくすることができるため、可変キャパシタのキャパシタンスを大きくすることができ、ガスの検出感度を増加させることができる。

図４２は、本実施形態の第４の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。

上述した実施形態では、絶縁材料膜（第１の膜）９１の上面側（外面側）にガス感応膜（第２の膜）９２及び抵抗膜（第３の膜）９３を設けていたが、本変更例では、絶縁材料膜（第１の膜）９１の下面側（内面側）にガス感応膜（第２の膜）９２及び抵抗膜（第３の膜）９３を設けている。その他の基本的な構成は、上述した実施形態の構成と同様である。ガス感応膜９２には、導電材料を用いてもよいし、絶縁材料を用いてもよい。

本変更例のガス検出装置も、上述した実施形態と同様の基本的構成を有しており、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

図４３は、本実施形態の第５の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。

上述した実施形態の第１の変更例（図３６及び図３７参照）では、絶縁材料膜（第１の膜）９１の上面側（外面側）にガス感応膜（第２の膜）９４を設けていたが、本変更例では、絶縁材料膜（第１の膜）９１の下面側（内面側）にガス感応膜（第２の膜）９４を設けている。その他の基本的な構成は、上述した実施形態の構成及び上述した実施形態の第１の変更例の構成と同様である。

本変更例のガス検出装置も、上述した実施形態及び上述した実施形態の第１の変更例と同様の基本的構成を有しており、上述した実施形態及び上述した実施形態の第１の変更例と同様の効果を得ることができる。

図４４は、本実施形態の第６の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した断面図である。

上述した実施形態では、ガス感応膜（第２の膜）９２と抵抗膜（第３の膜）９３とが接触していたが、本変更例では、ガス感応膜（第２の膜）９２と抵抗膜（第３の膜）９３とが接触していない。図４４に示した例では、絶縁材料膜（第１の膜）９１の上面側にガス感応膜（第２の膜）９２が形成され、絶縁材料膜（第１の膜）９１の下面側に抵抗膜（第３の膜）９３が形成されている。これとは逆に、絶縁材料膜（第１の膜）９１の下面側にガス感応膜（第２の膜）９２が形成され、絶縁材料膜（第１の膜）９１の上面側に抵抗膜（第３の膜）９３が形成されていてもよい。

本変更例のガス検出装置も、上述した実施形態と同様の基本的構成を有しており、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本変更例では、ガス感応膜９２と抵抗膜９３とが絶縁材料膜９１によって電気的に絶縁されている。そのため、ガス感応膜９２に導電材料を用いた場合であっても、ガス感応膜９２に起因する抵抗膜９３のショートを防止することができ、ガス感応膜９２のパターンを大きな制約なく形成することができる。

また、上述した実施形態（図３４及び図３５参照）のように、導電材料で形成されたガス感応膜９２と導電材料で形成された抵抗膜９３とが互いに接触している場合、ガス感応膜９２の抵抗値が抵抗膜９３の抵抗値よりも小さいと、ガス感応膜９２及び抵抗膜９３の積層膜の抵抗値が抵抗膜９３の抵抗値よりも大幅に低下する。そのため、抵抗膜９３がヒーターとしての機能を十分に果たせなくなるおそれがある。本変更例では、ガス感応膜９２と抵抗膜９３とが電気的に絶縁されているため、そのような問題を防止することが可能である。

なお、絶縁材料膜９１には、比較的熱伝導性の高い膜及び／又は厚さの薄い膜を用いることが好ましい。このような膜を絶縁材料膜９１として用いることで、効率的にガス感応膜９２を加熱することが可能である。

図４５は、本実施形態の第７の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

上述した実施形態では、可動膜構造９０が可動膜構造９０の両側に設けられた支持部（アンカー）４５によって基板領域１０に固定されていたが、本変更例では、可動膜構造９０が可動膜構造９０の片側に設けられた支持部（アンカー）４５によって基板領域１０に固定されている。その他の基本的な構成は、上述した実施形態の構成と同様である。

本変更例のガス検出装置も、上述した実施形態と同様の基本的構成を有しており、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

図４６は、本実施形態の第８の変更例に係るガス検出装置の構成を模式的に示した平面図である。

本変更例のガス検出装置では、上述した実施形態及び上述した各種変更例で示したようなＭＥＭＳ素子ユニットを複数設けている。

複数の可動膜構造９０それぞれの一端はノード（端子）Ｎ１に電気的に接続され、複数の可動膜構造９０それぞれの他端はノード（端子）Ｎ３に電気的に接続されている。また、複数の可変キャパシタそれぞれの下部電極（固定電極、第１の導電部）４１は、ノード（端子）Ｎ２に電気的に接続されている。ヒーター用の抵抗膜９３に電流を流す場合には、ノードＮ１及びノードＮ３間に電圧を印加する。可変キャパシタのキャパシタンスをモニタする場合には、ノードＮ１（或いは、ノードＮ３）及びノードＮ２間のキャパシタンスを測定する。

本変更例のガス検出装置でも、各ＭＥＭＳ素子ユニットは上述した実施形態と同様の基本的構成を有しており、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本変更例では、複数のＭＥＭＳ素子ユニットを設けているため、ガス検出精度を高めることができる。

なお、上述した実施形態及び第１〜第８の変更例の構成は、適宜組み合わせるようにしてもよい。

また、上述した実施形態及び第１〜第８の変更例において、ガス感応膜に導電材料を用いる場合には、基板領域の主面に垂直な方向から見て、ガス感応膜のパターンは抵抗膜のパターンと実質的に一致していることが好ましい。また、ガス感応膜に絶縁材料を用いる場合、或いはガス感応膜と抵抗膜とが電気的に絶縁されている場合には、ガス感応膜のパターンには大きな制約はなく、例えば、基板領域の主面に垂直な方向から見て、ガス感応膜のパターン内に抵抗膜のパターンが含まれているようにしてもよい。

次に、本実施形態に係るガス検出装置の全体的なシステム構成及び動作について説明する。

図４７は、本実施形態に係るガス検出装置の全体的なシステム構成の一例を示した図である。

図４７に示すように、ＭＥＭＳ素子ユニット５００の等価回路は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び可変キャパシタＣ１によって表される。ノードＮ２には、可変キャパシタＣ１のキャパシタンスを検出するキャパシタンス検出部６１０が接続され、キャパシタンス検出部６１０には、キャパシタンス検出部６１０で検出されたキャパシタンスに基づいてガス濃度を算出するガス濃度算出部６２０が接続されている。予め可変キャパシタＣ１のキャパシタンスとガス濃度との関係を求めておくことで、ガス濃度算出部６２０によってガス濃度を高精度で算出することが可能である。ノードＮ１にはスイッチＳＷ１及びＳＷ２が接続され、ノードＮ３にはスイッチＳＷ３が接続されている。また、スイッチＳＷ１には電圧源７００が接続されており、スイッチＳＷ２にはキャパシタンス検出部６１０が接続されている。

図４８は、本実施形態に係るガス検出装置の動作の一例を示したタイミングチャートである。図４８（ａ）は電圧源７００から抵抗Ｒ１及びＲ２に供給される電流の時間的な変化を示しており、図４８（ｂ）はガス感応膜の温度の時間的な変化を示している。

期間ｔ１では、図４７のスイッチＳＷ１及びＳＷ３がオン状態であり、電圧源７００から抵抗Ｒ１及びＲ２に電流が供給される。その結果、抵抗Ｒ１及びＲ２が発熱し、ガス感応膜の温度が増加する。スイッチＳＷ１及びＳＷ３をオフ状態にした後、期間ｔ２では、スイッチＳＷ２がオン状態となり、キャパシタンス検出部６１０によって可変キャパシタＣ１のキャパシタンスが検出される。図４８に示した例では、ガス感応膜の温度が定常温度まで下がた後の期間ｔ２で可変キャパシタＣ１のキャパシタンスが検出される。

図４９は、本実施形態に係るガス検出装置の動作の他の例を示したタイミングチャートである。基本的な動作は、上述した図４８の動作と同様である。ただし、本例では、ガス感応膜の温度が定常温度まで下がる前の期間ｔ２で可変キャパシタＣ１のキャパシタンスが検出される。

図５０は、本実施形態に係るガス検出装置の全体的なシステム構成の他の例を示した図である。図５０の基本的な構成は、図４７の構成と同様である。本構成例では、電圧源７００にスイッチＳＷ４を介して大きなキャパシタンスを有するキャパシタＣｓｔが接続されている。電圧源７００の電圧によってキャパシタＣｓｔを充電しておくことで、抵抗Ｒ１及びＲ２に素早く電流を流すことができる。したがって、抵抗膜を素早く発熱させることができ、ガス感応膜を素早く加熱させることができる。

以下、上述した実施形態の内容を付記する。

[付記１]
基板領域と、
前記基板領域上に設けられた可動膜構造であって、絶縁材料で形成された第１の膜と、所定のガスを吸収又は吸着することで変形する第２の膜と、ヒーター用の抵抗として機能する第３の膜とを含む可動膜構造と、
を備え、
前記基板領域の主面に垂直な方向から見て、前記第２の膜のパターンの少なくとも一部と前記第３の膜のパターンの少なくとも一部とは互いに重なっている
ことを特徴とするガス検出装置。

[付記２]
前記基板領域上に設けられ且つ可変キャパシタの一方の電極として機能する第１の導電部をさらに備え、
前記可動膜構造は、前記可変キャパシタの他方の電極として機能する部分を含む
ことを特徴とする付記１に記載のガス検出装置。

[付記３]
前記第３の膜は、前記可変キャパシタの他方の電極として機能する
ことを特徴とする付記２に記載のガス検出装置。

[付記４]
前記可動膜構造は、前記基板領域に固定された部分から前記基板領域の主面に平行な所定の方向に延伸しており、
前記第３の膜は、それぞれが前記所定の方向に平行な方向に延伸し、前記所定の方向に垂直な方向に配列され、且つシリアルに繋がった複数の線状パターン部分を含む
ことを特徴とする付記１に記載のガス検出装置。

[付記５]
前記第３の膜は、前記第２の膜に接触している
ことを特徴とする付記１に記載のガス検出装置。

[付記６]
前記所定のガスは、水素ガス、水蒸気及び揮発性有機化合物ガスから選択される
ことを特徴とする付記１に記載のガス検出装置。

[付記７]
基板領域と、
前記基板領域上に設けられた可動膜構造であって、絶縁材料で形成された第１の膜と、所定のガスを吸収又は吸着することで変形し且つヒーター用の抵抗として機能する第２の膜とを含む可動膜構造と、
を備えることを特徴とするガス検出装置。

[付記８]
前記基板領域上に設けられ且つ可変キャパシタの一方の電極として機能する第１の導電部をさらに備え、
前記可動膜構造は、前記可変キャパシタの他方の電極として機能する部分を含む
ことを特徴とする付記７に記載のガス検出装置。

[付記９]
前記第２の膜は、前記可変キャパシタの他方の電極として機能する
ことを特徴とする付記８に記載のガス検出装置。

[付記１０]
前記可動膜構造は、前記基板領域に固定された部分から前記基板領域の主面に平行な所定の方向に延伸しており、
前記第２の膜は、それぞれが前記所定の方向に平行な方向に延伸し、前記所定の方向に垂直な方向に配列され、且つシリアルに繋がった複数の線状パターン部分を含む
ことを特徴とする付記７に記載のガス検出装置。

[付記１１]
前記所定のガスは、水素ガス、水蒸気及び揮発性有機化合物ガスから選択される
ことを特徴とする付記７に記載のガス検出装置。

[付記１２]
基板領域と、
前記基板領域上に設けられ、脆性材料で形成された第１の膜と、水素吸蔵材料で形成された第２の膜とを含む可動膜構造と、
を備えることを特徴とするガス検出装置。

[付記１３]
前記水素吸蔵材料は、パラジウム（Ｐｄ）、パラジウム（Ｐｄ）を含有する合金、チタン（Ｔｉ）を含有する合金、及びランタン（Ｌａ）を含有する合金から選択される
ことを特徴とする付記１２に記載のガス検出装置。

[付記１４]
前記可動膜構造の内側にはキャビティが形成され、
前記可動膜構造及び前記基板領域の少なくとも一方は、前記キャビティに達する貫通穴を有する
ことを特徴とする付記１２に記載のガス検出装置。

[付記１５]
前記可動膜構造は、前記第２の膜を覆い且つ前記第２の膜への水分の侵入を防止する水分侵入防止膜さらに含む
ことを特徴とする付記１２に記載のガス検出装置。

[付記１６]
前記第２の膜を加熱する加熱部をさらに備える
ことを特徴とする付記１２に記載のガス検出装置。

[付記１７]
前記基板領域上に設けられ且つ可変キャパシタの一方の電極として機能する第１の導電部をさらに備え、
前記可動膜構造は、前記可変キャパシタの他方の電極として機能する部分を含む
ことを特徴とする付記１２に記載のガス検出装置。

[付記１８]
前記基板領域上に設けられ且つ可変キャパシタの一方の電極として機能する第１の導電部と、
前記可動膜構造に接続され且つ前記可変キャパシタの他方の電極として機能する第２の導電部と、
をさらに備えることを特徴とする付記１２に記載のガス検出装置。

[付記１９]
前記第２の膜は、可変抵抗として機能する
ことを特徴とする付記１２に記載のガス検出装置。

[付記２０]
前記第２の膜の変形に応じて抵抗が変化するピエゾ抵抗部をさらに備える
ことを特徴とする付記１２に記載のガス検出装置。

[付記２１]
基板領域と、
前記基板領域上に設けられ、シリコン（Ｓｉ）を含有する材料で形成された第１の膜と、水素吸蔵材料で形成された第２の膜とを含む可動膜構造と、
を備えることを特徴とするガス検出装置。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…基板領域 １１…絶縁膜
２０…可動膜構造 ２１…脆性材料膜（第１の膜）
２２…水素吸蔵材料膜（第２の膜） ２３…水分侵入防止膜
２４…電極膜 ２６…貫通穴 ２７…貫通穴
３０…キャビティ ３１…ギャップ
４１…第１の導電部 ４２…絶縁膜 ４３…層間絶縁膜
４４…第２の導電部 ４５…支持部 ４６…バネ部
６０…加熱部
７１…第１の犠牲層 ７２…第２の犠牲層
８１…水素吸蔵材料膜（第２の膜） ８２…ピエゾ抵抗部
９０…可動膜構造 ９１…絶縁材料膜（第１の膜）
９２…ガス感応膜（第２の膜） ９３…抵抗膜（第３の膜）
９４…ガス感応膜（第２の膜） ９５…ガス感応膜（第２の膜）
９６…貫通穴 ９７…可動電極膜
１００…可変キャパシタ ２００…検出部
２１０…キャパシタンス検出部 ２２０…水素濃度算出部
３００…可変抵抗 ４００…検出部
４１０…抵抗検出部 ４２０…水素濃度算出部
５００…ＭＥＭＳ素子ユニット
６１０…キャパシタンス検出部 ６２０…ガス濃度算出部
７００…電圧源

Claims (2)

1. 基板領域と、
   前記基板領域上に設けられ、可変キャパシタの一方の電極として機能する第１の導電部と、
   前記基板領域上に設けられた可動膜構造であって、絶縁材料で形成された第１の膜と、所定のガスを吸収又は吸着することで変形する第２の膜と、前記第２の膜が変形することで前記第１の導電部との間の間隔が変わる前記キャパシタの他方の電極として機能し且つヒーター用の抵抗として機能する第３の膜とを含む可動膜構造と、
   を備え、
   前記基板領域の主面に垂直な方向から見て、前記第２の膜のパターンの少なくとも一部と前記第３の膜のパターンの少なくとも一部とは互いに重なっており、
   前記可動膜構造は、前記基板領域に固定された部分から前記主面に平行な所定の方向に延伸しており、
   前記垂直な方向から見て、前記可動膜構造は、第１の領域、並びに、前記第１の領域の両端に位置する第２の領域及び第３の領域を含み、
   前記第２および前記第３の領域において、前記第３の膜は、それぞれが前記所定の方向に平行な方向に延伸し、前記所定の方向に垂直な方向に配列され、且つシリアルに繋がった複数の線状パターン部分を含む
   ことを特徴とするガス検出装置。
2. 前記第２の膜は、それぞれが前記所定の方向に平行な方向に延伸し、前記所定の方向に垂直な方向に配列され、且つシリアルに繋がった複数の線状パターン部分を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。

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