JP6805084B2 - 半導体式ガス検知素子 - Google Patents
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Description
図1に示すように、半導体式ガス検知素子100は、基板1と、検知電極2と、感応部3と、を備えている。検知電極2と感応部3とは、基板1の一方面(後述するA1方向側の面)に接触している。また、半導体式ガス検知素子100には、基板1上に配置されるリード線4が設けられている。
図1に示すように、基板1は、基板1の一方表面側に設けられる絶縁膜11と、以下に説明するA2方向側から絶縁膜11を接触状態で支持する支持基板部12(図2参照)とを含んでいる。絶縁膜11は、たとえば、二酸化ケイ素により形成されている。支持基板部12は、たとえば、シリコン(ケイ素)を主成分とする材料により形成されている。
図1に示すように、リード線4は、被支持部11aのB1方向側かつC1方向側の隅部(角部)に接続される支持部11b上のA1方向側に設けられている。また、リード線4は、被支持部11aのB2方向側かつC2方向側の隅部(角部)に接続される支持部11b上のA1方向側にも設けられている。すなわち、2つのリード線4は、被支持部11aの対角線方向に互いに向かい合う一対の支持部11b上にそれぞれ1つずつ設けられている。また、リード線4は、基板1の表面上に基板1(絶縁膜11)に接触した状態で配置されている。
図1および図3に示す検知電極2の材質としては、たとえば、白金や金などを用いることが可能であるが、特にこれらに限定されるものではない。検知電極2は、感応部3に接触状態で基板1(絶縁膜11)上のA1方向側に配置されている。また、検知電極2は、基板1の表面上に基板1(絶縁膜11)に接触した状態で配置されている。また、検知電極2は、リード線4(図1参照)と一体的に形成されている。また、検知電極2は、リード線4よりも細く形成されており、リード線4よりも電気抵抗が大きくなるように構成されている。
図1に示す感応部3は、金属酸化物半導体により形成されている。金属酸化物半導体の材質としては、たとえば、酸化スズや、酸化インジウム、酸化亜鉛などを用いることが可能であるが、特にこれらに限定されるものではない。感応部3は、検知電極2(被覆部24(図4参照))により加熱されることによって、感応部3に接触する雰囲気ガスに含まれる被検知ガスと反応して、抵抗値を変化させる特性を有している。半導体式ガス検知素子100は、この感応部3の特性を利用して、被検知ガスを検知するように構成されている。
次に、図5を参照して、熱線型の半導体式ガス検知素子100を含む半導体式ガスセンサGの回路構成の例について説明する。なお、以下に示す半導体式ガス検知素子100を含む半導体式ガスセンサGの回路構成は、一例であり、以下に示す構成に限定されるものではない。
次に、図6(a)〜(e)を参照して、MEMS技術による半導体式ガス検知素子100の製造方法について説明する。図6(a)〜(e)は、それぞれ、半導体式ガス検知素子100の製造工程を示している。製造工程は、図6(a)〜(e)の順で実施される。なお、以下に示す半導体式ガス検知素子100の製造方法は、一例であり、本発明の半導体式ガス検知素子100の製造方法は、以下に示す製造方法に限定されるものではない。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
次に、図1および図7〜図9を参照して、本発明の実施例および比較例について説明する。
実施例の半導体式ガス検知素子100、および、比較例の半導体式ガス検知素子200を、それぞれ、密閉された測定槽(図示せず)内に配置して、測定槽内にメタン、水素およびエタノールをそれぞれ互いに等しい量(ガス濃度)だけ封入して、センサ出力(mV)を電圧計(図示せず)により測定した。
図8に示すように、比較例では、ガス濃度が500ppmの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が40〜80mVの範囲に収まり、ガス濃度が1000ppmの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が80〜120mVの範囲に収まり、ガス濃度が3000ppmの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が120〜160mVの範囲に収まり、ガス濃度が5000ppmの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が140〜180mVの範囲に収まり、ガス濃度が10000ppmの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が160〜200mVの範囲に収まる結果となった。すなわち、いずれのガス濃度においても、メタン、水素およびエタノールは、互いに比較的近いセンサ出力を示すことが分かった。また、いずれのガス濃度においてもメタンが最も小さなセンサ出力を示すことが分かった。
図9に示すように、実施例では、ガス濃度が500ppmの場合、メタンのセンサ出力が約35mVを示し、ガス濃度が1000ppmの場合、メタンのセンサ出力が約55mVを示し、ガス濃度が3000ppmの場合、メタンのセンサ出力が約105mVを示し、ガス濃度が5000ppmの場合、メタンのセンサ出力が約125mVを示し、ガス濃度が10000ppmの場合、メタンのセンサ出力が約150mVを示す結果となった。
ガス濃度が500ppmの場合、水素のセンサ出力が約15mVを示し、ガス濃度が1000ppmの場合、水素のセンサ出力が約25mVを示し、ガス濃度が3000ppmの場合、水素のセンサ出力が約40mVを示し、ガス濃度が5000ppmの場合、水素のセンサ出力が約50mVを示し、ガス濃度が10000ppmの場合、水素のセンサ出力が約65mVを示す結果となった。
また、ガス濃度が500ppmの場合、エタノールのセンサ出力が約10mVを示し、ガス濃度が1000ppmの場合、エタノールのセンサ出力が約15mVを示し、ガス濃度が3000ppmの場合、エタノールのセンサ出力が約30mVを示し、ガス濃度が5000ppmの場合、エタノールのセンサ出力が約35mVを示し、ガス濃度が10000ppmの場合、エタノールのセンサ出力が約45mVを示す結果となった。
実施例では、いずれのガス濃度においてもメタンのセンサ出力が水素およびエタノールのセンサ出力よりも大幅に大きくなる(2倍以上になる)ことが分かった。すなわち、測定槽内の易燃性ガス(妨害ガス)がガス封入時よりも少なくなり、メタンが選択的に検知されていることが分かった。また、比較例とは逆に、いずれのガス濃度においてもメタンが最も大きなセンサ出力を示すことが分かった。
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
2 検知電極
3、303 感応部
24 被覆部
25 露出部(ガス燃焼手段)
100、300 半導体式ガス検知素子
P 検知電極パターン
Claims (2)
- 基板と、
前記基板上に配置される被検知ガスの検知電極と、
前記検知電極に接触状態で前記基板上に配置され、前記被検知ガスに接触する感応部と、
前記基板上に配置され、前記被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段と、を備え、
前記検知電極は、前記感応部を加熱するヒータ部として機能するとともに、前記検知電極のうち、前記感応部に覆われずに前記感応部から露出する露出部において前記ガス燃焼手段として機能するように構成されている、半導体式ガス検知素子。 - 基板と、
前記基板上に配置される被検知ガスの検知電極と、
前記検知電極に接触状態で前記基板上に配置され、前記被検知ガスに接触する感応部と、
前記基板上に配置され、前記被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段と、を備え、
前記検知電極は、前記基板上において蛇行形状を有する検知電極パターンから形成され、
前記感応部は、前記検知電極パターンの中央部を覆うように配置されており、
前記検知電極は、前記検知電極パターンのうち前記感応部に覆われずに前記感応部から露出する露出部において前記ガス燃焼手段として機能するように構成されている、半導体式ガス検知素子。
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