JP7138240B2 - 気体センサの駆動方法及び気体検出装置 - Google Patents
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Description
実施形態に係る気体センサは、抵抗膜(金属酸化物層)と金属膜とが積層されてなる金属-絶縁膜-金属(MIM)構造の気体センサである。当該気体センサは、抵抗膜内に形成される局所領域での自己発熱と気体感応性とを利用することにより、ヒータで加熱することなく、水素含有ガスを検出することができる。ここで、水素含有ガスとは、水素原子を有する分子からなる気体の総称であり、一例として、水素、メタン、アルコールなどを含み得る。
次に、図4A~図4Gを参照しながら、気体センサ100の製造方法の一例について説明する。
図5は、実施形態の変形例に係る気体センサの一構成例を示す断面図である。以下、実施形態の気体センサ100と異なる点について説明する。
上述のように構成された気体センサの水素含有ガスによる基本的な抵抗変化現象について、参考例に係る気体センサの駆動方法に基づいて説明する。なお、以下では気体センサ200を例に挙げて説明するが、同様の説明は気体センサ100においても成り立つ。
図9は、第1実施例に係る気体センサの駆動方法を実行するための気体検出装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。図9に示される気体検出装置801は、電源回路811と測定回路880とを備える。電源回路811は、電圧パルス生成回路820、821およびスイッチ回路830を有し、測定回路880は、気体センサ200および電流測定回路890を有する。
図12は、第2実施例に係る気体センサの駆動方法を実行するための気体検出装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。図12に示される気体検出装置802は、電源回路812と測定回路880とを備える。電源回路812は、電圧パルス生成回路820、821、定電圧生成回路822およびスイッチ回路831を有し、測定回路880は、気体センサ200および電流測定回路890を有する。
第3実施例に係る気体センサ200の駆動方法は、図12に示される気体検出装置802において実行される。
第4実施例に係る気体センサ200の駆動方法は、図12に示される気体検出装置802において実行される。
第5実施例に係る気体センサ200の駆動方法は、図18に示される気体検出装置802において実行される。
1つの態様に係る気体センサの駆動方法において、第1主面を有する第1電極と、第2主面を有する第2電極と、互いに対向して配置された前記第1主面と前記第2主面との間に挟まるように配置された金属酸化物層と、前記第1電極、前記金属酸化物層および前記第2電極を被覆し、少なくとも前記第2電極における前記第2主面と反対側の第3主面の一部を露出する絶縁膜と、を備え、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加した状態で、前記第3主面の前記一部が水素原子を有する気体分子を含む気体に接すると、前記金属酸化物層の抵抗値が変化して水素検知する気体センサにおいて、前記第1電極と前記第2電極との間に正電圧と負電圧とを繰り返し印加する。
101 基板
102 絶縁膜
103 第1電極
104、204 金属酸化物層
105 局所領域
106 第2電極
107 絶縁膜
107a 開口
107b ビアホール
108 ビア
109 配線
204a 第1金属酸化物層
204b 第2金属酸化物層
300 マスク
408 導体膜
800、801、802 気体検出装置
810、811、812 電源回路
820、821 電圧パルス生成回路
822 定電圧生成回路
830、831 スイッチ回路
880 測定回路
890 電流測定回路
900 ガス供給系
910 密閉容器
911 水素ボンベ
912 窒素ボンベ
913、914 導入弁
915 排気弁
Claims (14)
- 第1主面を有する第1電極と、
第2主面を有する第2電極と、
互いに対向して配置された前記第1主面と前記第2主面との間に挟まるように配置された金属酸化物層と、
前記第1電極、前記金属酸化物層および前記第2電極を被覆し、少なくとも前記第2電極における前記第2主面と反対側の第3主面の一部を露出する絶縁膜と、を備え、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加した状態で、前記第3主面の前記一部が水素原子を有する気体分子を含む気体に接すると、前記金属酸化物層の抵抗値が変化して水素検知する気体センサにおいて、
前記第1電極と前記第2電極との間に正電圧と負電圧とを繰り返し印加し、
前記繰り返し印加の期間中に、前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流値を読み出すことによって前記水素検知をする、気体センサの駆動方法。 - 前記第3主面の前記一部に接する気体中における前記気体分子の存否に関わらず、前記正電圧と前記負電圧とを繰り返し印加することを常時行う、請求項1に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加した状態で、前記第3主面における前記露出した一部が水素原子を有する気体分子を含む気体に接すると、前記金属酸化物層の抵抗値が低下する、請求項1又は2に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記正電圧の印加時には1つ以上の正電圧パルスを印加する、請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記負電圧の印加時には1つ以上の負電圧パルスを印加する、請求項1から4のうちのいずれか1項に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記1つ以上の正電圧パルスを印加する時に、前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流値を読み出す、請求項4に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記正電圧の印加時における印加電圧の絶対値が、前記負電圧の印加時における印加電圧の絶対値よりも大きい、請求項1から6のうちのいずれか1項に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記正電圧の印加時とそれに続く前記負電圧の印加時との間、又は、前記負電圧の印加時とそれに続く前記正電圧の印加時との間に、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧が印加されていない状態が存在する、請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記正電圧の印加時には第1正電圧と第2正電圧とを印加し、前記第1正電圧の印加時における印加電圧の絶対値が、前記第2正電圧の印加時における印加電圧の絶対値よりも大きい、請求項1から8のうちのいずれか1項に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記第2正電圧の印加は、前記第1正電圧の印加後でそれに続く前記負電圧の印加前に行う、請求項9に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記第2正電圧の印加は、前記負電圧の印加後でそれに続く前記第1正電圧の印加前に行う、請求項9に記載の気体センサの駆動方法。
- 前記第2正電圧の印加時における印加電圧の絶対値が、前記負電圧の印加時における印加電圧の絶対値よりも小さい、請求項9から11のうちのいずれか1項に記載の気体センサの駆動方法。
- 第1主面を有する第1電極と、第2主面を有する第2電極と、互いに対向して配置された前記第1主面と前記第2主面との間に挟まるように配置された金属酸化物層と、前記第1電極、前記金属酸化物層および前記第2電極を被覆し、少なくとも前記第2電極における前記第2主面と反対側の第3主面の一部を露出する絶縁膜とを備える気体センサと、
前記気体センサの前記第1電極と前記第2電極との間に正電圧と負電圧とを繰り返し印加する電源回路と、
前記繰り返し印加の期間中に、前記第1電極と前記第2電極との間に流れる電流値を読み出すことによって気体を検出する測定回路と、を備える気体検出装置。 - 前記電源回路は電圧パルス生成回路を有する、請求項13に記載の気体検出装置。
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