JP7362578B2

JP7362578B2 - センサ

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Publication number: JP7362578B2
Application number: JP2020155480A
Authority: JP
Inventors: 宏明山崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2023-10-17
Anticipated expiration: 2040-09-16
Also published as: US20220082522A1; US11598744B2; JP2022049330A

Description

本発明の実施形態は、センサに関する。

例えば、センサにおいて、検出性能の向上が望まれる。

特開２０１９－１５２４５１号公報

本発明の実施形態は、検出性能の向上が可能なセンサを提供する。

本発明の実施形態によれば、センサは、センサ部と、第１回路と、を含む。前記センサ部は、基体と、前記基体に固定された固定電極と、前記基体に固定された支持部と、前記支持部に支持された可動部と、を含む。前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極を含む可動領域と、前記可動領域と前記支持部との間に設けられた第１支持領域と、を含む。前記第１支持領域は、第１電極と、前記第１電極と絶縁された第２電極と、を含む。前記第１回路は、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を加える第１動作を実行可能である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係るセンサの一部を例示する模式図である。図３（ａ）～図３（ｃ）は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。図４は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係るセンサの動作を例示するフローチャートである。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式図である。図８は、第３実施形態に係るセンサを例示するブロック図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。図１（ａ）は、実施形態に係るセンサ１１０の模式的断面図である。図１（ｂ）は、センサ１１０の模式的回路図である。センサ１１０は、センサ部１０と、第１回路７０（図１（ｂ）参照）を含む。図１（ａ）においては、第１回路７０の図示は省略されている。例えば、センサ１１０は、第１元素（例えば水素）を含むガスを検出可能なガスセンサである。

図１（ａ）に示すように、センサ部１０は、基体２０と、固定電極Ｅｆ１と、支持部２３と、可動部２５と、を含む。固定電極Ｅｆ１は、基体２０に固定される。支持部２３は、基体２０に固定される。可動部２５は、支持部２３に支持される。可動部２５は、基体２０から離れる。可動部２５と基体２０との間には空隙Ｇ１１が設けられる。可動部２５は、例えば膜部である。

可動部２５は、第１支持領域２５ａと、可動領域２５ｍと、を含む。第１支持領域２５ａは、可動領域２５ｍと支持部２３（第１部分２３ａ）との間に設けられる。

可動領域２５ｍは、可動電極Ｅｍ１を含む。可動電極Ｅｍ１は、固定電極Ｅｆ１と対向する。可動電極Ｅｍ１は、可動電極端子Ｔｍ１と電気的に接続される。この接続は、例えば、配線Ｗｍ１(図１（ｂ）参照）により行われる。固定電極Ｅｆ１は、固定電極端子Ｔｆ１と電気的に接続される。この接続は、例えば、配線Ｗｆ１（図１（ｂ）参照）により行われる。これらの配線の少なくとも一部は、例えば、支持部２３に含まれる導電部材を含んでも良い。

固定電極Ｅｆ１から可動電極Ｅｍ１への方向をＺ軸方向（第１方向）とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

第１支持領域２５ａは、第１電極Ｅ１と、第２電極Ｅ２と、を含む。第２電極Ｅ２は、第１電極Ｅ１と電気的に絶縁される。例えば、第１支持領域２５ａは、絶縁部２５ｊを含む。絶縁部２５ｊは、例えばＳｉＮを含む。絶縁部２５ｊは、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に設けられる。第１電極Ｅ１は、第１端子Ｔ１と電気的に接続される。この接続は、例えば、配線ＷＴ１(図１（ｂ）参照）により行われる。第２電極Ｅ２は、第２端子Ｔ２と電気的に接続される。この接続は、例えば、配線ＷＴ２（図１（ｂ）参照）により行われる。これらの配線の少なくとも一部は、例えば、支持部２３に含まれる導電部材を含んでも良い。

センサ１１０は、例えば、第１膜１１を含む。この例では、第１電極Ｅ１が第１膜１１を兼ねる。実施形態においては、第１膜１１は、第１電極Ｅ１とは別でも良い。第１膜１１は、例えば、可動部２５の表面に設けられる。第１膜１１は、例えば、露出している。第１膜１１は、第１元素を含むガスと効率的に接触できる。例えば、第１膜１１（第１電極Ｅ１）は、第１元素（例えば、水素など）を蓄えることができる。例えば、第１膜１１に第１元素（例えば、水素など）が吸着する。第１膜１１が第１元素を蓄えると第１膜１１の特性が変化する。例えば、第１膜１１が第１元素を蓄えると、第１膜１１が膨張し、第１膜１１の体積が増大する。第１膜の特性（例えば体積など）は、第１膜１１の周辺のガスに含まれる第１元素の濃度の変化に応じて変化可能である。例えば、第１膜１１（例えば第１電極Ｅ１）の形状は、センサ部１０の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて変化する。第１膜１１の特性の変化に応じた信号を検出することで、第１膜１１の周辺における、第１元素の有無、または、第１元素の濃度を検出することができる。

可動領域２５ｍは、固定電極Ｅｆ１から離れる。固定電極Ｅｆ１と可動電極Ｅｍ１との間には、間隙Ｇ１１が設けられる。可動電極Ｅｍ１を含む可動領域２５ｍは、第１膜１１（第１電極Ｅ１）を含む支持領域に支持される。例えば、第１膜１１（第１電極Ｅ１）は、可動電極Ｅｍ１に対して固定される。第１膜１１の特性（例えば体積）の変化に応じて、固定電極Ｅｆ１と可動電極Ｅｍ１との間に生じる電気信号が変化する。電気信号の変化を検出することで、第１膜１１の周辺における、第１元素の有無、または、第１元素の濃度が検出できる。

例えば、第１膜１１が膨張すると、第１膜１１を含む可動部２５（例えばダイアフラム）が変形する。可動部２５の変形は、第１膜１１の膨張により生じる応力に起因する。可動部２５が変形すると、固定電極Ｅｆ１と可動電極Ｅｍ１との間の距離ｄ１が変化する。固定電極Ｅｆ１と可動電極Ｅｍ１との間の距離ｄ１が変化すると、固定電極Ｅｆ１と可動電極Ｅｍ１との間の静電容量が変化する。静電容量の変化を検出することで、第１膜１１の周辺における、第１元素の有無、または、第１元素の濃度が検出できる。この例では、センサ部１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造を有する。

このように、１つの例において、距離ｄ１（間隙Ｇ１１の距離）が、センサ部１０の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて変化する。距離ｄ１の変化を静電容量の変化として検出することで、第１元素を検出できる。実施形態において、センサ部１０の周辺のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて、第１膜１１の他の特性（例えば、導電率など）が変化しても良い。他の特性の変化を検出することで、第１元素を検出できる。

図１（ｂ）に示すように、第１回路７０は、例えば、検出回路７１を含む。検出回路７１は、固定電極端子Ｔｆ１及び可動電極端子Ｔｍ１と電気的に接続される。検出回路７１は、可動電極端子Ｔｍ１を介して、可動電極Ｅｍ１と電気的に接続される。検出回路７１は、固定電極端子Ｔｆ１を介して、固定電極Ｅｆ１と電気的に接続される。検出回路７１は、検出信号Ｓｉｇ１を出力可能である。検出信号Ｓｉｇ１は、センサ部１０の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて変化する。

例えば、センサ部１０からセンサ信号Ｓｉｇ０が出力可能である。センサ信号Ｓｉｇ０は、固定電極Ｅｆ１と可動電極Ｅｍ１との間に生じる。センサ信号Ｓｉｇ０は、例えば、固定電極端子Ｔｆ１と可動電極端子Ｔｍ１との間に生じる。センサ信号Ｓｉｇ０は、センサ部１０の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて変化する。例えば、検出回路７１から出力される検出信号Ｓｉｇ１は、センサ信号Ｓｉｇ０に応じる。検出回路７１は、センサ信号Ｓｉｇ０を処理して、検出信号Ｓｉｇ１として出力できる。処理は、例えば、増幅を含んでも良い。増幅は、参照値との差の導出を含んでも良い。

第１回路７０は、例えば、電圧回路７２を含む。電圧回路７２は、第１端子Ｔ１を介して、第１電極Ｅ１と電気的に接続される。電圧回路７２は、第２端子Ｔ２を介して、第２電極Ｅ２と電気的に接続される。第１回路７０（電圧回路７２）は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に電圧を加える第１動作を実行可能である。

例えば、ガス中において、第１物質（例えば、水分子、硫黄、窒素、及びシロキサン（ＨＭＤＳ）の少なくともいずれかを含む）は、極性を有する。第１動作によって、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に電界を発生させることができる。これにより、例えば、第１膜１１（この例において第１電極Ｅ１）の周囲に電界を発生させることができる。発生した電界によって、例えば、第１物質を制御することができる。これにより、センサの検出性能が向上できる。

第１回路７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含んでも良い。第１回路７０の少なくとも一部は、センサ１１０に含まれても良い。第１回路７０の少なくとも一部は、センサ１１０とは別に設けられても良い。

この例では、基体２０は、基板２０ｓ、絶縁膜２０ｉ及び絶縁部２０ｊを含む。基板２０ｓは、例えばＳｉ基板である。基板２０ｓの上に絶縁膜２０ｉが設けられ、絶縁膜２０ｉの上に絶縁部２０ｊが設けられる。絶縁部２０ｊは、例えばＳｉＮを含む。絶縁部２０ｊは、例えば固定電極Ｅｆ１の上下面に設けられる。

支持部２３は、絶縁膜２０ｉの上に設けられる。支持部２３は、例えば、ＳｉＮを含む。支持部２３が可動部２５を支持することで、間隙Ｇ１１が形成できる。これにより、距離ｄ１が変化可能である。可動部２５の可動領域２５ｍは、絶縁部２５ｉを含む。絶縁部２５ｉは、例えばＳｉＮを含む。絶縁部２５ｉは、例えば可動電極Ｅｍ１の上下面に設けられる。

図１（ａ）に示すように、この例では、第１支持領域２５ａは、第３電極Ｅ３をさらに含む。第３電極Ｅ３は、第２電極Ｅ２と電気的に絶縁される。第３電極Ｅ３は、第３端子Ｔ３と電気的に接続される。この接続は、例えば、配線ＷＴ３により行われる。この配線のすくなくとも一部は、支持部２３に含まれる導電部材を含んでも良い。この例では、第３電極Ｅ３は、第１膜１１を兼ねる。第１膜１１（第３電極Ｅ３）の特性の変化に応じて、第１膜１１の周辺における、第１元素の有無、または、第１元素の濃度が検出できる。例えば、第１電極Ｅ１に加えて第３電極Ｅ３を設けた場合、第１元素の検出感度を向上できる。実施形態においては、第１膜１１は、第３電極Ｅ３とは別でも良い。

図１（ｂ）に示すように、電圧回路７２は、第３端子Ｔ３を介して、第３電極Ｅ３と電気的に接続される。例えば、第１回路７０の第１動作は、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間に電圧を加えることを含む。これにより、第３電極Ｅ３と第２電極Ｅ２との間に電界を発生させることができる。例えば、発生した電界によって、第１膜１１の周囲における第１物質を制御することができる。例えば、第１電極Ｅ１に加えて第３電極Ｅ３を設けた場合、第１物質を制御しやすくなる。これにより、センサの検出性能が向上できる。

図１（ａ）に示すように、この例では、可動部２５は、さらに第２支持領域２５ｂを含む。可動領域２５ｍは、第１支持領域２５ａと第２支持領域２５ｂとの間にある。第２支持領域２５ｂは、可動領域２５ｍと支持部２３（第２部分２３ｂ）との間にある。

第２支持領域２５ｂは、第４電極Ｅ４と、第５電極Ｅ５と、第６電極Ｅ６と、を含む。第５電極Ｅ５は、第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６と電気的に絶縁される。例えば、第２支持領域２５ｂは、絶縁部２５ｋを含む。絶縁部２５ｋは、例えばＳｉＮを含む。絶縁部２５ｋは、第４電極Ｅ４と第５電極Ｅ５との間、及び、第５電極Ｅ５と第６電極Ｅ６との間に設けられる。

第４電極Ｅ４は、第４端子Ｔ４と電気的に接続される。第５電極Ｅ５は、第５端子Ｔ５と電気的に接続される。第６電極Ｅ６は、第６端子Ｔ６と電気的に接続される。この例では、第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６は、第１膜１１を兼ねる。第１膜１１（第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６）の特性の変化に応じて、第１膜１１の周辺における、第１元素の有無、または、第１元素の濃度が検出できる。例えば、第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６を設けた場合、第１元素の検出感度をさらに向上できる。実施形態においては、第１膜１１は、第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６とは別でも良い。

図１（ｂ）に示すように、電圧回路７２は、第４端子Ｔ４を介して、第４電極Ｅ４と電気的に接続される。電圧回路７２は、第５端子Ｔ５を介して、第５電極Ｅ５と電気的に接続される。電圧回路７２は、第６端子Ｔ６を介して、第６電極Ｅ６と電気的に接続される。例えば、第１回路７０の第１動作は、第４電極Ｅ４と第５電極Ｅ５との間に電圧を加えることを含む。例えば、第１回路７０の第１動作は、第５電極Ｅ５と第６電極Ｅ６との間に電圧を加えることを含む。これにより、第４電極Ｅ４と第５電極Ｅ５との間、及び、第５電極Ｅ５と第６電極Ｅ６との間に電界を発生させることができる。例えば、発生した電界によって、第１膜１１の周囲における第１物質を制御することができる。これにより、センサの検出性能が向上できる。第４～第６電極Ｅ４～Ｅ６は、第１～第３電極Ｅ１～Ｅ３と同様の構成を有しても良い。

第１膜１１（この例において第１電極Ｅ１、第３電極Ｅ３、第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６など）は、例えば、第２元素を含む。第２元素は、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２元素は、第１元素が水素である場合に、触媒として機能しても良い。

第１膜１１（この例において第１電極Ｅ１、第３電極Ｅ３、第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６など）は、例えば、第３元素を含んでも良い。第３元素は、Ｓｉ、Ｐ及びＢよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１膜１１が第３元素を含むことで、第１元素が水素である場合に、例えば、高い反応速度が得られる。

第１膜１１（この例において第１電極Ｅ１、第３電極Ｅ３、第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６など）は、例えば、第４元素をさらに含んでも良い。第４元素は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１膜１１が第４元素を含むことで、第１元素が水素である場合に、例えば、高い反応速度が得られる。

可動電極Ｅｍ１、固定電極Ｅｆ１、第２電極Ｅ２及び第５電極Ｅ５は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ及びＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

この例では、絶縁部２５ｉに導電層２５ｓが設けられ、絶縁部２５ｊに導電層２５ｔが設けられ、絶縁部２５ｋに導電層２５ｕが設けられる。これにより、例えば、可動領域２５ｍ、第１支持領域２５ａ及び第２支持領域２５ｂの反りを調整することができる。導電層２５ｓ、導電層２５ｔ及び導電層２５ｕは、例えばメッシュ状でもよく、省略されてもよい。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係るセンサの一部を例示する模式図である。
図２（ａ）は、第１実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的断面図である。
第１動作において、第１電極Ｅ１の電位及び第３電極Ｅ３の電位は、例えばプラスである。第１動作において、第２電極Ｅ２の電位は、例えばマイナスである。図２に示すように、第１動作において、例えば第１電極Ｅ１から第２電極Ｅ２へ向かう電界ＥＬ１が生じる。第１動作において、例えば第３電極Ｅ３から第２電極Ｅ２へ向かう電界ＥＬ２が生じる。

センサにおいて、第１元素の濃度を検出する前に、第１膜１１（この例において第１電極Ｅ１及び第３電極Ｅ３）に第１物質が付着又は吸着していることがある。この場合、第１元素の濃度を検出するときに、検出感度が低下したり応答時間が長くなったりすることがあると考えられる。

例えば、第１元素が水素である場合、湿度が高いとセンサの感度が低下することがある。湿度が高い場合には、濃度の検出前に第１膜１１上に水分子が付着していることがあると考えられる。この場合、水素濃度の検出のときに、第１膜１１に水素が吸着しにくくなることがあると考えられる。

これに対して、実施形態においては、電界ＥＬ１及び電界ＥＬ２により、第１物質を制御することができる。例えば、第１元素の濃度などを検出する前において、電界ＥＬ１及び電界ＥＬ２により、第１物質が第１膜１１に付着することを抑制できる。これにより、例えば、検出感度の低下を抑制することができる。

例えば、第１方向（Ｚ軸方向）において、第２電極Ｅ２の少なくとも一部は、第１電極Ｅ１と重ならない。これにより、例えば第１支持領域２５ａの表面に電界が発生しやすくなる。例えば、第１電極Ｅ１の周辺において、電界ＥＬ１の方向は、第１電極Ｅ１から第１支持領域２５ａの外側へ向かう成分を含む。これにより、例えば、第１電極Ｅ１に第１物質が付着または吸着することを抑制できる。例えば、電界によって第１物質を第１膜１１から遠ざけやすい。この例では、第１方向において、第２電極Ｅ２は、第１電極Ｅ１と重ならない。

図２（ｂ）は、第１実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式的平面図である。図２（ｂ）は、第１実施形態に係るセンサ１１０ａにおける、第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２及び第３電極Ｅ３を示す。この例では、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３とが連続する。第３電極Ｅ３は、第１電極Ｅ１と一体でもよい。例えば、第１電極Ｅ１（及び第３電極Ｅ３）は、Ｚ軸方向から見たときに、第２電極Ｅ２を囲む。例えば、第１電極Ｅ１（及び第３電極Ｅ３）は、Ｚ軸方向から見たときに、環状である。同様に、第４電極Ｅ４と第６電極Ｅ６とが連続してもよい。第４電極Ｅ４と第６電極Ｅ６とは一体でもよい。第４電極Ｅ４（及び第６電極Ｅ６）は、Ｚ軸方向から見たときに、第５電極Ｅ５を囲んでもよい。例えば、第４電極Ｅ４（及び第６電極Ｅ６）は、Ｚ軸方向から見たときに、環状である。これ以外については、センサ１１０ａには、センサ１１０と同様の説明を適用できる。

第１電極Ｅ１、第３電極Ｅ３、第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６は、短絡され同一電位であってもよい。

図３（ａ）～図３（ｃ）は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図３（ａ）は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）の矢印ＡＡからみた模式的平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ１－Ａ２線断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ１－Ｂ２線断面図である。実施形態に係るセンサ１１１は、センサ部１０及び第１回路７０（図１（ｂ）参照）を含む。センサ部１０は、基体２０、固定電極Ｅｆ１、支持部２３及び可動部２５を含む。可動部２５は、第１支持領域２５ａ、第２支持領域２５ｂ及び可動領域２５ｍを含む。可動領域２５ｍは、可動電極Ｅｍ１を含む。第１支持領域２５ａは、第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２及び第３電極Ｅ３を含む。第２支持領域２５ｂは、第４電極Ｅ４、第５電極Ｅ５及び第６電極Ｅ６を含む。可動部２５は、複数の穴を含んでもよい。例えば、複数の穴から可動部２５と基体２０との間の層をエッチングすることで、可動部２５と基体２０との間の空隙が設けられてもよい。

図３（ａ）に示すように、この例では、第１支持領域２５ａから可動領域２５ｍへの第２方向（例えばＸ軸方向）は、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。第１電極Ｅ１から第３電極Ｅ３への第３方向（例えばＹ軸方向）は、第１方向及び第２方向を含む平面と交差する。平面視において、第２電極Ｅ２の少なくとも一部は、例えば、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３との間にある。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第２電極Ｅ２の少なくとも一部の第３方向における位置は、第１電極Ｅ１の第３方向における位置と、第３電極Ｅ３の第３方向における位置と、の間にある。これにより、例えば、第１動作において適切な電界が発生しやすい。例えば、第２電極Ｅ２は、第１電極Ｅ１と可動領域２５ｍとの間に設けられない。例えば、第２電極Ｅ２は、第３電極Ｅ３と可動領域２５ｍとの間に設けられない。これにより、例えば、第１電極Ｅ１及び第３電極Ｅ３の変形により生じる応力が、可動部２５へ伝達されやすい。

図３（ａ）に示すように、第４電極Ｅ４から第６電極Ｅ６への第４方向（例えばＹ軸方向）は、第１方向及び第２方向を含む平面と交差する。第４方向は、第３方向と平行でも良い。平面視において、第５電極Ｅ５の少なくとも一部は、例えば、第４電極Ｅ４と第６電極Ｅ６との間にある。第５電極Ｅ５の少なくとも一部の第４方向における位置は、第４電極Ｅ４の第４方向における位置と、第６電極Ｅ６の第４方向における位置と、の間にある。例えば、第５電極Ｅ５は、第４電極Ｅ４と可動領域２５ｍとの間に設けられない。例えば、第５電極Ｅ５は、第６電極Ｅ６と可動領域２５ｍとの間に設けられない。

図３（ａ）に示すように、この例では、可動部２５は、複数の接続部２６を含む。複数の接続部２６は、例えば、ばね部である。複数の接続部２６は、第１支持領域２５ａと可動領域２５ｍとを接続する。複数の接続部２６は、第２支持領域２５ｂと可動領域２５ｍとを接続する。第１支持領域２５ａ及び第２支持領域２５ｂは、複数の接続部２６を介して、可動領域２５ｍを支持する。複数の接続部２６の幅は、第１電極Ｅ１の幅より狭い。複数の接続部２６は平面視において屈曲した形状である。複数の接続部２６は、例えば、ＳｉＮ及びＴｉＮの少なくともいずれかを含む。

図４は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図４に示すように、センサ１１２においても、センサ部１０及び第１回路７０（図１（ｂ）参照）が設けられる。センサ部１０は、基体２０、固定電極Ｅｆ１、支持部２３及び可動部２５を含む。可動部２５は、第１支持領域２５ａ、第２支持領域２５ｂ及び可動領域２５ｍを含む。可動領域２５ｍは、可動電極Ｅｍ１を含む。第１支持領域２５ａは、第１電極Ｅ１、及び第２電極Ｅ２を含む。第２支持領域２５ｂは、第４電極Ｅ４、及び第５電極Ｅ５を含む。

この例では、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１電極Ｅ１は、第２電極Ｅ２と重なる。第１方向において、第１電極Ｅ１の全体が第２電極Ｅ２と重なっても良い。第１方向において、第４電極Ｅ４は、第５電極Ｅ５と重なる。第１方向において、第４電極Ｅ４の全体が第５電極Ｅ５と重なっても良い。この例においても、第１方向（Ｚ軸方向）において、第２電極Ｅ２の少なくとも一部は、第１電極Ｅ１と重ならない。これにより、例えば可動部２５の表面に電界が発生しやすくなる。

（第２実施形態）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２実施形態に係るセンサを例示する模式図である。
図５（ａ）は、実施形態に係るセンサ１１３の模式的断面図である。図５（ｂ）は、センサ１１３の模式的回路図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、センサ１１３においても、センサ部１０及び第１回路７０が設けられる。センサ部１０及び第１回路７０の構成には、センサ１１０に関して説明した構成を適用できる。

第１支持領域２５ａは、第１導電層２７ａを含む。図５（ａ）に示すように、第２電極Ｅ２の第１方向における位置は、第１電極Ｅ１の第１方向における位置と第１導電層２７ａの第１方向における位置との間である。

センサ部１０は、第１導電端子Ｔｃ１と第２導電端子Ｔｃ２とを含む。第１導電端子Ｔｃ１は、第１導電層２７ａの一部と接続される。第２導電端子Ｔｃ２は、第１導電層２７ａの別の一部と接続される。導電端子と導電層とを電気的に接続する配線の少なくとも一部は、支持部２３に設けられる導電部材を含んでも良い。

図５（ｂ）に示すように、第１回路７０は、例えば、導電層用回路７３を含む。導電層用回路７３は、第１導電端子Ｔｃ１を介して、第１導電層２７ａと電気的に接続される。導電層用回路７３は、第２導電端子Ｔｃ２を介して、第１導電層２７ａと電気的に接続される。第１回路７０（導電層用回路７３）から、第１導電端子Ｔｃ１と第２導電端子Ｔｃ２との間に電流が供給される。第１回路７０は、第１導電端子Ｔｃ１及び第２導電端子Ｔｃ２を介して、第１導電層２７ａに電流を供給する第２動作を実行可能である。

第１導電層２７ａは、例えば、ヒータである。第１回路７０から第１導電層２７ａに電流が供給されたときに、第１導電層２７ａの温度が上昇する。第１導電層２７ａにより第１膜１１（この例において第１電極Ｅ１及び第３電極Ｅ３）の温度を上昇させることで、第１膜１１に付着もしくは吸着した第１物質を除去でき、更に第１元素に対する検出速度を向上させることができる。

この例では、第２支持領域２５ｂは、第２導電層２７ｂを含む。図５（ａ）に示すように、第５電極Ｅ５の第１方向における位置は、第４電極Ｅ４の第１方向における位置と第２導電層２７ｂの第１方向における位置との間である。

センサ部１０は、第３導電端子Ｔｃ３と第４導電端子Ｔｃ４とを含む。第３導電端子Ｔｃ３は、第２導電層２７ｂの一部と接続される。第４導電端子Ｔｃ４は、第２導電層２７ｂの別の一部と接続される。

図５（ｂ）に示すように、導電層用回路７３は、第３導電端子Ｔｃ３を介して、第２導電層２７ｂと電気的に接続される。導電層用回路７３は、第４導電端子Ｔｃ４を介して、第２導電層２７ｂと電気的に接続される。第１回路７０（導電層用回路７３）から、第３導電端子Ｔｃ３と第４導電端子Ｔｃ４との間に電流が供給される。第１回路７０の第２動作は、第３導電端子Ｔｃ３及び第４導電端子Ｔｃ４を介して、第２導電層２７ｂに電流を供給することを含んでも良い。第１回路７０から第２導電層２７ｂ（例えばヒータ）に電流が供給されたときに、第１膜１１（この例において第４電極Ｅ４及び第６電極Ｅ６）に付着もしくは吸着した第１物質を除去でき、更に第１元素に対する検出速度などを向上させることができる。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２実施形態に係るセンサの動作を例示するフローチャートである。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、センサ１１３の起動の動作シーケンスを示す。

図６（ａ）に示すように、センサ１１３が通電される（ステップＳ１１０）。第１回路７０は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に電圧を加える第１動作の実行を開始する（ステップＳ１２０）。これにより、例えば、第１電極Ｅ１の周囲に電界が発生する。例えば、第１物質が第１電極Ｅ１に付着することを抑制できる。

第１回路７０は、第１導電端子Ｔｃ１と第２導電端子Ｔｃ２との間に電圧を加える（ステップＳ１３０）。すなわち、第１回路７０は、第１導電層２７ａに電流を供給する第２動作の実行を開始する。第１回路７０は、待機する（ステップＳ１４０）。これにより、第１導電層２７ａの温度が上昇する。例えば、第１電極Ｅ１の温度が上昇し、第１膜１１に付着もしくは吸着した第１物質を除去できる。第１回路７０は、第１導電端子Ｔｃ１と第２導電端子Ｔｃ２との間に電圧をオフにする（ステップＳ１５０）。すなわち、第１回路７０は、第２動作の実行を終了する。センサ１１３の起動が完了する（ステップＳ１６０）。起動が完了した後において、第１元素の検出動作が行われる。検出動作において、起動動作時に行われた第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に電圧を加える第１動作（ステップＳ１２０）の実行は継続されている。そのため、第１膜１１には第１物質の付着もしくは吸着が抑制されており、第１元素の検出性能が向上する。

このように、第１回路７０は、第１動作の開始後に、第１導電層２７ａに電流を供給する第２動作を実行可能である。これにより、例えば、第１電極Ｅ１の周囲の第１物質を制御することができ、第１物質の付着もしくは吸着を抑制することができる。第１動作は、ステップＳ１２０からステップＳ１６０まで継続されても良い。第１動作の実行中に第２動作が実行されても良い。例えば、第１回路７０は、第１元素の濃度の検出時において、第１動作を継続しても良い。例えば、第１元素の検出感度を向上できる。

第１動作において加えられる電圧は、例えば直流成分を含む。第１動作において加えられる電圧は、交流成分を含んでも良い。交流成分の周波数は、例えば、１００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下、２０ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ以下、または１ＧＨｚ以上１００ＧＨｚ以下である。これにより、例えば、第１物質が第１電極Ｅ１に付着することを抑制しやすい。

図６（ｂ）に示すように、ステップＳ１２０の代わりに、ステップＳ１２１が実行されても良い。第１回路７０は、ステップＳ１４０とステップＳ１５０との間において、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に電圧を加える第１動作の実行を開始する（ステップＳ１２１）。このように、第１回路７０は、第２動作の実行中に第１動作の実行を開始しても良い。これにより、例えば、第１電極Ｅ１の周囲の第１物質を制御することができ、第１物質の付着もしくは吸着を抑制することができる。例えば、第１元素の検出感度を向上できる。第１動作は、ステップＳ１２１からステップＳ１６０の終了まで継続されても良い。第２動作の実行中に第１動作が実行されても良い。起動が完了した後において、第１元素の検出動作が行われる。検出動作において、起動動作時に行われた第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間に電圧を加える第１動作（ステップＳ１２０）の実行は継続されている。そのため、第１膜１１には第１物質の付着もしくは吸着が抑制されており、第１元素の検出性能が向上する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施形態に係る別のセンサの一部を例示する模式図である。
図７（ａ）は、センサ１１４の第１支持領域２５ａの模式的断面図であり、図７（ｂ）は、センサ１１４の第１支持領域２５ａの模式的平面図である。
この例においては、第１膜１１は、第１電極Ｅ１及び第３電極Ｅ３とは別に設けられる。第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３は、Ｚ軸方向に垂直な方向（例えばＹ軸方向）において並ぶ。第２電極Ｅ２は、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３との間に設けられる。絶縁部２５ｊの一部は、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間、及び、第２電極Ｅ２と第３電極Ｅ３との間に設けられる。第２電極Ｅ２は、第１電極Ｅ１及び第３電極Ｅ３と電気的に絶縁される。

第１膜１１の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において第２電極Ｅ２と重なる。絶縁部２５ｊの一部は、第１膜１１と第１～第３電極Ｅ１～Ｅ３との間に設けられる。第１膜１１と第１～第３電極Ｅ１～Ｅ３とは、電気的に絶縁される。

例えば、第１電極Ｅ１の電位と、第３電極Ｅ３の電位とは、同じとされる。第１回路７０の第１動作により、第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との間、及び第３電極Ｅ３と第２電極Ｅ２との間に電界を発生させることができる。例えば、発生した電界によって、第１膜１１の周囲における第１物質を制御することができる。これにより、センサの検出性能を向上できる。

上記以外については、センサ１１４には、上述のセンサ１１０～１１３のいずれかと同様の説明を適用することができる。第２支持領域２５ｂは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示した第１支持領域２５ａと同様であってもよい。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係るセンサを例示するブロック図である。
図８に示すように、実施形態に係るセンサモジュール２１０は、実施形態に係るセンサ（この例では、センサ１１０）と、電池８１と、無線通信回路８３と、アンテナ８５と、筐体８７と、を含む。

例えば、センサ１１０、電池８１及び無線通信回路８３は、筐体８７の内部に設けられる。アンテナ８５の少なくとも一部は、筐体８７の外部に設けられる。筐体８７は、例えば、地面、床、または壁などに取り付けられる。

電池８１は、センサ１１０に接続される。電池８１は、センサ１１０に電力を供給可能である。無線通信回路８３は、センサ１１０に接続される。無線通信回路８３は、センサ１１０で検出された値に応じた信号を送信可能である。アンテナ８５は、無線通信回路８３と接続される。アンテナ８５を介して、信号が送信される。

実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。
（構成１）
基体と、前記基体に固定された固定電極と、前記基体に固定された支持部と、前記支持部に支持された可動部と、を含むセンサ部と、
第１回路と、
を備え、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極を含む可動領域と、前記可動領域と前記支持部との間に設けられた第１支持領域と、を含み、
前記第１支持領域は、第１電極と、前記第１電極と絶縁された第２電極と、を含み、
前記第１回路は、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を加える第１動作を実行可能な、センサ。

（構成２）
前記固定電極から前記可動電極への方向は、第１方向に沿い、
前記第１方向において、前記第２電極の少なくとも一部は、前記第１電極と重ならない、構成１記載のセンサ。

（構成３）
前記固定電極から前記可動電極への方向は、第１方向に沿い、
前記第１方向において、前記第２電極は、前記第１電極と重ならない、構成１記載のセンサ。

（構成４）
前記固定電極から前記可動電極への方向は、第１方向に沿い、
前記第１方向において、前記第１電極は、前記第２電極と重なる、構成１記載のセンサ。

（構成５）
前記第１支持領域は、第１導電層を含み、
前記センサ部は、前記第１導電層の一部と接続された第１導電端子と、前記第１導電層の前記一部とは別の一部と接続された第２導電端子と、を含み、
前記第１導電端子と前記第２導電端子との間に電流が供給される、構成１記載のセンサ。

（構成６）
前記固定電極から前記可動電極への方向は、第１方向に沿い、
前記第２電極の第１方向における位置は、前記第１電極の第１方向における位置と前記第１導電層の第１方向における位置との間にある、構成５記載のセンサ。

（構成７）
前記センサ部から出力されるセンサ信号は、前記センサ部の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて変化する、構成５または６に記載のセンサ。

（構成８）
前記第１回路は、前記第１導電層に電流を供給する第２動作をさらに実行可能であり、前記第１動作の開始後に前記第２動作を実行する、構成５～７のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成９）
前記第１回路は、前記第１導電層に電流を供給する第２動作をさらに実行可能であり、前記第２動作の実行中に前記第１動作の実行を開始する、構成５～７のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１０）
前記固定電極と前記可動電極との間に間隙が設けられ、
前記間隙の距離は、前記センサ部の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて変化する、構成１～６のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１１）
前記センサ部の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量が変化する、構成１～６のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１２）
前記第１電極の形状は、前記センサ部の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて変化する、構成１～６のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１３）
前記第１支持領域は、前記第１電極及び前記第２電極と絶縁された第１膜を含み、
前記第１膜の形状は、前記センサ部の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて変化する、構成１～６のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１４）
前記第１支持領域は、前記第２電極と絶縁された第３電極を含み、
前記第１動作は、前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を加えることを含む、構成１～１３のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１５）
前記第１支持領域から前記可動領域への第２方向は、前記固定電極から前記可動電極への第１方向と交差し、
前記第１電極から前記第３電極への第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差し、
前記第２電極の少なくとも一部の前記第３方向における位置は、前記第１電極の前記第３方向における位置と、前記第３電極の前記第３方向における位置と、の間にある、構成１４記載のセンサ。

（構成１６）
前記第１電極は、前記固定電極から前記可動電極への第１方向から見たときに、前記第２電極を囲む、構成１～１５のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１７）
前記可動部は、第２支持領域を含み、
前記可動領域は、前記第１支持領域と前記第２支持領域との間にあり、
前記第２支持領域は、第４電極と、前記第４電極と絶縁された第５電極と、を含み、
前記第１動作は、前記第４電極と前記第５電極との間に電圧を加えることを含む、構成１～１６のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成１８）
前記第２支持領域は、前記第５電極と絶縁された第６電極を含み、
前記第１動作は、前記第５電極と前記第６電極との間に電圧を加えることを含む、構成１７に記載のセンサ。

（構成１９）
前記第１支持領域から前記可動領域への第２方向は、前記固定電極から前記可動電極への第１方向と交差し、
前記第４電極から前記第６電極への第４方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差し、
前記第５電極の少なくとも一部の前記第４方向における位置は、前記第４電極の前記第４方向における位置と、前記第６電極の前記第４方向における位置と、の間にある、構成１８記載のセンサ。

（構成２０）
前記第１電極は、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１～１９のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成２１）
前記第１電極と前記第２電極との間の前記電圧は、交流成分を含む、構成１～２０のいずれか１つに記載のセンサ。

（構成２２）
前記交流成分の周波数は、１００ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下、２０ＭＨｚ以上５０ＭＨｚ以下、または１ＧＨｚ以上１００ＧＨｚ以下である、構成２１記載のセンサ。

実施形態によれば、検出性能の向上が可能なセンサが提供できる。

本願明細書において、「電気的に接続」には、直接接触して接続される場合の他に、他の導電性部材などを介して接続される場合も含む。

本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、センサに含まれるセンサ部及び第１回路などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述したセンサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

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…センサ部、１１…第１膜、２０…基体、２０ｉ、２０ｊ…絶縁膜、２０ｓ…基板、２３…支持部、２５…可動部、２５ａ…第１支持領域、２５ｂ…第２支持領域、２５ｉ、２５ｊ、２５ｋ…絶縁部、２５ｓ、２５ｔ、２５ｕ…導電層、２５ｍ…可動領域、２６…接続部、２７ａ…第１導電層、２７ｂ…第２導電層、７０…第１回路、７１…検出回路、７２…電圧回路、７３…導電層用回路、８１…電池、８３…無線通信回路、８５…アンテナ、８７…筐体、１１０、１１０ａ、１１１、１１２、１１３、１１４…センサ、ＡＡ…矢印、Ｅ１～Ｅ６…第１～第６電極、ＥＬ１、ＥＬ２…電界、Ｅｆ１…固定電極、Ｅｍ１…可動電極、Ｇ１１…間隙、Ｓ１１０～Ｓ１６０…ステップ、Ｓｉｇ０…センサ信号、Ｓｉｇ１…検出信号、Ｔ１～Ｔ６…第１～Ｔ６端子、Ｔｃ１～Ｔｃ４…第１～第４導電端子、Ｔｆ１…固定電極端子、Ｔｍ１…可動電極端子、Ｗｆ１、Ｗｍ１、ＷＴ１～ＷＴ４…配線、ｄ１…距離

Claims

基体と、前記基体に固定された固定電極と、前記基体に固定された支持部と、前記支持部に支持された可動部と、を含むセンサ部と、
第１回路と、
を備え、
前記可動部は、前記固定電極と対向する可動電極を含む可動領域と、前記可動領域と前記支持部との間に設けられた第１支持領域と、を含み、
前記第１支持領域は、第１電極と、前記第１電極と絶縁された第２電極と、を含み、
前記固定電極と前記可動電極との間に間隙が設けられ、
前記センサ部から出力されるセンサ信号を検出し、
前記センサ信号は、前記センサ部の周囲のガスに含まれる第１元素の濃度に応じて変化する前記間隙の距離の変化に応じており、
前記第１回路は、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を加えて前記第１電極と前記第２電極との間に電界を発生させて前記第１電極及び前記第２電極の周りの第１物質を制御する第１動作を実行可能な、センサ。
前記固定電極から前記可動電極への方向は、第１方向に沿い、
前記第１方向において、前記第２電極の少なくとも一部は、前記第１電極と重ならない、請求項１記載のセンサ。
前記固定電極から前記可動電極への方向は、第１方向に沿い、
前記第１方向において、前記第１電極は、前記第２電極と重なる、請求項１記載のセンサ。
前記第１支持領域は、第１導電層を含み、
前記センサ部は、前記第１導電層の一部と接続された第１導電端子と、前記第１導電層の前記一部とは別の一部と接続された第２導電端子と、を含み、
前記第１導電端子と前記第２導電端子との間に電流が供給される、請求項１記載のセンサ。
前記第１電極の形状は、前記第１元素の濃度に応じて変化する、請求項１～４のいずれか１つに記載のセンサ。
前記第１支持領域は、前記第１電極及び前記第２電極と絶縁された第１膜を含み、
前記第１膜の形状は、前記第１元素の濃度に応じて変化する、請求項１～４のいずれか１つに記載のセンサ。
前記第１支持領域は、前記第２電極と絶縁された第３電極を含み、
前記第１動作は、前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を加えて前記第２電極と前記第３電極との間に電界を発生させて前記第２電極及び前記第３電極の周りの前記第１物質を制御することを含む、請求項１記載のセンサ。
前記第１支持領域から前記可動領域への第２方向は、前記固定電極から前記可動電極への第１方向と交差し、
前記第１電極から前記第３電極への第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差し、
前記第２電極の少なくとも一部の前記第３方向における位置は、前記第１電極の前記第３方向における位置と、前記第３電極の前記第３方向における位置と、の間にある、請求項７記載のセンサ。
前記第１電極は、前記固定電極から前記可動電極への第１方向から見たときに、前記第２電極を囲む、請求項１記載のセンサ。