JPH04219B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH04219B2
JPH04219B2 JP58017380A JP1738083A JPH04219B2 JP H04219 B2 JPH04219 B2 JP H04219B2 JP 58017380 A JP58017380 A JP 58017380A JP 1738083 A JP1738083 A JP 1738083A JP H04219 B2 JPH04219 B2 JP H04219B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gas
gas detection
substrate
heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58017380A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59143945A (en
Inventor
Junji Manaka
Hidekazu Oota
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Seiki Co Ltd, Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Seiki Co Ltd
Priority to JP1738083A priority Critical patent/JPS59143945A/en
Publication of JPS59143945A publication Critical patent/JPS59143945A/en
Publication of JPH04219B2 publication Critical patent/JPH04219B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はガス検出装置に関し、より詳細には、
LPガスや都市ガスのガスもれ警報器に適用しう
るガス検出装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to gas detection devices, and more particularly,
This invention relates to a gas detection device that can be applied to gas leak alarms for LP gas and city gas.

従来技術 従来のガス検出装置としては、SnO2を主成分
とする焼結体内部に電極と加熱用ヒーターコイル
を内蔵し表面でのガス吸着により電気抵抗が変化
することを利用したものがあるが、熱容量が大き
いこと、加熱立上がり時間が長いこと、構造上の
理由から熱平衡状態に到達するのに時間がかかる
こと、従つて消費電力が大きくパルス駆動も不適
当であるという問題があつた。
Conventional technology Some conventional gas detection devices utilize the fact that an electrode and a heater coil are built into a sintered body whose main component is SnO 2 , and the electrical resistance changes due to gas adsorption on the surface. However, there were problems in that the heat capacity was large, the heating rise time was long, it took a long time to reach a thermal equilibrium state due to the structure, and therefore the power consumption was large and pulse driving was inappropriate.

目 的 本発明は以上の如き従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、ヒーターおよび検知部を
微細化し加熱部を支持体と非接触とすることによ
り、駆動電力を低減すると共にパルス駆動を可能
として、3〜5年間の使用に必要な電力を数個の
乾電池で供給できるほど低消費電力で作動するガ
ス検出装置を提供することを目的とする。
Purpose The present invention has been made in order to eliminate the drawbacks of the conventional technology as described above. By miniaturizing the heater and the detection part and making the heating part non-contact with the support, it is possible to reduce the driving power and realize pulse drive. It is an object of the present invention to provide a gas detection device that operates with low power consumption so that the power necessary for use for 3 to 5 years can be supplied by several dry batteries.

構 成 本発明の構成について、以下、実施例に基づい
て説明する。第1図は本発明の1実施例であるガ
ス検知装置を使用したガス検出器の内部構造を示
す概略図、第2図は第1図の−線における断
面図である。本実施例におけるガス検出装置1
1、は、フイルム21上に搭載されており、下方
は下カバー27、上方は防塵フイルター24と防
爆ネツト23によつて覆われている。上カバーワ
ク22とネツト・フイルターおさえワク26とが
フイルム21上に設けられており、これらによつ
て防塵フイルター24と防爆ネツト23を固定し
ている。ガス検出装置11は、フイルム21上に
接着されたリード箔25(4本)の先端をヒータ
ー用電極パツド8とガス検知用電極パツド9に加
熱ボンデイングする事により、フイルム21上に
装着されている。
Configuration The configuration of the present invention will be described below based on examples. FIG. 1 is a schematic diagram showing the internal structure of a gas detector using a gas detection device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line - in FIG. 1. Gas detection device 1 in this embodiment
1 is mounted on a film 21, and the lower part is covered by a lower cover 27, and the upper part is covered by a dustproof filter 24 and an explosion-proof net 23. An upper cover work 22 and a net filter holding work 26 are provided on the film 21, and the dust-proof filter 24 and the explosion-proof net 23 are fixed by these. The gas detection device 11 is mounted on the film 21 by heat-bonding the tips of lead foils 25 (4 pieces) adhered onto the film 21 to the heater electrode pad 8 and the gas detection electrode pad 9. .

ガス検出装置11の構成につき説明すると、基
板1にはヒーター層4とガス検知用リード層5が
それぞれ電極部(パツト8,9)とブリツジ部3
を有する形状にパタン形成され、ブリツジ部3に
おいてヒーター層4の上にガス検知用リード層5
が積層されると共に互いに電気的に絶縁されて形
成されている。ガス検知用リード層5は、ブリツ
ジ部3の中央で切断されて間隙6が形成されてお
り間隙6を被覆して半導体ガス検知層7が形成さ
れている。また全ての電極部8,9にはドーム状
のハンダバンプ10が形成されている。基板1の
ブリツジ部3の下側部分には空洞部2が形成さ
れ、ブリツジ部3は架橋構造とされている。
To explain the configuration of the gas detection device 11, a heater layer 4 and a gas detection lead layer 5 are provided on the substrate 1, and electrode portions (patties 8, 9) and bridge portions 3 are provided on the substrate 1, respectively.
A lead layer 5 for gas detection is formed on the heater layer 4 in the bridge part 3.
are stacked and electrically insulated from each other. The gas detection lead layer 5 is cut at the center of the bridge portion 3 to form a gap 6, and a semiconductor gas detection layer 7 is formed covering the gap 6. Moreover, dome-shaped solder bumps 10 are formed on all the electrode parts 8 and 9. A cavity 2 is formed in the lower part of the bridge part 3 of the substrate 1, and the bridge part 3 has a bridge structure.

第3図はガス検出装置11の検出原理を説明す
るための概略図、第4図はガス検出器の駆動方法
を示すブロツク図である。電極8aと電極8bは
ヒーター層4の電極であり、電極9aと電極9b
はガス検知用リード層5a,5bの電極である。
電極9aに接続されているリード層5aと電極9
bに接続されているリード層5bとはブリツジ部
3上を延在して設けられ、中央付近にて両端部は
互いに間隙6をもつて離隔して終端している。こ
の間隙7及びリード層5a,5bの端部に亘つて
所定の半導体材料からなる半導体ガス検知層7が
形成されており、その固有抵抗で規定される抵抗
値をもつてリード層5a及び5bを電気的に接続
させている。第2図に示した如く、ヒーター層4
とガス検知用リード層5は絶縁膜4eによつて絶
縁されている。電極8a,8b間にパルス駆動回
路30からパルス電圧1.5〜3Vが加わるとブリツ
ジ部3のヒーター層4が発熱し、絶縁膜4eを介
して加熱された半導体ガス検知層7の抵抗値が1
〜2桁低下する。ここで半導体ガス検知層7にガ
スが吸着すると、例えば0.4%の濃度のイソブタ
ンガスの場合、半導体ガス検知層7の抵抗値は更
に2桁低下する。電極9a,9bに負荷抵抗Rと
検出用電源31(DC又はパルス電源1.5〜3Vを
直列に接続すると半導体ガス検知層7の抵抗値変
化による電流変化は負荷抵抗Rの両端での電圧変
動として検出できる。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the detection principle of the gas detection device 11, and FIG. 4 is a block diagram showing a method of driving the gas detector. The electrode 8a and the electrode 8b are the electrodes of the heater layer 4, and the electrode 9a and the electrode 9b are the electrodes of the heater layer 4.
are electrodes of the gas detection lead layers 5a and 5b.
Lead layer 5a and electrode 9 connected to electrode 9a
The lead layer 5b connected to the lead layer 5b is provided extending over the bridge portion 3, and both ends are separated from each other with a gap 6 and terminate near the center. A semiconductor gas detection layer 7 made of a predetermined semiconductor material is formed across the gap 7 and the ends of the lead layers 5a and 5b, and has a resistance value defined by its specific resistance. It is electrically connected. As shown in FIG. 2, the heater layer 4
and the gas detection lead layer 5 are insulated by an insulating film 4e. When a pulse voltage of 1.5 to 3 V is applied from the pulse drive circuit 30 between the electrodes 8a and 8b, the heater layer 4 of the bridge part 3 generates heat, and the resistance value of the semiconductor gas detection layer 7 heated through the insulating film 4e increases to 1.
~2 orders of magnitude decrease. When gas is adsorbed to the semiconductor gas detection layer 7, the resistance value of the semiconductor gas detection layer 7 further decreases by two orders of magnitude in the case of isobutane gas having a concentration of 0.4%, for example. When a load resistor R and a detection power supply 31 (DC or pulse power supply 1.5 to 3 V are connected in series to the electrodes 9a and 9b, current changes due to changes in the resistance value of the semiconductor gas detection layer 7 are detected as voltage fluctuations at both ends of the load resistor R. can.

ガス検出時以外は半導体ガス検知層7の抵抗値
がM(メガ)〜K(キロ)Ωのオーダーであり極く
わずかの電流しか流れないから、上述のガス検出
装置に11において消費電力の80〜90%はヒータ
ー層4で消費されていることになる。従つて、ガ
ス検出装置の消費電力を低減させるためにはヒー
ター層4とガス検知用リード層5を微細化するこ
と、ヒーター層4からガス検知用リード層5と半
導体ガス検知層7への熱伝導時間を短くするこ
と、ブリツジ部3において基板1とヒーター層4
を非接触として熱容量を小さくすること等が有効
である。
Since the resistance value of the semiconductor gas detection layer 7 is on the order of M (mega) to K (kilo) Ω except when gas is detected, and only a very small amount of current flows, the above-mentioned gas detection device consumes 80% of the power consumption in 11. ~90% is consumed in the heater layer 4. Therefore, in order to reduce the power consumption of the gas detection device, it is necessary to miniaturize the heater layer 4 and the gas detection lead layer 5, and to reduce the heat transfer from the heater layer 4 to the gas detection lead layer 5 and the semiconductor gas detection layer 7. Shortening the conduction time, the substrate 1 and the heater layer 4 in the bridge part 3
It is effective to reduce the heat capacity by making it non-contact.

次に、上述した如き構成を有するガス検出装置
の製造過程の1例を第7図乃至第17図を参考に
詳細に説明する。
Next, an example of the manufacturing process of the gas detection device having the above-described configuration will be explained in detail with reference to FIGS. 7 to 17.

第7図に示した如く、基板1は、アンダーカツ
トエツチングが容易で、高温度(500℃の加熱を
数〜10時間)で変形、変質しない材料、例えば
Si、Al、Cu、Ni、Cr等を使用する。本実施例で
はSi(100)を使用する。(100)面を使用するの
は、アンダーカツトする際公知の異方性エツチン
グにより行なうためである。基板1の外形寸法は
1〜4mm角で0.1〜1mmの厚みであれば良い。
As shown in FIG. 7, the substrate 1 is made of a material that can be easily undercut etched and that does not deform or deteriorate at high temperatures (heating at 500°C for several to 10 hours), for example.
Uses Si, Al, Cu, Ni, Cr, etc. In this example, Si (100) is used. The (100) plane is used because undercutting is performed by known anisotropic etching. The outer dimensions of the substrate 1 may be 1 to 4 mm square and 0.1 to 1 mm thick.

第7図は本製造過程の出発物質として基板1の
上に所要の材料を多層積層して形成してあり、以
下、これら各層に付き説明する。
In FIG. 7, required materials are laminated in multiple layers on a substrate 1 as a starting material for this manufacturing process, and each of these layers will be explained below.

4aはヒーターを支持し電極間の絶縁を行なう
ための絶縁耐熱層である。耐熱性があり絶縁性が
高くヒーター材料と線膨張率の近い材料例えば
SiO2,AlO3,MgO,Si3N4,Ta2O5等を使用す
る。本実施例ではSiO2を公知のRFスパツタリン
グ(Ar圧力0.1〜0.01Torr、投入電力密度1〜
10W/cm2、基板温度350〜400℃)により0.3〜2μ
mの厚さに形成している。
4a is an insulating heat-resistant layer for supporting the heater and insulating between the electrodes. Materials that are heat resistant, highly insulating, and have a coefficient of linear expansion similar to that of the heater material, e.g.
SiO 2 , AlO 3 , MgO, Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 etc. are used. In this example, SiO 2 was sputtered using known RF sputtering (Ar pressure 0.1 to 0.01 Torr, input power density 1 to
10W/cm 2 , 0.3-2μ depending on substrate temperature 350-400℃)
It is formed to a thickness of m.

4cはヒーター材料層4bと絶縁耐熱層4aと
の密着性を高める拡散層である。基板1と絶縁耐
熱層4a双方のエツチング液に耐久性を持つ材
料、例えばMo,Cr,Ni,Tiを使用する。本実
施例ではMoをRFスパツタリング(上述のRFス
パツタリングと同一条件による)により300〜800
Åの厚さに形成している。
4c is a diffusion layer that enhances the adhesion between the heater material layer 4b and the insulating heat-resistant layer 4a. A material that is resistant to etching solutions, such as Mo, Cr, Ni, and Ti, is used for both the substrate 1 and the insulating heat-resistant layer 4a. In this example, Mo was deposited by RF sputtering (under the same conditions as the RF sputtering described above) to
It is formed to a thickness of Å.

4bはヒーター材料層である。長期間安定な材
料であるPt、SiC、TaN2等を使用する。本実施
例ではPtをRFスパツタリング(上述と同一条件)
により0.3〜2μmの厚さに形成している。
4b is a heater material layer. Use Pt, SiC, TaN2 , etc., which are stable materials for a long time. In this example, Pt was RF sputtered (same conditions as above).
It is formed to a thickness of 0.3 to 2 μm.

4dはエツチング用レジスト層である。本実施
例ではSiO2をRFスパツタリング(上述と同一条
件)により0.5〜1μmの厚さに形成している。
4d is an etching resist layer. In this example, SiO 2 is formed to a thickness of 0.5 to 1 μm by RF sputtering (under the same conditions as described above).

以上の過程は全て連続工程処理が可能であるた
め、膜間の界面が清浄であり膜と膜との密着性に
優れ信頼性が高いと同時に大量生産に適してい
る。また、上述の過程におけるRFスパツタリン
グが全て基板温度が350〜400℃の条件で行なわれ
るのは、基板加熱により膜が緻密になりヒーター
材料の抵抗値の経時変動幅が小さくなるという公
知の利点の外に、350〜400℃がガス検出装置のガ
ス検出動作温度であるため、動作時に膜に働くス
トレスが最小になり、信頼性を向上させることが
できるという理由の為である。
All of the above processes can be carried out continuously, so the interface between the films is clean, the adhesion between the films is excellent, the reliability is high, and it is suitable for mass production. In addition, the reason why all RF sputtering in the above process is performed at a substrate temperature of 350 to 400°C is due to the well-known advantage that heating the substrate makes the film denser and reduces the fluctuation width of the resistance value of the heater material over time. Another reason is that since the gas detection operating temperature of the gas detection device is 350 to 400°C, the stress applied to the membrane during operation is minimized and reliability can be improved.

つぎに、4dのSIO2を公知のフオトリソグラフ
イ技術によりフオトエツチングする。エツチング
液は緩衝フツ酸(HF+NH4F)を用いる。フオ
トマスクパタンは2つの電極部8a,8bと1本
のヒーター部3aを有する形状とし、後述する如
く、基板に公知の異方性エツチングを施した場合
ヒーター部の下では基板はエツチングされるが、
電極部の下ではエツチングされないという条件を
満たすようにする。この場合に使用するフオトマ
スクパタン12を第5図に示してある。フオトマ
スクパタン12は、電極部8a,8b及びブリツ
ジ部3に対応したパタン8a′,8b′,3a′を有し
ている。ここで、ヒーター部3aはブリツジ状に
なるから、この部分をブリツジ部3と称する。本
実施例では基板1としてSi(100)を使用している
ので、第5図において、ブリツジ部3a′の下にエ
ツチングされやすい(110)面が現われ、電極部
8a′,8b′の下にはエツチング速度の遅い(111)
面が現われるようにα1=45゜とする。マスクパタ
ン12における寸法は、l=10〜40μm、m=
100〜400μmとすると良い。一方、基板1として
Si(111)を使用した場合のフオトマスクパタン1
3は結晶方位の関係から第6図の様になり、電極
部とブリツジ部のなす角度α2は15゜である。第8
図は、第5図に示したフオトマスクパタン12を
用いてフオトエツチング処理した後の、第5図に
示した−線に沿つて取つた断面図である。
SiO2層4dはフオトエツチングされて所定の形
状にパタン形成されている。次に、4dのSiO2
をマスクとして使用し、その下側に存在するMo
層4c、Pt層4b、Mo層4cの各層を公知のド
ライエツチング技術にりエツチングする。本実施
例ではArスパツタエツチング(Ar圧力0.1〜
0.01Torr、投入電力密度1〜10W/cm2、基板温
度は常温)を用いたが、他にCF4+O2プラズマエ
ツチングでも可能である。第9図はドライエツチ
ング後の、第5図に示した−線に沿う断面図
である。第9図の段階ではエツチングによつて
Mo層4c、Pt層4b、Mo層4cの各層の側面
が露出しているので、第9図の表面全体に対し絶
縁層4eを形成したものが第10図である。本実
施例ではSiO2をRFスパツタリング(前述と同一
条件)により500〜2000Åの厚さに形成している。
以上の過程によつてガス検出装置11のヒーター
層4が形成される。
Next, the 4d SIO 2 is photoetched using a known photolithography technique. Buffered hydrofluoric acid (HF+NH 4 F) is used as the etching solution. The photomask pattern has two electrode portions 8a and 8b and one heater portion 3a, and as will be described later, when the substrate is subjected to known anisotropic etching, the substrate will be etched under the heater portion. ,
The condition is such that etching does not occur under the electrode portion. A photomask pattern 12 used in this case is shown in FIG. The photomask pattern 12 has patterns 8a', 8b', 3a' corresponding to the electrode parts 8a, 8b and the bridge part 3. Here, since the heater portion 3a has a bridge shape, this portion is referred to as a bridge portion 3. In this embodiment, since Si (100) is used as the substrate 1, in FIG. has a slow etching speed (111)
Set α 1 = 45° so that the surface appears. The dimensions of the mask pattern 12 are l = 10 to 40 μm, m =
It is preferable to set it to 100 to 400 μm. On the other hand, as substrate 1
Photomask pattern 1 when using Si (111)
3 is as shown in FIG. 6 due to the crystal orientation, and the angle α 2 between the electrode portion and the bridge portion is 15°. 8th
The figure is a sectional view taken along the - line shown in FIG. 5 after photoetching using the photomask pattern 12 shown in FIG.
The SiO 2 layer 4d is photo-etched and patterned into a predetermined shape. Next, 4d SiO 2
is used as a mask, and the Mo present below it
The layers 4c, Pt layer 4b, and Mo layer 4c are etched using a known dry etching technique. In this example, Ar sputter etching (Ar pressure 0.1~
0.01 Torr, input power density 1 to 10 W/cm 2 , and substrate temperature at room temperature), but CF 4 +O 2 plasma etching is also possible. FIG. 9 is a sectional view taken along the - line shown in FIG. 5 after dry etching. At the stage shown in Figure 9, by etching
Since the side surfaces of each of the Mo layer 4c, Pt layer 4b, and Mo layer 4c are exposed, FIG. 10 shows an insulating layer 4e formed over the entire surface of FIG. 9. In this example, SiO 2 is formed to a thickness of 500 to 2000 Å by RF sputtering (under the same conditions as described above).
Through the above process, the heater layer 4 of the gas detection device 11 is formed.

次いで、第10図の構造の表面上に各種選定材
料を用いて所要の層を積層形成し、第11図に示
した構造とする。即ち、第11図において、5g
は層間の密着性を高める拡散層、5fは導体金属
材料層、5hはドライエツチング用レジスト層で
ある。本実施例では拡散層5gとしてMoを300
〜800Å、導体金属材料層5fとしてPtを0.3〜
0.5μm、ドライエツチング用レジスト層5hとし
てSiO2を0.3〜0.5μmの厚さに夫々RFスパツタリ
ングにより形成した。ここで、第12図に示した
フオトマスクパタン14を用いて5hのSiO2
フオトエツチングする。エツチング液は緩衝フツ
酸(HF+NH4F)を用いる。フオトマスクパタ
ン14は、2つの電極部9a′,9b′と1対のリー
ド線部5a′,5b′を有し、リード線部5a′,5
b′は既に形成されたヒーター層4のパタンとブリ
ツジ部3において重なる様な形状とし、基板1に
対する異方性エツチングに対して電極部9a′,9
b′の下にはエツチングされないという条件を満た
すようにする。また、リード線部5a′,5b′の対
向端部間に長さnを有するギヤツプが設けられて
おり、これにより間隙6が形成される。第12図
に示したマスクパタン14における所要寸法は、
例えば、l′=6〜30μm、n=3〜10μmとすると
良い。次にSiO2層5hをマスクとして使用し、Mo
層5g、Pt層5f、Mo層5gをドライエツチング(前
述のArスパツタエツチング等)する。第13図
はドライエツチング後の、第12図の−線に
沿う断面図である。以上の過程によつて、ガス検
知用リード層5のパタン形成が行なわれる。次い
で、第14図に示したフオトマスクパタン15を
使用してヒーター電極パツドの窓開け8a″,8
b″、ガス検知用電極パツドの窓開け9a″,9b″、
基板のアンダーカツトエツチング用窓開け2′,
2′の為に第13図において4a,4e及び5h
で示されるSiO2をフオトエツチングする。エツ
チング液は緩衝フツ酸(HF+NH4F)を用いる。
第15図はフオトエツチング後の、第14図の
−線に沿つた断面図であり、4はヒーター層で
あつて、4bと4cとから構成されており、5は
ガス検知用リード層であつて5fと5gとから構
成されている。5h′はフオトエツチングされた
SiO2である。次に5h′のSiO2をマスクとして基板
1のエツチングを行なう。エツチング液は、結晶
方位に対してエツチング速度が異なる異方性エツ
チング液、例えばヒドラジン水溶液(90〜110℃)
や、KOH(30〜60%水溶液、80〜150℃)やAPW
(エチレンジアミン、ピロカテコール、水)等を
用いる。異方性エツチング液により20〜40分間エ
ツチングを行なうと、第16図に示すように、ブ
リツジ部3の下側に存在する基板1の部分が深さ
50〜300μmアンダーカツトされ、ブリツジ部3
においてヒーター層4は基板1と接触しない外形
が得られる。また、第16図に示すように、ヒー
ター層4は極めて耐熱性と硬度の高いSiO2
(4a,4e)に包まれているため、高温度(350
〜400℃)かつ高電流密度(3×105〜4×
104A/cm2)で駆動されるにもかかわらずエレク
トロマイグレーシヨンによる寿命の低下がほとん
どない。
Next, required layers are laminated on the surface of the structure shown in FIG. 10 using various selected materials to form the structure shown in FIG. 11. That is, in Figure 11, 5g
5f is a conductive metal material layer, and 5h is a dry etching resist layer. In this example, 300% Mo was used as the diffusion layer 5g.
~800Å, Pt as conductive metal material layer 5f ~0.3~
SiO 2 was formed by RF sputtering to a thickness of 0.5 μm and a dry etching resist layer 5h of 0.3 to 0.5 μm. Here, 5h of SiO 2 is photoetched using the photomask pattern 14 shown in FIG. Buffered hydrofluoric acid (HF+NH 4 F) is used as the etching solution. The photomask pattern 14 has two electrode parts 9a', 9b' and a pair of lead wire parts 5a', 5b'.
b' is shaped so that it overlaps the pattern of the heater layer 4 already formed in the bridge part 3, and the electrode parts 9a', 9
The condition that no etching is performed below b' is satisfied. Further, a gap having a length n is provided between the opposing ends of the lead wire portions 5a' and 5b', thereby forming a gap 6. The required dimensions for the mask pattern 14 shown in FIG.
For example, it is preferable that l'=6 to 30 μm and n=3 to 10 μm. Next, using the SiO 2 layer 5h as a mask,
The layer 5g, the Pt layer 5f, and the Mo layer 5g are dry etched (such as the Ar sputter etching described above). FIG. 13 is a sectional view taken along the - line in FIG. 12 after dry etching. Through the above process, the pattern of the gas detection lead layer 5 is formed. Next, using the photomask pattern 15 shown in FIG.
b″, gas detection electrode pad window opening 9a″, 9b″,
Window opening 2′ for undercut etching of the board,
4a, 4e and 5h in Figure 13 for 2'.
Photoetch SiO 2 shown in . Buffered hydrofluoric acid (HF+NH 4 F) is used as the etching solution.
FIG. 15 is a sectional view taken along the - line in FIG. 14 after photo-etching, and 4 is a heater layer consisting of 4b and 4c, and 5 is a lead layer for gas detection. It consists of 5f and 5g. 5h' was photoetched
It is SiO2 . Next, the substrate 1 is etched using 5h' of SiO 2 as a mask. The etching solution is an anisotropic etching solution that has different etching rates depending on the crystal orientation, such as a hydrazine aqueous solution (90 to 110℃).
, KOH (30-60% aqueous solution, 80-150℃) and APW
(ethylenediamine, pyrocatechol, water), etc. are used. When etching is performed for 20 to 40 minutes using an anisotropic etching solution, the portion of the substrate 1 located below the bridge portion 3 is etched to a depth as shown in FIG.
50-300μm undercut, bridge part 3
In this case, the outer shape of the heater layer 4 which does not come into contact with the substrate 1 is obtained. In addition, as shown in FIG. 16, the heater layer 4 is covered with SiO 2 films (4a, 4e) that have extremely high heat resistance and hardness, so it is exposed to high temperatures (350
~400℃) and high current density (3×10 5 ~4×
10 4 A/cm 2 ), there is almost no reduction in life due to electromigration.

ヒーター用電極パツト窓16aとガス検知用電
極パツド窓16bにはSn、Auをそれぞれ数〜
10μmの厚さに蒸着し、基板1を400〜600℃に加
熱してドーム状のパンプ10を形成する。最後
に、半導体ガス検知層7を形成する為にガス検知
用リード層5のブリツジ部3中央にある間隙6を
覆うようにガスを選別する能力のある金属酸化物
半導体材料をコーテイングする。例えばSnO2
FeO3、ZnO等を蒸着やスパツタリング等の方法
で0.3〜3μmコーテイングする。あるいは金属酸
化物半導体の微粉末を水・アルコールで分散・ス
ピンコーテイングしても良い。第17図に示すよ
うに、ヒーター層4とガス検知用リード層5と半
導体ガス検知層7は1μm以内に近接しているた
め、熱伝導の時間がほとんど無視できる。また、
ヒーター層4の温度コントロールで半導体ガス検
知層7の抵抗値が正確に制御できる。
The electrode pad window 16a for heater and the electrode pad window 16b for gas detection are each filled with Sn and Au.
It is deposited to a thickness of 10 μm, and the substrate 1 is heated to 400 to 600° C. to form a dome-shaped pump 10. Finally, in order to form the semiconductor gas detection layer 7, a metal oxide semiconductor material capable of separating gas is coated so as to cover the gap 6 at the center of the bridge portion 3 of the gas detection lead layer 5. For example, SnO2 ,
Coat FeO 3 , ZnO, etc. to a thickness of 0.3 to 3 μm using a method such as vapor deposition or sputtering. Alternatively, fine powder of metal oxide semiconductor may be dispersed and spin coated with water or alcohol. As shown in FIG. 17, since the heater layer 4, the gas detection lead layer 5, and the semiconductor gas detection layer 7 are close to each other within 1 μm, the time for heat conduction can be almost ignored. Also,
By controlling the temperature of the heater layer 4, the resistance value of the semiconductor gas detection layer 7 can be accurately controlled.

尚、このガス検出装置は微細構造であるから表
面へのゴミの付着は重大な障害発生の原因とな
る。例えば寿命が低下したり、動作が不安定にな
つたりする。従来使用されている防爆2重ネツト
構造だけではゴミの進入は防げないため、本実施
例のガス検出装置11をフイルム21に取り付け
る場合には0.1μm以上のゴミを通さず尚且つガス
の流出入には支障を起こさないグラスウールの防
塵フイルター24を使用している。
Incidentally, since this gas detection device has a fine structure, adhesion of dust to the surface may cause serious trouble. For example, the lifespan may be shortened or operation may become unstable. Since the conventional explosion-proof double net structure alone cannot prevent dust from entering, when the gas detection device 11 of this embodiment is attached to the film 21, it is necessary to prevent dust of 0.1 μm or larger from passing through and to prevent gas from flowing in and out. A glass wool dustproof filter 24 that does not cause any trouble is used.

次に、本発明の別の実施例に付いて、第18図
及び第19図を参考に説明する。第18図に示し
た別の実施例の、ガス検出装置11′においては、
ブリツジ部3上において2本のリード部5a,5
bが間隙を有しながら並行に延在する並行部が形
成されている。この様な構成とした場合には、半
導体ガス検出層7の半導体抵抗のバラツキによる
影響が少なくなる上、半導体抵抗を小さくできる
ので、ガス感度すなわち検出電圧変動の大きいも
のが得られS/N比が向上する。第19図に示し
た更に別の実施例においては、ガス検知用リード
層5には間隙が無く、ブリツジ部3上に連続して
延在されている。しかしながら、リード層5及び
ヒーター層4の側面上の絶縁膜が除かれており、
半導体ガス検知層7がガス検知用リード層5とヒ
ーター層4の側面に接触して形成されている。第
19図の−線に沿つた断面図を第20図に示
してある。加熱・ガス吸着により半導体ガス検知
層7の抵抗が下がり、ガス検知用リード層5から
ヒーター層4へ電流が流れる。第21図は、第1
9図及び第20図に示した実施例における駆動回
路であつて、9a−9b側から8a−8b側へ電
流が流れ、負荷抵抗Rの両端の電圧変動としてガ
ス吸着を検出する事ができる。第20図の例では
ヒーター層4の上面の絶縁膜4eの厚さが、半導
体ガス検知層7の抵抗値のバラツキを支配してい
る。従つて、前述したフオトエツチングによりガ
ス検知用リード層パタンに間隙を形成する実施例
の場合に比較して、例えば、抵抗値バラツキ=フ
オトエツチングのバラツキ=間隙間隔の精度=±
100%に対して、抵抗値のバラツキ=膜厚制御の
精度=±5%と非常に精度が良く、絶縁層の4eの
厚さを極めて薄くする事によりS/N比の向上を
図ることが可能である。これはスパツタリング等
による薄膜形成において膜厚制御が容易である為
である。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 18 and 19. In another embodiment of the gas detection device 11' shown in FIG.
Two lead parts 5a, 5 on the bridge part 3
A parallel portion is formed in which b extends in parallel with a gap. In the case of such a configuration, the influence of variations in the semiconductor resistance of the semiconductor gas detection layer 7 is reduced, and the semiconductor resistance can be made small, so that gas sensitivity, that is, detection voltage fluctuation is large, and the S/N ratio is reduced. will improve. In yet another embodiment shown in FIG. 19, the gas sensing lead layer 5 has no gap and extends continuously over the bridge portion 3. However, the insulating film on the side surfaces of the lead layer 5 and heater layer 4 is removed.
A semiconductor gas detection layer 7 is formed in contact with the side surfaces of the gas detection lead layer 5 and the heater layer 4. A sectional view taken along the - line in FIG. 19 is shown in FIG. 20. The resistance of the semiconductor gas detection layer 7 decreases due to heating and gas adsorption, and current flows from the gas detection lead layer 5 to the heater layer 4. Figure 21 shows the first
In the drive circuit in the embodiment shown in FIGS. 9 and 20, current flows from the 9a-9b side to the 8a-8b side, and gas adsorption can be detected as voltage fluctuations across the load resistor R. In the example shown in FIG. 20, the thickness of the insulating film 4e on the upper surface of the heater layer 4 controls the variation in the resistance value of the semiconductor gas detection layer 7. Therefore, compared to the above-described embodiment in which gaps are formed in the gas detection lead layer pattern by photo-etching, for example, resistance value variation = photo-etching variation = accuracy of gap distance = ±
Compared to 100%, the resistance value variation = film thickness control accuracy = ±5%, which is very accurate, and the S/N ratio can be improved by making the 4e thickness of the insulating layer extremely thin. It is possible. This is because film thickness can be easily controlled when forming a thin film by sputtering or the like.

効 果 以上の如く、密着した多層構造をとり、加熱部
分が支持体と非接触である本発明のガス検出装置
は、従来のガス検出装置に比較して大幅に応答速
度を向上させることが可能であると共に、消費電
力を低減することが可能である。多層膜構造であ
るから公知のフオトリソグラフイー技術や薄膜形
成技術等により微細化を図ることができる上に、
加熱部を基板と非接触構造とした事によりガス検
出装置の熱容量は小さくなり、熱伝導時間は無視
出来るほど短くなり、熱平衡に達する時間も大幅
に短縮することができる。その結果、ガス検出装
置の駆動電力が低減するとともに、パルス駆動が
可能となる。例えば、加熱時間10msec、休止時
間10secのパルス駆動をした場合、信号検出回路
等の電力消費分を含めても500mAHの容量の電
池で3〜5年間駆動できる。尚、10sec1回のガス
洩れ検出はガス爆発事故防止等の実用上の点にお
いて、何ら支障を起こさない。
Effects As described above, the gas detection device of the present invention, which has a close-contact multilayer structure and whose heated portion does not come into contact with the support, can significantly improve response speed compared to conventional gas detection devices. At the same time, it is possible to reduce power consumption. Since it has a multilayer film structure, it can be miniaturized using known photolithography technology or thin film formation technology, and
By making the heating part non-contact with the substrate, the heat capacity of the gas detection device is reduced, the heat conduction time is negligibly short, and the time to reach thermal equilibrium can be significantly shortened. As a result, the driving power of the gas detection device is reduced and pulse driving becomes possible. For example, when pulse driving is performed with a heating time of 10 msec and a rest time of 10 seconds, a battery with a capacity of 500 mAH can be used for 3 to 5 years, even including the power consumption of the signal detection circuit and the like. Note that gas leak detection performed once for 10 seconds does not pose any practical problems, such as preventing gas explosion accidents.

本発明によつて、従来の100V電源を要するが
ガスもれ警報器と比較して、コード、コンセント
が不要ではるかにセツトフリーな乾電池駆動のガ
スもれ警報器を供給することができるようにな
る。
The present invention makes it possible to provide a battery-powered gas leak alarm that requires a 100V power supply but requires no cord or outlet and is much easier to set up than a conventional gas leak alarm. Become.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図と第2図は、本発明のガス検出装置を使
用したガス検出器の平面図と断面図である。第3
図はガス検出装置の検出原理を説明するための概
略図、第4図はガス検出器の駆動方法を示すブロ
ツク図である。第5図、第6図は、夫々、本発明
のガス検出装置の製造過程におけるヒーター層形
成時のフオトマスクパタンを示す概略図で、第5
図が基板にSi(100)面、第6図がSi(111)面を使
用した場合である。第7〜第10図は、ヒーター
層形成時の工程を示す各断面図、第11図と第1
3図はガス検知用リード層形成時の工程を示す各
断面図、第15図と第16図は基板の空洞部形成
時の工程を示す各断面図、第17図は半導体ガス
検知層とハンダバンプの形成時の断面図である。
第12図は、ガス検知用リード層形成時のフオト
マスクパタンを示す概略図、第14図は各電極パ
ツド用窓開けと基板のアンダーカツトエツチング
用窓開けのフオトマスクパタンを示す概略図であ
る。第18図と第19図は、ガス検出装置の他の
実施態様を示す概略図であり、第20図は第19
図における断面図、第21図は第19図における
駆動方法を示すブロツク図である。 (符号の説明)、1:基板、2:空洞部、3:
ブリツジ部、4:ヒーター層、5:ガス検知用リ
ード層、6:間隙、7:半導体ガス検知層、8:
ヒーター電極パツド、9:ガス検知用電極パツ
ド、10:バンプ。
1 and 2 are a plan view and a sectional view of a gas detector using the gas detection device of the present invention. Third
The figure is a schematic diagram for explaining the detection principle of the gas detection device, and FIG. 4 is a block diagram showing the method of driving the gas detector. 5 and 6 are schematic diagrams showing photomask patterns at the time of forming a heater layer in the manufacturing process of the gas detection device of the present invention, respectively.
The figure shows the case where the Si (100) plane is used as the substrate, and the case where FIG. 6 uses the Si (111) plane as the substrate. Figures 7 to 10 are cross-sectional views showing the process of forming the heater layer, Figure 11 and Figure 1.
Figure 3 is a cross-sectional view showing the process of forming a gas sensing lead layer, Figures 15 and 16 are cross-sectional views showing the process of forming a cavity in the substrate, and Figure 17 is a semiconductor gas sensing layer and solder bump. FIG.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a photomask pattern when forming a lead layer for gas detection, and FIG. 14 is a schematic diagram showing a photomask pattern for opening windows for each electrode pad and for undercut etching of the substrate. . 18 and 19 are schematic diagrams showing other embodiments of the gas detection device, and FIG. 20 is a schematic diagram showing another embodiment of the gas detection device.
21 is a block diagram showing the driving method in FIG. 19. (Explanation of symbols), 1: Substrate, 2: Cavity, 3:
Bridge part, 4: Heater layer, 5: Lead layer for gas detection, 6: Gap, 7: Semiconductor gas detection layer, 8:
Heater electrode pad, 9: Electrode pad for gas detection, 10: Bump.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板、前記基板にエツチングにより形成した
空洞部上に架橋構造に形成され前記基板から電気
的に絶縁されたヒーター層、絶縁層を介して前記
ヒーター層に積層形成され、前記絶縁層の同一面
上において互いに微小の間隙をもつて離隔されパ
ターン形成された一対のリード層、前記間隙にお
いて前記一対のリード層間に形成されたガス感応
物質層とを有し、前記ガス感応物資層がガスと接
触反応することにより前記一対のリード層間の抵
抗値変化をもとにガス検知を行うことを特徴とす
るガス検出装置。 2 特許請求の範囲第1項において、前記ガス感
応物質を金属酸化物半導体で形成したことを特徴
とするガス検出装置。 3 基板、前記基板にエツチングにより形成した
空洞部上に架橋構造に形成され前記基板から電気
的に絶縁されたヒーター層、絶縁層を介して前記
ヒーター層に積層形成されたリード層、前記ヒー
ター層の側部と前記リード層の側部とに接触して
形成されたガス感応物質層とを有し、前記ガス感
応物質層がガスと接触反応することにより前記ヒ
ーター層と前記リード層との間の抵抗値変化をも
とにガス検知を行うことを特徴とするガス検出装
置。 4 特許請求の範囲第3項において、前記ガス感
応物質層を金属酸化物半導体で形成したことを特
徴とするガス検出装置。
[Scope of Claims] 1. A substrate, a heater layer formed in a cross-linked structure on a cavity formed in the substrate by etching and electrically insulated from the substrate, and laminated on the heater layer via an insulating layer, a pair of patterned lead layers spaced apart from each other with a minute gap on the same surface of the insulating layer; a gas-sensitive material layer formed between the pair of lead layers in the gap; A gas detection device characterized in that gas detection is performed based on a change in resistance value between the pair of lead layers due to a contact reaction between the material layer and the gas. 2. The gas detection device according to claim 1, wherein the gas sensitive material is formed of a metal oxide semiconductor. 3. A substrate, a heater layer formed in a cross-linked structure on a cavity formed by etching on the substrate and electrically insulated from the substrate, a lead layer laminated on the heater layer via an insulating layer, and the heater layer. and a gas-sensitive material layer formed in contact with a side portion of the heater layer and a side portion of the lead layer, and the gas-sensitive material layer reacts with the gas to cause a gap between the heater layer and the lead layer. A gas detection device characterized by detecting gas based on a change in resistance value. 4. The gas detection device according to claim 3, wherein the gas sensitive material layer is formed of a metal oxide semiconductor.
JP1738083A 1983-02-07 1983-02-07 Gas detecting device Granted JPS59143945A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1738083A JPS59143945A (en) 1983-02-07 1983-02-07 Gas detecting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1738083A JPS59143945A (en) 1983-02-07 1983-02-07 Gas detecting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59143945A JPS59143945A (en) 1984-08-17
JPH04219B2 true JPH04219B2 (en) 1992-01-06

Family

ID=11942397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1738083A Granted JPS59143945A (en) 1983-02-07 1983-02-07 Gas detecting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59143945A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4706493A (en) * 1985-12-13 1987-11-17 General Motors Corporation Semiconductor gas sensor having thermally isolated site

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4948793A (en) * 1972-05-04 1974-05-11
JPS5374495A (en) * 1976-12-14 1978-07-01 Marukon Denshi Kk Gas responsive element
JPS5521090U (en) * 1978-07-31 1980-02-09
JPS5618752A (en) * 1979-07-25 1981-02-21 Ricoh Co Ltd Driving method for sensor
JPS5618750A (en) * 1979-07-25 1981-02-21 Ricoh Co Ltd Gas detector
JPS5717849A (en) * 1980-05-21 1982-01-29 Siemens Ag Thin film gas sensor
JPS5723849A (en) * 1980-07-18 1982-02-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gas detector and its manufacture
JPS5794641A (en) * 1980-12-04 1982-06-12 Ricoh Co Ltd Manufacture of electric heater
JPS58103654A (en) * 1981-12-16 1983-06-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Multifunctional gas sensor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56109047U (en) * 1980-01-23 1981-08-24

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4948793A (en) * 1972-05-04 1974-05-11
JPS5374495A (en) * 1976-12-14 1978-07-01 Marukon Denshi Kk Gas responsive element
JPS5521090U (en) * 1978-07-31 1980-02-09
JPS5618752A (en) * 1979-07-25 1981-02-21 Ricoh Co Ltd Driving method for sensor
JPS5618750A (en) * 1979-07-25 1981-02-21 Ricoh Co Ltd Gas detector
JPS5717849A (en) * 1980-05-21 1982-01-29 Siemens Ag Thin film gas sensor
JPS5723849A (en) * 1980-07-18 1982-02-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gas detector and its manufacture
JPS5794641A (en) * 1980-12-04 1982-06-12 Ricoh Co Ltd Manufacture of electric heater
JPS58103654A (en) * 1981-12-16 1983-06-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Multifunctional gas sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59143945A (en) 1984-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0376721B1 (en) Moisture-sensitive device
US4984446A (en) Gas detecting device and gas detecting system using the same
JP3457826B2 (en) Thin film resistor and method of manufacturing the same, flow sensor, humidity sensor, gas sensor, temperature sensor
JP3489000B2 (en) NTC thermistor, chip type NTC thermistor, and method of manufacturing temperature-sensitive resistive thin-film element
JPH02150754A (en) Production of sensitive element
JPH053894B2 (en)
JPH04219B2 (en)
JPH041301B2 (en)
JPS59131152A (en) Reducing gas sensor
JP2004037402A (en) Thin film gas sensor
JP3724443B2 (en) Thin film gas sensor
JP4461634B2 (en) Thin film gas sensor and manufacturing method thereof
JPH11354302A (en) Thin-film resistor element
JP3077428B2 (en) Electrode structure of gas sensor and method of manufacturing the same
JP2003279523A (en) Membrane gas sensor
JP2679811B2 (en) Gas detector
JPH0580011A (en) Thin-film chemical sensor with electrical heating element
JPH0220681Y2 (en)
JP7503226B1 (en) Gas concentration measuring device and method for measuring the concentration of a target gas in a measured gas
JPS63139241A (en) Diode type humidity sensor
JPS6060547A (en) Gas detector
JP2501856B2 (en) Electrochemical sensor
JPH0580008A (en) Thin-type junction type chemical sensor and sample detection method using it
JPH05322821A (en) Gas sensor
JPH08247981A (en) Gas sensor and gas detector