JPH06160321A - 半導体式ガスセンサ - Google Patents
半導体式ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH06160321A JPH06160321A JP13194992A JP13194992A JPH06160321A JP H06160321 A JPH06160321 A JP H06160321A JP 13194992 A JP13194992 A JP 13194992A JP 13194992 A JP13194992 A JP 13194992A JP H06160321 A JPH06160321 A JP H06160321A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas sensor
- gas
- heater
- drive circuit
- thin film
- 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.)
- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体式ガスセンサの感ガス部の構造を簡単
化することにより製造コストの低減と特性改善が成され
た半導体式ガスセンサ及びこの駆動回路を提供する。 【構成】 絶縁基板上の片面にヒータ、金属酸化物薄
膜、及び信号取出電極をヒータと金属酸化物薄膜との間
に特別な絶縁手段を介さず形成した感ガス部によって半
導体式ガスセンサを構成する。この半導体式ガスセンサ
の駆動回路は、電気的絶縁された金属酸化物薄膜駆動回
路とヒータ制御回路より構成される。 【効果】 高性能、高信頼性の半導体式ガスセンサ及び
この駆動回路を極めて安価に製造可能となる。
化することにより製造コストの低減と特性改善が成され
た半導体式ガスセンサ及びこの駆動回路を提供する。 【構成】 絶縁基板上の片面にヒータ、金属酸化物薄
膜、及び信号取出電極をヒータと金属酸化物薄膜との間
に特別な絶縁手段を介さず形成した感ガス部によって半
導体式ガスセンサを構成する。この半導体式ガスセンサ
の駆動回路は、電気的絶縁された金属酸化物薄膜駆動回
路とヒータ制御回路より構成される。 【効果】 高性能、高信頼性の半導体式ガスセンサ及び
この駆動回路を極めて安価に製造可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、オゾン、一酸化炭素等
の各種ガスの識別及び濃度測定に用いる半導体式ガスセ
ンサ（以下ガスセンサと略記）に関する。
の各種ガスの識別及び濃度測定に用いる半導体式ガスセ
ンサ（以下ガスセンサと略記）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスセンサは各種ガスの種類識別とその
濃度測定が可能なことより、民生、工業等多方面に渡り
利用されている。ガスセンサは、ガス濃度に応じ抵抗値
の変化する金属酸化物薄膜（以下感ガス膜と略記）、感
ガス特性を付与する為、感ガス膜を昇温する目的のヒー
タ、これらを電気的に結線するワイヤ及び収納するケー
スより成る。従来のガスセンサでは、ガス感受部が図１
のごとき構造となっていた。この構造では円筒状絶縁体
４の上に感ガス素材５及び信号取出電極２、３が形成さ
れ、円筒状絶縁体４の内側にヒータ線１が配置されてい
る。この構造の問題点は構造が複雑な為、工数大、歩留
低となり、生産コストが増大する点、また形状寸法が大
となる為、ガス感受部の熱容量が大となり、消費電力が
大となる点にある。この構造に対し各種改良が試みられ
現在では感ガス素材５を薄膜化したより安価なガス感受
部構造のガスセンサが開発、量産化されている。以下そ
の具体例を示す。図２は、絶縁基板９の表面に感ガス膜
１０、信号取出電極７、８，裏面に薄膜ヒータ６が形成
されている。この構造における問題点としてワイヤ接続
を表裏両面より行う必要があり、ワイヤ接続工程の自動
化が困難な点にある。図３は、図２の構造に於ける問題
点を解消する為の構造である。絶縁基板９の表面のみに
ヒータ６、絶縁層１１、感ガス膜１０、信号取出電極
７、８が形成されている。片面のみでワイヤ接続が可能
なことより、ＩＣ，ＬＳＩ等半導体用のワイヤ接続装置
を使用出来、容易に自動化が可能である。しかし、図２
の構造で不用であった絶縁層１１が新たに必要になると
いうデメリットを持つ。
濃度測定が可能なことより、民生、工業等多方面に渡り
利用されている。ガスセンサは、ガス濃度に応じ抵抗値
の変化する金属酸化物薄膜（以下感ガス膜と略記）、感
ガス特性を付与する為、感ガス膜を昇温する目的のヒー
タ、これらを電気的に結線するワイヤ及び収納するケー
スより成る。従来のガスセンサでは、ガス感受部が図１
のごとき構造となっていた。この構造では円筒状絶縁体
４の上に感ガス素材５及び信号取出電極２、３が形成さ
れ、円筒状絶縁体４の内側にヒータ線１が配置されてい
る。この構造の問題点は構造が複雑な為、工数大、歩留
低となり、生産コストが増大する点、また形状寸法が大
となる為、ガス感受部の熱容量が大となり、消費電力が
大となる点にある。この構造に対し各種改良が試みられ
現在では感ガス素材５を薄膜化したより安価なガス感受
部構造のガスセンサが開発、量産化されている。以下そ
の具体例を示す。図２は、絶縁基板９の表面に感ガス膜
１０、信号取出電極７、８，裏面に薄膜ヒータ６が形成
されている。この構造における問題点としてワイヤ接続
を表裏両面より行う必要があり、ワイヤ接続工程の自動
化が困難な点にある。図３は、図２の構造に於ける問題
点を解消する為の構造である。絶縁基板９の表面のみに
ヒータ６、絶縁層１１、感ガス膜１０、信号取出電極
７、８が形成されている。片面のみでワイヤ接続が可能
なことより、ＩＣ，ＬＳＩ等半導体用のワイヤ接続装置
を使用出来、容易に自動化が可能である。しかし、図２
の構造で不用であった絶縁層１１が新たに必要になると
いうデメリットを持つ。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明では従来からの
構造（図１）及びその改良構造（図２）、（図３）をさ
らに発展させ、最も簡単な感ガス部構造により安価な生
産コスト及び高信頼性の感ガス特性を有するガスセンサ
及びこの駆動回路を提供するものである。
構造（図１）及びその改良構造（図２）、（図３）をさ
らに発展させ、最も簡単な感ガス部構造により安価な生
産コスト及び高信頼性の感ガス特性を有するガスセンサ
及びこの駆動回路を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決する
為、本発明はガスセンサの感ガス部構造に於いてヒータ
と感ガス膜との間に電気的絶縁手段を介さないことを特
徴とするガスセンサ及びこれを駆動する為ヒータ制御回
路と感ガス膜駆動回路とが電気的に絶縁されたことを特
徴とするガスセンサ駆動回路を要旨とする。
為、本発明はガスセンサの感ガス部構造に於いてヒータ
と感ガス膜との間に電気的絶縁手段を介さないことを特
徴とするガスセンサ及びこれを駆動する為ヒータ制御回
路と感ガス膜駆動回路とが電気的に絶縁されたことを特
徴とするガスセンサ駆動回路を要旨とする。
【０００５】
【作用】本発明のガスセンサは図４の如き感ガス部の基
本構造を有しガスに感ずる感ガス膜１０とこれを昇温す
るヒータ６との間に特別な絶縁手段を介さないことを特
徴としている。この構造による作用、効果は以下の如く
である。 製造プロセスが極めて簡単であり、製造コストの低
減が容易である。図４の本発明の構造及び図２、図３の
従来構造はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体製造プロセスと同様
のプロセスにて製造可能なことよりその量産性は極めて
高く、製造コストの低減が容易である。しかし、図２の
従来構造では、ヒータ１が絶縁基板４の裏面に形成され
ることより感ガス部からのワイヤ取出工程の製造コスト
が割高となる。また図３の従来構造は図２の構造に於け
る問題点が解決されているものの絶縁層６の形成工程が
追加となり製造コストの低減が不充分である。これに対
し、本発明の構造（図４）は前述の問題点が総て解消さ
れ、最も安価にて製造可能な構造である。
本構造を有しガスに感ずる感ガス膜１０とこれを昇温す
るヒータ６との間に特別な絶縁手段を介さないことを特
徴としている。この構造による作用、効果は以下の如く
である。 製造プロセスが極めて簡単であり、製造コストの低
減が容易である。図４の本発明の構造及び図２、図３の
従来構造はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体製造プロセスと同様
のプロセスにて製造可能なことよりその量産性は極めて
高く、製造コストの低減が容易である。しかし、図２の
従来構造では、ヒータ１が絶縁基板４の裏面に形成され
ることより感ガス部からのワイヤ取出工程の製造コスト
が割高となる。また図３の従来構造は図２の構造に於け
る問題点が解決されているものの絶縁層６の形成工程が
追加となり製造コストの低減が不充分である。これに対
し、本発明の構造（図４）は前述の問題点が総て解消さ
れ、最も安価にて製造可能な構造である。
【０００６】 熱効率が極めて高く、低消費電力化を
達成。従来構造（図２）では感ガス膜１０が絶縁基板を
介しヒータ６により加熱され、従来構造（図３）では絶
縁層１１を介し、加熱される。よって従来構造では間接
的に感ガス膜１０が加熱される為、熱効率が良くない。
これに対し、本発明の図４の構造ではヒータ６の上に直
接感ガス膜１０が形成されている為熱効率が極めて良好
である。したがって本発明の構造のガスセンサでは低消
費電力化を達成出来る。
達成。従来構造（図２）では感ガス膜１０が絶縁基板を
介しヒータ６により加熱され、従来構造（図３）では絶
縁層１１を介し、加熱される。よって従来構造では間接
的に感ガス膜１０が加熱される為、熱効率が良くない。
これに対し、本発明の図４の構造ではヒータ６の上に直
接感ガス膜１０が形成されている為熱効率が極めて良好
である。したがって本発明の構造のガスセンサでは低消
費電力化を達成出来る。
【０００７】 ガスセンサ特性の経時安定性が良好
で、熱ストレス等に対する耐量が大である。従来構造
（図３）では、感ガス膜１０とヒータ６との間に絶縁層
１１を設けるが、ガスセンサ使用時には感ガス部が昇温
する為、感ガス膜１０と絶縁層１１とが容易に反応し、
感ガス膜１０の物性が変化し、ガスセンサの特性が経時
変化する。また、感ガス膜１０と絶縁層１１との間の熱
膨張率のミスマッチにより、熱ストレスに伴い容易に膜
の剥離が生ずる。これに対し、本発明の構造では絶縁層
を有しないため、従来構造（図３）に於ける現象が生じ
ず、経時変化、熱ストレス耐量が極めて良好である。以
上が、本発明のガスセンサの作用、効果である。次に、
本発明のガスセンサの駆動回路の作用、効果について述
べる。本発明のガスセンサでは感ガス膜とヒータとが電
気的に接続されているため、感ガス膜駆動回路とヒータ
制御回路のグランドを共通とすると相互干渉により、正
常な動作をしない。したがって、本発明のガスセンサの
駆動回路は、感ガス膜駆動回路とヒータ制御回路とが電
気的に絶縁されている。これにより、ヒータ制御回路、
感ガス膜駆動回路とが完全に分離された状態で動作可能
となり各々が正常動作する。
で、熱ストレス等に対する耐量が大である。従来構造
（図３）では、感ガス膜１０とヒータ６との間に絶縁層
１１を設けるが、ガスセンサ使用時には感ガス部が昇温
する為、感ガス膜１０と絶縁層１１とが容易に反応し、
感ガス膜１０の物性が変化し、ガスセンサの特性が経時
変化する。また、感ガス膜１０と絶縁層１１との間の熱
膨張率のミスマッチにより、熱ストレスに伴い容易に膜
の剥離が生ずる。これに対し、本発明の構造では絶縁層
を有しないため、従来構造（図３）に於ける現象が生じ
ず、経時変化、熱ストレス耐量が極めて良好である。以
上が、本発明のガスセンサの作用、効果である。次に、
本発明のガスセンサの駆動回路の作用、効果について述
べる。本発明のガスセンサでは感ガス膜とヒータとが電
気的に接続されているため、感ガス膜駆動回路とヒータ
制御回路のグランドを共通とすると相互干渉により、正
常な動作をしない。したがって、本発明のガスセンサの
駆動回路は、感ガス膜駆動回路とヒータ制御回路とが電
気的に絶縁されている。これにより、ヒータ制御回路、
感ガス膜駆動回路とが完全に分離された状態で動作可能
となり各々が正常動作する。
【実施例１】以下本発明による半導体式ガスセンサの一
実施例を説明する。図４は、本発明による半導体式ガス
センサの感ガス部構造の一実施例を示す模式図である。
感ガス部は絶縁基板９上にヒータ６、信号取出電極７、
８及び感ガス膜１０がホトリソグラフィ、機能性薄膜技
術により形成されて成る。ガスセンサは上記感ガス部が
通気性を有するパッケージ中に信号取出線等により宙付
りされて成る。
実施例を説明する。図４は、本発明による半導体式ガス
センサの感ガス部構造の一実施例を示す模式図である。
感ガス部は絶縁基板９上にヒータ６、信号取出電極７、
８及び感ガス膜１０がホトリソグラフィ、機能性薄膜技
術により形成されて成る。ガスセンサは上記感ガス部が
通気性を有するパッケージ中に信号取出線等により宙付
りされて成る。
【実施例２】本発明による半導体式ガスセンサの別の実
施例を説明する。図５は本発明による半導体式ガスセン
サの感ガス部構造の別の実施例を示す模式図である。感
ガス部は、マイクロマシニング技術等により中央部がく
りぬかれた基板９上にヒータ６を内含する感ガス膜１０
がダイヤフラムとして形成され、感ガス膜１０の上に
は、信号取出電極７、８が形成されている。実施例２は
実施例１と一見構造が異なるが、ヒータ６と感ガス膜１
０との間に絶縁領域が存在しないと言う本発明の基本的
思想は同一である。実施例２の特徴はダイヤフラム構造
とすることにより昇温部の薄膜化、即ち熱容量の低減が
出来、消費電力の低減が可能な点にある。ガスセンサは
実施例１と同様に上記感ガス部が通気性を有するパッケ
ージ中に信号取出線等が結線され配置される。
施例を説明する。図５は本発明による半導体式ガスセン
サの感ガス部構造の別の実施例を示す模式図である。感
ガス部は、マイクロマシニング技術等により中央部がく
りぬかれた基板９上にヒータ６を内含する感ガス膜１０
がダイヤフラムとして形成され、感ガス膜１０の上に
は、信号取出電極７、８が形成されている。実施例２は
実施例１と一見構造が異なるが、ヒータ６と感ガス膜１
０との間に絶縁領域が存在しないと言う本発明の基本的
思想は同一である。実施例２の特徴はダイヤフラム構造
とすることにより昇温部の薄膜化、即ち熱容量の低減が
出来、消費電力の低減が可能な点にある。ガスセンサは
実施例１と同様に上記感ガス部が通気性を有するパッケ
ージ中に信号取出線等が結線され配置される。
【実施例３】本発明のガスセンサ用駆動回路の実施例の
ブロック図を図６に示した。ヒータ制御回路１３へ供給
される電源からＤＣ−ＤＣコンバータ１４によるアイソ
レーション手段を介し、電源が感ガス膜駆動回路１２に
供給されることによりヒータ制御回路と感ガス膜駆動回
路とが電気的に絶縁されている。
ブロック図を図６に示した。ヒータ制御回路１３へ供給
される電源からＤＣ−ＤＣコンバータ１４によるアイソ
レーション手段を介し、電源が感ガス膜駆動回路１２に
供給されることによりヒータ制御回路と感ガス膜駆動回
路とが電気的に絶縁されている。
【０００８】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明のガスセンサは感ガス部構造の特徴を生かし、極めて
安価な工程にて生産可能であり、また経時特性、熱スト
レス試験に於いても極めて安定である。さらに、本発明
のガスセンサの駆動回路は簡単安価である。よって、本
発明のガスセンサ及び駆動回路より成るシステムは極め
てコストパフォーマンスの高いシステムであると言え
る。
明のガスセンサは感ガス部構造の特徴を生かし、極めて
安価な工程にて生産可能であり、また経時特性、熱スト
レス試験に於いても極めて安定である。さらに、本発明
のガスセンサの駆動回路は簡単安価である。よって、本
発明のガスセンサ及び駆動回路より成るシステムは極め
てコストパフォーマンスの高いシステムであると言え
る。
【０００９】
【図１】従来のガスセンサのガス感受部の構造図であ
る。
る。
【図２】図１の従来例を改良したガスセンサのガス感受
部の断面構図である。
部の断面構図である。
【図３】図２の従来例を改良したガスセンサのガス感受
部の断面構図である。
部の断面構図である。
【図４】本発明の一実施例におけるガスセンサのガス感
受部の断面構造である。
受部の断面構造である。
【図５】本発明の他の実施例におけるガスセンサのガス
感受部の断面構造である。
感受部の断面構造である。
【図６】本発明の実施例におけるガスセンサ駆動回路の
ブロック図である。
ブロック図である。
１ ヒータ線 ２ 信号取出電極１ ３ 信号取出電極１′ ４ 円筒状絶縁体 ５ 感ガス素材 ６ 薄膜ヒータ ７ 信号取出電極２ ８ 信号取出電極２′ ９ 絶縁基板 １０ 感ガス膜 １１ 絶縁層 １２ 感ガス膜駆動回路 １３ ヒータ制御回路 １４ ＤＣ−ＤＣコンバータ １５ 感ガス膜抵抗 １６ ヒータ抵抗
Claims (3)
- 【請求項１】 絶縁基板上に金属酸化物薄膜及びヒータ
を形成した半導体式ガスセンサのガス感受部に於いて、
金属酸化物薄膜とヒータとが電気的絶縁層を介さず直接
接触していることを特徴とする半導体式ガスセンサ。 - 【請求項２】 ダイヤフラム構造の半導体式ガスセンサ
のガス感受部於いてダイヤフラムがヒータを内含した金
属酸化物薄膜であることを特徴とする半導体式ガスセン
サ。 - 【請求項３】 請求項１及び請求項２の半導体式ガスセ
ンサを駆動する為の電子回路で、金属酸化物薄膜駆動回
路とヒータ制御回路とが電気的に絶縁されていることを
特徴とする半導体式ガスセンサ駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13194992A JPH06160321A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 半導体式ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13194992A JPH06160321A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 半導体式ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160321A true JPH06160321A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=15069980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13194992A Pending JPH06160321A (ja) | 1992-04-23 | 1992-04-23 | 半導体式ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06160321A (ja) |
-
1992
- 1992-04-23 JP JP13194992A patent/JPH06160321A/ja active Pending
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