JPH07244013A - 酸素濃度センサ - Google Patents
酸素濃度センサInfo
- Publication number
- JPH07244013A JPH07244013A JP6035068A JP3506894A JPH07244013A JP H07244013 A JPH07244013 A JP H07244013A JP 6035068 A JP6035068 A JP 6035068A JP 3506894 A JP3506894 A JP 3506894A JP H07244013 A JPH07244013 A JP H07244013A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon substrate
- pumping
- cell
- sensing
- oxygen concentration
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】加熱用の電極層が容易に剥がれないようにし、
ポンピングセル及びセンシングセルを効率よく加熱して
活性化させることを目的とする。 【構成】基台１とシリコン基板２とによりチャンバ４を
形成し、チャンバ４と外部とを接続するピンホール5e、
ポンピングホール5a,5b,5d,5f,5h,5i 及びセンシングホ
ール5c,5g をシリコン基板２に形成する。シリコン基板
２上面に形成された絶縁膜６上にポンピングホール5a,5
b,5d,5f,5h,5i を塞ぐようにポンピングセル８を形成す
る。絶縁膜６上にセンシングホール5c,5g を塞ぐように
センシングセル８を形成する。そして、シリコン基板２
を露出させるように絶縁膜６にコンタクトホール21a,21
b を形成する。コンタクトホール21a,21b を介してシリ
コン基板２上に一対のヒータ電極層22a,22b を形成す
る。熱処理により金属電極層22a,22b が当接するシリコ
ン基板２に該金属電極層22a,22b によって化合物層25を
形成する。
ポンピングセル及びセンシングセルを効率よく加熱して
活性化させることを目的とする。 【構成】基台１とシリコン基板２とによりチャンバ４を
形成し、チャンバ４と外部とを接続するピンホール5e、
ポンピングホール5a,5b,5d,5f,5h,5i 及びセンシングホ
ール5c,5g をシリコン基板２に形成する。シリコン基板
２上面に形成された絶縁膜６上にポンピングホール5a,5
b,5d,5f,5h,5i を塞ぐようにポンピングセル８を形成す
る。絶縁膜６上にセンシングホール5c,5g を塞ぐように
センシングセル８を形成する。そして、シリコン基板２
を露出させるように絶縁膜６にコンタクトホール21a,21
b を形成する。コンタクトホール21a,21b を介してシリ
コン基板２上に一対のヒータ電極層22a,22b を形成す
る。熱処理により金属電極層22a,22b が当接するシリコ
ン基板２に該金属電極層22a,22b によって化合物層25を
形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は酸素濃度を検出する酸
素濃度センサに係り、詳しくは電気化学反応を利用した
薄膜型の酸素濃度センサに関するものである。
素濃度センサに係り、詳しくは電気化学反応を利用した
薄膜型の酸素濃度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気化学反応を利用した酸素濃度
センサとしてはジルコニア酸素イオン伝導固体電解質酸
素センサがある。この酸素濃度センサを図４，図５に示
す。正方形状となる基板としての基台（例えば、ガラ
ス）１の上面にはシリコン基板２が形成されている。シ
リコン基板２の下面には下方へ向かうほど拡開する台形
状の凹部３が形成されている。この凹部３と基台１とに
より空間部としてのチャンバ４が形成されている。又、
シリコン基板２の上面には外部とチャンバ４とを接続す
る９つの貫通孔５ａ〜５ｉが形成されている。この９つ
の貫通孔５ａ〜５ｉによってシリコン基板２の上面は格
子状に形成されている。 そして、中央の貫通孔５ｅは
チャンバ４と外部とを接続するピンホールとなってい
る。又、貫通孔５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈ，５ｉは
ポンピングホールとなっている。更に、貫通孔５ｃ，５
ｇはセンシングホールとなっている。
センサとしてはジルコニア酸素イオン伝導固体電解質酸
素センサがある。この酸素濃度センサを図４，図５に示
す。正方形状となる基板としての基台（例えば、ガラ
ス）１の上面にはシリコン基板２が形成されている。シ
リコン基板２の下面には下方へ向かうほど拡開する台形
状の凹部３が形成されている。この凹部３と基台１とに
より空間部としてのチャンバ４が形成されている。又、
シリコン基板２の上面には外部とチャンバ４とを接続す
る９つの貫通孔５ａ〜５ｉが形成されている。この９つ
の貫通孔５ａ〜５ｉによってシリコン基板２の上面は格
子状に形成されている。 そして、中央の貫通孔５ｅは
チャンバ４と外部とを接続するピンホールとなってい
る。又、貫通孔５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈ，５ｉは
ポンピングホールとなっている。更に、貫通孔５ｃ，５
ｇはセンシングホールとなっている。
【０００３】前記ピンホール５ｅ，ホンピングホール５
ａ，５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈ，５ｉ及びセンシングホー
ル５ｃ，５ｇを回避するようにシリコン基板２の上面に
は酸化膜６が形成されている。前記酸化膜６の上面には
ポンピングホール５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈ，５ｉ
を塞ぎ、かつ、ピンホール５ｅを取り囲むように白金よ
りなる第１のポンピング電極７ａが形成されている。前
記第１のポンピング電極７ａの上面にはジルコニア（Ｚ
ｒＯ2 ）にＣａＯやＹ2 Ｏ3 を固溶させて、耐熱性と酸
素イオン伝導性を持たせるように焼結した安定化ジルコ
ニアをスパッタリング法で成膜したポンピングセル８が
形成されている。前記ポンピングセル８の上面には白金
よりなる第２のポンピング電極７ｂが形成されている。
ａ，５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈ，５ｉ及びセンシングホー
ル５ｃ，５ｇを回避するようにシリコン基板２の上面に
は酸化膜６が形成されている。前記酸化膜６の上面には
ポンピングホール５ａ，５ｂ，５ｄ，５ｆ，５ｈ，５ｉ
を塞ぎ、かつ、ピンホール５ｅを取り囲むように白金よ
りなる第１のポンピング電極７ａが形成されている。前
記第１のポンピング電極７ａの上面にはジルコニア（Ｚ
ｒＯ2 ）にＣａＯやＹ2 Ｏ3 を固溶させて、耐熱性と酸
素イオン伝導性を持たせるように焼結した安定化ジルコ
ニアをスパッタリング法で成膜したポンピングセル８が
形成されている。前記ポンピングセル８の上面には白金
よりなる第２のポンピング電極７ｂが形成されている。
【０００４】前記酸化膜６の上面にはセンシングホール
５ｃ，５ｇを塞ぎ、かつ、センシングホール５ｆ，５
ｈ，５ｉの外側を迂回するように白金よりなる第１のセ
ンシング電極９ａが形成されている。第１のセンシング
電極９ａの上面には前記ポンピングセル８と同一の成分
となるセンシングセル１０が形成されている。更に、セ
ンシングセル１０の上面には白金よりなる第２のセンシ
ング電極９ｂが形成されている。
５ｃ，５ｇを塞ぎ、かつ、センシングホール５ｆ，５
ｈ，５ｉの外側を迂回するように白金よりなる第１のセ
ンシング電極９ａが形成されている。第１のセンシング
電極９ａの上面には前記ポンピングセル８と同一の成分
となるセンシングセル１０が形成されている。更に、セ
ンシングセル１０の上面には白金よりなる第２のセンシ
ング電極９ｂが形成されている。
【０００５】尚、酸化膜６のポンピング電極パッド１１
ａ，１１ｂが形成されている。ポンピング電極パッド１
１ａは第１のポンピング電極７ａと電気的に接続され、
ポンピング電極パッド１１ｂは第２のポンピング電極７
ｂと電気的に接続されている。又、酸化膜６のセンシン
グ電極パッド１２ａ，１２ｂが形成されている。センシ
ング電極パッド１２ａは第１のセンシング電極９ａと電
気的に接続され、センシング電極パッド１２ｂは第２の
センシング電極９ｂと電気的に接続されている。
ａ，１１ｂが形成されている。ポンピング電極パッド１
１ａは第１のポンピング電極７ａと電気的に接続され、
ポンピング電極パッド１１ｂは第２のポンピング電極７
ｂと電気的に接続されている。又、酸化膜６のセンシン
グ電極パッド１２ａ，１２ｂが形成されている。センシ
ング電極パッド１２ａは第１のセンシング電極９ａと電
気的に接続され、センシング電極パッド１２ｂは第２の
センシング電極９ｂと電気的に接続されている。
【０００６】更に、酸化膜６の上面には前記ポンピング
セル８及びセンシングセル１０を取り囲むようにヒータ
パッド１３が形成されている。前記ヒータパッド１３は
酸化膜６と接触するチタン膜１４と、該チタン膜１４の
上面に形成された白金膜１５とから構成される２層構造
となっている。
セル８及びセンシングセル１０を取り囲むようにヒータ
パッド１３が形成されている。前記ヒータパッド１３は
酸化膜６と接触するチタン膜１４と、該チタン膜１４の
上面に形成された白金膜１５とから構成される２層構造
となっている。
【０００７】上記のように構成された酸素濃度センサの
ヒータパッド１３に電圧を印加してポンピングセル８及
びセンシングセル１０を加熱し、その温度を活性温度
（５００°Ｃ〜８００°Ｃ程度）にすると、酸素イオン
がポンピングセル８及びセンシングセル１０を透過する
ことができるようになる。そして、ポンピング電極パッ
ド１１ａを介して第１のポンピング電極７ａに負、ポン
ピング電極パッド１１ｂを介して第１のポンピング電極
７ｂに正の電圧を印加し、ポンピングセル８にポンピン
グ電流を流すと、酸素ポンピング作用によりチャンバ４
内ではチャンバ４外よりも酸素濃度が低くなる。
ヒータパッド１３に電圧を印加してポンピングセル８及
びセンシングセル１０を加熱し、その温度を活性温度
（５００°Ｃ〜８００°Ｃ程度）にすると、酸素イオン
がポンピングセル８及びセンシングセル１０を透過する
ことができるようになる。そして、ポンピング電極パッ
ド１１ａを介して第１のポンピング電極７ａに負、ポン
ピング電極パッド１１ｂを介して第１のポンピング電極
７ｂに正の電圧を印加し、ポンピングセル８にポンピン
グ電流を流すと、酸素ポンピング作用によりチャンバ４
内ではチャンバ４外よりも酸素濃度が低くなる。
【０００８】そのため、センシングセル１０の両端面で
酸素濃度が異なるため、濃淡電池作用によって第１及び
第２のセンシング電極９ａ，９ｂを介してセンシング電
極パッド１２ａ，１２ｂの両端には起電力が発生する。
同様に、酸素の濃度差拡散によって、ピンホール５ｅを
介してチャンバ４の外から内へ酸素が流入する。
酸素濃度が異なるため、濃淡電池作用によって第１及び
第２のセンシング電極９ａ，９ｂを介してセンシング電
極パッド１２ａ，１２ｂの両端には起電力が発生する。
同様に、酸素の濃度差拡散によって、ピンホール５ｅを
介してチャンバ４の外から内へ酸素が流入する。
【０００９】センシングセル１０に発生する電圧が一定
となるようにポンピング電流を制御すると、チャンバ４
内外の酸素濃度比Ｋ＝（チャンバ４外の酸素分圧／チャ
ンバ４内の酸素分圧）は一定となる。ピンホール５ｅか
らのチャンバ４内への酸素の拡散量は（チャンバ４外の
酸素分圧／チャンバ４内の酸素分圧）に比例し、上記の
場合、チャンバ４内の酸素分圧は（チャンバ４外の酸素
分圧／Ｋ）になるように制御されているため、ピンホー
ル５ｅを介してチャンバ４内への酸素の拡散量はチャン
バ４外の酸素分圧に、つまり雰囲気酸素濃度に比例す
る。このとき、ポンピング作用によるチャンバ４内の酸
素の流出量とピンホール５ｅからのチャンバ４内への酸
素の拡散流入量は一致しているから、ポンピング電流を
計測すればチャンバ４外の酸素分圧（＝雰囲気酸素濃
度）を計測することができる。又、雰囲気中の酸素濃度
とポンピングセル８の電流とは比例関係にある。
となるようにポンピング電流を制御すると、チャンバ４
内外の酸素濃度比Ｋ＝（チャンバ４外の酸素分圧／チャ
ンバ４内の酸素分圧）は一定となる。ピンホール５ｅか
らのチャンバ４内への酸素の拡散量は（チャンバ４外の
酸素分圧／チャンバ４内の酸素分圧）に比例し、上記の
場合、チャンバ４内の酸素分圧は（チャンバ４外の酸素
分圧／Ｋ）になるように制御されているため、ピンホー
ル５ｅを介してチャンバ４内への酸素の拡散量はチャン
バ４外の酸素分圧に、つまり雰囲気酸素濃度に比例す
る。このとき、ポンピング作用によるチャンバ４内の酸
素の流出量とピンホール５ｅからのチャンバ４内への酸
素の拡散流入量は一致しているから、ポンピング電流を
計測すればチャンバ４外の酸素分圧（＝雰囲気酸素濃
度）を計測することができる。又、雰囲気中の酸素濃度
とポンピングセル８の電流とは比例関係にある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ポンピング
セル８やセンシングセル１０を加熱して活性化させ、酸
素濃度を検出することができる状態にするため、ヒータ
パッド１３を加熱している。以前、ヒータパッド１３は
白金膜１５のみの構成となっており、白金膜１５が酸化
膜６に密着されていた。しかし、白金膜１５は酸化膜６
から剥がれやすいため、ポンピングセル８やセンシング
セル１０を加熱することができなくなる。
セル８やセンシングセル１０を加熱して活性化させ、酸
素濃度を検出することができる状態にするため、ヒータ
パッド１３を加熱している。以前、ヒータパッド１３は
白金膜１５のみの構成となっており、白金膜１５が酸化
膜６に密着されていた。しかし、白金膜１５は酸化膜６
から剥がれやすいため、ポンピングセル８やセンシング
セル１０を加熱することができなくなる。
【００１１】これを防止するため、このヒータパッド１
３においては、白金膜１５と酸化膜６との間にチタン膜
１４を介在させた２層構造としている。この構成によれ
ば、白金膜１５と酸化膜６との密着強度よりチタン膜１
４と酸化膜６との密着強度が高くなる。
３においては、白金膜１５と酸化膜６との間にチタン膜
１４を介在させた２層構造としている。この構成によれ
ば、白金膜１５と酸化膜６との密着強度よりチタン膜１
４と酸化膜６との密着強度が高くなる。
【００１２】しかしながら、チタン膜１４を使用するこ
とにより、酸化膜６との密着強度が向上するものの、ま
だ密着強度が弱いため、チタン膜１４と酸化膜６との熱
膨張係数の違いにより生じる熱応力により、チタン膜１
４と酸化膜６とが剥がれてしまうという問題がある。
とにより、酸化膜６との密着強度が向上するものの、ま
だ密着強度が弱いため、チタン膜１４と酸化膜６との熱
膨張係数の違いにより生じる熱応力により、チタン膜１
４と酸化膜６とが剥がれてしまうという問題がある。
【００１３】そのため、ヒータパッド１３を加熱してポ
ンピングセル８やセンシングセル１０を加熱して活性化
することができなくなり、酸素濃度を検出することがで
きなくなるという問題がある。
ンピングセル８やセンシングセル１０を加熱して活性化
することができなくなり、酸素濃度を検出することがで
きなくなるという問題がある。
【００１４】更に、ヒータパッド１３の発熱を酸化膜６
を介してポンピングセル８やセンシングセル１０に伝達
させているため、熱の伝達効率が悪いという問題があ
る。この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであ
って、第１の目的は、加熱用の電極層が容易に剥がれな
いようにしてポンピングセル及びセンシングセルを確実
に加熱して活性化させる酸素濃度センサを提供すること
にある。
を介してポンピングセル８やセンシングセル１０に伝達
させているため、熱の伝達効率が悪いという問題があ
る。この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであ
って、第１の目的は、加熱用の電極層が容易に剥がれな
いようにしてポンピングセル及びセンシングセルを確実
に加熱して活性化させる酸素濃度センサを提供すること
にある。
【００１５】第２の目的は、第１の目的に加え、ポンピ
ングセル及びセンシングセルを効率よく加熱し、活性化
させる酸素濃度センサを提供することにある。
ングセル及びセンシングセルを効率よく加熱し、活性化
させる酸素濃度センサを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、基板の上面に形成された
シリコン基板と、前記基板とシリコン基板とにより形成
された空間部と、前記空間部と外部とを接続するシリコ
ン基板に形成されたピンホールと、前記空間部と外部と
を接続するシリコン基板に形成されたポンピングホール
及びセンシングホールと、前記シリコン基板の上面に形
成された絶縁膜と、前記絶縁膜上にポンピングホールを
塞ぐように形成されたポンピングセルと、前記絶縁膜上
にセンシングホールを塞ぐように形成されたセンシング
セルとから構成した酸素濃度センサにおいて、前記シリ
コン基板を露出させるように前記絶縁膜に形成されたコ
ンタクトホールと、前記コンタクトホールを介してシリ
コン基板上に形成された加熱用の一対の金属電極層と、
熱処理により金属電極層が当接するシリコン基板に該金
属電極層によって形成された化合物層とから構成したこ
とをその要旨とする。
めに、請求項１記載の発明は、基板の上面に形成された
シリコン基板と、前記基板とシリコン基板とにより形成
された空間部と、前記空間部と外部とを接続するシリコ
ン基板に形成されたピンホールと、前記空間部と外部と
を接続するシリコン基板に形成されたポンピングホール
及びセンシングホールと、前記シリコン基板の上面に形
成された絶縁膜と、前記絶縁膜上にポンピングホールを
塞ぐように形成されたポンピングセルと、前記絶縁膜上
にセンシングホールを塞ぐように形成されたセンシング
セルとから構成した酸素濃度センサにおいて、前記シリ
コン基板を露出させるように前記絶縁膜に形成されたコ
ンタクトホールと、前記コンタクトホールを介してシリ
コン基板上に形成された加熱用の一対の金属電極層と、
熱処理により金属電極層が当接するシリコン基板に該金
属電極層によって形成された化合物層とから構成したこ
とをその要旨とする。
【００１７】請求項２記載の発明は、前記一対の金属電
極層はポンピングセル及びセンシングセルを挟んだ両側
に設けられていることをその要旨とする。請求項３記載
の発明は、前記一対の金属電極層は平行に設けられてい
ることをその要旨とする。
極層はポンピングセル及びセンシングセルを挟んだ両側
に設けられていることをその要旨とする。請求項３記載
の発明は、前記一対の金属電極層は平行に設けられてい
ることをその要旨とする。
【００１８】
【作用】請求項１記載の発明によれば、一対の金属電極
層に電圧を印加すると、電流は一方の金属電極層、化合
物層、シリコン基板及び化合物層を介して他方の金属電
極層に流れる。そのため、シリコン基板がこの電流によ
って発熱する。シリコン基板の発熱によりポンピングセ
ル及びセンシングセルが加熱されて活性化状態となる。
層に電圧を印加すると、電流は一方の金属電極層、化合
物層、シリコン基板及び化合物層を介して他方の金属電
極層に流れる。そのため、シリコン基板がこの電流によ
って発熱する。シリコン基板の発熱によりポンピングセ
ル及びセンシングセルが加熱されて活性化状態となる。
【００１９】この状態で、ポンピングセルにポンピング
電流を流すと、センシングセルには起電力が発生する。
そして、センシングセルに発生する起電力が一定となる
ようにポンピング電流を制御し、このポンピング電流を
測定することにより、外部の雰囲気酸素濃度が検出され
る。
電流を流すと、センシングセルには起電力が発生する。
そして、センシングセルに発生する起電力が一定となる
ようにポンピング電流を制御し、このポンピング電流を
測定することにより、外部の雰囲気酸素濃度が検出され
る。
【００２０】又、熱処理により金属電極層が当接するシ
リコン基板には金属電極層による化合物層が形成され、
この化合物層によって金属電極層がシリコン基板と接合
される。この化合物層により金属電極層とシリコン基板
との密着強度を向上させることが可能となる。従って、
金属電極層はシリコン基板から容易に剥離しない。又、
シリコン基板が発熱するため、シリコン基板をヒータと
して使用することができ、ヒータ面積が大きく取れ、ポ
ンピングセル及びセンシングセルを効率よく加熱するこ
とが可能となる。
リコン基板には金属電極層による化合物層が形成され、
この化合物層によって金属電極層がシリコン基板と接合
される。この化合物層により金属電極層とシリコン基板
との密着強度を向上させることが可能となる。従って、
金属電極層はシリコン基板から容易に剥離しない。又、
シリコン基板が発熱するため、シリコン基板をヒータと
して使用することができ、ヒータ面積が大きく取れ、ポ
ンピングセル及びセンシングセルを効率よく加熱するこ
とが可能となる。
【００２１】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の作用に加え、ポンピングセル及びセンシングセルが
設けられている下面のシリコン基板に電流が流れるた
め、ポンピングセル及びセンシングセルを効率よく加熱
することが可能となる。
載の作用に加え、ポンピングセル及びセンシングセルが
設けられている下面のシリコン基板に電流が流れるた
め、ポンピングセル及びセンシングセルを効率よく加熱
することが可能となる。
【００２２】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の作用に加え、ポンピングセル及びセンシングセルが
設けられている下面のシリコン基板に流れる電流が均一
となるため、シリコン基板全体を均一に発熱させてポン
ピングセル及びセンシングセルを一層効率よく加熱する
ことが可能となる。
載の作用に加え、ポンピングセル及びセンシングセルが
設けられている下面のシリコン基板に流れる電流が均一
となるため、シリコン基板全体を均一に発熱させてポン
ピングセル及びセンシングセルを一層効率よく加熱する
ことが可能となる。
【００２３】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図１
〜図３に基づいて詳細に説明する。尚、酸素濃度センサ
の基本的な構成は前述した従来の技術と同一のため、同
一部分については同一番号を付してその詳細な説明を省
略する。
〜図３に基づいて詳細に説明する。尚、酸素濃度センサ
の基本的な構成は前述した従来の技術と同一のため、同
一部分については同一番号を付してその詳細な説明を省
略する。
【００２４】図１〜図３に示すように、シリコン基板２
の左右両側の絶縁膜としての酸化膜（シリコン酸化膜）
６にはフォトリソエッチング技術により縦方向に平行に
延びるコンタクトホール２１ａ，２１ｂが形成されてい
る。このコンタクトホール２１ａ，２１ｂによりシリコ
ン基板２の一部が上部に露出されるようになっている。
このコンタクトホール２１ａ，２１ｂの間にポンピング
セル８及びセンシングセル１０が介在されている。
の左右両側の絶縁膜としての酸化膜（シリコン酸化膜）
６にはフォトリソエッチング技術により縦方向に平行に
延びるコンタクトホール２１ａ，２１ｂが形成されてい
る。このコンタクトホール２１ａ，２１ｂによりシリコ
ン基板２の一部が上部に露出されるようになっている。
このコンタクトホール２１ａ，２１ｂの間にポンピング
セル８及びセンシングセル１０が介在されている。
【００２５】前記コンタクトホール２１ａ，２１ｂには
シリコン基板２と電気的に接続される金属電極層として
のヒータ電極層２２ａ，２２ｂが形成されている。前記
ヒータ電極層２２ａ，２２ｂはシリコン基板２と電気的
に接続されるチタン層２３と、該チタン層２３の上面に
形成された白金層２４とから構成されている。又、酸素
濃度センサは５００°Ｃ〜６００°Ｃの温度で熱処理さ
れており、チタン層２３が接触するシリコン基板２の上
面（界面）にはチタン層２３による化合物層２５が形成
されている。この化合物層２５によってチタン層２３は
シリコン基板２に接合されている。
シリコン基板２と電気的に接続される金属電極層として
のヒータ電極層２２ａ，２２ｂが形成されている。前記
ヒータ電極層２２ａ，２２ｂはシリコン基板２と電気的
に接続されるチタン層２３と、該チタン層２３の上面に
形成された白金層２４とから構成されている。又、酸素
濃度センサは５００°Ｃ〜６００°Ｃの温度で熱処理さ
れており、チタン層２３が接触するシリコン基板２の上
面（界面）にはチタン層２３による化合物層２５が形成
されている。この化合物層２５によってチタン層２３は
シリコン基板２に接合されている。
【００２６】さて、上記のように構成された酸素濃度セ
ンサのヒータ電極層２２ａに正、ヒータ電極層２２ｂに
負の電圧を印加する。すると、電流はヒータ電極層２２
ａ、化合物層２５、シリコン基板２及び化合物層２５を
介してヒータ電極層２２ｂに流れる。この電流によって
シリコン基板２が発熱し、該シリコン基板２の上面に設
けられているポンピングセル８及びセンシングセル１０
が加熱される。従って、ポンピングセル８及びセンシン
グセル１０が活性化された状態となり、酸素濃度を検出
することができる状態となる。
ンサのヒータ電極層２２ａに正、ヒータ電極層２２ｂに
負の電圧を印加する。すると、電流はヒータ電極層２２
ａ、化合物層２５、シリコン基板２及び化合物層２５を
介してヒータ電極層２２ｂに流れる。この電流によって
シリコン基板２が発熱し、該シリコン基板２の上面に設
けられているポンピングセル８及びセンシングセル１０
が加熱される。従って、ポンピングセル８及びセンシン
グセル１０が活性化された状態となり、酸素濃度を検出
することができる状態となる。
【００２７】又、ヒータ電極層２２ａ，２２ｂのチタン
層２３をシリコン基板２の上面に設け、熱処理によりチ
タン層２３による化合物層２５をシリコン基板２に形成
し、チタン層２３とシリコン基板２とを接合した。この
結果、チタン層２３とシリコン基板２との密着強度を向
上させることができ、チタン層２３がシリコン基板２か
ら容易に剥がれないようにすることができる。そのた
め、ポンピングセル８及びセンシングセル１０を確実に
加熱することができるので、酸素濃度センサの信頼性を
向上させることができる。
層２３をシリコン基板２の上面に設け、熱処理によりチ
タン層２３による化合物層２５をシリコン基板２に形成
し、チタン層２３とシリコン基板２とを接合した。この
結果、チタン層２３とシリコン基板２との密着強度を向
上させることができ、チタン層２３がシリコン基板２か
ら容易に剥がれないようにすることができる。そのた
め、ポンピングセル８及びセンシングセル１０を確実に
加熱することができるので、酸素濃度センサの信頼性を
向上させることができる。
【００２８】又、シリコン基板２をヒータとして利用し
ているため、ヒータ面積を大きく取ることができ、しか
も、シリコン基板２全体を加熱させることができるの
で、温度分布を均一にしてポンピングセル８及びセンシ
ングセル１０を均一に加熱することができる。
ているため、ヒータ面積を大きく取ることができ、しか
も、シリコン基板２全体を加熱させることができるの
で、温度分布を均一にしてポンピングセル８及びセンシ
ングセル１０を均一に加熱することができる。
【００２９】そして、ヒータ電極層２２ａ，２２ｂはポ
ンピングセル８及びセンシングセル１０を挟むように形
成しているため、電流経路はポンピングセル８及びセン
シングセル１０が設けられたシリコン基板２内を流れ
る。この結果、シリコン基板２の発熱を直接ポンピング
セル８及びセンシングセル１０に伝達させることができ
るので、ポンピングセル８及びセンシングセル１０を効
率よく加熱することができる。
ンピングセル８及びセンシングセル１０を挟むように形
成しているため、電流経路はポンピングセル８及びセン
シングセル１０が設けられたシリコン基板２内を流れ
る。この結果、シリコン基板２の発熱を直接ポンピング
セル８及びセンシングセル１０に伝達させることができ
るので、ポンピングセル８及びセンシングセル１０を効
率よく加熱することができる。
【００３０】更に、ヒータ電極層２２ａ，２２ｂは互い
に平行に設けられているため、電流をシリコン基板２全
体に均一に流すことができる。従って、シリコン基板２
全体の温度を均一にすることができる。この結果、一層
ポンピングセル８及びセンシングセル１０を均一に加熱
することができる。
に平行に設けられているため、電流をシリコン基板２全
体に均一に流すことができる。従って、シリコン基板２
全体の温度を均一にすることができる。この結果、一層
ポンピングセル８及びセンシングセル１０を均一に加熱
することができる。
【００３１】本実施例においては、ヒータ電極層２２
ａ，２２ｂをチタン層２３と白金層２４とから成る２層
構造としたが、必要に応じてチタン層２３のみによって
ヒータ電極層２２ａ，２２ｂを構成してもよい。
ａ，２２ｂをチタン層２３と白金層２４とから成る２層
構造としたが、必要に応じてチタン層２３のみによって
ヒータ電極層２２ａ，２２ｂを構成してもよい。
【００３２】又、タンタルＴａ、クロムＣｒ、モリブデ
ンＭｏ、タングステンＷ、白金Ｐｔをチタン層２３の代
わりに使用することも可能である。そして、これらタン
タルＴａ、クロムＣｒ、モリブデンＭｏ、タングステン
Ｗ、白金Ｐｔを単体としたヒータ電極層２２ａ，２２ｂ
を構成することも可能である。
ンＭｏ、タングステンＷ、白金Ｐｔをチタン層２３の代
わりに使用することも可能である。そして、これらタン
タルＴａ、クロムＣｒ、モリブデンＭｏ、タングステン
Ｗ、白金Ｐｔを単体としたヒータ電極層２２ａ，２２ｂ
を構成することも可能である。
【００３３】そして、タンタルＴａとシリコン基板２と
の熱処理温度は６５０°Ｃ、クロムＣｒとシリコン基板
２との熱処理温度は４５０°Ｃ、モリブデンＭｏとシリ
コン基板２との熱処理温度は５２５°Ｃ、タングステン
Ｗとシリコン基板２との熱処理温度は６５０°Ｃ、白金
Ｐｔとシリコン基板２との熱処理温度は２００°Ｃ〜５
００°Ｃである。
の熱処理温度は６５０°Ｃ、クロムＣｒとシリコン基板
２との熱処理温度は４５０°Ｃ、モリブデンＭｏとシリ
コン基板２との熱処理温度は５２５°Ｃ、タングステン
Ｗとシリコン基板２との熱処理温度は６５０°Ｃ、白金
Ｐｔとシリコン基板２との熱処理温度は２００°Ｃ〜５
００°Ｃである。
【００３４】本実施例においては、ポンピングセル８及
びセンシングセル１０の両側にヒータ電極層２２ａとヒ
ータ電極層２２ｂとが形成されているが、必要に応じ
て、ヒータ電極層２２ａ，２２ｂを互いに隣接させるよ
うにシリコン基板２の上面に形成することも可能であ
る。
びセンシングセル１０の両側にヒータ電極層２２ａとヒ
ータ電極層２２ｂとが形成されているが、必要に応じ
て、ヒータ電極層２２ａ，２２ｂを互いに隣接させるよ
うにシリコン基板２の上面に形成することも可能であ
る。
【００３５】又、図１のＡ矢印にて示す部分に、ヒータ
電極層２２ａ，２２ｂを形成し、ヒータ電極２２ａ，２
２ｂの対角線状にポンピングセル８及びセンシングセル
１０を介在させるような構成にしてもよい。更に、図１
のＢ矢印にて示す部分に、ヒータ電極層２２ａ，２２ｂ
を形成し、ヒータ電極２２ａ，２２ｂの間にポンピング
セル８及びセンシングセル１０を介在させるような構成
にしてもよい。
電極層２２ａ，２２ｂを形成し、ヒータ電極２２ａ，２
２ｂの対角線状にポンピングセル８及びセンシングセル
１０を介在させるような構成にしてもよい。更に、図１
のＢ矢印にて示す部分に、ヒータ電極層２２ａ，２２ｂ
を形成し、ヒータ電極２２ａ，２２ｂの間にポンピング
セル８及びセンシングセル１０を介在させるような構成
にしてもよい。
【００３６】更に、従来はシリコン基板２の周囲にヒー
タパッド１３を形成しているが、本実施例においては、
ヒータ電極層２２ａ，２２ｂをシリコン基板２の周囲に
形成する必要がない。この結果、その分、シリコン基板
２の形状をコンパクト化することができる。
タパッド１３を形成しているが、本実施例においては、
ヒータ電極層２２ａ，２２ｂをシリコン基板２の周囲に
形成する必要がない。この結果、その分、シリコン基板
２の形状をコンパクト化することができる。
【００３７】本実施例においては、酸化膜６としてシリ
コン酸化膜を使用したが、この他に、窒化膜Ｓｉ
3 Ｎ4 、ＢＳＧ（ホウ素−ケイ酸ガラス）、ＢＰＳＧ
（ホウ素−リンケイ酸ガラス）、ＰＳＧ（リン・ケイ酸
ガラス）を使用することも可能である。
コン酸化膜を使用したが、この他に、窒化膜Ｓｉ
3 Ｎ4 、ＢＳＧ（ホウ素−ケイ酸ガラス）、ＢＰＳＧ
（ホウ素−リンケイ酸ガラス）、ＰＳＧ（リン・ケイ酸
ガラス）を使用することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の発
明は、金属電極層による化合物層がシリコン基板に形成
され、金属電極層がシリコン基板に接合されるため、金
属電極層とシリコン基板との密着強度が向上する。この
結果、金属電極層がシリコン基板から容易に剥がれない
ようにし、ポンピングセル及びセンシングセルを確実に
加熱して活性化させ、酸素濃度センサの信頼性を向上さ
せることができる。
明は、金属電極層による化合物層がシリコン基板に形成
され、金属電極層がシリコン基板に接合されるため、金
属電極層とシリコン基板との密着強度が向上する。この
結果、金属電極層がシリコン基板から容易に剥がれない
ようにし、ポンピングセル及びセンシングセルを確実に
加熱して活性化させ、酸素濃度センサの信頼性を向上さ
せることができる。
【００３９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の効果に加え、シリコン基板を加熱させてポンピング
セル及びセンシングセルを加熱することができるので、
ポンピングセル及びセンシングセルを効率よく加熱する
ことができる。
明の効果に加え、シリコン基板を加熱させてポンピング
セル及びセンシングセルを加熱することができるので、
ポンピングセル及びセンシングセルを効率よく加熱する
ことができる。
【００４０】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の効果に加え、シリコン基板に流れる電流を均一とす
ることができるため、シリコン基板全体を均一に発熱さ
せてポンピングセル及びセンシングセルを一層効率よく
加熱することができる。
明の効果に加え、シリコン基板に流れる電流を均一とす
ることができるため、シリコン基板全体を均一に発熱さ
せてポンピングセル及びセンシングセルを一層効率よく
加熱することができる。
【図１】本発明に係る酸素濃度センサの平面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】酸素濃度センサの構造を示す部分断面斜視図で
ある。
ある。
【図４】従来の酸素濃度センサの平面図である。
【図５】従来の酸素濃度センサの断面図である。
１…基板としての基台、２…シリコン基板、４…空間部
としてのチャンバ、５ｅ…ピンホール、５ａ，５ｂ，５
ｄ，５ｆ，５ｈ，５ｉ…ポンピングホール、５ｃ，５ｇ
…センシングホール、６…酸化膜、８…ポンピングセ
ル、１０…センシングセル、２１ａ，２１ｂ…コンタク
トホール、２２ａ，２２ｂ…金属電極層としてのヒータ
電極層、２５…化合物層
としてのチャンバ、５ｅ…ピンホール、５ａ，５ｂ，５
ｄ，５ｆ，５ｈ，５ｉ…ポンピングホール、５ｃ，５ｇ
…センシングホール、６…酸化膜、８…ポンピングセ
ル、１０…センシングセル、２１ａ，２１ｂ…コンタク
トホール、２２ａ，２２ｂ…金属電極層としてのヒータ
電極層、２５…化合物層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２７ Ｈ 27/58 Ｂ
Claims (3)
- 【請求項１】 基板の上面に形成されたシリコン基板
と、 前記基板とシリコン基板とにより形成された空間部と、 前記空間部と外部とを接続するシリコン基板に形成され
たピンホールと、 前記空間部と外部とを接続するシリコン基板に形成され
たポンピングホール及びセンシングホールと、 前記シリコン基板の上面に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜上にポンピングホールを塞ぐように形成され
たポンピングセルと、 前記絶縁膜上にセンシングホールを塞ぐように形成され
たセンシングセルとから構成した酸素濃度センサにおい
て、 前記シリコン基板を露出させるように前記絶縁膜に形成
されたコンタクトホールと、 前記コンタクトホールを介してシリコン基板上に形成さ
れた加熱用の一対の金属電極層と、 熱処理により金属電極層が当接するシリコン基板に該金
属電極層によって形成された化合物層とから構成した酸
素濃度センサ。 - 【請求項２】 前記一対の金属電極層はポンピングセル
及びセンシングセルを挟んだ両側に設けられていること
を特徴とする請求項１の酸素濃度センサ。 - 【請求項３】 前記一対の金属電極層は平行に設けられ
ていることを特徴とする請求項２記載の酸素濃度セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03506894A JP3246167B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 酸素濃度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03506894A JP3246167B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 酸素濃度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07244013A true JPH07244013A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3246167B2 JP3246167B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=12431707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03506894A Expired - Fee Related JP3246167B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 酸素濃度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246167B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011232291A (ja) * | 2010-04-30 | 2011-11-17 | Tdk Corp | ガスセンサ |
| WO2014136329A1 (ja) * | 2013-03-08 | 2014-09-12 | ローム株式会社 | 限界電流式ガスセンサ、限界電流式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステム |
| JP2014174178A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Robert Bosch Gmbh | 微細電子化学センサおよび微細電子化学センサの動作方法 |
| JP2016530513A (ja) * | 2013-08-14 | 2016-09-29 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | 粒子センサ、及び、粒子センサの製造方法 |
-
1994
- 1994-03-04 JP JP03506894A patent/JP3246167B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011232291A (ja) * | 2010-04-30 | 2011-11-17 | Tdk Corp | ガスセンサ |
| WO2014136329A1 (ja) * | 2013-03-08 | 2014-09-12 | ローム株式会社 | 限界電流式ガスセンサ、限界電流式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステム |
| JP2014196995A (ja) * | 2013-03-08 | 2014-10-16 | ローム株式会社 | 限界電流式ガスセンサ、限界電流式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステム |
| JP2014174178A (ja) * | 2013-03-12 | 2014-09-22 | Robert Bosch Gmbh | 微細電子化学センサおよび微細電子化学センサの動作方法 |
| JP2016530513A (ja) * | 2013-08-14 | 2016-09-29 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ | 粒子センサ、及び、粒子センサの製造方法 |
| US10126224B2 (en) | 2013-08-14 | 2018-11-13 | Robert Bosch Gmbh | Particle sensor and method for manufacturing a particle sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3246167B2 (ja) | 2002-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3665333B2 (ja) | ガス混合気のガス成分及び／又はガス濃度検出用センサ装置 | |
| US6083367A (en) | Oxygen electrode and its manufacture | |
| JPH0684950B2 (ja) | 電気化学的装置 | |
| JPH0646189B2 (ja) | 酸素濃度センサ | |
| EP1340067B1 (en) | Thin film ppb oxygen sensor | |
| JP2007278996A (ja) | 接触燃焼式ガスセンサとその製造方法 | |
| JP2002286673A (ja) | ガスセンサ及びその製造方法 | |
| EP0737860B1 (en) | A method of determining a zero-humidity reference current level for an electrochemical cell humidity measurement device | |
| JP3246167B2 (ja) | 酸素濃度センサ | |
| JP3831320B2 (ja) | 限界電流式酸素センサ | |
| JP2598771B2 (ja) | 複合ガスセンサ | |
| JPS61191953A (ja) | ガス検出装置 | |
| JP3846386B2 (ja) | ガスセンサ素子 | |
| JPS5876757A (ja) | 酸素濃度検出装置 | |
| JP2000009672A (ja) | 接触燃焼式ガスセンサ | |
| JP2788640B2 (ja) | 気体濃度検出用センサ | |
| US5573649A (en) | Miniaturized oxygen electrode and process of producing same | |
| JP2501856B2 (ja) | 電気化学式センサ | |
| JPS613050A (ja) | 酸素センサ−の検出基板 | |
| JP2926912B2 (ja) | 酸素センサ | |
| JPS6060547A (ja) | ガス検出装置 | |
| JPH1078407A (ja) | 酸素電極およびバイオセンサ | |
| JPH08220035A (ja) | ガスセンサ | |
| JPS58102144A (ja) | ガスセンサ | |
| JP2013015401A (ja) | 半導体式薄膜ガスセンサ及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081102 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091102 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |