JPH08220035A - ガスセンサ - Google Patents

ガスセンサ

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JPH08220035A
JPH08220035A JP2445095A JP2445095A JPH08220035A JP H08220035 A JPH08220035 A JP H08220035A JP 2445095 A JP2445095 A JP 2445095A JP 2445095 A JP2445095 A JP 2445095A JP H08220035 A JPH08220035 A JP H08220035A
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JP
Japan
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heat generating
gas
gas sensor
generating portion
sensor
Prior art date
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Application number
JP2445095A
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English (en)
Inventor
Shinji Tanigawara
進二 谷川原
Yasuhiro Sato
康弘 佐藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサ部が発熱部を有するガスセンサの、耐
久性や信頼性を改善すると共に、省電力化と応答性向上
とを実現する。 【構成】 発熱部を有するセンサ部4をシリコン基板2
の空洞3上に位置させたガスセンサ1において、シリコ
ン基板2の表面部分を変質させた不純物層5により発熱
部を形成する。発熱部が一層の不純物層5からなり、多
層構造ではないので、熱応力が作用しても破損が発生す
ることがない。発熱部を形成する不純物層5はシリコン
基板2と一体なので、発熱部がシリコン基板2から剥離
しない。不純物層5は小型化が容易なので、発熱部を小
型化して熱容量と熱抵抗とを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発熱部を有する薄膜状
のセンサ部をシリコン基板の表面の空洞上に位置させた
ガスセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】現在、ガス漏れを検出するガスセンサが
実用化されている。このようなガスセンサは、発熱部を
有する薄膜状のセンサ部がシリコン基板の表面の空洞上
に形成されている。このようなガスセンサには、接触燃
焼式と半導体式とがある。
【0003】接触燃焼式では、発熱部の表面に酸化触媒
層を積層することにより、センサ部が形成されている。
発熱部を常時発熱させて酸化触媒層を加熱しておき、こ
の酸化触媒層の表面でガスを燃焼させる。この燃焼によ
り発熱部の温度が上昇して電気抵抗が増大するので、こ
の発熱部の抵抗変化によりガスを検知する。
【0004】半導体式では、発熱部の表面に半導体層を
積層することにより、センサ部が形成されている。発熱
部の加熱により半導体層をガスに反応させる。この反応
により半導体層の電気抵抗が変化するので、この半導体
層の抵抗変化によりガスを検知する。
【0005】上述のようなガスセンサは、特開昭55-119
381号公報や特開昭56−97857号公報などに開示されてい
る。これらの公報に開示されたガスセンサでは、発熱部
が絶縁層と導電層との積層構造により形成されており、
このような発熱部がシリコン基板の表面に積層されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなガスセン
サは、ガスを検知することができる。しかし、ガスセン
サは、発熱部を常時発熱させておく必要があるために消
費電力が大きく、応答性も充分ではない。
【0007】ガスセンサの消費電力と応答性とを改善す
るためには、発熱部を小型化して熱容量と熱抵抗とを低
下させることが好ましい。しかし、一般的なガスセンサ
は、前記公報に開示されているように、発熱部が多層構
造からなるため、これを現状より小型化して熱容量と熱
抵抗とを低下させることが困難である。
【0008】さらに、前記公報に開示されているよう
に、発熱部が多層構造からなる場合、発熱部の各層が熱
応力により剥離する可能性がある。また、この発熱部も
シリコン基板の表面に積層されているので、熱応力によ
り発熱部がシリコン基板から剥離する可能性もある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
発熱部を有する薄膜状のセンサ部をシリコン基板の表面
の空洞上に位置させたガスセンサにおいて、前記シリコ
ン基板の表面部分を変質させて形成した不純物層により
前記発熱部を形成した。
【0010】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、ガスを燃焼させる酸化触媒層を発熱部の表
面に形成した。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明において、ガスに反応して電気抵抗が変化する半導体
層を発熱部の表面に形成した。
【0012】請求項4記載の発明は、請求項1記載の発
明において、ガスを燃焼させる酸化触媒層とガスに反応
して電気抵抗が変化する半導体層とを発熱部の表面に形
成した。
【0013】
【作用】請求項1記載の発明は、発熱部を形成する不純
物層がシリコン基板の表面部分からなることにより、発
熱部が一層の不純物層からなるので、熱応力が作用して
も、多層構造の層間剥離のような破損が発生することが
なく、発熱部を形成する不純物層がシリコン基板と一体
なので、発熱部がシリコン基板から剥離することもな
く、不純物層からなる発熱部は小型化が容易なので、熱
容量と熱抵抗とを低減できる。
【0014】請求項2記載の発明は、発熱部が加熱する
酸化触媒層がガスを燃焼させると、この燃焼により発熱
部の温度が上昇して電気抵抗も上昇するので、この発熱
部の抵抗変化によりガスを検知できる。
【0015】請求項3記載の発明は、発熱部が加熱する
半導体層がガスに反応すると、この半導体層の電気抵抗
が変化するので、この半導体層の抵抗変化によりガスを
検知できる。
【0016】請求項4記載の発明は、発熱部が加熱する
酸化触媒層がガスを燃焼させると、この燃焼により発熱
部の温度が上昇して電気抵抗も上昇し、発熱部が加熱す
る半導体層がガスに反応すると、この半導体層の電気抵
抗が変化するので、発熱部と半導体層との抵抗変化によ
りガスを検知できる。
【0017】
【実施例】本発明の第一の実施例を図1及び図2に基づ
いて以下に説明する。本実施例のガスセンサ1は、接触
燃焼式であり、N型のシリコン基板2を有している。こ
のシリコン基板2の表面には空洞3が形成されており、
この空洞3上に薄膜状の架橋構造のセンサ部4が橋架さ
れている。このセンサ部4は、発熱部であるP型の不純
物層5と酸化膜6と矩形の酸化触媒層7とからなり、前
記不純物層5の両端には電極8が設けられている。
【0018】前記不純物層5は、前記シリコン基板2の
変質させた表面部分からなるため、このシリコン基板2
と一体である。より具体的には、前記不純物層5は、前
記シリコン基板2の表面部分に硼素を拡散させたもので
あり、その不純物濃度は“7×1019(atom/cm2)”以上
である。
【0019】このような構成において、本実施例のガス
センサ1は、ガス管の周囲などに配置され、ガス漏れの
検知に利用される。このガスセンサ1によりガスを検知
する場合、電力を発生すると共に通電抵抗を検出する検
出回路(図示せず)を電極8に接続する。この検出回路
の電力により不純物層5を常時発熱させて酸化触媒層7
を“ 400〜600(℃)”に加熱し、検出回路により不純物
層5の電気抵抗の変化を監視する。このような状態にお
いて、もしも雰囲気にガスが混入すると、加熱された酸
化触媒層7の表面でガスが燃焼し、この発熱により不純
物層5の電気抵抗が変化するので、この抵抗変化により
検出回路がガスを検知する。
【0020】本実施例のガスセンサ1では、発熱部が一
層の不純物層5からなるので、その発熱により熱応力が
作用しても、多層構造の層間剥離のような破損が発生す
ることがない。また、不純物層5はシリコン基板2の変
質させた表面部分からなるので、不純物層5からなる発
熱部がシリコン基板2から剥離することもない。このた
め、本実施例のガスセンサ1は、耐久性や信頼性が良好
である。
【0021】さらに、詳細には後述するように、シリコ
ン基板2の変質させた表面部分からなる不純物層5は、
小型化して熱容量と熱抵抗とを低減することが容易であ
るため、本実施例のガスセンサ1は、省電力で応答性も
良好である。
【0022】ここで、本実施例のガスセンサ1の製作方
法を以下に説明する。まず、シリコン基板2としてN型
のシリコンウエハーを用意し、これを酸化性の雰囲気中
で加熱して酸化させ、表面部分にSiO2 膜を形成す
る。このSiO2 膜を不純物層5の形状にフォトエッチ
ングして部分的にシリコンを露出させ、これを硼素を混
入した雰囲気中で加熱し、露出したシリコンの部分に硼
素を拡散させる。これを酸化性の雰囲気中でドライブイ
ンさせ、不純物濃度と拡散深度とを調節したP型の不純
物層5を形成する。この場合、ドライブインを酸化性の
雰囲気により実行しているので、不純物層5の表面に酸
化膜6が成長する。
【0023】つぎに、エチレンジアミン水溶液や水酸化
カリウム水溶液による異方性エッチングにより空洞3を
形成する。この場合、不純物層5の不純物濃度を“7×
1019(atom/cm2)”以上としておくと、この不純物層5
にはエッチングが進行しない。このため、シリコン基板
2に空洞3がアンダーカットされ、不純物層5が架橋構
造に形成される。
【0024】つぎに、アルミナやシリカを主成分とする
ターゲットに白金やパラジウムを貼付し、これをターゲ
ットとしてスパッタリングすることにより、アルミナや
シリカを主成分として白金やパラジウムが均一に分散し
た酸化触媒層7を形成し、ガスセンサ1を完成する。
【0025】本実施例のガスセンサ1は、上述のように
P型の不純物層5を形成する場合、N型のシリコン基板
2の表面部分に硼素を拡散させるが、この拡散の深度は
“0.2(μm)”程度まで浅くすることができ、拡散の横幅
も“2.0(μm)”程度まで狭くすることができる。つま
り、不純物層5を小型化することが容易であるため、そ
の熱容量と熱抵抗とを低減し、ガスセンサ1の消費電力
を低下させると共に応答性を向上させることができる。
【0026】なお、上述したガスセンサ1の製作方法で
は、シリコン基板2の表面部分に硼素を拡散させて不純
物層5を形成する場合、硼素を混入した雰囲気中で加熱
することを例示したが、これはイオン注入法でも良く、
この場合はSiO2 上からイオン注入することも可能で
ある。また、不純物層5のドライブインを不活性な雰囲
気中で行なうことも可能である。さらに、酸化触媒層7
を形成する場合は、アルミナやシリカの表面に白金やパ
ラジウムを薄膜状に堆積させたり、交互に積層させるこ
とも可能である。
【0027】また、本実施例のガスセンサ1では、セン
サ部4を架橋構造とすることを例示したが、本発明は上
記実施例に限定されるものではなく、センサ部4は空洞
3上に位置すれば形状は自由であるので、図3に示すよ
うに、センサ部9をU字形としたガスセンサ10なども
実現できる。
【0028】つぎに、本発明の第二の実施例を図4に基
づいて以下に説明する。なお、本実施例のガスセンサ1
1に関し、上述した第一の実施例のガスセンサ1と同一
の部分は、同一の名称と符号とを利用して詳細な説明は
省略する。
【0029】まず、本実施例のガスセンサ11は、半導
体式であり、シリコン基板2の空洞3上に薄膜状の架橋
構造のセンサ部12が橋架されている。このセンサ部1
2は、発熱部であるP型の不純物層5と絶縁層13と矩
形の半導体層14とからなり、この半導体層14にはリ
ード電極15が接続されている。
【0030】このような構成において、本実施例のガス
センサ11によりガスを検知する場合、電力を発生する
駆動回路(図示せず)を電極8に接続し、通電抵抗を検
出する検出回路(図示せず)をリード電極15に接続す
る。この駆動回路の電力により不純物層5を常時発熱さ
せて半導体層14を加熱し、検出回路により半導体層1
4の電気抵抗の変化を監視する。このような状態におい
て、もしも雰囲気にガスが混入すると、半導体層14が
反応して電気抵抗が変化するので、この抵抗変化により
検出回路がガスを検知する。
【0031】本実施例のガスセンサ11も、第一の実施
例として前述したガスセンサ1と同様に、発熱する不純
物層5がシリコン基板2の変質させた表面部分からなる
ため、耐久性や信頼性が良好であり、不純物層5が小型
化されて熱容量と熱抵抗とが低減されているので、省電
力で応答性も良好である。
【0032】なお、半導体層14は、金属酸化物により
形成され、その材料としては、錫、亜鉛、鉄、チタン、
インジウム、ニッケル、タングステン、パナジウム等が
挙げられるが、錫が最適である。このような半導体層1
4は、スパッタリングや真空蒸着により形成される。リ
ード電極15は、金属により形成され、その材料として
は白金が最適であり、これはスパッタリングにより形成
される。
【0033】さらに、本発明の第三の実施例を図5に基
づいて以下に説明する。まず、本実施例のガスセンサ1
6は、接触燃焼式と半導体式とを併用しており、センサ
部17に酸化触媒層7と半導体層14とが並設されてい
る。
【0034】このような構成において、本実施例のガス
センサ16は、接触燃焼式と半導体式とを併用している
ので、その両方でガスを検知することができ、ガスの検
知性能が良好である。
【0035】
【発明の効果】請求項1記載の発明は、シリコン基板の
表面部分を変質させて形成した不純物層により発熱部を
形成したことにより、発熱部が一層の不純物層からなる
ので、熱応力が作用しても、多層構造の層間剥離のよう
な破損が発生することがなく、発熱部を形成する不純物
層はシリコン基板と一体なので、発熱部がシリコン基板
から剥離することもなく、耐久性や信頼性を改善するこ
とができ、発熱部を小型化して熱容量と熱抵抗とを低減
することが容易であるため、省電力化や応答性の向上も
可能である。
【0036】請求項2記載の発明は、ガスを燃焼させる
酸化触媒層を発熱部の表面に形成したことにより、耐久
性や信頼性が良好で省電力化や応答性の向上も可能な、
接触燃焼式のガスセンサを実現することができる。
【0037】請求項3記載の発明は、ガスに反応して電
気抵抗が変化する半導体層を発熱部の表面に形成したこ
とにより、耐久性や信頼性が良好で省電力化や応答性の
向上も可能な、半導体式のガスセンサを実現することが
できる。
【0038】請求項4記載の発明は、ガスを燃焼させる
酸化触媒層とガスに反応して電気抵抗が変化する半導体
層とを発熱部の表面に形成したことにより、耐久性や信
頼性が良好で省電力化や応答性の向上も可能なガスセン
サを実現することができ、接触燃焼式と半導体式との両
方でガスを検知できるので、ガスの検知性能を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例のガスセンサを示す縦断
面図である。
【図2】平面図である。
【図3】一変形例のガスセンサを示す平面図である。
【図4】第二の実施例のガスセンサを示す平面図であ
る。
【図5】第三の実施例のガスセンサを示す平面図であ
る。
【符号の説明】
1,10,11,16 ガスセンサ 2 シリコン基板 3 空洞 4,9,12,17 センサ部 5 発熱部、不純物層 7 酸化触媒層 14 半導体層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発熱部を有する薄膜状のセンサ部をシリ
    コン基板の表面の空洞上に位置させたガスセンサにおい
    て、前記シリコン基板の表面部分を変質させて形成した
    不純物層により前記発熱部を形成したことを特徴とする
    ガスセンサ。
  2. 【請求項2】 ガスを燃焼させる酸化触媒層を発熱部の
    表面に形成したことを特徴とする請求項1記載のガスセ
    ンサ。
  3. 【請求項3】 ガスに反応して電気抵抗が変化する半導
    体層を発熱部の表面に形成したことを特徴とする請求項
    1記載のガスセンサ。
  4. 【請求項4】 ガスを燃焼させる酸化触媒層とガスに反
    応して電気抵抗が変化する半導体層とを発熱部の表面に
    形成したことを特徴とする請求項1記載のガスセンサ。
JP2445095A 1995-02-14 1995-02-14 ガスセンサ Pending JPH08220035A (ja)

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