JPS58106451A - ガス検知素子 - Google Patents
ガス検知素子Info
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- JPS58106451A JPS58106451A JP20565181A JP20565181A JPS58106451A JP S58106451 A JPS58106451 A JP S58106451A JP 20565181 A JP20565181 A JP 20565181A JP 20565181 A JP20565181 A JP 20565181A JP S58106451 A JPS58106451 A JP S58106451A
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- gas
- sensor
- heat generating
- combustible gas
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
- G01N27/16—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は可燃性ガス等の還元性ガスを検知するガス検知
素子に係り、小型でかつ量産性に富み、省電力で動作す
る新しい構造、検知原理に基づくガス検知素子に関する
ものである。
素子に係り、小型でかつ量産性に富み、省電力で動作す
る新しい構造、検知原理に基づくガス検知素子に関する
ものである。
近年、家庭用のエネルギー源としてのガスの普及が目ざ
ましく、それに伴う各種ガス慨器の急速な普及と金いま
って、ガス漏れによる事故も多発する傾向にあり、これ
らの事故が大きな社会問題にまで発展している。
−゛ セ涜訓Ｉ釆４４４１ル４沫ミ日一方これらの事故を未然
に防ぐべく努力も各方面で研究が進められ、色々な形で
実用化が図られている。特にその方法の１つとして可燃
性ガスの漏れ等を検知するための種々のガス検知素子が
開発されている。このガス検知素子について述べると、
現在実用化されているガス検知素子をその検知方法によ
って大別すると、半導体式と接触燃焼式とが上げられる
。前者は、高温（２００〜４００°Ｃ）に加熱された半
導体（一般に金属酸化物半導体５ｎｏ２． ｚｎｏ、、
、γ−Ｆｅ２Ｏ３等）がプロパンガスなどの可燃性ガ
スと接触した時に電気抵抗値が低下する性質を利用した
ものである。
ましく、それに伴う各種ガス慨器の急速な普及と金いま
って、ガス漏れによる事故も多発する傾向にあり、これ
らの事故が大きな社会問題にまで発展している。
−゛ セ涜訓Ｉ釆４４４１ル４沫ミ日一方これらの事故を未然
に防ぐべく努力も各方面で研究が進められ、色々な形で
実用化が図られている。特にその方法の１つとして可燃
性ガスの漏れ等を検知するための種々のガス検知素子が
開発されている。このガス検知素子について述べると、
現在実用化されているガス検知素子をその検知方法によ
って大別すると、半導体式と接触燃焼式とが上げられる
。前者は、高温（２００〜４００°Ｃ）に加熱された半
導体（一般に金属酸化物半導体５ｎｏ２． ｚｎｏ、、
、γ−Ｆｅ２Ｏ３等）がプロパンガスなどの可燃性ガ
スと接触した時に電気抵抗値が低下する性質を利用した
ものである。
この半導体方式の欠点は、半導体材料を高温で筺用する
ため、その材料自身や電極材料および加熱するためのヒ
ータ材料等が変化しやすいこと等である。またその構造
も複雑になり易く、強度の面でも不充分なものもある。
ため、その材料自身や電極材料および加熱するためのヒ
ータ材料等が変化しやすいこと等である。またその構造
も複雑になり易く、強度の面でも不充分なものもある。
しかし半導体方式は出力が大きい利点を生かし、いち早
く実用化された。
く実用化された。
後者の接滋燃焼式は、自己発熱（約８００〜４００°Ｃ
）している白金または白金と他の貴金属からなる巻線ま
たは厚膜状の抵抗体がガスと接触すると、自ら酸化触媒
として作用するため巻線または厚膜状の抵抗体が温度上
昇し、この時、巻線又は厚膜状抵抗体の抵抗一温度係数
が正であるので抵抗が増加し、その増加量を検出するよ
うにしたものである。この方法によれば、温度係数が小
さいため、発生する出力も小さく増幅回路を必要とする
欠点がある。しかし、信号として得られる出力がガス濃
度に対して直線的に増加するという利点がある。
）している白金または白金と他の貴金属からなる巻線ま
たは厚膜状の抵抗体がガスと接触すると、自ら酸化触媒
として作用するため巻線または厚膜状の抵抗体が温度上
昇し、この時、巻線又は厚膜状抵抗体の抵抗一温度係数
が正であるので抵抗が増加し、その増加量を検出するよ
うにしたものである。この方法によれば、温度係数が小
さいため、発生する出力も小さく増幅回路を必要とする
欠点がある。しかし、信号として得られる出力がガス濃
度に対して直線的に増加するという利点がある。
以上ガス検知素子の検知原理に基づく二つの方式につい
て述べたが、近年マイクロプロセッサの普及に伴って、
新しい形でセンサへの要望が強マりつつある。それは第
１にエレクトロニクス産業のＩＣ化への大きな流れとと
もに各種センサの集積化への動き等である。これはマイ
クロプロセッサとともに、システム化された省エネルギ
ー、微小化へ向けての指向のためでもある。また第２１
こは、多品種少量が予想されるセンサ産業に対するセン
サの多Ｉｆｆ ｆｉＦ４化への要求である。これらの新
しい動きと、先に述べた現在実用化されているガス検知
素子を比べるに、センサ技術の中のガス検知素子の集積
化への遅れが目立っているといえる。
て述べたが、近年マイクロプロセッサの普及に伴って、
新しい形でセンサへの要望が強マりつつある。それは第
１にエレクトロニクス産業のＩＣ化への大きな流れとと
もに各種センサの集積化への動き等である。これはマイ
クロプロセッサとともに、システム化された省エネルギ
ー、微小化へ向けての指向のためでもある。また第２１
こは、多品種少量が予想されるセンサ産業に対するセン
サの多Ｉｆｆ ｆｉＦ４化への要求である。これらの新
しい動きと、先に述べた現在実用化されているガス検知
素子を比べるに、センサ技術の中のガス検知素子の集積
化への遅れが目立っているといえる。
この原因を考えると、通常のガス検知素子では感応部分
を数百°Ｃ以上に加熱しなければならず、ガス感応部を
そのままモノリシック半導体集積回路チップ上に形成し
ても正常には動作しないのである。これは現在実用化さ
■ているモノリシック半導体集積回路では１００〜１２
５°Ｃまでが動作温度の上限であるとされているからで
ある。したがって簡単に集積化することは困難といわざ
るを得ない。
を数百°Ｃ以上に加熱しなければならず、ガス感応部を
そのままモノリシック半導体集積回路チップ上に形成し
ても正常には動作しないのである。これは現在実用化さ
■ているモノリシック半導体集積回路では１００〜１２
５°Ｃまでが動作温度の上限であるとされているからで
ある。したがって簡単に集積化することは困難といわざ
るを得ない。
しかし、シリコンで形成したセンサ部が他の材料で形成
したセンサ部より劣っていても、全体として演算、増１
順などの周辺回路を一体化し、単体としてのセンサ以上
の性能が得られることも十分考えられる。
したセンサ部より劣っていても、全体として演算、増１
順などの周辺回路を一体化し、単体としてのセンサ以上
の性能が得られることも十分考えられる。
本発明はかかる現状の検知素子を集積化するに際し、ま
ったく新しい形を採用することによって今までの問題点
を解決しようとするものである。
ったく新しい形を採用することによって今までの問題点
を解決しようとするものである。
すなわち本発明にかかる集積化ガス検知素子の構成は、
■自己宛熱し、かつガスの存在で接触燃焼するヒータ部
分と同じような熱的性質（熱容量、温度係数、熱伝導率
等）をもち、かつガスの存在で温度上界のないヒータ部
分の一対のガス濃度一温度変換部分と、■各ヒータ部に
近接し熱伝導をある程度受けやすい部分（こそれぞれト
ランジスタ集積型温度センサを配し、その゛庖流出力を
前記ヒータ部の温度差に対応するようにした温度差−電
流変換部とからなるものである。
■自己宛熱し、かつガスの存在で接触燃焼するヒータ部
分と同じような熱的性質（熱容量、温度係数、熱伝導率
等）をもち、かつガスの存在で温度上界のないヒータ部
分の一対のガス濃度一温度変換部分と、■各ヒータ部に
近接し熱伝導をある程度受けやすい部分（こそれぞれト
ランジスタ集積型温度センサを配し、その゛庖流出力を
前記ヒータ部の温度差に対応するようにした温度差−電
流変換部とからなるものである。
このようなガス検知素子の特徴の第１は、接触燃焼方式
であるため、出力が存在するガスの濃度に比例する点に
ある。これは存在するガスによる燃焼によってヒータ部
が濃度に比例して温度上昇するためである。しかし本発
明ではその出力を抵抗の温度係数の変化として取り出さ
ず、温度上昇分を温度センサで電流という電気信号で取
り出すところに大きな特徴がある。これは、自己発熱部
分は温度が高い上、触媒などと反応しやすいので、感応
特性の劣化が促進されて徐々に感応特性としての出力が
変化しやすいという欠点を除去するためである。次に、
温度上昇分を温度センサで出力変換することが本発明の
第２の特徴である。そしてこの温度センサでは、温度に
対し直線的に電流が変化するので、全体としてガス濃度
に対して直線的に変化するｆｉｔ気的気力出力て得られ
る。さらＧこ、雰囲気温度に対しては、２つのヒータ部
によって補償されるので、ある程度周囲温度が変化して
も、両者に温度差がなければ出力として現われず、した
がって発熱量に温度依存性がなければ、何ら回路的に補
賞する必要がないものである。
であるため、出力が存在するガスの濃度に比例する点に
ある。これは存在するガスによる燃焼によってヒータ部
が濃度に比例して温度上昇するためである。しかし本発
明ではその出力を抵抗の温度係数の変化として取り出さ
ず、温度上昇分を温度センサで電流という電気信号で取
り出すところに大きな特徴がある。これは、自己発熱部
分は温度が高い上、触媒などと反応しやすいので、感応
特性の劣化が促進されて徐々に感応特性としての出力が
変化しやすいという欠点を除去するためである。次に、
温度上昇分を温度センサで出力変換することが本発明の
第２の特徴である。そしてこの温度センサでは、温度に
対し直線的に電流が変化するので、全体としてガス濃度
に対して直線的に変化するｆｉｔ気的気力出力て得られ
る。さらＧこ、雰囲気温度に対しては、２つのヒータ部
によって補償されるので、ある程度周囲温度が変化して
も、両者に温度差がなければ出力として現われず、した
がって発熱量に温度依存性がなければ、何ら回路的に補
賞する必要がないものである。
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。先づ
、トランジスタ集積型温度センサについて簡単に説明す
る１、特徴としては、ＩＣ化技術でワンチップ化が可能
であることおよび温度に対し比較的精度良い出力信号が
得られることである。
、トランジスタ集積型温度センサについて簡単に説明す
る１、特徴としては、ＩＣ化技術でワンチップ化が可能
であることおよび温度に対し比較的精度良い出力信号が
得られることである。
そこで電流出力型について簡単に述べる。第１図にトラ
ンジスタ集積化温度センサの基本回路を示す。第１図に
おいて、（Ｑｌ ）（Ｑ２）はｐｎｐ トランジスタ、
（Ｑ３ ） （Ｑ４）はｎｐｎ ）ランジスタで、それ
ぞれ整合がとれているものとする。一定のエミッタ電流
比で動作しているトランジスタ（Ｑ３）（Ｑ、 ）のそ
れぞれのベース・エミッタ間の電圧ＶＢＥ３． Ｖ、、
、と抵抗（Ｒ）の両端の電圧■Ｔの関係は ＶＢＥ ４ ＝ ＶＴ 十ＶＰ、Ｅ ３−・・（１）で
表わされる。したがって抵抗（Ｒ）の両端の電圧ＶＴは ｖＴ工ｖＢＥ、−ＶＢＥ３・・・・・（２）となる。一
般にトランジスタのベース・エミッタ間ｍ圧Ｖ□とエミ
ッタ下流ＩＥとの関係は次式で表わされる。
ンジスタ集積化温度センサの基本回路を示す。第１図に
おいて、（Ｑｌ ）（Ｑ２）はｐｎｐ トランジスタ、
（Ｑ３ ） （Ｑ４）はｎｐｎ ）ランジスタで、それ
ぞれ整合がとれているものとする。一定のエミッタ電流
比で動作しているトランジスタ（Ｑ３）（Ｑ、 ）のそ
れぞれのベース・エミッタ間の電圧ＶＢＥ３． Ｖ、、
、と抵抗（Ｒ）の両端の電圧■Ｔの関係は ＶＢＥ ４ ＝ ＶＴ 十ＶＰ、Ｅ ３−・・（１）で
表わされる。したがって抵抗（Ｒ）の両端の電圧ＶＴは ｖＴ工ｖＢＥ、−ＶＢＥ３・・・・・（２）となる。一
般にトランジスタのベース・エミッタ間ｍ圧Ｖ□とエミ
ッタ下流ＩＥとの関係は次式で表わされる。
したがってＶＢＥは、
ここで、ｋはボルツマン定数、ＩＳはエミッタ飽和電流
、ｑは電子の電荷、Ｔは絶対温度である。
、ｑは電子の電荷、Ｔは絶対温度である。
式から適当なｔＥのもとでは、ｖｎｕは絶対温度ＴＭこ
比例することがわかる。
比例することがわかる。
そこで（４）式を（２）式に代入すると、Ｔ
ＶＴ −一°ｌ（、ｒ −・・（６）ここで
ｒ＝８とすると となり、流れる全電流■は、トランジスタ（Ｑｌ）（Ｑ
２）によるカレントミラー効果により１ｉｔｔ−ＩｒＬ
２であるので ＶＴ ８５８ １ ＝ ２１Ｅ、＝ −、＝−・Ｔ（μＡ） ・・・・
・・（８）Ｒ Ｒ−８５８（Ω）とすれば、 １＝Ｔ（μＡ／Ｋ ＞ ・・・−・・ （９
）となり、絶対温度Ｔｌこ対応しｔ：出力が得られるこ
とがわかる。この電流出力型の温度センサの特徴は、電
流出力であるので、入力電圧の変動に対しては、あまり
影普を受けず、かつ２端子であるので、それ程複雑な回
路構成にならない点、また、絶対温度に比例した出力と
なるので、上昇温度分の計測について正確な値を得るこ
とが可能である点などである。
ｒ＝８とすると となり、流れる全電流■は、トランジスタ（Ｑｌ）（Ｑ
２）によるカレントミラー効果により１ｉｔｔ−ＩｒＬ
２であるので ＶＴ ８５８ １ ＝ ２１Ｅ、＝ −、＝−・Ｔ（μＡ） ・・・・
・・（８）Ｒ Ｒ−８５８（Ω）とすれば、 １＝Ｔ（μＡ／Ｋ ＞ ・・・−・・ （９
）となり、絶対温度Ｔｌこ対応しｔ：出力が得られるこ
とがわかる。この電流出力型の温度センサの特徴は、電
流出力であるので、入力電圧の変動に対しては、あまり
影普を受けず、かつ２端子であるので、それ程複雑な回
路構成にならない点、また、絶対温度に比例した出力と
なるので、上昇温度分の計測について正確な値を得るこ
とが可能である点などである。
本発明では、この電流出力型集積化温度センサを一対用
いて、接触燃焼ヒータ部と、補償用ヒータ部の温度上昇
分の差（ガスの存在による両ヒータ部の温度差）を計測
し、出力させることを特徴としている。
いて、接触燃焼ヒータ部と、補償用ヒータ部の温度上昇
分の差（ガスの存在による両ヒータ部の温度差）を計測
し、出力させることを特徴としている。
次に、この集積化温度センサの構成を第２図に示す。第
２図において、Ｔ、 、 Ｉ２はそれぞれ電流出力型の
集積化温度センサ、Ｅ、 、 Ｅ２は該センサの電源で
ある。今、各温度センサの周囲温度が等しい時、Ｔ、
、 Ｉ２に流れる電流Ｉｌ ＋ ’２は等しいので、１
ｏ” Ｉｔ −Ｉ２ ””” ００からＩ、、＝
０である。しかし、ここでＴ１の周囲温度がｌＯｏＣ高
くなったとすると、Ｉｏ＝１０μＡとなり、Ｉ２とＴ１
の温度差が出力されることとなる。逆にＩ２の方が温度
が高ければ、Ｉｏはマイナスとなるが、その絶対値はＴ
１と１２の温度差が出力されるはずである。
２図において、Ｔ、 、 Ｉ２はそれぞれ電流出力型の
集積化温度センサ、Ｅ、 、 Ｅ２は該センサの電源で
ある。今、各温度センサの周囲温度が等しい時、Ｔ、
、 Ｉ２に流れる電流Ｉｌ ＋ ’２は等しいので、１
ｏ” Ｉｔ −Ｉ２ ””” ００からＩ、、＝
０である。しかし、ここでＴ１の周囲温度がｌＯｏＣ高
くなったとすると、Ｉｏ＝１０μＡとなり、Ｉ２とＴ１
の温度差が出力されることとなる。逆にＩ２の方が温度
が高ければ、Ｉｏはマイナスとなるが、その絶対値はＴ
１と１２の温度差が出力されるはずである。
したがって、本発明の目的であるガス濃度の計測には、
この温度センサ部に近接して、接触燃焼モータ部および
補償ヒータを設け、かつ温度センサの出力形式を温度差
出力とすれば、ガスに対する接触燃焼温度の出力、すな
わちガス濃度が直線的に出力されるのである。以上述べ
た集積化ガス検知素子の詳細を製造方法にしたがって具
体的に述べる。
この温度センサ部に近接して、接触燃焼モータ部および
補償ヒータを設け、かつ温度センサの出力形式を温度差
出力とすれば、ガスに対する接触燃焼温度の出力、すな
わちガス濃度が直線的に出力されるのである。以上述べ
た集積化ガス検知素子の詳細を製造方法にしたがって具
体的に述べる。
比抵抗２０ないし８０Ω・儂、厚み４００μｍのｐ型シ
リコンウェハを用いる。まず発熱体ヒータの方であるが
、ｐ型シリコンウェハ上にｎ型エピタキシャル層を約１
０μの深さで形成する。このエピタキシャル層に選択的
にボロンを熱拡散し、０．１〜０゜２Ω・篩程度のＰ＋
型１１を形成する。この低抵抗部が加熱用のヒータ部と
なり、両端に電極の接続をするための窓を明けておく。
リコンウェハを用いる。まず発熱体ヒータの方であるが
、ｐ型シリコンウェハ上にｎ型エピタキシャル層を約１
０μの深さで形成する。このエピタキシャル層に選択的
にボロンを熱拡散し、０．１〜０゜２Ω・篩程度のＰ＋
型１１を形成する。この低抵抗部が加熱用のヒータ部と
なり、両端に電極の接続をするための窓を明けておく。
第８図は本発明のガス検知素子の平面図である。
（１）はシリコンウェハ、（２）はＶ副抵抗拡散部であ
るボロン拡散加熱抵抗体であり、ｆｆｌ極取り出し用窓
（３）を介して加熱用電源パッド（４）および（５）へ
アルミニウムＭ配線で接続を行なっている。次に、温度
センサ部（６）を図のように前記Ｐト型抵抗拡散部（旧
こ近接（約２００１１）シた部分に設ける。この時の内
部構成は（１）を基本回路とし、トランジスタ自身のア
ーリー効果や抵抗体の温度特性の補償などを行なうため
、やや複雑なものとなっている。この温度センサ部の形
成は一般の集積回路の製造方法と河ら異なるものではな
く、実際には加熱用ヒータ部（図示せず）の作成もこの
温度センサの製造工程中のＦト拡散と同時に行なってい
るものである。
るボロン拡散加熱抵抗体であり、ｆｆｌ極取り出し用窓
（３）を介して加熱用電源パッド（４）および（５）へ
アルミニウムＭ配線で接続を行なっている。次に、温度
センサ部（６）を図のように前記Ｐト型抵抗拡散部（旧
こ近接（約２００１１）シた部分に設ける。この時の内
部構成は（１）を基本回路とし、トランジスタ自身のア
ーリー効果や抵抗体の温度特性の補償などを行なうため
、やや複雑なものとなっている。この温度センサ部の形
成は一般の集積回路の製造方法と河ら異なるものではな
く、実際には加熱用ヒータ部（図示せず）の作成もこの
温度センサの製造工程中のＦト拡散と同時に行なってい
るものである。
この温度センサ部（６）と各電極パッド（７） （８）
（９）は図の通りである。
（９）は図の通りである。
このようにしてできた素子の全面に酸化シリコ１
ン膜５ｉ０２を形成する。その後パッド部（４） （５
） （７） （８） （９）に窓を開けておく。次にガ
スに対して触媒として酸化第二鉄（Ｆｅ２０３）にパラ
ジウム（Ｐｄ）を含ノしだものを用い、スパッタ法でα
Ｑの部分ｉこ膜を形成する。したがって、触媒膜００が
形成させた方がガスに対して接触燃焼する作用をし、逆
に触媒膜が形成されなかった方が加熱用ヒータとして働
くもののガスに対しては不感となるのである。
） （７） （８） （９）に窓を開けておく。次にガ
スに対して触媒として酸化第二鉄（Ｆｅ２０３）にパラ
ジウム（Ｐｄ）を含ノしだものを用い、スパッタ法でα
Ｑの部分ｉこ膜を形成する。したがって、触媒膜００が
形成させた方がガスに対して接触燃焼する作用をし、逆
に触媒膜が形成されなかった方が加熱用ヒータとして働
くもののガスに対しては不感となるのである。
第４図に以上のようにして得られたガス検知素子の接続
方法を記す。第４図においてαηは接触燃焼ヒータ部と
しての触媒側加熱ヒータ部、Ｑ″４は補償用ヒータ部と
しての補償側加熱ヒータ部、α葎α荀は温度センサ部、
（イ）α・は温度センサ供給用電源、（Ｉηは加熱ヒー
タ部用電源、［相］は出力電流計である。
方法を記す。第４図においてαηは接触燃焼ヒータ部と
しての触媒側加熱ヒータ部、Ｑ″４は補償用ヒータ部と
しての補償側加熱ヒータ部、α葎α荀は温度センサ部、
（イ）α・は温度センサ供給用電源、（Ｉηは加熱ヒー
タ部用電源、［相］は出力電流計である。
このようにして接続した本実施例に基づくガス検知素子
を実際に各種のガス雰囲気で計測した結果の一例を第５
図に示す。計測条件としては、加熱用電源の電圧は１．
８５Ｖとし、この時の消費電力は１２０ｍＷであった。
を実際に各種のガス雰囲気で計測した結果の一例を第５
図に示す。計測条件としては、加熱用電源の電圧は１．
８５Ｖとし、この時の消費電力は１２０ｍＷであった。
被検ガスとしては水素Ｈ２、イソブタン（ｉ−Ｃ４Ｈ１
ｏ）、エチルアルコール（Ｃ，Ｈ５０Ｈ）の８種類につ
いて実施した。第５図かられかるように、Ｃ２Ｈ５０Ｈ
が最も反応しやすく、０．６％のガス濃度で約７．６μ
Ａの電流出力が得られた。このことは、先に示した通り
、約７．５°Ｃの温度上昇の差が各温度センサに存在し
たことを示すものである。この他、イソブタン、水素に
ついても図の通りであった。また得られる電流出力もガ
スの濃度に対して直線的に変化するものである。
ｏ）、エチルアルコール（Ｃ，Ｈ５０Ｈ）の８種類につ
いて実施した。第５図かられかるように、Ｃ２Ｈ５０Ｈ
が最も反応しやすく、０．６％のガス濃度で約７．６μ
Ａの電流出力が得られた。このことは、先に示した通り
、約７．５°Ｃの温度上昇の差が各温度センサに存在し
たことを示すものである。この他、イソブタン、水素に
ついても図の通りであった。また得られる電流出力もガ
スの濃度に対して直線的に変化するものである。
第６図はハイブリット型の構成によって得られた本発明
にかかる実施例の斜視図を示す。第６図において、四は
アルミナ焼結基板、（ホ）ＱＩ）は印刷法によって形成
されたヒータ部用と温度検出力用の金電極である。（イ
）は基板Ｏす上に接着されたモノリシック型の半導体温
度センサ、（ホ）は同じく印刷焼付けによって得られた
白金ブレース抵抗発熱体、（財）は接触燃焼をする触媒
膜である。
にかかる実施例の斜視図を示す。第６図において、四は
アルミナ焼結基板、（ホ）ＱＩ）は印刷法によって形成
されたヒータ部用と温度検出力用の金電極である。（イ
）は基板Ｏす上に接着されたモノリシック型の半導体温
度センサ、（ホ）は同じく印刷焼付けによって得られた
白金ブレース抵抗発熱体、（財）は接触燃焼をする触媒
膜である。
本発明は、可燃性ガスの接触による温度上昇分のみを温
度検出部分から取り出すことを目的としたものであるの
で、それぞれの構成をハイブリッド型およびモノリシッ
ク型としても同一の効果を得ることができるものである
。
度検出部分から取り出すことを目的としたものであるの
で、それぞれの構成をハイブリッド型およびモノリシッ
ク型としても同一の効果を得ることができるものである
。
また、本実施例では、加熱用ヒータを、ｆ型抵抗拡散法
および厚膜印刷法を用いて形成したが、スパッタ法や真
空蒸着法等を用いても得ることができる。また材料とし
て５ｉＣｒなどを用いても、同様の効果を得ることが可
能であることはいうまでもない。また本実施例では、触
媒として酸化鉄−パラジウムを用いたが、目的とするガ
スに応じて白金およびロジウム等あるいは酸化鉄のかわ
りに酸化スズ、酸化亜鉛等を用いることも有効な手段と
いえる。
および厚膜印刷法を用いて形成したが、スパッタ法や真
空蒸着法等を用いても得ることができる。また材料とし
て５ｉＣｒなどを用いても、同様の効果を得ることが可
能であることはいうまでもない。また本実施例では、触
媒として酸化鉄−パラジウムを用いたが、目的とするガ
スに応じて白金およびロジウム等あるいは酸化鉄のかわ
りに酸化スズ、酸化亜鉛等を用いることも有効な手段と
いえる。
なお、本発明の実施例では、モノリシック半導体技術を
応用し、検知素子の構成のすべてを集積化して得る方法
について述べたが、必ずしもモノリシック半導体化する
必要はない。
応用し、検知素子の構成のすべてを集積化して得る方法
について述べたが、必ずしもモノリシック半導体化する
必要はない。
以上のように、本発明によるガス検知素子の検知原理は
接触燃焼を利用しているが、従来のように発熱抵抗体の
微弱な抵抗温度係数を検出するのではなく、温度上昇分
のみを取り出すのであるから、従来のように検出感度を
上げるため、動作させる温度を必要以上に高くするよう
なことを要せず、従来程に動作温度を上げな（とも充分
に動作させることが可能となった。また、そのため、接
触燃焼する触媒も低温で動作させることが可能と１つ なり、長期部たって信頼性のすぐれたセンサを得るに至
ったものである。さらに、検出部の温度センサ部もモノ
リシック半導体集積回路の実使用温度（１２５°Ｃ以下
）近くで使用が可能となったので、全体を集積化するこ
とができ、小型で軽量かつ省電力化を実現できるもので
ある。
接触燃焼を利用しているが、従来のように発熱抵抗体の
微弱な抵抗温度係数を検出するのではなく、温度上昇分
のみを取り出すのであるから、従来のように検出感度を
上げるため、動作させる温度を必要以上に高くするよう
なことを要せず、従来程に動作温度を上げな（とも充分
に動作させることが可能となった。また、そのため、接
触燃焼する触媒も低温で動作させることが可能と１つ なり、長期部たって信頼性のすぐれたセンサを得るに至
ったものである。さらに、検出部の温度センサ部もモノ
リシック半導体集積回路の実使用温度（１２５°Ｃ以下
）近くで使用が可能となったので、全体を集積化するこ
とができ、小型で軽量かつ省電力化を実現できるもので
ある。
以上述べた如く、本発明にもとづくガス検知素子は小型
軽量で、量産性に富み、かつ省電力で動作する新しい構
造、検知原理に基づくものであり、各種のガス防災機器
システムなどに応用出来るなど、その実用的価値は極め
て大なるものである。
軽量で、量産性に富み、かつ省電力で動作する新しい構
造、検知原理に基づくものであり、各種のガス防災機器
システムなどに応用出来るなど、その実用的価値は極め
て大なるものである。
第１図はトランジスタ集積化温度センサの基本回路図、
第２図は温度差検出回路構成図第８図は本発明の集積化
ガス検知素子の平面図、第４図は本発明の集積化ガス検
知素子の回路構成図、第６、、い 図は本発明の集積化ガス検知素子の計測結果を示を特性
図、第６図はハイブリッド型ガス検知素子の斜視図であ
る。 ・・・加熱用電源パッド（触媒側）、（５）・・・加熱
用電源パッド（補償側）、（６）・・・温度センサ部、
（７）・・・電流出力端用パッド、（８） （’１１）
・・・温度センサ電源用ノ（・ノド、０１・・・触媒膜
、０■・・・触媒側加熱ヒータ部、＠・・・補償側加熱
ヒータ部、（２）・・・温度センサ（触媒側）、ｑ◆・
・・温度センサ（補償側）、（ト）・・・温度センサ用
電源（補償側）、Ｏす・・・温度センサ用電源（触媒側
）、αη・・・加熱ヒータ部用電源 代理人 森 本 義 弘 〜 隼 ） （ １″′″ １ ト 叱 第３図 １ｑ
第２図は温度差検出回路構成図第８図は本発明の集積化
ガス検知素子の平面図、第４図は本発明の集積化ガス検
知素子の回路構成図、第６、、い 図は本発明の集積化ガス検知素子の計測結果を示を特性
図、第６図はハイブリッド型ガス検知素子の斜視図であ
る。 ・・・加熱用電源パッド（触媒側）、（５）・・・加熱
用電源パッド（補償側）、（６）・・・温度センサ部、
（７）・・・電流出力端用パッド、（８） （’１１）
・・・温度センサ電源用ノ（・ノド、０１・・・触媒膜
、０■・・・触媒側加熱ヒータ部、＠・・・補償側加熱
ヒータ部、（２）・・・温度センサ（触媒側）、ｑ◆・
・・温度センサ（補償側）、（ト）・・・温度センサ用
電源（補償側）、Ｏす・・・温度センサ用電源（触媒側
）、αη・・・加熱ヒータ部用電源 代理人 森 本 義 弘 〜 隼 ） （ １″′″ １ ト 叱 第３図 １ｑ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 可燃性ガスの存在により接触燃焼する発熱抵抗体
と、可燃性ガスの存在に対し不感な発熱抵抗体の一対の
それぞれの近傍に、絶対温度に対し直線的に電流が変化
するように構成した温度センサを設け、可燃性ガスの接
触による温度上昇分を該温度センサ対の電流差として取
出すようにしたガス検知素子。 ２、一対の抵抗体および一対の集積化温度センサをシリ
コン基板上にワンチップ化して設けたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のガス検知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20565181A JPS58106451A (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20565181A JPS58106451A (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | ガス検知素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58106451A true JPS58106451A (ja) | 1983-06-24 |
| JPS6245484B2 JPS6245484B2 (ja) | 1987-09-28 |
Family
ID=16510413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20565181A Granted JPS58106451A (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58106451A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2577320A1 (fr) * | 1985-02-09 | 1986-08-14 | Draegerwerk Ag | Detecteur de gaz a plusieurs elements detecteurs. |
| CN107632044A (zh) * | 2016-07-18 | 2018-01-26 | 意法半导体有限公司 | 小型气体分析器 |
| US10557812B2 (en) | 2016-12-01 | 2020-02-11 | Stmicroelectronics Pte Ltd | Gas sensors |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0478376U (ja) * | 1990-11-20 | 1992-07-08 |
-
1981
- 1981-12-18 JP JP20565181A patent/JPS58106451A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2577320A1 (fr) * | 1985-02-09 | 1986-08-14 | Draegerwerk Ag | Detecteur de gaz a plusieurs elements detecteurs. |
| CN107632044A (zh) * | 2016-07-18 | 2018-01-26 | 意法半导体有限公司 | 小型气体分析器 |
| US10429330B2 (en) | 2016-07-18 | 2019-10-01 | Stmicroelectronics Pte Ltd | Gas analyzer that detects gases, humidity, and temperature |
| US10557812B2 (en) | 2016-12-01 | 2020-02-11 | Stmicroelectronics Pte Ltd | Gas sensors |
| US11543378B2 (en) | 2016-12-01 | 2023-01-03 | Stmicroelectronics Pte Ltd | Gas sensors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6245484B2 (ja) | 1987-09-28 |
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