JPS6060547A - ガス検出装置 - Google Patents
ガス検出装置Info
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- JPS6060547A JPS6060547A JP16747283A JP16747283A JPS6060547A JP S6060547 A JPS6060547 A JP S6060547A JP 16747283 A JP16747283 A JP 16747283A JP 16747283 A JP16747283 A JP 16747283A JP S6060547 A JPS6060547 A JP S6060547A
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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
- G01N27/12—Investigating 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
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】
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１ｑるガス検出装置
に関するものである。
都市ガスのガスもれ警報器に適用し１ｑるガス検出装置
に関するものである。
従来技術
従来のガス検出装置には、金属酸化物を使用する半導体
検出方式と、触媒を使用した熱線式（接触燃焼式）のも
のがあるが、何れの場合にもヒーターを用いてガス感応
素子を加熱することが必要である。従って、ガス検出装
置には通常ヒーターが組込まれており、消費質ノコが大
きくなるという問題があった。その為、微細加工による
マイクロヒーターを使用する超微細形状のガス検出装置
が提案されている。マイクロヒーターを用いたカス検出
装置１０の平面図を第１図に、第１図の線分１−Ｉ線に
よる断面図を第２図に示す。基板１上に絶縁層２を介し
て金属層３が形成されており、金属層３は、夫々両端に
電極部Ａ〜Ｆを有する３本のパターン３ａ 、３ｂ 、
３ｃにパターン形成されている。また、３本のパターン
３ａ、３ｂ。
検出方式と、触媒を使用した熱線式（接触燃焼式）のも
のがあるが、何れの場合にもヒーターを用いてガス感応
素子を加熱することが必要である。従って、ガス検出装
置には通常ヒーターが組込まれており、消費質ノコが大
きくなるという問題があった。その為、微細加工による
マイクロヒーターを使用する超微細形状のガス検出装置
が提案されている。マイクロヒーターを用いたカス検出
装置１０の平面図を第１図に、第１図の線分１−Ｉ線に
よる断面図を第２図に示す。基板１上に絶縁層２を介し
て金属層３が形成されており、金属層３は、夫々両端に
電極部Ａ〜Ｆを有する３本のパターン３ａ 、３ｂ 、
３ｃにパターン形成されている。また、３本のパターン
３ａ、３ｂ。
３Ｃの中心部分の下方において、基板１に空洞部１ａが
形成されると共に、パターン３ａ、３ｂ。
形成されると共に、パターン３ａ、３ｂ。
３Ｃを覆ってガス感応物質層４が形成されている。
３本のパターンのうち３ａと３０はヒーターであり３ｂ
はガス検知用リードである。２本のヒーター３ａ 、３
ｃがガス検知用リード３ｂを挾んでいるのは、ガス感応
物質層４の温度分布を均一にする為である。第３図に示
される様に、基板１の空洞部１ａの上に張出部を形成し
ている部分の寸法は、例えばβ＝４０μＩ１１． ｍ
＝ ５００μｍ、張出部の面積＝２Ｘ１０’賜２程度で
ある。第４図は、ガス検出装置１０の駆動方法を示す回
路図である。電極Ａ−Ｄ間及び電極Ｃ−Ｆ間に電源Ｐに
よりパルス電圧を印加すると、ヒーター３ａ、３ｃによ
ってカス感応物質層４は加熱され、抵抗値が下がる。
はガス検知用リードである。２本のヒーター３ａ 、３
ｃがガス検知用リード３ｂを挾んでいるのは、ガス感応
物質層４の温度分布を均一にする為である。第３図に示
される様に、基板１の空洞部１ａの上に張出部を形成し
ている部分の寸法は、例えばβ＝４０μＩ１１． ｍ
＝ ５００μｍ、張出部の面積＝２Ｘ１０’賜２程度で
ある。第４図は、ガス検出装置１０の駆動方法を示す回
路図である。電極Ａ−Ｄ間及び電極Ｃ−Ｆ間に電源Ｐに
よりパルス電圧を印加すると、ヒーター３ａ、３ｃによ
ってカス感応物質層４は加熱され、抵抗値が下がる。
ガス感応物質層４の抵抗値は、ガスを吸着すると更に２
〜３桁下がり、その結果、ヒーター３ａ。
〜３桁下がり、その結果、ヒーター３ａ。
３Ｃの電流ｉｐがカス検知用リード３ｂ側を流れる。従
って、ガス濃度を電極Ｂ−Ｅ間の電圧変動として検出す
ることができる。第４図に於いて、電極Ａ−Ｃ間及びＤ
−Ｆ間の抵抗値が常温でＰ。
って、ガス濃度を電極Ｂ−Ｅ間の電圧変動として検出す
ることができる。第４図に於いて、電極Ａ−Ｃ間及びＤ
−Ｆ間の抵抗値が常温でＰ。
＝５６０の場合、Ｉｐ ＝２２ｍ Ａ、 Ｖｐ ＝ １
．７ＶではＲ＝７７Ω（Ｒ／Ｒｏ ＝ １．３８ ）と
なり、約３７ｍＷの電力を消費する。更に、第１図の線
分１−ＩＩによる張出部の拡大断面図として第５図に示
す如く、ヒーターによる加熱方法（矢印参照）ではガス
感応物質層４に温度分布が生じ、加熱電力にロスが出る
上、ガス吸着効率も高まらず、特定のガスの選別がしに
くくなるという問題がある。
．７ＶではＲ＝７７Ω（Ｒ／Ｒｏ ＝ １．３８ ）と
なり、約３７ｍＷの電力を消費する。更に、第１図の線
分１−ＩＩによる張出部の拡大断面図として第５図に示
す如く、ヒーターによる加熱方法（矢印参照）ではガス
感応物質層４に温度分布が生じ、加熱電力にロスが出る
上、ガス吸着効率も高まらず、特定のガスの選別がしに
くくなるという問題がある。
又、第６図の拡大部分平面図に矢印で示す如く、ヒータ
ー３ａ、３ｃの張出し部側で発生した熱は、電極側Ａ、
Ｃに流失して電力ロスを生じる。これは、電極面Ａ、Ｃ
の面積が、ヒーター３ａ、３ｃの張出部側の面積に比べ
てはるかに大きく、しがも、熱容量の大きい基板１等と
接触しており、ヒーター３ａ 、 ３Ｃには抵抗加熱材
料で形成の容易な金属材料を使用している為熱伝導率が
良好であるという理由によるものである。
ー３ａ、３ｃの張出し部側で発生した熱は、電極側Ａ、
Ｃに流失して電力ロスを生じる。これは、電極面Ａ、Ｃ
の面積が、ヒーター３ａ、３ｃの張出部側の面積に比べ
てはるかに大きく、しがも、熱容量の大きい基板１等と
接触しており、ヒーター３ａ 、 ３Ｃには抵抗加熱材
料で形成の容易な金属材料を使用している為熱伝導率が
良好であるという理由によるものである。
目 的
本発明は以上の問題を解消する為になされたものであっ
て、消費電力の小さいガス検出装置を提供することを目
的とする。また、経時変化による影響が少なく、長寿命
である様なガス検出装置を提供することを目的とする。
て、消費電力の小さいガス検出装置を提供することを目
的とする。また、経時変化による影響が少なく、長寿命
である様なガス検出装置を提供することを目的とする。
構 成
本発明の構成について、以下、具体的な実施例に蟇づい
て説明する。本発明を適用したガス検出装置２０の平面
図をＭ７図に、第７図の線分■−■による断面図を第８
図に示す。基板２１上に絶縁層２２が形成されており、
基板２１には空洞部２５が設けられていて、空洞部２５
の上方では絶縁層２２は架橋構造となっている。架橋構
造の両端部では、絶縁層２２は基板２１により支持され
ており、更にその上に電極層２３ａ、２３ｂが形成され
ている。又、絶縁層２２の架橋構造部の上には、ガス感
応物質層２４が形成されており、このガス感応物質層２
４は電極層２３ａと電極層２３ｂとを接続している。基
板２１は、耐熱性があり、上部の層材料に影響を与える
ことなくアンダーカットエツチングすることができる様
な材料を使用する。例えば、８１．Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ。
て説明する。本発明を適用したガス検出装置２０の平面
図をＭ７図に、第７図の線分■−■による断面図を第８
図に示す。基板２１上に絶縁層２２が形成されており、
基板２１には空洞部２５が設けられていて、空洞部２５
の上方では絶縁層２２は架橋構造となっている。架橋構
造の両端部では、絶縁層２２は基板２１により支持され
ており、更にその上に電極層２３ａ、２３ｂが形成され
ている。又、絶縁層２２の架橋構造部の上には、ガス感
応物質層２４が形成されており、このガス感応物質層２
４は電極層２３ａと電極層２３ｂとを接続している。基
板２１は、耐熱性があり、上部の層材料に影響を与える
ことなくアンダーカットエツチングすることができる様
な材料を使用する。例えば、８１．Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ。
ＮｉＣｒ、ステンレス等が好適である。厚さは０．１〜
１ｍ１１１とすると良い。絶縁層２２は、耐熱性。
１ｍ１１１とすると良い。絶縁層２２は、耐熱性。
絶縁性が高い材料、例えばＳｉ ３ Ｎ４ 、Ｓｉ ０
２゜３ｎ ０２ 、 Ｔｉ ０２ 、 Ｔａ ２０ｓ
、 Ｍ（Ｉ Ｏ。
２゜３ｎ ０２ 、 Ｔｉ ０２ 、 Ｔａ ２０ｓ
、 Ｍ（Ｉ Ｏ。
Ａｊ２２０３．Ｚｒ ０２等を使用する。厚さハ０．５
〜５μ量・・と□すると良い。電極層２３ａ 、２３ｂ
は高導電率の材料、例えばＴｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ
、 Ａｕ、ｐｔ、 Ｒｔ＋、Ｗ、ＭｏやＷＣ等の金属酸
化物、ｐｔ３＋等の金属酸化物、 ７ａ ２ Ｎ等の金
属窒化物等を使用し、厚さは０．５〜５ ｐｍとづると
良い。ガス感応物質層２４は、金属酸化物半導体材料、
例えば３ｎ ０２ 、 Ｆｅ ２０３ 、 Ｚｎ Ｏ等
を使用し厚さは０．５〜５ ｐｍ程度とすると良い。
〜５μ量・・と□すると良い。電極層２３ａ 、２３ｂ
は高導電率の材料、例えばＴｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＮｉＣｒ
、 Ａｕ、ｐｔ、 Ｒｔ＋、Ｗ、ＭｏやＷＣ等の金属酸
化物、ｐｔ３＋等の金属酸化物、 ７ａ ２ Ｎ等の金
属窒化物等を使用し、厚さは０．５〜５ ｐｍとづると
良い。ガス感応物質層２４は、金属酸化物半導体材料、
例えば３ｎ ０２ 、 Ｆｅ ２０３ 、 Ｚｎ Ｏ等
を使用し厚さは０．５〜５ ｐｍ程度とすると良い。
次に、第７図のガス検出装置２０の動作原理について説
明する。ガス感応物質層２４である金属酸化物半導体は
、第９図に示す如く、粒子の集合体で層を形成しており
、粒子間の接点が小さい為接触抵抗が大きい。この層に
矢印で示す如く電流を流すと、粒子本体よりも粒子間の
接点に於いて、より多くのジュール熱が発生する。第９
図の電流径路に沿った温度分布の状態をモデル化したグ
ラフを第１０図に示す。第１０図に於いて、横軸は電流
径路であり、縦軸は温度を表わす。横軸のＡ。
明する。ガス感応物質層２４である金属酸化物半導体は
、第９図に示す如く、粒子の集合体で層を形成しており
、粒子間の接点が小さい為接触抵抗が大きい。この層に
矢印で示す如く電流を流すと、粒子本体よりも粒子間の
接点に於いて、より多くのジュール熱が発生する。第９
図の電流径路に沿った温度分布の状態をモデル化したグ
ラフを第１０図に示す。第１０図に於いて、横軸は電流
径路であり、縦軸は温度を表わす。横軸のＡ。
Ｂ、Ｃの位置が、第９図の電流径路に於ける点Ａ。
Ｂ、Ｃに対応する。粒子内部Ａよりも、粒子間の接点Ｂ
、Ｃで特に温度が高くなっている。ガス感応物質層２４
は、架橋構造を成す絶縁層２２により基板２１の空洞部
上に保持されている上微細な形状の為に熱害口が小さい
から、上述の如き自己発熱によって、ガス吸着を行なう
為の十分な温度に達する。第１１図はガス検出装置２ｏ
の駆動回路の１例である。ガス検出装置２ｏを検出素子
とし、外気から遮断する様にガス検出装＠２０を密封し
たものを温度補償素子１９として、抵抗器１１、可変抵
抗器１２と共に従来公知のブリッジ回路構成としたもの
である。電池又はパルス電源１３によって駆動され、端
子１４．１５間の出力電圧Ｖ ｏｕｒの変動によりガス
濃度を検出する。ガス検出装置２０は環境温度の影響を
受、け易い為、第１１図の如きブリッジ回路で駆動する
ことが好ましい。第７図のガス感応物質層の面積を、第
３図に示した従来技術に於けるヒータ一部分く架橋構造
部分）と同じにした場合、ガス検出装置２ｏに於いて駆
動電圧が１．７Ｖのとき電流値は０．５ｍＡ。
、Ｃで特に温度が高くなっている。ガス感応物質層２４
は、架橋構造を成す絶縁層２２により基板２１の空洞部
上に保持されている上微細な形状の為に熱害口が小さい
から、上述の如き自己発熱によって、ガス吸着を行なう
為の十分な温度に達する。第１１図はガス検出装置２ｏ
の駆動回路の１例である。ガス検出装置２ｏを検出素子
とし、外気から遮断する様にガス検出装＠２０を密封し
たものを温度補償素子１９として、抵抗器１１、可変抵
抗器１２と共に従来公知のブリッジ回路構成としたもの
である。電池又はパルス電源１３によって駆動され、端
子１４．１５間の出力電圧Ｖ ｏｕｒの変動によりガス
濃度を検出する。ガス検出装置２０は環境温度の影響を
受、け易い為、第１１図の如きブリッジ回路で駆動する
ことが好ましい。第７図のガス感応物質層の面積を、第
３図に示した従来技術に於けるヒータ一部分く架橋構造
部分）と同じにした場合、ガス検出装置２ｏに於いて駆
動電圧が１．７Ｖのとき電流値は０．５ｍＡ。
消費電力は０．８５ｍＷとなる。ここで、微細加工技術
上、第７図のガス感応物質層の面積が１ Ｊｌｍ ７程
度の微小なものまで得られるので、微小化に応じて更に
消費電力が低下できることは言うまでもない。又、この
条件で、ガス検出装＠２０を第１１図の駆動回路により
ガス警報器として使用すると、空気中の出力電圧と比べ
て０．４％のイソブタン中ではｉｏｍｖの出力電圧の増
加が得られ、ガス検出能力として十分である。従来技術
のガス検出装置１０では、駆動電流は２２ｍＡ、消費電
力は３７ｍＷであるから、従来に比べ駆動電流は１／４
４、消費電力は１／４０でガス検出能力があるというこ
とになり、非常に高効率である。これは前述した如く、
ガス感応物質層である金属酸化物半導体居に於いて、ガ
ス吸着の効果が高いと考えられる粒子間の接点部分で特
に温度が高くなる現象によるものであって、ガス吸着に
あまり関与しない粒子本体を加熱せずにすむので無駄な
熱量供給を節約できる為である。又、架橋部分全体はそ
れほど温度が上がらない為経時変化に与える影響が小さ
い。
上、第７図のガス感応物質層の面積が１ Ｊｌｍ ７程
度の微小なものまで得られるので、微小化に応じて更に
消費電力が低下できることは言うまでもない。又、この
条件で、ガス検出装＠２０を第１１図の駆動回路により
ガス警報器として使用すると、空気中の出力電圧と比べ
て０．４％のイソブタン中ではｉｏｍｖの出力電圧の増
加が得られ、ガス検出能力として十分である。従来技術
のガス検出装置１０では、駆動電流は２２ｍＡ、消費電
力は３７ｍＷであるから、従来に比べ駆動電流は１／４
４、消費電力は１／４０でガス検出能力があるというこ
とになり、非常に高効率である。これは前述した如く、
ガス感応物質層である金属酸化物半導体居に於いて、ガ
ス吸着の効果が高いと考えられる粒子間の接点部分で特
に温度が高くなる現象によるものであって、ガス吸着に
あまり関与しない粒子本体を加熱せずにすむので無駄な
熱量供給を節約できる為である。又、架橋部分全体はそ
れほど温度が上がらない為経時変化に与える影響が小さ
い。
次に、ガス検出装置２０の製造工程の１例を、第１２図
〜第１８図を参考に説明する。先ず、基板２１上に公知
の蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の方法を用いて絶縁
層２２を形成する（第１２図参照）。次に、絶縁層２２
の上に蒸着、スパッタリング等により電極層２３を形成
する（第１３図参照）。その後、公知のフォトリングラ
フィ技術により、電極層２３をエツチングして電極２３
ａ及び２３ｂを形成する（第１４図参照）。例えば、電
極層２３の材料がＴ１の場合、フォトレジストをマスク
として２０〜５０％ＨＦ水溶液（液温３０〜３５℃）に
て０．５〜５分間分間エッヂサグと良い。更に、絶縁層
２２をフォトリソグラフィ技術によりエツチングする（
第１５図参照）。
〜第１８図を参考に説明する。先ず、基板２１上に公知
の蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の方法を用いて絶縁
層２２を形成する（第１２図参照）。次に、絶縁層２２
の上に蒸着、スパッタリング等により電極層２３を形成
する（第１３図参照）。その後、公知のフォトリングラ
フィ技術により、電極層２３をエツチングして電極２３
ａ及び２３ｂを形成する（第１４図参照）。例えば、電
極層２３の材料がＴ１の場合、フォトレジストをマスク
として２０〜５０％ＨＦ水溶液（液温３０〜３５℃）に
て０．５〜５分間分間エッヂサグと良い。更に、絶縁層
２２をフォトリソグラフィ技術によりエツチングする（
第１５図参照）。
絶縁層２２の形状は、基板２１に空洞部をエツチングす
るときのマスクを形成すると共に、ガス感応物質層２４
を支持する架橋構造部を形成する。
るときのマスクを形成すると共に、ガス感応物質層２４
を支持する架橋構造部を形成する。
即ち、基板２１がＳｉ （１００）基板であれば、公知
の異方性エツチングにより、絶縁Ｈ２２の架橋構造部分
の下方が空洞部となる様に、絶縁層２２の架橋構造部の
へりが、３ｉの（１１１）面に対して４５°の角度とな
る様にする。絶縁層２２のエツチングは、例えば５ｆＯ
２の場合、フォトレジストをエツチングマスクとして緩
衝フッ酸液（液温３０〜４０℃）にて１〜１０分間エツ
チングすると良い。次に、絶縁層２２の形状をマスクと
して異方性エツチングにより基板２１をエツチングし、
空洞部２５を作成する（第１６図参照）。
の異方性エツチングにより、絶縁Ｈ２２の架橋構造部分
の下方が空洞部となる様に、絶縁層２２の架橋構造部の
へりが、３ｉの（１１１）面に対して４５°の角度とな
る様にする。絶縁層２２のエツチングは、例えば５ｆＯ
２の場合、フォトレジストをエツチングマスクとして緩
衝フッ酸液（液温３０〜４０℃）にて１〜１０分間エツ
チングすると良い。次に、絶縁層２２の形状をマスクと
して異方性エツチングにより基板２１をエツチングし、
空洞部２５を作成する（第１６図参照）。
例えば基板２１が８１ならば、エチレンジアミン十カテ
コール＋水（液温９０〜１２０℃）や、２０〜７０％Ｎ
ａ ＯＨ水溶液（液温８０〜１３０℃）等の異方性エツ
チング液を使用し、深さ方向で２０〜１００μｍｆｉ！
度基板をエツチングすると良い。次に、ガス感応物質層
２４を絶縁層２２の架橋構造部の上に形成する。ガス感
応物質層２４は、電極２３ａ及び２４ａの上にも重なる
様に形成される（Ｍ１７図参照）。形成方法は例えば、
メタルマスクを通して金属酸化物半導体材料を蒸着やス
パッタリングすることにより行なうと良い。最後に、電
ｔｆｆｉ２３ａ、２３ｂ上ニ配線２６ａ 、２６ｂ を
接続してガス検出装置とする（第１８図参照）、。
コール＋水（液温９０〜１２０℃）や、２０〜７０％Ｎ
ａ ＯＨ水溶液（液温８０〜１３０℃）等の異方性エツ
チング液を使用し、深さ方向で２０〜１００μｍｆｉ！
度基板をエツチングすると良い。次に、ガス感応物質層
２４を絶縁層２２の架橋構造部の上に形成する。ガス感
応物質層２４は、電極２３ａ及び２４ａの上にも重なる
様に形成される（Ｍ１７図参照）。形成方法は例えば、
メタルマスクを通して金属酸化物半導体材料を蒸着やス
パッタリングすることにより行なうと良い。最後に、電
ｔｆｆｉ２３ａ、２３ｂ上ニ配線２６ａ 、２６ｂ を
接続してガス検出装置とする（第１８図参照）、。
別の実施例として、第１９図にガス検出装置２０′の平
面図を、第２０図に第１９図の線分ＩＶ−■に沿った断
面図を示す。ガス検出装置２ｏ−は、ガス検出装置２０
（第７図、第８図参照）に於ける電極２３ａ 、２３ｂ
とガス感応物質層２４との接続部が、架橋構造部分の上
になるようにしたものである。従って、ガス検出装置２
ｏ−の電極２３ａ、２３ｂからは接続用のリードパター
ン２３ａ−，２３ｂ−が架橋構造部分の上に張出してい
る。その結果、ガス感応物質層２４−の温度分布が一定
になり、特定の温度で検出可能となるガス種に対して使
用できる様になる。又、消費電力が有効に利用される。
面図を、第２０図に第１９図の線分ＩＶ−■に沿った断
面図を示す。ガス検出装置２ｏ−は、ガス検出装置２０
（第７図、第８図参照）に於ける電極２３ａ 、２３ｂ
とガス感応物質層２４との接続部が、架橋構造部分の上
になるようにしたものである。従って、ガス検出装置２
ｏ−の電極２３ａ、２３ｂからは接続用のリードパター
ン２３ａ−，２３ｂ−が架橋構造部分の上に張出してい
る。その結果、ガス感応物質層２４−の温度分布が一定
になり、特定の温度で検出可能となるガス種に対して使
用できる様になる。又、消費電力が有効に利用される。
更に別の実施例として、第２１図にガス検出装置２０″
の平面図を示す。ガス検出装置２０″は、架橋構造部分
を幅広の形状としたものであり、特に、最高温度となる
架橋構造の中心部の幅が広くなっている。従って、ガス
検出装置２０″のガス感応物質層２４″も幅広の形状と
なり、温度分布が改善されると共に、最高温度となる箇
所での電流密度が低下し、劣化防止の効果がある。尚、
第１９図〜第２１図に於いて、第７図のガス検出装置２
０と同一要素には同一符号を付してあり、その作用゛１
も同一である。
の平面図を示す。ガス検出装置２０″は、架橋構造部分
を幅広の形状としたものであり、特に、最高温度となる
架橋構造の中心部の幅が広くなっている。従って、ガス
検出装置２０″のガス感応物質層２４″も幅広の形状と
なり、温度分布が改善されると共に、最高温度となる箇
所での電流密度が低下し、劣化防止の効果がある。尚、
第１９図〜第２１図に於いて、第７図のガス検出装置２
０と同一要素には同一符号を付してあり、その作用゛１
も同一である。
更に別の実施例として、第２２図〜第２５図を参考に、
ガス検出装置３ｏについて製造工程と共に説明する。先
ず、基板３１上に絶縁層３２を形成する。絶縁層３２を
フォトエツチングした後、これをレジストマスクとして
基板３１をアンダーカットエツチングすることにより空
洞部３５を作成し、絶縁層３２の架橋構造を形成する。
ガス検出装置３ｏについて製造工程と共に説明する。先
ず、基板３１上に絶縁層３２を形成する。絶縁層３２を
フォトエツチングした後、これをレジストマスクとして
基板３１をアンダーカットエツチングすることにより空
洞部３５を作成し、絶縁層３２の架橋構造を形成する。
次に、メタルマスクを使用して金属酸化物半導体から成
るガス感応物質層３４を蒸着やスパッタリングにて形成
し、更にメタルマスクを使用して電極３３ａ、３３ｂを
形成する。ガス検出装置３０では、電極ｓ３ａ、３３ｂ
形成の為のエツチングが不要であるという特徴があり、
工程が簡単になるという効果がある。又、絶縁層３２の
架橋構造の部分は片持梁４Ｒ造とすることも可能であり
、その場合のガス検出装置３０′の断面図を第２６図に
示す。
るガス感応物質層３４を蒸着やスパッタリングにて形成
し、更にメタルマスクを使用して電極３３ａ、３３ｂを
形成する。ガス検出装置３０では、電極ｓ３ａ、３３ｂ
形成の為のエツチングが不要であるという特徴があり、
工程が簡単になるという効果がある。又、絶縁層３２の
架橋構造の部分は片持梁４Ｒ造とすることも可能であり
、その場合のガス検出装置３０′の断面図を第２６図に
示す。
別の実施例として、ガス検出装置４０について第２７図
〜第３０図を参考に説明する。ガス検出装置４０に於い
ては、基板４１として導電性材料を使用する。第２７図
〜第２９図に示す如く、まず基板４１の下方に絶縁層４
２を形成する。次にフォトエツチングにより、絶縁層４
２を残して基板４１の１部を貫通させ、空洞部４５を作
成する。
〜第３０図を参考に説明する。ガス検出装置４０に於い
ては、基板４１として導電性材料を使用する。第２７図
〜第２９図に示す如く、まず基板４１の下方に絶縁層４
２を形成する。次にフォトエツチングにより、絶縁層４
２を残して基板４１の１部を貫通させ、空洞部４５を作
成する。
その後、メタルマスクを使用して金属酸化物半導体等か
ら成るガス感応物質層４４を形成する。或いは、塩化ス
ズの中和沈澱物を乾燥・焼成した後、粉砕して水や有機
溶媒に分散し・たちのを、空洞部４５の内部に塗布する
ことによって形成しても良い。基板４１は導電性である
から電極層を形成する必要がなく、リード１ｍ４６ａ
、４６ｂを直接、基板４１に配線する。ガス検出装置４
ｏの平面図を第３０図に示す。
ら成るガス感応物質層４４を形成する。或いは、塩化ス
ズの中和沈澱物を乾燥・焼成した後、粉砕して水や有機
溶媒に分散し・たちのを、空洞部４５の内部に塗布する
ことによって形成しても良い。基板４１は導電性である
から電極層を形成する必要がなく、リード１ｍ４６ａ
、４６ｂを直接、基板４１に配線する。ガス検出装置４
ｏの平面図を第３０図に示す。
別の実施例として、ガス検出装置５ｏの断面図を第３１
図に示す。ガス検出装＠５ｏの基板５１は、絶縁材料か
ら成る厚さｏ、 ｏｉ〜１ｍｍ程度の極薄基板である。
図に示す。ガス検出装＠５ｏの基板５１は、絶縁材料か
ら成る厚さｏ、 ｏｉ〜１ｍｍ程度の極薄基板である。
例えば、ガラス、Ｓ、＋ｏ２゜ＡβｚＣ）３．ＭＩＪＯ
等がＩＥ適であり、又、フッ素樹脂、ポリイミド、エポ
キシ樹脂、シリコン樹脂等の高耐熱性樹脂フィルムを使
用することもできる。基板５１の表面に電ｔｉ５３ａ、
５３ｂとガス感応物質層５４を形成し、リード線５６ａ
、５６ｂを電極５３ａ、５３ｂに夫々接続する。ガス検
出装置５０は絶縁性で熱容量の小ぎい極薄基板５゛１を
使用している為、第７図及び第８図に示したガス検出装
置２０に於ける絶縁層２２のエツチングや基板２１のア
ンダーカットエツチングの工程が不要となっている。
等がＩＥ適であり、又、フッ素樹脂、ポリイミド、エポ
キシ樹脂、シリコン樹脂等の高耐熱性樹脂フィルムを使
用することもできる。基板５１の表面に電ｔｉ５３ａ、
５３ｂとガス感応物質層５４を形成し、リード線５６ａ
、５６ｂを電極５３ａ、５３ｂに夫々接続する。ガス検
出装置５０は絶縁性で熱容量の小ぎい極薄基板５゛１を
使用している為、第７図及び第８図に示したガス検出装
置２０に於ける絶縁層２２のエツチングや基板２１のア
ンダーカットエツチングの工程が不要となっている。
別の実施例として、ガス検出装置６０について第３２図
〜第３７図を参考に説明する。第３２図〜Ｍ３６図に示
す如く、先ず、セラミックや高耐熱性樹脂等を使用した
絶縁性基板６１上に、ガス感応物質層６４を形成する。
〜第３７図を参考に説明する。第３２図〜Ｍ３６図に示
す如く、先ず、セラミックや高耐熱性樹脂等を使用した
絶縁性基板６１上に、ガス感応物質層６４を形成する。
ガス感応物質層６４は、例えば金属酸化物半導体を蒸着
、スパッタリング、ＣＶＤ等によって所定の形状に形成
する。
、スパッタリング、ＣＶＤ等によって所定の形状に形成
する。
又、公知の湿式製法にて処理した後、スクリーン印刷や
スピンコーティング技術を用いて形成しても良い。厚さ
は０．５μｍ〜５μｍが好適である。次にメタルマスク
を通して絶縁材料の蒸着、スパッタリング等を行ない、
ガス感応物質層６４の上に２箇所の窓開けを残して絶縁
層６２を形成する。その後、絶縁層６２の窓開けの部分
に電極６３ａ。
スピンコーティング技術を用いて形成しても良い。厚さ
は０．５μｍ〜５μｍが好適である。次にメタルマスク
を通して絶縁材料の蒸着、スパッタリング等を行ない、
ガス感応物質層６４の上に２箇所の窓開けを残して絶縁
層６２を形成する。その後、絶縁層６２の窓開けの部分
に電極６３ａ。
６３ｂをメタルマスクを用いた蒸着、スパッタリング等
により形成し、リード線６６ａ、６６ｂを夫々電極６３
ａ、６３ｂに接続する。更に、基板６１の厚さがガス感
応物質層６４の厚さの１０倍以上である場合には、第３
５図又は第３６図に示す如く、アンダーカットエツチン
グを行なって空洞部６５を作成することにより消費電力
を小さくすることができる。尚、ガス検出袋＠６０の平
面図は第３７図の様になる。
により形成し、リード線６６ａ、６６ｂを夫々電極６３
ａ、６３ｂに接続する。更に、基板６１の厚さがガス感
応物質層６４の厚さの１０倍以上である場合には、第３
５図又は第３６図に示す如く、アンダーカットエツチン
グを行なって空洞部６５を作成することにより消費電力
を小さくすることができる。尚、ガス検出袋＠６０の平
面図は第３７図の様になる。
別の実施例として、ガス検出装置７０について第３８図
〜第４０図を参考に説明する。先ず、絶縁性基板７１上
にガス感応物質層７４を形成づる。
〜第４０図を参考に説明する。先ず、絶縁性基板７１上
にガス感応物質層７４を形成づる。
ガス感応物質層７４は、例えば金属酸化物半導体を厚さ
５〜１００戸に形成する。次に、基板７１をアンダーカ
ットエツチングして第３９図又は第４０図の如く空洞部
７５を形成する。一方、ガス感応物質層７４の上にメタ
ルマスクを用いた蒸着。
５〜１００戸に形成する。次に、基板７１をアンダーカ
ットエツチングして第３９図又は第４０図の如く空洞部
７５を形成する。一方、ガス感応物質層７４の上にメタ
ルマスクを用いた蒸着。
スパッタリング等により電極７３ａ 、７３ｂを形成し
、リード線７６ａ、７６ｂを夫々電１ｔ７３ａ。
、リード線７６ａ、７６ｂを夫々電１ｔ７３ａ。
７３ｂに接続する。ガス検出装置７０に於いては、ガス
感応物質層７４は他の支持体なしに架橋侶造を形成して
いる。従って、ガス感応物質層７４の厚さは、製造時や
使用時に於いて振動等の影響に耐え得る機械強度を持つ
様に、５〜１００μｍの範囲で決定すると良い。但し、
消費電力を小さくする為には、できるだけ薄い方が好ま
しい。尚、ガス感応物質層７４として、金属酸化物半導
体にシｌツカやアルミナ等のバインダを視ぜて強度を上
げることも可能である。
感応物質層７４は他の支持体なしに架橋侶造を形成して
いる。従って、ガス感応物質層７４の厚さは、製造時や
使用時に於いて振動等の影響に耐え得る機械強度を持つ
様に、５〜１００μｍの範囲で決定すると良い。但し、
消費電力を小さくする為には、できるだけ薄い方が好ま
しい。尚、ガス感応物質層７４として、金属酸化物半導
体にシｌツカやアルミナ等のバインダを視ぜて強度を上
げることも可能である。
効 果
以上の如く、本発明によりヒーターが不要なガス検出装
置が実現される。その結果、ヒータ一部分の熱容量分が
なくなり消費電力が小さくなる力１ら、長時間の乾電池
駆動が可能となる。又、構造が簡単となる為工程数が少
なくなり、歩留りが向上する。更に、電極として耐久性
、耐熱性、安定性を必要とする高熱伝導率材料を使用し
なくても良い為、使用できる材料の種類が多くなり加工
の容易なものを選択できるという効果がある。又、ガス
感応物質の経時変化が少なくなり長野命となるという効
果がある。
置が実現される。その結果、ヒータ一部分の熱容量分が
なくなり消費電力が小さくなる力１ら、長時間の乾電池
駆動が可能となる。又、構造が簡単となる為工程数が少
なくなり、歩留りが向上する。更に、電極として耐久性
、耐熱性、安定性を必要とする高熱伝導率材料を使用し
なくても良い為、使用できる材料の種類が多くなり加工
の容易なものを選択できるという効果がある。又、ガス
感応物質の経時変化が少なくなり長野命となるという効
果がある。
第１図は従来のヒーター付ガス検出装置の平面図、第２
図は第１図のＩ−Ｉ線に沿った断面図、第３図は第１図
の部分図、第４図は第１図のガス検出装置の駆動回路図
、第５図は第１図のＩＩ−Ｉ線に沿った断面図、第６図
はヒータ一部に於ける熱の拡散を示す説明図、第７図は
本発明のガス検出装置の１実施例を示す平面図、第８図
は第７図の■−■線に沿った断面図、第９図と第１０図
は本発明のガス検出装置の動作原理を示す説明図、第１
１図は本発明のガス検出装置の駆動回路例を示すブロッ
ク図、第１２図乃至１１８図は第７図のガス検出装置の
製造工程の１例を示す断面図、第１９図はもう１つの実
施例であるガス検出装置の平面図、第２０図は第１９図
のＩＶ −ＩＶ綿に沿った断面図、第２１図は更にもう
１つの実施例のカス検出装置の平面図、第２２図乃至第
２６図は別の実施例の製造工程を示す断面図、第２７図
乃至第２９図は更に別の実施例の製造工程を示す断面図
、第３０図は第２９図のガス検出装置の平面図、第３１
図は更に別の実施例を示す断面図、第３２図乃至第３６
図は更に別の実施例の製造工程を示す断面図、第３７図
は第３６図のガス検出装置の平面図、第３８図乃至第４
０図は更に別の実施例の製造工程を示す断面図である。 （符号の説明） ２０．２０’、 ２０″、 ３０，４０，５０，６０，
７０ ： ガス検出装置２１．３１，４１，５１，６１
，７１ ： 基板２２．３２，４２，６２ ： 絶縁層 ２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、５３ａ、５３ｂ６３
ａ、６３ｂ、７３ａ、７３ｂ ： 電極２４．２４’、
２４″、 ３４，４４，５４，６４，７４ ： ガス
感応物質層２５．３５，４５，６５，７５二 空洞部２
３ａ ’ 、２３ｂ’ ： 電極張出部特許出願人 リ
コ − 精 器 株式会社第１図 ニー■。、１−→ 第５図 第６図 第７図 第９図 第１０図 ＢＣ ＢＣ 電流径路 第１１図 １’） １５ 第１２図 第１６１ンＩ ５ 第１３図 第１７図 ５ 第１４図 第１８図 第１９図 第２１図 − ２０°′ 第２３図 第２７図 第２４図 第２８図 手続補正書 昭和５８年１０月８７１日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 １、事件の表示 昭和５８年 特 許 願 第 １６７
４７２ 号２、発明の名称 ガ ス 検 出 装 置３
、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都大田区大森西１丁目９番１７号名称 リ
コ − 精 器 株式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付 自 発 ６、補正により増加する発明の数 な し７、補正の対
象 明 細 書 ８、補正の内容 別紙の通り 補 正 の 内 容 ■１本願明細書中次の点を補正する。 １、第１．２頁中、「特許請求の範囲」の欄を下記の通
り全文補正する。 ［１，絶縁層上に設けられた少くとも１対の電極、前記
電極間に接触すると共に前記絶縁層上に形成されたガス
感応物質層、前記電極間に電流を印加しその状態に於い
て前記ガス感応物質層がガスと接触反応をした場合の抵
抗値変化を検知する検知手段、を有することを特徴とす
るガス検出装置。 ２、上記第１項に於いて、前記絶縁層が空中に張出した
張出部を有しており、前記ガス感応物質が前記張出部の
上に形成されていることを特徴とするガス検出装置。 ３、上記第２項に於いて、前記電極が前記張出部の上ま
で延在しており、前記ガス感応物質層と前記電極が前記
張出部の上で接触することを特徴とするガス検出装置。 ４、上記第２項に於いて、前記張出部が中央に近付くほ
ど幅広の形状となっていることを特徴とするガス検圧装
置。」 ２、第６頁８行中、ｒｒａ ｓ Ｏｓ Ｊとあるのを「
Ｔａ２０３Ｊと１字訂正スル。 ３、第６頁１３行中、「酸化物」とあるのを「炭化物」
、「金属酸化物」とあるのを「金属硅化物」と各１字訂
正する。 （以 上）
図は第１図のＩ−Ｉ線に沿った断面図、第３図は第１図
の部分図、第４図は第１図のガス検出装置の駆動回路図
、第５図は第１図のＩＩ−Ｉ線に沿った断面図、第６図
はヒータ一部に於ける熱の拡散を示す説明図、第７図は
本発明のガス検出装置の１実施例を示す平面図、第８図
は第７図の■−■線に沿った断面図、第９図と第１０図
は本発明のガス検出装置の動作原理を示す説明図、第１
１図は本発明のガス検出装置の駆動回路例を示すブロッ
ク図、第１２図乃至１１８図は第７図のガス検出装置の
製造工程の１例を示す断面図、第１９図はもう１つの実
施例であるガス検出装置の平面図、第２０図は第１９図
のＩＶ −ＩＶ綿に沿った断面図、第２１図は更にもう
１つの実施例のカス検出装置の平面図、第２２図乃至第
２６図は別の実施例の製造工程を示す断面図、第２７図
乃至第２９図は更に別の実施例の製造工程を示す断面図
、第３０図は第２９図のガス検出装置の平面図、第３１
図は更に別の実施例を示す断面図、第３２図乃至第３６
図は更に別の実施例の製造工程を示す断面図、第３７図
は第３６図のガス検出装置の平面図、第３８図乃至第４
０図は更に別の実施例の製造工程を示す断面図である。 （符号の説明） ２０．２０’、 ２０″、 ３０，４０，５０，６０，
７０ ： ガス検出装置２１．３１，４１，５１，６１
，７１ ： 基板２２．３２，４２，６２ ： 絶縁層 ２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、５３ａ、５３ｂ６３
ａ、６３ｂ、７３ａ、７３ｂ ： 電極２４．２４’、
２４″、 ３４，４４，５４，６４，７４ ： ガス
感応物質層２５．３５，４５，６５，７５二 空洞部２
３ａ ’ 、２３ｂ’ ： 電極張出部特許出願人 リ
コ − 精 器 株式会社第１図 ニー■。、１−→ 第５図 第６図 第７図 第９図 第１０図 ＢＣ ＢＣ 電流径路 第１１図 １’） １５ 第１２図 第１６１ンＩ ５ 第１３図 第１７図 ５ 第１４図 第１８図 第１９図 第２１図 − ２０°′ 第２３図 第２７図 第２４図 第２８図 手続補正書 昭和５８年１０月８７１日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 １、事件の表示 昭和５８年 特 許 願 第 １６７
４７２ 号２、発明の名称 ガ ス 検 出 装 置３
、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都大田区大森西１丁目９番１７号名称 リ
コ − 精 器 株式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付 自 発 ６、補正により増加する発明の数 な し７、補正の対
象 明 細 書 ８、補正の内容 別紙の通り 補 正 の 内 容 ■１本願明細書中次の点を補正する。 １、第１．２頁中、「特許請求の範囲」の欄を下記の通
り全文補正する。 ［１，絶縁層上に設けられた少くとも１対の電極、前記
電極間に接触すると共に前記絶縁層上に形成されたガス
感応物質層、前記電極間に電流を印加しその状態に於い
て前記ガス感応物質層がガスと接触反応をした場合の抵
抗値変化を検知する検知手段、を有することを特徴とす
るガス検出装置。 ２、上記第１項に於いて、前記絶縁層が空中に張出した
張出部を有しており、前記ガス感応物質が前記張出部の
上に形成されていることを特徴とするガス検出装置。 ３、上記第２項に於いて、前記電極が前記張出部の上ま
で延在しており、前記ガス感応物質層と前記電極が前記
張出部の上で接触することを特徴とするガス検出装置。 ４、上記第２項に於いて、前記張出部が中央に近付くほ
ど幅広の形状となっていることを特徴とするガス検圧装
置。」 ２、第６頁８行中、ｒｒａ ｓ Ｏｓ Ｊとあるのを「
Ｔａ２０３Ｊと１字訂正スル。 ３、第６頁１３行中、「酸化物」とあるのを「炭化物」
、「金属酸化物」とあるのを「金属硅化物」と各１字訂
正する。 （以 上）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、絶縁層上に設けられた少なくとも１対の電極、前記
電極間に接触すると共に前記絶縁層上に形成されたガス
感応物質層、前記電極間に電流を印加して前記ガス感応
物質層を加熱させその状態に於いて前記ガス感応物質層
がガスと接触反応を′した場合の抵抗値変化を検知する
検知手段、を有することを特徴とするガス検出装置。 ２、上記第１項に於いて、前記絶縁層が空中に張出した
張出部を有しており、前記ガス感応物質か前記張出部の
上に形成されていることを特徴とするガス検出装置。 ３、上記第２項に於いて、前記電極が前記張出部の上ま
で延在しており、前記ガス感応物質層と前記電極が前記
張出部の上で接触することを特徴とするガス検出装置。 ４、上記第２項に於いて、前記張出部が中央に近付くほ
ど幅広へ、形状となっていることを特徴とするガス検出
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16747283A JPS6060547A (ja) | 1983-09-13 | 1983-09-13 | ガス検出装置 |
| CA000446823A CA1216330A (en) | 1983-02-07 | 1984-02-06 | Low power gas detector |
| US06/577,858 US4580439A (en) | 1983-02-07 | 1984-02-07 | Low power gas detector |
| US06/838,289 US4740387A (en) | 1983-02-07 | 1986-03-10 | Low power gas detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16747283A JPS6060547A (ja) | 1983-09-13 | 1983-09-13 | ガス検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6060547A true JPS6060547A (ja) | 1985-04-08 |
Family
ID=15850306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16747283A Pending JPS6060547A (ja) | 1983-02-07 | 1983-09-13 | ガス検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6060547A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01299452A (ja) * | 1988-05-27 | 1989-12-04 | Ricoh Co Ltd | ４端子検出型ガス検出装置 |
| JPH02198352A (ja) * | 1989-01-27 | 1990-08-06 | Fujikura Ltd | 酸素センサのセンサエレメントの製造方法 |
| JPH07198646A (ja) * | 1993-12-04 | 1995-08-01 | Lg Electron Inc | 低消費電力型薄膜ガスセンサ及びその製造方法 |
| JP2010048627A (ja) * | 2008-08-20 | 2010-03-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガスセンサおよびその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618750A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Ricoh Co Ltd | Gas detector |
| JPS5794641A (en) * | 1980-12-04 | 1982-06-12 | Ricoh Co Ltd | Manufacture of electric heater |
-
1983
- 1983-09-13 JP JP16747283A patent/JPS6060547A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618750A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Ricoh Co Ltd | Gas detector |
| JPS5794641A (en) * | 1980-12-04 | 1982-06-12 | Ricoh Co Ltd | Manufacture of electric heater |
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| JPH02198352A (ja) * | 1989-01-27 | 1990-08-06 | Fujikura Ltd | 酸素センサのセンサエレメントの製造方法 |
| JPH07198646A (ja) * | 1993-12-04 | 1995-08-01 | Lg Electron Inc | 低消費電力型薄膜ガスセンサ及びその製造方法 |
| JP2010048627A (ja) * | 2008-08-20 | 2010-03-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ガスセンサおよびその製造方法 |
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