JPS6215449A - マイクロガスセンサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はガスの棟類を選択して感知する小型にして消費
電力の小さいガスセンサに関するものである。

「従来の技術」 現在市販されている都市ガス及びプロパンガス１１′報
器は、約４００℃に加熱された酸化物半導体のコンダク
タンスが上記ガスに接触することにより変化する現尿を
利用したものでおる。酸化物中導体としては、メタン系
炭化水素に極めて感度が高い二酸化スズが大中を占めて
いるが、この二酸化スズは料理などで発生するアルコー
ル蒸気に対しても高い感度を有しており、しばしば誤動
作を起し【いた。このためアルコールに感応しないガス
センサが望まれていた。また、都市ガス内のＣＯガスは
、４００ｐｐｍで爆発の危険性があり、爆発下限濃度が
パーセントオーダーである他のガス成分と比較して著し
い差があるため、００　　を選択的に感知するガスセン
サが望まれていた。

なお、これらの問題を解決する従来のガスセンサとして
、第３図に示す厚膜ハイブリットガスセンサ（Ｈ，ムｒ
ｉｍａ、Ａ、Ｔｋｅｇａｍｉ、Ｔ、Ｎ０ｒＯａｎ４　Ｍ
、Ｋａｎｅｙａａｕ：Ｐｒｏｏ　、Ｂｏｏ、２９０（１
９Ｂ２）に記載のガスセンサ）か知られている。第３図
に示すガスセンサＡは、ｈｌ、ｏ、からなる基板６の上
部に、Ｓｎｕｇ　　厚膜２とＷＯ１厚換３を隣接して形
成し基板６の下面にｐｔ厚膜ヒータ８を形成する一方、
Ｓｎｕｇ　　厚膜２の上面にｐｔからなる上部電極１を
、また、ＷＯ３厚膜５の上面にｐｔからなる上部電極４
を各々形成するとともに、ＷＯ，厚膜３の側方のＡＡ’
、Ｏ，基板６の上面にＬａＮｉ０１厚膜７を、また、そ
の側部にＰｔからなる端子５を各々形成してなるもので
ある。

以上の構成のガスセンサＡは、ｓ　ｎ　Ｏ＝　＊ｍ　２
がＯＨ，に、Ｗｏｎ　　厚膜３がｃｏに、Ｌａ　Ｎ　ｉ
　Ｏｎ厚膜７はアルコールにそれぞれ大きな感度を有す
ることを利用してガスの選択を行っている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら前述の構成のガスセンサＡは一つの基板６
の上面に異なる材料の厚膜２，３．７を作製するため、
工程が増加する欠点に加え、それぞれの材料のコンダク
タンスが異なるため各厚膜の厚さ、形状を変えなければ
ならず製造工程を煩雑にする欠点を有していた。また測
定対象ガスの中に湿度を考えた場合、感応膜の温度を２
００℃前後に設定する必要がおるがｖＪ２図に示す構造
では他の感応膜の温度も低下さ虻なければならずハイブ
リッド化することは不可能である欠点を有していた。

一方、炭化水素系のマイクロガスセンサとしては８１０
４ｇ上にＰｔ膜のヒータ、検出リード及びボンディング
［ｍパターンを配置し、感応膜として、Ｓｎ蒸着膜を６
００℃で酸化したＳｎ０ｇ膜を１５０μｍＸ３０μｍ１
厚さ０．５μｍの寸法に形成したものを使用した例（第
３２回　応用物理学会　講演予稿集　３１Ｐ−Ａ−５に
示されている。）がめる。ところが、この構造において
は加熱電力を下げた場合にアルコールや湿度センサに使
用できるとしているが、炭化水素とアルコール、湿度な
同時に測定することができない欠点を有していた。また
、前述の構成のガスセンサを湿度センサとして使用した
場合は、長期間測定を続行すると吸着した水分子による
劣化を生じ、この劣化な回復するためには、一度温度を
上昇さ、虻て水分子を離脱さぜる操作、いわゆるリフレ
ッシュを行う必要がおり、このリフレッシュの間は湿度
が測定できない欠点を有していた。また前述のガスセン
サをアルコールセンサとして使用した場合も同様な欠点
を有していた。

「発明の目的」 本発明の目的は、ガスを選択して感知する特性を四−材
料の薄膜で付与することを可能にしたマイクロガスセン
サを提供することにある。

「問題点を解決するための手段」 本発明は微細加工により、同一材料で作製したガス感応
部を少なくとも二つ以上設け、各々のガス感応部を異っ
た温度に設定し異なったガスに感応するＩ／ａ能を付与
したものである。

「作用」 各々異なった温度に加熱された二つ以上のガス感応部が
個々に各種ガスに感応し、これらの感応状況によって各
種ガスの検出を可能にする。

「実施例」 Ｍ１図は本発明の紀−の実施例のガスセンサＢを説明す
る図であって、９は８１基板、１０は８１基板９の上面
に形成されたＳ１０．薄膜を示している。この日１０．
薄膜１０の上面中央側には、左右に断定間隔離間して８
ｎＯ１からなる平面長方形状のガス感応膜（ガス感応部
）１５ｈ、１３Ｂが形成され、各ガス感応膜１３Ａ、１
３Ｂの長さ方向両端部側上面には各々ｐｔからなるヒー
タ１２ム。

１２Ｂが形成され、各電極１２Ａ、１３Ｂの側方にはＰ
ｔからなる電極１１が形成されている。

前記構成のガスセンサＢを動作させるには、まず一方の
ヒータ１２ムに通電してガス感応Ｊ［１３Ａを４００℃
に加熱し、他方のヒータ１２Ｂに通電してガス感応膜１
３Ｂを２００℃に加熱する。

４００℃に加熱されたガス感応膜１３Ａはメタンガス、
プロパンガス等の炭化水素系のガスあるいはＣＯガス、
Ｈ，ガス、アルコール蒸気に接触することにより、電気
抵抗を低下さ虻、コンダクタンスを増加さぜる。このコ
ンダクタンスの増加は電極１１を利用して測定すること
ができる。

一方２００℃に加熱されたガス感応膜１３Ｂは、感応膜
１３Ｂの温就が低いため炭化水嵩系のガスには感応膜ず
、主に大気中の湿度、００ガス、Ｈ１ガス及びアルコー
ル蒸気に感応してコンダクタンスを増加さぜる。このた
めガス感応膜１３Ｂは、アルコール、蒸気００ガス、Ｈ
，ガスがない場合は湿度センサとして機能することにな
る。

アルコール蒸気によって、感応膜１３Ｂト／１１６膜１
３Ａが同時に感応した場合は他のガスの場合より特に太
きく感応し、ガス感応膜のコンダクタンスが大巾に変化
するため、信号処理の上でアルコール蒸気であることが
わかり、アルコール蒸気による誤動作を防止できる。と
ころで一般に、２００℃の感応９１３Ｂによって湿度を
長期間測定すると、水分子の吸着が多くなり感涙が低下
する。感度な回復するためには感応膜を４００℃程度に
加熱し、水分子を離脱さ「る、いわゆるリフレッシュを
行う必要がある。このリフレッシュを行うには、ガス感
応膜１３Ｂを４００℃に加熱してこれを炭化水素系ガス
セ／すにするとともに、ガス感応膜１３Ａを２００℃に
加熱してこれを湿度センサにすることによって行う。前
記構成のガスセンサＢは、第１図に示すように、左右対
称な榊造を採用しているためヒータ温度の設定条件を交
換するだけでガス感応１１１３ムが炭化水素系ガスセン
サから湿度センサに、ガス感応膜１３Ｂが湿度センサか
ら炭化水素系ガスセンサになる。このリフレッシュ方法
によればリフレッシによって湿度が測定できなくなる時
間、いわゆるデッドタイムを無くすことができる。なお
上記の制御はマイクロコンピュータ（温度調節手段）に
よる通電電圧調節によって可能である。

また、ガス感応膜１３ム、１３Ｂが同一材料であるため
、真壁蒸着おるいはスパッタリング等の成膜技術により
一回の工程で二ケ所のガス感応部を作製することができ
、製造工程の簡略化をなしうる。

以上の結果から明らかなように、従来技術に比べて、同
一材料の薄膜でガスの選択機能を持た虻、湿度測定に必
要なりフレッシュにおいて測定できなくなる時間、いわ
ゆるデッドタイムを無くすることができる効果が得られ
る。

第３図は本発明の第二実施例のガスセンサ０をｌ！２＃
ＪＡする図であって、１３Ａ、１３Ｂ、１５ｃはガス感
応膜（ガス感応部）、１２Ａ、１２Ｂ。

１２０はそれぞれガス感応膜１３Ａ、１５Ｂ。

１６０を加熱するＰｔ製ヒータである。

本実施例における感応膜はＰ（ｉを添加した５ｎＯ１薄
膜である。

本実施例のガスセンサ０を動作するにはヒータ１２ム、
１２Ｂ、１２０にそれぞれ異なる電流を流し、ガス感応
膜１３ムを４００℃、ガス感応膜１３Ｂを２００℃、ガ
ス感応・膜１３０を１００℃に設定する。各々のガス感
応膜は第１表に示す様なガス感応性を示す。

第　　１　　表 Ｏ：　感応が強い −　：　感応が弱い 設定温度：感応膜１６−ム：４００℃ 感応膜１３−Ｂ：２００℃ 感応Ｊ［１３−ｏ：１００℃ 第１表から、すべての感応膜１３ム、１３Ｂ。

１５０が感応するとＣＯガスを検知したことになり、感
応［１３ムだけが感応すると炭化水素系ガスを検知した
ことになり、感応膜１５Ｂだけが感応するとｆｉ度を検
知したことになり、感応ａ１３ム。

１３Ｂが感応するとＣＯガス、Ｈ，ガス、アルコール蒸
気を検知したことがわかる。このように各種ガスに関す
る選択性を付与することが可能でおる。なお感応膜１３
Ａと１３Ｂで００ガス、Ｈ。

ガス、アルコール蒸気に対する感応の仕方もそれぞれガ
スにより特徴があるので見分けることができる。

また前記第２夾施例にあっては各々のヒータ温度の設定
を周期的に切換えることにより、いわゆるデッドタイム
を生じることなく感応膜１６ム。

１３Ｂ、１３ｏのリフレッシュかできることになる。特
に、マイクロプロセッサ（温度調節手段）を用い″Ｃｍ
気パルスにより各ヒータに電流を与える方式をとればパ
ルスのデユーティ比を変えることにより各ヒータの温度
設楚を簡単に行える。以上のように本実施例においては
従来技術に比べて同一材料の薄膜でガス選択機能を持た
虻、かつ、感応膜のリフレッシュをデッドタイムなしに
行える効果を有している。

「発明の効果」 以上説明したように本発明はマイクロガスセンサにおい
て同一材料のガス感応膜を二ケ所以上設け、それぞれの
ガス感応膜に異なった温度を設定できる構造であるから
、ガスの種類を選択して感知する利点を有し、感応膜の
設定温度を交換することによりガス感知機能を停止さげ
ることなく感応膜のリフレッシュを行うことができる。

したがってリフレッシュ時にガスを測定できない時間、
すなわちデッドタイムを無くすることのできる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は本発
明の第２の実施例の構成図、第３図はガス選択性を備え
た従来の厚膜ノ・イブリッドガスセンサの斜視図である
。 ９・・・８１基板、１０・・・Ｓ１０．薄膜、１１・・
・電極、１２−ム、１２−Ｂ、１２−０・・・ヒータ、
１３−ム、１３−Ｂ、１３−０・・・ガス感応膜（ガス
感応部）。□

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｎＯ＿２、ＺｎＯ等の酸化物半導体からなるガ
   ス感応膜を微細加工して作製されるマイクロガスセンサ
   において、同一材料からなるガス感応膜によつて形成さ
   れるガス感応部を少なくとも二つ以上有し、各々の感応
   部に各々の感応部を別個に加熱するヒータを設けたこと
   を特徴とするマイクロガスセンサ。
2. （２）各感応部を加熱するヒータに、各感応部の加熱温
   度を一定の周期で順次交換して加熱する温度調節手段を
   付設した特許請求の範囲第１項記載のマイクロガスセン
   サ。