JPWO2017014033A1 - 限界電流式ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
限界電流式ガスセンサ（１Ａ）は、基板（１２）と、基板（１２）上に第１絶縁層（１８１）を介して配置されたマイクロヒータＭＨと、マイクロヒータＭＨ上に第２絶縁層（１８２）を介して配置され、被測定ガスを取り込むガス導入路（５１）と、ガス導入路（５１）上に配置された下部電極（２８Ｄ）と、下部電極（２８Ｄ）上に配置された固体電解質層（３０）と、固体電解質層（３０）上の、下部電極（２８Ｄ）に対向する面に配置された上部電極（２８Ｕ）と、基板（１２）に、マイクロヒータＭＨよりも実質的に大きく形成されたキャビティ部Ｃとを備える。センサ特性を改善できると共に、センサ特性をより安定化できる限界電流式ガスセンサを提供する。
Description
本実施の形態は、限界電流式ガスセンサに関する。
従来、被測定ガス内における水蒸気の濃度を検出する湿度センサとして、抵抗変化型、容量変化型、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）固体電解質型などが知られている。
高分子膜を用いる抵抗変化型は安価であり、デバイス化が容易であるという長所がある。その一方で、低湿度領域での測定精度が低く、温度依存性が大きい。また、結露による溶出が素子劣化・破壊の原因になるという短所がある。
容量変化型はリニアリティが良く、相対湿度全領域で測定可能であり、温度依存性が小さいという長所がある。その一方で、純水以外の水（水道水など）や、有機溶媒などの影響が大きいという短所がある。また、湿度０％ＲＨにおける容量が数百ｐＦあるのに対し、１％ＲＨ変化したときの容量変化が１ｐＦ以下であり、正確な湿度測定には定期的な校正が必要となる。一般的な事務環境で湿度測定の精度を求めない場合には有効なデバイスであるが、高精度の湿度測定や結露、ガス曝露の可能性のある雰囲気（気象観測用途や風呂場）、１００℃以上の高温になる雰囲気での使用は想定外である。耐久性を高くするには新規に高分子材料の開発が必要である。今後の研究開発が期待される一方、新規材料開発には時間・コストを要する。
高温での湿度測定のために、ジルコニア固体電解質を用いた湿度センサが販売されている。ジルコニア固体電解質を用いた酸素センサは、自動車の燃焼効率向上やＮＯx の低減のために使用されており、材料としての耐久性には実績がある。ただ、ジルコニアを数百℃に上げて使用するため、消費電力が１００Ｗと高く、さらに高温物体の取り扱いが難しいことから、市場は一部の産業用途に限られている。
そこで、近年ではジルコニア薄膜限界電流型が注目されている。この種の限界電流式酸素センサは、高信頼性でリニアリティが良いという長所がある。
高橋英昭、佐治啓市、近藤春義、「薄膜限界電流式酸素センサ」豊田中央研究所Ｒ＆Ｄ レビュー Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．２（１９９２．６）
M.Asheghi and K.E.Goodson, "THERMAL CONDUCTIVITY MODEL FOR NEARLY PURE AND DOPED THIN SILICON LAYERS AT HIGH TEMPERATURES", Proceedings of IMECE'03, 2003 ASME International Mechanical Engineering Congress Washington,D.C., November 15-21,2003
しかしながら、ジルコニア薄膜限界電流型を含む限界電流式ガスセンサにおいては、センサ特性の改善と安定化とが求められている。また、ジルコニア薄膜限界電流型を含む限界電流式ガスセンサにおいては、応答速度のより一層の改善が求められている。
本実施の形態は、センサ特性を改善できると共に、センサ特性をより安定化できる限界電流式ガスセンサを提供する。
また、本実施の形態は、応答速度を改善できる限界電流式ガスセンサを提供する。
本実施の形態の一態様によれば、基板と、前記基板上に第１絶縁層を介して配置されたヒータと、前記ヒータ上に第２絶縁層を介して配置され、被測定ガスを取り込むガス導入路と、前記ガス導入路上に配置された下部電極と、前記下部電極上に配置された固体電解質層と、前記固体電解質層上の、前記下部電極に対向する面に配置された上部電極と、前記基板に、前記ヒータよりも実質的に大きく形成されたキャビティ部とを備える限界電流式ガスセンサが提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、基板と、前記基板上に第１絶縁層を介して配置されたヒータと、前記ヒータ上に第２絶縁層を介して配置されたガス取込部と、前記ガス取込部上に配置された下部電極と、前記下部電極上に配置された固体電解質層と、前記固体電解質層上の、前記下部電極に対向する面に配置された上部電極と、前記基板に、前記ヒータよりも実質的に大きく形成されたキャビティ部とを備え、前記ガス取込部は、被測定ガスを取り込むガス導入路と、前記ガス導入路上に配置された柱状部とから構成される限界電流式ガスセンサが提供される。
本実施の形態の一態様によれば、基板と、前記基板上に多孔質材料を用いて形成された多孔質電極と、前記多孔質電極の上面部に、固体電解質材料を用いて形成された固体電解質層と、前記固体電解質層と前記多孔質電極との間の界面に形成された、前記多孔質材料の粒子および前記固体電解質材料の粒子が混在する粒子混合層と、前記固体電解質層の、少なくとも前記粒子混合層に対向する面に配置された緻密電極とを備えた限界電流式ガスセンサが提供される。
本実施の形態の一態様によれば、基板と、前記基板上のセンサ部分の領域に絶縁層を介して配置された多孔質電極と、前記多孔質電極の上面部に配置された固体電解質層と、前記固体電解質層上の、前記多孔質電極に対向する面に配置された上部電極と、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスを前記センサ部分に向けて導入するガス拡散路とを備えた限界電流式ガスセンサが提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、基板上に第１絶縁層を介してヒータを形成する工程と、前記ヒータ上に第２絶縁層を介して配置され、被測定ガスを取り込むガス取込口を備えたガス導入路を形成する工程と、前記ガス導入路上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層上の、前記下部電極に対向する面に上部電極を形成する工程と、前記基板に、前記ヒータよりも実質的に大きなキャビティ部を形成する工程とを有する限界電流式ガスセンサの製造方法が提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、基板上に第１絶縁層を介してヒータを形成する工程と、前記ヒータ上に第２絶縁層を介して下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層上の、前記下部電極に対向する面に上部電極を形成する工程と、前記ヒータ上に前記第２絶縁層を介して配置され、被測定ガスを導入するガス導入路を形成する工程と、前記基板に、前記ヒータよりも実質的に大きなキャビティ部を形成する工程とを有する限界電流式ガスセンサの製造方法が提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、基板上に多孔質材料を用いて多孔質電極を形成する工程と、前記多孔質電極上の少なくとも一部に、前記多孔質材料の粒子および固体電解質材料の粒子が混在する粒子混合層を形成する工程と、少なくとも前記粒子混合層を覆うように、前記多孔質電極上に前記固体電解質材料を用いて固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層の上面部を含んで、少なくとも前記粒子混合層に対向する面に緻密電極を形成する工程とを有する限界電流式ガスセンサの製造方法が提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、基板上のセンサ部分の領域に絶縁層を介して多孔質電極を形成する工程と、前記多孔質電極の上面部に固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層上の、前記多孔質電極に対向する面に上部電極を形成する工程と、前記絶縁層の上層部に、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスを前記センサ部分に向けて導入するガス拡散路を形成する工程とを有する限界電流式ガスセンサの製造方法が提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、基板上のセンサ部分の領域に絶縁層を介して多孔質電極を形成する工程と、前記多孔質電極の上面部に固体電解質層を形成する工程と、前記固体電解質層上の、前記多孔質電極に対向する面に上部電極を形成する工程と、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスを前記センサ部分に向けて導入するガス拡散路を備えて、前記センサ部分の領域を囲む蓋体を形成すると共に、前記蓋体を前記基板上に取り付ける工程とを有する限界電流式ガスセンサの製造方法が提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、上記したいずれかの限界電流式ガスセンサを備えるセンサネットワークシステムが提供される。
本実施の形態によれば、センサ特性を改善できると共に、センサ特性をより安定化できる限界電流式ガスセンサを提供することができる。
また、本実施の形態によれば、応答速度を改善できる限界電流式ガスセンサを提供することができる。
次に、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。各実施の形態は、特許請求の範囲内において、種々の変更を加えることができる。
なお、以下にする第１〜第１２の実施の形態の説明のうち、第１〜第６の実施の形態の説明においては、便宜上、各図面の下部電極２８Ｄ側から上部電極２８Ｕ側に至る方向を上方（上方向）、その逆を下方（下方向）と定義する。同様に、第７〜第１２の実施の形態の説明においては、便宜上、各図面の多孔質電極５Ｄ側から緻密電極５Ｕ側に至る方向を上方、その逆を下方と定義する。
また、面直方向とは、限界電流式ガスセンサの平面パターンに対して、平面視において実質的に鉛直方向をいう。また、面内方向とは、限界電流式ガスセンサの平面パターンに対して、実質的に同一の平面方向をいう。
（第１〜第６の実施の形態）
本実施の形態は、限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰの構造に応じて、例えば、第１〜第６の実施の形態に大別される。
本実施の形態は、限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰの構造に応じて、例えば、第１〜第６の実施の形態に大別される。
第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰは、図２９（ａ）に模式的に示すように、被測定ガスＧＳを取込むガス導入路となるポーラス酸化膜（多孔質膜）５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置された下部電極２８Ｄと、ポーラス酸化膜５１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰは、図２９（ｂ）に模式的に示すように、被測定ガスＧＳを取込むガス導入路となるポーラスＰｔ膜（多孔質膜）６１と、ポーラスＰｔ膜６１上に配置された下部電極２８Ｄと、ポーラスＰｔ膜６１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰは、図２９（ｃ）に模式的に示すように、被測定ガスＧＳを取込むガス導入路となるガス拡散路ＭＰ上に配置された下部電極２８Ｄと、下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第４の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰは、図２９（ｄ）に模式的に示すように、被測定ガスＧＳを取込むガス導入路となるガス拡散路ＭＰ上に配置されたポーラス酸化膜（多孔質膜）７１と、ポーラス酸化膜７１上に配置された下部電極２８Ｄと、ポーラス酸化膜７１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰは、図２９（ｅ）に模式的に示すように、被測定ガスＧＳを取込むガス導入路（図示省略）とガス導入路上に配置された柱状膜（柱状部）とからなるガス取込部３０３と、ガス取込部３０３上に配置された下部電極２８Ｄと、ガス取込部３０３および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰは、図２９（ｆ）に模式的に示すように、被測定ガスＧＳを取込むガス導入路（図示省略）とガス導入路上に配置された多孔質膜（柱状部）とからなるガス取込部３０５と、ガス取込部３０５上に配置された下部電極２８Ｄと、ガス取込部３０５および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
以下に、各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサへの適用例について、より具体的に説明する。
（第１の実施の形態）
（概略構成）
第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの模式的平面パターン構成は、図１（ａ）に示すように表され、図１（ａ）のＩＡ−ＩＡ線に沿うガスセンサ１Ａの模式的断面構造は、図１（ｂ）に示すように表される。
（概略構成）
第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの模式的平面パターン構成は、図１（ａ）に示すように表され、図１（ａ）のＩＡ−ＩＡ線に沿うガスセンサ１Ａの模式的断面構造は、図１（ｂ）に示すように表される。
まず、構成の概略について説明すると、第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造を備える基板（例えば、Ｓｉ）１２上に設けられた、マイクロヒータＭＨ、センサ部分ＳＰ、ヒータ接続部２１・２２、端子電極接続部２３・２４、および開口部４５などを備える。
センサ部分ＳＰは、活性領域（後述する）に対応する基板１２上に、ＳｉＮ膜２０１を介して配置されたポーラス酸化膜（多孔質膜）５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置された下部電極２８Ｄと、ポーラス酸化膜５１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極（例えば、Ｐｔ膜）２８Ｕとを備える。ポーラス酸化膜５１は、ガス導入路として機能するものであって、ガス取込口５１Ｇを有する。
下部電極２８Ｄは、Ｐｔ膜とＴｉ膜との積層膜であるＰｔ／Ｔｉ電極によって、例えば、約１００ｎｍの厚さで形成することができる。Ｔｉ膜は、ポーラス酸化膜５１との接合を密にし、より強固にするために用いられる。
固体電解質層３０は、約１μｍの厚さのＹＳＺ膜で形成することができる。薄いと、上下の電極２８Ｕ・２８Ｄ間が導通してしまうためである。例えば、固体電解質層３０は、下部電極２８Ｄの周囲を覆うようにして配置され、上下の電極２８Ｕ・２８Ｄ間の導通が防がれる。
なお、平面視において、基板１２の活性領域が方形状を有していることから、センサ部分ＳＰのポーラス酸化膜５１、下部電極２８Ｄ、固体電解質層３０、および上部電極２８Ｕは、いずれも方形状を有していても良いし、それ以外の形状であっても良い。また、センサ部分ＳＰを構成するポーラス酸化膜５１、下部電極２８Ｄ、固体電解質層３０、および上部電極２８Ｕは、偏心がない状態でセンサ表面の中心に配置するのが望ましいが、マイクロヒータＭＨ上であれば、偏心した状態で配置されていても良い。
平面視において、ヒータ接続部２１・２２は、センサ部分ＳＰを中心とした図示左右方向（図１（ｂ）の断面に沿う面内方向）に対向するようにして配置されている。ヒータ接続部２１は、接続用パット２１１、配線部２１２、および端子部２１３を有し、ヒータ接続部２２は、接続用パット２２１、配線部２２２、および端子部２２３を有する。端子電極接続部２３・２４は、センサ部分ＳＰを中心とし、ヒータ接続部２１・２２と直交する、図示上下方向に対向するようにして配置されている。端子電極接続部２３は、接続用パット（検出端子）２３１および配線部２３２を有し、端子電極接続部２４は、接続用パット（検出端子）２４１および配線部２４２を有する。
ヒータ接続部２１・２２および端子電極接続部２３・２４は、ＳｉＮ膜２０１上に設けられ、例えば、２０ｎｍ厚のＴｉ膜と１００ｎｍ厚のＰｔ膜との積層膜（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）によって形成することができる。
ヒータ接続部２１・２２の端子部２１３・２２３は、マイクロヒータＭＨと接続され、端子電極接続部２３の配線部２３２は、センサ部分ＳＰの方向に延出されて下部電極２８Ｄの延出端２８Ｄ１と接続され、端子電極接続部２４の配線部２４２は、センサ部分ＳＰの方向に延出されて上部電極２８Ｕの延出端２８Ｕ１と接続される。
ここで、端子電極接続部２３・２４の接続用パット２３１・２４１には、被測定ガス内における所定のガス濃度を限界電流式で検出する検出回路が接続される。詳細については後述するが、図１０６に示すように、固体電解質層１０６の上部電極１０５Ｕと多孔質電極（ポーラス電極）１０５Ｄとに検出用の電圧Ｖを供給することにより、検出回路１０７は、限界電流に基づいて酸素濃度を検出することができる。また、検出回路１０７は、限界電流に基づいて水蒸気濃度を検出することができる。
ヒータ接続部２１・２２の端子部２１３・２２３は、平面視において、センサ部分ＳＰの外周部を取り囲むように配置されたＳｉＮ膜２６によって覆われている。ＳｉＮ膜２６と端子部２１３・２２３との間には、ＳｉＯ2 膜２５が埋め込まれている。
開口部４５は、平面視において、ＳｉＮ膜２６の外側で、かつヒータ接続部２１・２２および端子電極接続部２３・２４を除く、基板１２の各隅部に対応する活性領域と非活性領域（後述する）との境界部分にそれぞれＬ字型に配置される。開口部４５は、舟型構造のキャビティ部（Cavity:空洞）Ｃを形成する際に開口されるものであって、Ｌ字型以外の形状、例えばストレート状（Ｉ字型）などであっても良い。
マイクロヒータＭＨは、絶縁層１８を構成する第１・第２絶縁層（例えば、ＳｉＯ2 膜）１８１・１８２間に設けられる。マイクロヒータＭＨは、例えば、０．２μｍの厚さのポリシリコン層（ポリシリコンヒータ）であって、イオン注入法によってｐ型不純物であるＢ（ボロン）が高濃度（例えば、４×１０19ｃｍ-3）に注入されて、抵抗値が３００Ω程度とされる。マイクロヒータＭＨの熱伝導率は、例えば、８０Ｗ／ｍＫ程度が望ましい。
第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、マイクロヒータＭＨは、例えば、固体電解質層３０の下方に方形状を有して配置されると共に、固体電解質層３０よりも大面積を有して形成されるのが望ましい。
ここで、マイクロヒータＭＨは、固体電解質層３０を加熱するためのもので、例えば、第２絶縁層２０１および第２絶縁膜１８２に開口された開口部３７内に形成される端子部２１３・２２３から、配線部２１２・２２２を介して、接続用パット２１１・２２１に印加される所定電圧が供給される。
なお、マイクロヒータＭＨは、基板１２上の第１・第２絶縁層１８１・１８２間に配置される場合に限らず、基板１２の下部に配置されていても良いし、基板１２の内部に埋め込まれていても良い。もしくは、基板１２の表面に、ポリシリコンで形成されたマイクロヒータＭＨを含む、ＳｉＯ2 膜／ＳｉＮ膜の積層膜（図示省略）が形成された構成としても良い。
また、マイクロヒータＭＨは、印刷により形成されたＰｔヒータなどによっても形成可能である。
ガスセンサ１Ａのサイズ（スケール）にもよるが、マイクロヒータＭＨに限らず、センサ部分ＳＰよりも大面積を有していればナノサイズのヒータの適用も可能である。
センサ部分ＳＰを上方とした図１（ｂ）の断面構造において、マイクロヒータＭＨの下方の基板１２には、開口部４５につながる舟型構造のキャビティ部Ｃが形成されている。キャビティＣとキャビティＣに対応する第１絶縁層１８１との界面には、ＳｉＯＮ膜からなる絶縁層１６が設けられ、基板１２と基板１２の非活性領域に対応する第１絶縁層１８１との界面には、絶縁層１６およびＳｉＯ2 膜からなる絶縁層１４が設けられる。
ＭＥＭＳ梁構造の基板１２は、例えば、１０μｍ程度の厚さを有し、キャビティ部ＣがマイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように形成されて、メンブレンからの熱の逃げを防ぐようになっている。キャビティ部Ｃの平面形状は特に限定されないが、センサ部分ＳＰやマイクロヒータＭＨなどと同様に、方形状に形成するのが望ましい。
なお、ＭＥＭＳ梁構造としては、平面視において、基板１２がセンサ部分ＳＰを取り囲むように配置された開放型構造（図１８参照）を有して形成されても良い。また、キャビティ部Ｃは、基板１２を貼り合わせることによって形成される構造とすることもできる。よって、基板１２としては、Ｓｉに限らず、エポキシ樹脂やセラミックスなどを用いることも可能である。
すなわち、第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、基板１２と、基板１２上に第１絶縁層１８１を介して配置されたヒータＭＨと、ヒータＭＨ上に第２絶縁層１８２を介して配置され、被測定ガスを取り込むガス導入路５１と、ガス導入路５１上に配置された下部電極２８Ｄと、下部電極２８Ｄ上に配置された固体電解質層３０と、固体電解質層３０上の、下部電極２８Ｄに対向する面に配置された上部電極２８Ｕと、基板１２に、ヒータＭＨよりも実質的に大きく形成されたキャビティ部Ｃとを備える。
要するに、第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、キャビティ部Ｃが舟型構造を有するＭＥＭＳ梁構造の基板１２を有し、マイクロヒータＭＨの加熱に伴って、ポーラス酸化膜５１のガス取込口５１Ｇを介して、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）をセンサ部分ＳＰの固体電解質層３０内へと導入するように構成されている。すなわち、被測定ガスは、ガス取込口５１Ｇよりポーラス酸化膜５１中に取り込まれ、下部電極２８Ｄを介して固体電解質層３０内へと導入された後、加熱により固体電解質層３０内に拡散される。被測定ガスの固体電解質層３０内への導入は、吸引動作を伴うものであっても良い。
このように、第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、マイクロヒータＭＨの加熱を伴うものの、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造（舟型構造）を基本構造とすることによって、センサ部分ＳＰの熱容量を低減化し、センサ感度の向上を図っている。
なお、ガス取込口５１Ｇは、平面視において、端子電極接続部２３に沿う方向に延出するように、ポーラス酸化膜５１と同一材料により一体的に形成可能であり、その体積や厚さ、または幅などを調整することにより、被測定ガスの取込量を変化させることが可能である。ガス取込口５１Ｇは、ポーラス酸化膜５１とは別体として形成することも可能であり、また平面視において、端子電極接続部２３に沿う方向以外の、例えば端子電極接続部２３に沿う方向またはヒータ接続部２１・２２に沿う方向に延出するように配置しても良い。
また、図１（ａ）に示した限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、ヒータ接続部２１・２２は水平方向に配置され、これと直交するように、端子電極接続部２３は垂直方向の下端側に、端子電極接続部２４は垂直方向の上端側に、それぞれ配置されているが、端子電極接続部２３・２４の位置を入れ替えたり、ヒータ接続部２１・２２の位置を入れ替えたりもできる。
次に、ポーラス電極の形成方法の一例について説明する。
ポーラス電極の形成方法は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように表される。ポーラス電極とは、例えば、ナノサイズの多孔質膜であるポーラス酸化膜５１と、そのポーラス酸化膜５１上に形成されたＰｔ／Ｔｉ積層膜（Ｐｔ／Ｔｉ電極）からなる下部電極２８Ｄとで構成される。
ポーラス電極の形成は、まず、図２（ａ）に示すように、例えば、スパッタ法によって基板１２０上に７０vol ％〜５０vol ％のＹＳＺ粒子５１１と３０vol ％〜５０vol ％のＳｉＯ2 ５１２とを含むＹＳＺ−ＳｉＯ2 膜（ポーラス形成膜）５１０を形成する。
次いで、図２（ｂ）に示すように、例えば、フッ酸（ＨＦ）エッチング処理によりＹＳＺ−ＳｉＯ2 膜５１０中のＳｉＯ2 ５１２だけを除去し、ＹＳＺ粒子５１１のみが残留するポーラス酸化膜５１を形成する。
この後、図２（ｃ）に示すように、ポーラス酸化膜５１におけるＹＳＺ粒子５１１上に、例えば、スパッタ法によってＰｔ／Ｔｉ積層膜を形成して、ポーラス酸化膜５１と下部電極２８Ｄとから構成されるポ−ラス電極を形成する。
ポーラス酸化膜５１は、酸化物であるＹＳＺ−ＳｉＯ2 膜５１０のスパッタリングによる成膜とエッチング処理とにより、簡単に形成可能である。特に、高い熱安定性を有し、１０ｎｍ径程度の孔の形成も可能であり、ガス絞り性能に優れる。
なお、ポーラス酸化膜５１を形成する工程としては、上記の一例に限らず、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 またはＳｉＯ2 またはＹＳＺを含み、スピンコート法によってゾル・コーティングされたポーラス形成膜を焼成処理することによっても形成できる。
また、ポーラス酸化膜５１は、例えば、７０vol ％のＡｌ2 Ｏ3 と３０vol ％のＳｉＯ2 とを含むポーラス形成膜（Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 膜）または７０vol ％のＹＳＺと３０vol ％のＡｌ2 Ｏ3 とを含むポーラス形成膜（ＹＳＺ−Ａｌ2 Ｏ3 膜）をＨＦエッチング処理することによっても、同様に形成できる。
なお、ポ−ラス電極としては、ポーラスＰｔ膜やポーラスＰｔ／Ｔｉ膜からなるものであっても良い。
ここで、ポーラス膜の温度特性について説明する。
ナノサイズポーラス膜の場合、電流値は、温度Ｔの−ａ乗に比例する（電流値∝Ｔ-a）。ａ値は、ポーラス膜構造により調整可能である。つまり、ポーラス膜の孔が小さいと、ａ値は大きくなる。
ポーラス酸化膜５１は、このような温度特性を有するポーラス膜によって形成されるため、温度依存性を有し、高温になるにつれ、電流値が低下する。すなわち、ポーラス酸化膜５１は、図３に示すように、高温になるにつれ、孔の中央部の間隔Ｌｎｍ（例えば、１００ｎｍ）はほとんど変わらないものの、両端部の間隔がＨＷからＨＳへと変化する。両端部の間隔が狭くなる（ＨＷ＞ＨＳ）と、そこを通過するガスの流量が制限されて減少し、その結果として電流値が低下する（電流値∝ガス流量）。
ポーラス酸化膜５１における温度Ｔと飽和電流Ｉsat との関係は、図４に示すように表される。温度Ｔが、Ｔ１℃（例えば、４００℃）の場合と、Ｔ２℃（例えば、４５０℃）の場合と、Ｔ３℃（例えば、５００℃）の場合と、Ｔ４℃（例えば、７００℃）の場合とを比べると、温度Ｔが高くなるほど、飽和電流Ｉsat は小さくなる。
これに対し、マイクロ流路をガス導入路とした場合、クヌーセン（Knudsen）拡散では、電流値が温度Ｔの約０．５乗に比例し（電流値∝Ｔ0.5）、通常拡散では、電流値が温度Ｔの約０．７５乗に比例する（電流値∝Ｔ0.75）。すなわち、マイクロ流路の場合は、高温になるにつれ、通過するガスの流量が増加し、それに伴って電流値が上昇する。
そこで、ポーラス酸化膜５１を採用する第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、キャビティ部Ｃによって熱容量の低減化を図ることで、センサ特性の改善が可能となる。
（製造方法）
次に、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法について説明する。
次に、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法について説明する。
製造方法の説明に先立って、まずは、第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造に適用されるウェーハ１００について簡単に説明する。
第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造に適用されるウェーハ１００の模式的平面構成は、図５（ａ）に示すように表され、図５（ａ）のＩＡ０−ＩＡ０線に沿うウェーハ１００模式的断面構造は、図５（ｂ）に示すように表される。
ウェーハ１００は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、素子分離領域１０２によって複数の素子領域１０４が画定されると共に、ガスセンサ１Ａの製造工程の終盤において、素子分離領域１０２に沿ってダイシングされる。これにより、ウェーハ１００は、ガスセンサ１Ａごとに分割される。
なお、図５（ｂ）において、ＷＣ１は、キャビティ部Ｃの形成領域ＣＡの断面方向の幅を示し、ＷＳ１は、センサ部分ＳＰの形成領域ＳＡの断面方向の幅を示し、ＡＡ１は、活性領域ＡＡの断面方向の幅を示し、ＣＡ１は、素子領域１０４の断面方向の幅を示す。素子領域１０４中より活性領域ＡＡを除外した部位が、非活性領域となる。
また、製造方法の説明において、Ｓｉは、半導体材料であるシリコン、Ｐｔは、多孔質材料としての白金（Platinum）であり、Ｔｉは、電極材料としてのチタン（Titanium）であり、ＹＳＺは、固体電解質材料としてのイットリウム安定化ジルコニア（Yttria-Stabilized Zirconia）である。
ここで、第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、基板１２上に第１絶縁層１８１を介してヒータＭＨを形成する工程と、ヒータＭＨ上に第２絶縁層１８２を介して配置され、被測定ガスを取り込むガス取込口５１Ｇを備えたガス導入路５１を形成する工程と、ガス導入路５１上に下部電極２８Ｄを形成する工程と、下部電極２８Ｄ上に固体電解質層３０を形成する工程と、固体電解質層３０上の、下部電極２８Ｄに対向する面に上部電極２８Ｕを形成する工程と、基板１２に、ヒータＭＨよりも実質的に大きなキャビティ部Ｃを形成する工程とを有する。
すなわち、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図６〜図１７に示される。
なお、本来は、ウェーハ１００上に複数のガスセンサが一括して製造されるものであるが、説明の便宜上、ここでは基板１２上に限界電流式ガスセンサ１Ａを形成する場合について説明する。
（ａ）まず、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、例えば、１０μｍ厚のＳｉ製のウェーハ１００の表面の、ダイシングラインに沿って格子状に形成された素子分離領域１０２の絶縁膜を除去し、基板１２上に、活性領域ＡＡに対応する面１２ａと、それ以外の非活性領域に対応する面１２ｂとを形成する。素子分離領域１０２の絶縁膜の除去は、例えばＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）技術による選択エッチングにより行われる。素子分離領域１０２の形状から、基板１２の上面は、活性領域ＡＡに対応する面１２ａと非活性領域に対応する面１２ｂとの間の周辺部分に傾斜面１２ｃが設けられた形状となる。
（ｂ）次いで、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、基板１２の上面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより約０．５μｍ厚のＳｉＯ2 膜を形成した後、傾斜面１２ｃおよび活性領域ＡＡに対応する面１２ａ上のＳｉＯ2 膜を選択的にエッチングして除去することにより、非活性領域に対応する面１２ｂに対してのみ、ＳｉＯ2 膜からなる絶縁層１４を形成する。
続いて、基板１２の上面にプラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）法などにより、約０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜からなる絶縁層１６を一様に形成する。
なお、絶縁層１４は、素子分離領域１０２の絶縁膜の一部を残存させることによって形成することとしても良い。
（ｃ）次いで、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法などにより絶縁層１６上に０．５μｍ程度の厚さのＳｉＯ2 膜からなる第１絶縁層１８１を形成した後、さらにその上面に、減圧ＣＶＤ法などにより０．２μｍ程度の厚さのポリシリコン層を形成すると共に、そのポリシリコン層をエッチングなどによりパターニングして、テーパ部分Ｈｔを有するマイクロヒータＭＨを形成する。
マイクロヒータＭＨは、活性領域ＡＡに対応する面１２ａ上に、例えば、３００μｍ角程度の大きさで形成される。また、マイクロヒータＭＨは、イオン注入（Ｉ／Ｉ）法によりＢが高濃度にインプラされて抵抗値が３００Ωとされる。
（ｄ）次いで、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、Ｐ−ＣＶＤ法などにより全面に約０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜（第２絶縁層）１８２を形成する。
（ｅ）次いで、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、Ｐ−ＣＶＤ法などにより全面に約０．５μｍ厚のＳｉＮ膜２０１を形成した後、さらに、ＳｉＮ膜２０１および第２絶縁層１８２を選択的にエッチングして、例えば活性領域ＡＡに対応する面１２ａの端部付近において、マイクロヒータＭＨにつながる、ヒータ接続部２１・２２の端子部２１３・２２３を形成するための開口部３７を開口する。
（ｆ）次いで、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜を約０．５μｍの厚さとなるようにスパッタ法などによりデポすると共に、そのＰｔ／Ｔｉ積層膜をエッチングによりパターニングして、ヒータ接続部２１・２２の接続用パット２１１・２２１、配線部２１２・２２２、および端子部２１３・２２３を形成する。
同時に、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜をエッチングによりパターニングして、ヒータ接続部２１・２２と直交する方向に、端子電極接続部２３・２４の接続用パット２３１・２４１および配線部２３２・２４１を形成する。
（ｇ）次いで、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法などにより、開口部３７内を埋め込むようにＳｉＯ2 膜２５を形成すると共に、ＳｉＮ膜２６を形成した後、例えば、ＳｉＯ2 膜２５とＳｉＮ膜２６とを選択的にエッチングし、センサ部分ＳＰの周囲を囲むようにパターニングする。
（ｈ）次いで、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、スパッタリングおよびエッチングにより、ポーラス酸化膜５１と、被測定ガスを取り込むためのガス取込口５１Ｇとを形成する。
（ｉ）次いで、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、スパッタ法などによりポーラス酸化膜５１上に１００ｎｍ厚程度のＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる下部電極２８Ｄを形成すると共に、下部電極２８Ｄの延出端２８Ｄ１を端子電極接続部２３の配線部２３２と接続させる。
（ｊ）次いで、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、ポーラス酸化膜５１および下部電極２８Ｄ上を被覆するように、スパッタ法によりＹＳＺ膜からなる固体電解質層３０を約１μｍの厚さで形成する。固体電解質層３０は、下部電極２８Ｄの延出端２８ａを除き、ポーラス酸化膜５１および下部電極２８Ｄの周囲を全体的に被覆する。
（ｋ）次いで、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、上部電極２８Ｕとして、スパッタ法により固体電解質層３０上の下部電極２８Ｄに対向する面に１００ｎｍ厚程度のＰｔ膜を形成し、かつ上部電極２８Ｕの延出端２８Ｕ１を端子電極接続部２４の配線部２３２と接続させる。
（ｌ）次いで、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造として、舟型構造のキャビティ部Ｃを形成するための開口部４３１を有する保護用ＳｉＯ2 膜（エッチングマスク）４３を全面に形成する（デポ＋パターニング）。そして、その保護用ＳｉＯ2 膜４３をマスクに、活性領域ＡＡに対応する面１２ａの基板１２を選択的に深掘りエッチングして、開口部４５につながるＭＥＭＳ梁構造の基板１２として、４００μｍ角程度の舟型構造のキャビティ部Ｃを形成する。
最後に、保護用ＳｉＯ2 膜４３をエッチングによって除去することにより、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した構成を有する、第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａが得られる。
以上のように、上述した限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、キャビティ部ＣがマイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように形成することによって、熱容量の低減化と共に、マイクロヒータＭＨによる加熱がセンサ周辺にまで無駄に拡がるのを簡単に抑制できる。
特に、ポーラス酸化膜５１は高い熱安定性を有するため、ガス絞り性能が高い。しかも、ガス取込口５１Ｇのサイズを調整することのみで被測定ガスの取込量を簡単に制御でき、センサ特性にも優れた限界電流式ガスセンサ１Ａとすることができる。
また、ポーラス酸化膜５１を採用したことにより、ガス拡散路ＭＰが不要となるため、製造が容易であり、高圧スパッタ装置のような特別な設備なども必要としないことから、より安価に製造できる。
したがって、第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサによれば、センサ特性の改善が容易に可能であり、しかも、製造が容易で、より安価に製造できる。
（第１の実施の形態の第１変形例）
第１の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｂの模式的平面パターン構成は、図１８（ａ）に示すように表され、図１８（ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ１Ｂの模式的断面構造は、図１８（ｂ）に示すように表される。
第１の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｂの模式的平面パターン構成は、図１８（ａ）に示すように表され、図１８（ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ１Ｂの模式的断面構造は、図１８（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第１の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｂは、ＭＥＭＳ梁構造として、平面視において、基板１２がセンサ部分ＳＰを取り囲むように配置された開放型構造のキャビティ部Ｃを有して形成されても良い。開放型構造のキャビティ部Ｃは、例えば、舟型構造のキャビティ部Ｃを形成した後に、基板１２を裏面側より深掘りエッチングすることによって簡単に形成できる。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
このような構成によっても、上述した限界電流式ガスセンサ１Ａと同様に、センサ特性に優れた限界電流式ガスセンサ１Ｂとすることができる。
（第１の実施の形態の第２変形例）
第１の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｃの模式的平面パターン構成は、図１９（ａ）に示すように表され、図１９（ａ）のＩＣ−ＩＣ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ１Ｃの模式的断面構造は、図１９（ｂ）に示すように表される。
第１の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｃの模式的平面パターン構成は、図１９（ａ）に示すように表され、図１９（ａ）のＩＣ−ＩＣ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ１Ｃの模式的断面構造は、図１９（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第１の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｃは、面内のメンブレン内部における熱伝導率を高めて、温度の均一化を図るようにしたものである。
より具体的には、例えば、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した舟型構造のキャビティ部Ｃを備えた限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高いノンドープまたは低濃度ドープポリシリコン層（例えば、１４０Ｗ／ｍＫ）３００を挿入するようにしたのが、第１の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｃである。
第１の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｃにおいて、低濃度ドープポリシリコン層３００は、ポリシリコン層にＢやＡｓ（ヒ素）またはＰ（リン）などの不純物イオンを低濃度（例えば、１０18／ｃｍ3 以下）にドープ、またはアンドープすることによって形成される。
ここで、図２０（ａ）〜図２０（ｃ）を参照して、低濃度ドープポリシリコン層３００の形成方法の一例について説明する。例示する低濃度ドープポリシリコン層３００の形成は、例えば、図８（ａ）および図８（ｂ）に示した工程にほぼ準じたものとなる。
まず、図２０（ａ）に示すように、第１絶縁層１８１の上面に、例えば、減圧ＣＶＤ法などにより０．６μｍ厚程度のポリシリコン層３０１を形成する。
次いで、図２０（ｂ）に示すように、Ｂをインプラする際の加速エネルギーとドーズ量とを制御して、例えば、ポリシリコン層３０１の下層側に０．４μｍ厚の低濃度層ＬＣが、上層側に０．２μｍ厚の高濃度層ＨＣが、それぞれ形成されるようにする。
この後、図２０（ｃ）に示すように、ポリシリコン層３０１をエッチングなどによりパターニングして、加熱エリアＬ１を有する高濃度層ＨＣからなるマイクロヒータＭＨと、加熱エリアＬ１と同サイズの低濃度層ＬＣからなる低濃度ドープポリシリコン層３００とを形成する。エッチングの条件を変えることによって、マイクロヒータＭＨの外周部のみをテーパ形状に形成することも可能である。
なお、低濃度ドープポリシリコン層３００としては、図２１（ａ）〜図２１（ｅ）および図２２（ａ）〜図２２（ｅ）に示すように、様々なサイズや形状により形成することができる。
例えば、低濃度ドープポリシリコン層３００は、図２１（ａ）に示すように、マイクロヒータＭＨと同サイズとし、かつ、その外周部をテーパ形状に形成しても良いし、図２１（ｂ）に示すように、それぞれの外周部を垂直形状に形成しても良い。
また、低濃度ドープポリシリコン層３００は、図２１（ｃ）に示すように、マイクロヒータＭＨよりも大きく形成しても良いし、図２１（ｄ）に示すように、マイクロヒータＭＨよりも小さく形成しても良い。
また、低濃度ドープポリシリコン層３００は、図２１（ｅ）に示すように、それぞれの上面が同一面となるようにマイクロヒータＭＨを表面に埋め込むような形状に形成しても良いし、図２２（ａ）に示すように、マイクロヒータＭＨを内部に収納するように形成しても良い。
また、低濃度ドープポリシリコン層３００は、図２２（ｂ）に示すように、内部に収納するマイクロヒータＭＨの一部が露出するように形成しても良いし、図２２（ｃ）に示すように、内部に収納するマイクロヒータＭＨの全体が露出するように形成しても良い。
また、低濃度ドープポリシリコン層３００は、図２２（ｄ）に示すように、マイクロヒータＭＨの上下面に積層するように形成しても良いし、図２２（ｅ）に示すように、マイクロヒータＭＨの下半分を埋め込むように形成しても良い。
なお、低濃度ドープポリシリコン層３００は、例えば０．６μｍ程度の厚さで形成することにより、熱伝導率を、低濃度ドープポリシリコン層３００を設けない場合の６．２５倍とすることができる。
このような構成によれば、低濃度ドープポリシリコン層３００は高抵抗なので、マイクロヒータＭＨのヒータ特性に影響を及ぼすことなく、より温度特性が良好で、センサ特性に優れた限界電流式ガスセンサ１Ｃとすることができる。
（第１の実施の形態の第３変形例）
第１の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｄの模式的平面パターン構成は、図２３（ａ）に示すように表され、図２３（ａ）のＩＤ−ＩＤ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ１Ｄの模式的断面構造は、図２３（ｂ）に示すように表される。
第１の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｄの模式的平面パターン構成は、図２３（ａ）に示すように表され、図２３（ａ）のＩＤ−ＩＤ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ１Ｄの模式的断面構造は、図２３（ｂ）に示すように表される。
すなわち、図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示した開放型構造のキャビティ部Ｃを備えた限界電流式ガスセンサ１Ｂの構造において、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入するようにしたのが、第１の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｄである。
このような構成によっても、面内のメンブレン内部における熱伝導率を高めて、温度の均一化を図ることが可能となり、より温度特性が良好で、センサ特性に優れた限界電流式ガスセンサ１Ｄとすることができる。
（第１の実施の形態の第４変形例）
第１の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｅの模式的平面パターン構成は、図２４（ａ）に示すように表され、図２４（ａ）のＩＥ−ＩＥ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ１Ｅの模式的断面構造は、図２４（ｂ）に示すように表される。
第１の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｅの模式的平面パターン構成は、図２４（ａ）に示すように表され、図２４（ａ）のＩＥ−ＩＥ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ１Ｅの模式的断面構造は、図２４（ｂ）に示すように表される。
第１の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサ１Ｅは、図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示すように、平面視において、基板１２の各隅部に対応して配置される開口部４５がＩ字型を有している。開口部４５は、それぞれの長手方向が基板１２の各辺に沿うように配置されると共に、それぞれの短手方向が基板１２の各辺に接する二辺のうちの一方の辺に沿うように配置される。そして、ガスセンサ１Ｅは、基板１２上の、開口部４５によって規定される枠部分１２１と、この枠部分１２１に対して、開口部４５間のアーム部分３１によって支持された中央部分３３に、ポーラス酸化膜５１と下部電極２８Ｄと固体電解質層３０と上部電極２８Ｕとからなるセンサ部分ＳＰやＳｉＮ膜２６などが配置される。
また、ガスセンサ１Ｅは、面内のメンブレン内部に、マイクロヒータＭＨと低濃度ドープポリシリコン層３００とが設けられる。さらに、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２は、面内のメンブレンに対応してキャビティ部Ｃが形成された開放型構造となっている。
中央部分３３およびアーム部分３１は、平面視において、開口部４５の長手方向にそれぞれ沿って設けられ、中央部分３３の各辺の片側端部がアーム部分３１によって支持されている。そのため、アーム部分３１の枠部分１２１との接続部および中央部分３３との接続部において、応力による変形に対し、より強固に接続可能である。
ここで、０．２μｍ厚の高濃度層ＨＣからなるマイクロヒータ（４×１０19ｃｍ-3）ＭＨと０．４μｍ厚の低濃度層ＬＣからなる低濃度ドープポリシリコン層（1×１０18ｃｍ-3以下）３００とを備えた限界電流式ガスセンサ１Ｅの温度均一性について、シミュレーションを行った際の結果について説明する。
限界電流式ガスセンサ１Ｅのシミュレーション結果は、図２５（ａ）に示すように表され、対比のために示す、０．２μｍ厚の高濃度層ＨＣからなるマイクロヒータＭＨだけを備えた比較例の限界電流式ガスセンサ１Ｆのシミュレーション結果は、図２５（ｂ）に示すように表される。ただし、シミュレーションには、実際のガスセンサ１Ｅ・１Ｆをより簡略化したものを用いた。
図２５（ａ）および図２５（ｂ）からも明らかなように、低濃度ドープポリシリコン層３００を備えたことによって、限界電流式ガスセンサ１Ｅは、限界電流式ガスセンサ１Ｆよりも面内の温度均一性を改善できた。
図２６は、低濃度ドープポリシリコン層３００におけるＢ、Ａｓ、Ｐそれぞれの不純物濃度と熱伝導率との関係を示すものである。
図２６に示すように、いずれの不純物の場合にも、例えば、ドープ濃度を１０18／ｃｍ3 以下に抑える（または、アンドープする）ことによって、熱伝導率が１４０Ｗ／ｍＫ程度の低濃度ドープポリシリコン層３００を形成できる。
図２７は、限界電流式ガスセンサ１Ｅの面内における温度分布と、限界電流式ガスセンサ１Ｆの面内における温度分布とを対比して示すものである。
図２８は、低濃度ドープポリシリコン層３００の形成に用いられる低濃度層ＬＣの厚さと面内の温度分布との関係を示すものである。
図２７および図２８から明らかなように、限界電流式ガスセンサ１Ｆに設けられる低濃度ドープポリシリコン層３００の厚さを例えば、約０．４μｍとした場合に、面内の温度分布を約７％、限界電流式ガスセンサ１Ｆよりも改善できることが分かった。
（第２の実施の形態）
（概略構成）
第２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａの模式的平面パターン構成は、図３０（ａ）に示すように表され、図３０（ａ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造を備えるガスセンサ２Ａの模式的断面構造は、図３０（ｂ）に示すように表される。なお、第２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａは、上述した限界電流式ガスセンサ１Ａのポーラス酸化膜５１をポーラスＰｔ膜（多孔質膜）６１に変更するようにしたものであって、それ以外の構成は基本的に同一なので重複する説明はできるだけ省略し、特徴的な部分の構成についてより詳しく説明する。
（概略構成）
第２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａの模式的平面パターン構成は、図３０（ａ）に示すように表され、図３０（ａ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造を備えるガスセンサ２Ａの模式的断面構造は、図３０（ｂ）に示すように表される。なお、第２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａは、上述した限界電流式ガスセンサ１Ａのポーラス酸化膜５１をポーラスＰｔ膜（多孔質膜）６１に変更するようにしたものであって、それ以外の構成は基本的に同一なので重複する説明はできるだけ省略し、特徴的な部分の構成についてより詳しく説明する。
すなわち、第２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａは、図３０（ａ）および図３０（ｂ）に示すように、キャビティ部Ｃが船型構造を有するＭＥＭＳ梁構造の基板（例えば、Ｓｉ）１２と、基板１２上の活性領域ＡＡ内に配置されたガス導入路としてのポーラスＰｔ膜６１と、ポーラスＰｔ膜６１上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、ポーラスＰｔ膜６１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ膜）３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極（例えば、Ｐｔ膜）２８Ｕとを備える。
また、この限界電流式ガスセンサ２Ａは、図３０（ａ）および図３０（ｂ）に示すように、方形状の基板１２上に第１・第２絶縁層（例えば、ＳｉＯ2 膜）１８１・１８２からなる絶縁層１８を有し、マイクロヒータＭＨの加熱に伴って、ＳｉＮ膜２０１上に配置されたポーラスＰｔ膜６１のガス取込口６１Ｇを介して、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）をセンサ部分ＳＰの固体電解質層３０内へと導入するように構成されている。すなわち、被測定ガスは、ポーラス酸化膜５１に代わる、ガス取込口６１ＧよりポーラスＰｔ膜６１中に取り込まれ、下部電極２８Ｄを介して固体電解質層３０内へと導入された後、加熱により固体電解質層３０内に拡散される。被測定ガスの固体電解質層３０内への導入は、吸引動作を伴うものであっても良い。
なお、ガス取込口６１Ｇは、平面視において、端子電極接続部２３に沿う方向に延出するように、ポーラスＰｔ膜６１と同一材料により一体的に形成可能であり、その体積や厚さ、または幅などを調整することにより、被測定ガスの取込量を変化させることが可能である。ガス取込口６１Ｇは、ポーラスＰｔ膜６１とは別体として形成することも可能であり、また平面視において、端子電極接続部２３に沿う方向以外の、例えば端子電極接続部２３に沿う方向またはヒータ接続部２１・２２に沿う方向に延出するように配置しても良い。
また、平面視において、センサ部分ＳＰのポーラスＰｔ膜６１、下部電極２８Ｄ、固体電解質層３０、および上部電極２８Ｕは、偏心がない状態でセンサ表面の中心に配置するのが望ましいが、マイクロヒータＭＨ上であれば、偏心した状態で配置されていても良い。
なお、ポーラスＰｔ膜６１は、上述した限界電流式ガスセンサ１Ａを製造する際のポーラス酸化膜５１の形成工程に代えて、スパッタリングおよびエッチングにより形成すれば良い。
以上のように、ポーラスＰｔ膜６１を適用した限界電流式ガスセンサ２Ａの場合においても、上述した限界電流式ガスセンサ１Ａの場合と同様に、キャビティ部ＣがマイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように形成することによって、熱容量の低減化と共に、マイクロヒータＭＨによる加熱がセンサ周辺にまで無駄に拡がるのを簡単に抑制できる。
特に、ポーラスＰｔ膜６１は高い熱安定性を有するため、ガス絞り性能が高い。しかも、ガス取込口６１Ｇのサイズを調整することのみで被測定ガスの取込量を簡単に制御でき、センサ特性にも優れた限界電流式ガスセンサ２Ａとすることができる。
また、ポーラスＰｔ膜６１を採用したことにより、ガス拡散路ＭＰが不要となるため、製造が容易である。
特に、この限界電流式ガスセンサ２Ａは、ポーラスＰｔ膜６１を下部電極２８Ｄとしても利用できるため、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜を省略することも可能である。
したがって、第２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサによれば、センサ特性の改善が容易に可能であり、しかも、容易に製造できる。
（第２の実施の形態の第１変形例）
第２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｂの模式的平面パターン構成は、図３１（ａ）に示すように表され、図３１（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ２Ｂの模式的断面構造は、図３１（ｂ）に示すように表される。
第２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｂの模式的平面パターン構成は、図３１（ａ）に示すように表され、図３１（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ２Ｂの模式的断面構造は、図３１（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｂは、ＭＥＭＳ梁構造として、平面視において、基板１２がセンサ部分ＳＰを取り囲むように配置された開放型構造のキャビティ部Ｃを有して形成されても良い。開放型構造のキャビティ部Ｃは、例えば、舟型構造のキャビティ部Ｃを形成した後に、基板１２を裏面側より深掘りエッチングすることによって簡単に形成できる。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ２Ａと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
このような構成によっても、上述した限界電流式ガスセンサ２Ａと同様に、センサ特性の改善が容易に可能な限界電流式ガスセンサ２Ｂとすることができる。
（第２の実施の形態の第２変形例）
第２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｃの模式的平面パターン構成は、図３２（ａ）に示すように表され、図３２（ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ２Ｃの模式的断面構造は、図３２（ｂ）に示すように表される。
第２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｃの模式的平面パターン構成は、図３２（ａ）に示すように表され、図３２（ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ２Ｃの模式的断面構造は、図３２（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｃは、面内のメンブレン内部における熱伝導率を高めて、温度の均一化を図るようにしたものである。
より具体的には、例えば、図３０（ａ）および図３０（ｂ）に示した舟型構造のキャビティ部Ｃを備えた限界電流式ガスセンサ２Ａにおいて、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層（例えば、約１４０Ｗ／ｍＫ）３００を挿入するようにしたのが、第２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｃである。
このような構成によれば、より温度特性が良好で、センサ特性に優れた限界電流式ガスセンサ２Ｃとすることができる。
（第２の実施の形態の第３変形例）
第２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｄの模式的平面パターン構成は、図３３（ａ）に示すように表され、図３３（ａ）のＩＩＤ−ＩＩＤ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ２Ｄの模式的断面構造は、図３３（ｂ）に示すように表される。
第２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｄの模式的平面パターン構成は、図３３（ａ）に示すように表され、図３３（ａ）のＩＩＤ−ＩＩＤ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ２Ｄの模式的断面構造は、図３３（ｂ）に示すように表される。
すなわち、図３１（ａ）および図３１（ｂ）に示した開放型構造のキャビティ部Ｃを備えた限界電流式ガスセンサ２Ｂの構造において、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入するようにしたのが、第２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ２Ｄである。
このような構成によっても、より温度特性が良好で、センサ特性に優れた限界電流式ガスセンサ２Ｄとすることができる。
（第３の実施の形態）
（概略構成）
第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの模式的平面パターン構成は、図３４（ａ）に示すように表され、図３４（ａ）のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造を備えるガスセンサ３Ａの模式的断面構造は、図３４（ｂ）に示すように表される。なお、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、ガス拡散路の構成が、上述した第１・第２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサのそれとは異なり、それ以外の構成は基本的に同一である。
（概略構成）
第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの模式的平面パターン構成は、図３４（ａ）に示すように表され、図３４（ａ）のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造を備えるガスセンサ３Ａの模式的断面構造は、図３４（ｂ）に示すように表される。なお、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、ガス拡散路の構成が、上述した第１・第２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサのそれとは異なり、それ以外の構成は基本的に同一である。
まず、構成の概略について説明すると、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、図３４（ａ）および図３４（ｂ）に示すように、基板（例えば、Ｓｉ）１２上のセンサ表面に、ＳｉＮ層２０を構成するＳｉＮ膜（第３・第４絶縁膜）２０１・２０２、センサ部分ＳＰ、ガス拡散路（ガス導入路）ＭＰのガス取込口（開口部）４７、ＳｉＮ膜２６、ヒータ接続部２１・２２、端子電極接続部２３・２４、および開口部４５などが設けられる。
センサ部分ＳＰは、平面視において、基板１２上の中央付近の活性領域内に配置されたガス拡散路ＭＰと、ポーラス電極である下部電極（ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜）２８Ｄと、下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ膜）３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極（例えば、Ｐｔ膜）２８Ｕとを備える。なお、基板１２（活性領域）、下部電極２８Ｄ、固体電解質層３０、および上部電極２８Ｕは、いずれも方形状またはそれ以外の形状であっても良い。
ガス拡散路ＭＰは、ＳｉＮ膜２０２を介して、下部電極２８Ｄの下方に配置される。ガス拡散路ＭＰのガス取込口４７は、平面視において、センサ部分ＳＰの一方向（例えば、図３４（ｂ）の断面に沿う方向の左端側）に対応する活性領域内のＳｉＮ膜２６の近傍に配置される。ＳｉＮ膜２６は、センサ部分ＳＰの外周部であって、センサ部分ＳＰとの間に所定の距離を保持しつつ、センサ部分ＳＰの周囲を四角枠状に囲むように配置される。
ＳｉＮ膜２６の外側であって、基板１２上の活性領域と非活性領域との間には、各隅部に対応するようにして、４つの開口部４５がＬ字型に配置される。開口部４５は、舟型構造のキャビティ部Ｃを形成する際に形成される。なお、開口部４５は、Ｌ字型以外の形状、例えばストレート状（Ｉ字型）などであっても良い。
また、開口部４５のさらに外側の基板１２上の縁部（センサ表面の周端部）には、平面視において、各開口部４５間に対応するように、ヒータ接続部２１・２２の接続用パット２１１・２２１と端子電極接続部２３・２４の接続用パット２３１・２４１とが配置される。接続用パット２１１・２２１は、センサ部分ＳＰの方向に向かって引き出された配線部２１２・２２２をそれぞれ介して、ＳｉＮ膜２６の直下において、端子部２１３・２２３と接続される。接続用パット２３１は、センサ部分ＳＰの方向に向かって引き出された配線部２３２を介して、センサ部分ＳＰの下部電極２８Ｄの延出端２８Ｄ１と接続され、接続用パット２４１は、センサ部分ＳＰの方向に向かって引き出された配線部２４２を介して、センサ部分ＳＰの上部電極２８Ｕの延出端２８Ｕ１と接続される。
一方、センサ部分ＳＰの下方に対応する絶縁層１８を構成する第１・第２絶縁層（例えば、ＳｉＯ2 膜）１８１・１８２間には、センサ部分ＳＰよりも大面積のマイクロヒータＭＨが設けられると共に、さらに、その下方には、マイクロヒータＭＨよりも大面積を有して、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部（舟型構造）Ｃが形成されている。
以下に、より具体的に説明すると、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、図３４（ａ）および図３４（ｂ）に示すように、基板１２上の第１・第２絶縁層１８１・１８２間に配置されたマイクロヒータＭＨを有し、センサ部分ＳＰにおいて、上層の第２絶縁層１８２と下部電極２８Ｄとの間に中空構造を有して形成されたガス拡散路ＭＰを介して、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）を固体電解質層３０内へと導入するように構成されている。すなわち、被測定ガスは、マイクロヒータＭＨの加熱に伴って、ガス取込口４７よりＳｉＮ膜２０２の直下のガス拡散路ＭＰ内に取り込まれ、ガス流路（マイクロ流路）４２を経て、ガス導入口（開口部）４１の下部電極２８Ｄから固体電解質層３０内へと導入された後、固体電解質層３０内に拡散される。被測定ガスの固体電解質層３０内への導入は、吸引動作を伴うものであっても良い。
なお、下部電極２８Ｄ、および固体電解質層３０は、ガス取込口４７に対向する側（例えば、図３４（ｂ）の断面に沿う方向の右端側）が、ガス拡散路ＭＰの側壁部の一部を覆うようにして配置されている。
下部電極２８Ｄは、ポーラスＰｔ膜とＴｉ膜との積層膜であるポーラスＰｔ／Ｔｉ膜によって、例えば、約１００ｎｍの厚さで形成される。Ｔｉ膜は、ポーラスＰｔ膜と下層のＳｉＮ膜２０２との接合を密にし、より強固にするために用いられる。
ここで、下部電極２８Ｄは、ガス拡散路ＭＰのガス導入口４１となる部分より一部が流路４２内に突出するようにして配置され、後述する金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成された微細ガス導入路を有する（図示省略）。
例えば、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａにおいては、下部電極２８Ｄそれ自体をナノ構造に形成している。すなわち、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を混ぜたＰｔを焼結し、最後にＣＮＴを焼き飛ばして微細ガス導入路を形成した金属粒子焼結層（緻密Ｐｔ）を下部電極２８Ｄとして適用しても良い。ＣＮＴの代わりに、カーボンナノ粒子を適用しても良い。
なお、下部電極２８Ｄにおける微細ガス導入路は、例えば、金属粒子焼結層に含有されるナノメートルスケールを有するナノワイヤ、ナノチューブ、ナノ粒子などの熱処理工程もしくは熱処理工程と組み合わせたエッチング処理工程によって形成可能である。ナノワイヤ、ナノチューブ、ナノ粒子は、例えば、炭素（Ｃ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などによって形成可能である。
すなわち、下部電極２８Ｄにおける金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成される微細ガス導入路については、ここでの詳細な説明は省略するが、金属粒子焼結層は、ナノワイヤを備えていても良い。ナノワイヤは、ＣＮＴもしくはＺｎＯを備えていても良い。また、金属粒子焼結層は、カーボンナノチューブもしくはカーボンナノ粒子を備え、微細ガス導入路は、金属粒子焼結層の大気中での燃焼により、カーボンナノチューブもしくはカーボンナノ粒子が燃焼されることによって形成されていても良い。また、金属粒子焼結層は、ＺｎＯを備え、微細ガス導入路は、金属粒子焼結層の大気中での燃焼後、ウェットエッチングによりＺｎＯがエッチングされることによって形成されていても良い。
さらには、金属粒子焼結層の金属粒子は、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、もしくはＲｕのいずれかを備えていても良い。また、金属粒子焼結層は、金属粒子焼結層中に閉じ込められ、大気中での燃焼により、燃焼されないナノワイヤを備えていても良い。ナノワイヤもしくはナノ粒子は、直径が約０．１μｍ以下を備える。また、ナノワイヤの長さは、例えば、約１０μｍ以下である。ナノワイヤを使用するメリットは、ナノワイヤの形状（径、長さ）によりガス透過量制御が可能であり、また、ナノワイヤの割合によりガス透過量制御が可能なことである。
このように、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、下部電極２８Ｄの微細ガス導入路の形状によりガス透過量を制御可能である。また、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、下部電極２８Ｄの微細ガス導入路の含有割合によりガス透過量を制御可能である。
固体電解質層３０は、約１μｍの厚さのＹＳＺ膜で形成される。薄いと、上下の電極２８Ｕ・２８Ｄ間が導通してしまうためである。例えば、固体電解質層３０は、下部電極２８Ｄの周囲を覆うようにして配置され、上下の電極２８Ｕ・２８Ｄ間の導通が防がれる。
ガス拡散路ＭＰは、被測定ガスを取り込むガス取込口４７からガス導入口４１までのマイクロ流路４２の流路長と流路断面積との比に応じて、被測定ガスの流量制御が可能である。例えば、「流路長／断面積＝１００μｍ-1（アスペクト比）」となるように、ガス拡散路ＭＰを、幅（Ｗ）＝３０μｍ、深さ（Ｄ）＝０．１μｍ、長さ（Ｌ）＝３００μｍで形成することにより、アスペクト比が「３」以上となって限界電流特性が良好となる。
なお、ガス拡散路ＭＰは、センサ表面の中心に対して偏心された状態で配置されていても良く、平面視において、ガス導入口４１が基板１２上の中央付近に配置されるのが望ましい。これに対し、下部電極２８Ｄ、固体電解質層３０、および上部電極２８Ｕは、ガス導入口４１を中心にして、ガス導入口４１上に積層されていれば良い。すなわち、センサ部分ＳＰを構成するガス拡散路ＭＰ、下部電極２８Ｄ、固体電解質層３０、および上部電極２８Ｕは、マイクロヒータＭＨ上であれば、センサ表面の中心に対して、互いに異なる方向に偏心した状態で配置されていても良い。
第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、ガス拡散路ＭＰのアスペクト比に応じて被測定ガスの流量制御が可能であり、アスペクト比を大きくできることによりセンサ特性を改善できると共に、ガス拡散路ＭＰの形成の精度を高めることによって、センサ特性をより安定化させることができる。
ＭＥＭＳ梁構造の基板１２は、例えば、１０μｍ程度の厚さを有し、キャビティ部ＣがマイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように形成されて、メンブレンからの熱の逃げを防ぐようになっている。
ＭＥＭＳ梁構造としては、平面視において、基板１２がセンサ部分ＳＰを取り囲むように配置された開放型構造（図４４参照）を有して形成されても良い。また、キャビティ部Ｃは、基板１２を貼り合わせることによって形成される構造とすることもできる。
このように、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造（舟型構造）を基本構造とすることによって、センサ部分ＳＰの熱容量を低減化し、センサ感度の向上を図っている。
要するに、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、基板１２と、基板１２上に第１絶縁層１８１を介して配置されたヒータＭＨと、ヒータＭＨ上に第２絶縁層１８２を介して配置され、被測定ガスを取り込むガス導入路ＭＰと、ガス導入路ＭＰ上に配置された下部電極２８Ｄと、下部電極２８Ｄ上に配置された固体電解質層３０と、固体電解質層３０上の、下部電極２８Ｄに対向する面に配置された上部電極２８Ｕと、基板１２に、ヒータＭＨよりも実質的に大きく形成されたキャビティ部Ｃとを備える。
なお、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａにおいて、マイクロヒータＭＨは、センサ部分ＳＰである基板１２上の第１・第２絶縁層１８１・１８２間に配置される場合に限らず、基板１２の下部に配置されていても良いし、基板１２の内部に埋め込まれていても良い。もしくは、基板１２の表面に、ポリシリコンで形成されたマイクロヒータＭＨを含む、ＳｉＯ2 膜／ＳｉＮ膜の積層膜（図示せず）が形成された構成としても良い。
（製造方法）
第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの製造方法は、基板１２上に第１絶縁層１８１を介してヒータＭＨを形成する工程と、ヒータＭＨ上に第２絶縁層１８２を介して下部電極２８Ｄを形成する工程と、下部電極２８Ｄ上に固体電解質層３０を形成する工程と、固体電解質層３０上の、下部電極２８Ｄに対向する面に上部電極２８Ｕを形成する工程と、ヒータＭＨ上に第２絶縁層１８２を介して配置され、被測定ガスを導入するガス導入路ＭＰを形成する工程と、基板１２に、ヒータＭＨよりも実質的に大きなキャビティ部Ｃを形成する工程とを有する。
第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの製造方法は、基板１２上に第１絶縁層１８１を介してヒータＭＨを形成する工程と、ヒータＭＨ上に第２絶縁層１８２を介して下部電極２８Ｄを形成する工程と、下部電極２８Ｄ上に固体電解質層３０を形成する工程と、固体電解質層３０上の、下部電極２８Ｄに対向する面に上部電極２８Ｕを形成する工程と、ヒータＭＨ上に第２絶縁層１８２を介して配置され、被測定ガスを導入するガス導入路ＭＰを形成する工程と、基板１２に、ヒータＭＨよりも実質的に大きなキャビティ部Ｃを形成する工程とを有する。
図３４（ａ）および図３４（ｂ）に示した第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの製造方法は、図３５〜図４３に示すように表される。なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示した、Ｐ−ＣＶＤ法などにより約０．５μｍ厚のＳｉＮ膜２０１を形成するまでの工程は、第１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの場合と同様なので、それ以降の工程について説明する。
（ａ）図３５（ａ）および図３５（ｂ）に示すように、例えば、第２絶縁層１８２上にＳｉＮ膜２０１を形成した後、さらに、ガス拡散路ＭＰを形成するための流路形成層３５を予め形成（デポ＋パターニング）する。
流路形成層３５は、ＳｉＮ膜２０１・２０２とはエッチングの選択比が異なる膜形成部材、例えばポリシリコン膜を用いて形成される。また、流路形成層３５は、ガス拡散路ＭＰのアスペクト比が、例えば「流路長／流路断面積＝１００μｍ-1」となるように、長さ（Ｌ）が３００μｍ、幅（Ｗ）が３０μｍ、厚さ（深さ（Ｄ））が０．１μｍで形成される。
ここで、ガス拡散路ＭＰの所定のアスペクト比は、ガス拡散路ＭＰの流路長を長くしたり、ガス拡散路ＭＰの断面積（流路断面積）を小さくすることによって、容易に大きくでき、ガス拡散路ＭＰのアスペクト比を大きくすることによって、センサ特性の改善が可能である。
（ｂ）次いで、図３６（ａ）および図３６（ｂ）に示すように、Ｐ−ＣＶＤ法などにより全面に流路形成層３５とはエッチングの選択比が異なる、約０．５μｍ厚のＳｉＮ膜２０２を形成した後、さらに、ＳｉＮ膜２０１・２０２および第２絶縁層１８２を選択的にエッチングして、マイクロヒータＭＨにつながる、ヒータ接続部２１・２２の端子部２１３・２２３を形成するための開口部３７を形成する。
（ｃ）次いで、図３７（ａ）および図３７（ｂ）に示すように、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜を約０．５μｍの厚さとなるようにスパッタ法などによりデポすると共に、そのＰｔ／Ｔｉ積層膜をエッチングによりパターニングして、ヒータ接続部２１・２２の接続用パット２１１・２２１、配線部２１２・２２２、および端子部２１３・２２３を形成する。
同時に、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜をエッチングによりパターニングして、ヒータ接続部２１・２２と直交する方向に、端子電極接続部２３・２４の接続用パット２３１・２４１および配線部２３２・２４１を形成する。
こうして、ヒータ接続部２１・２２と端子電極接続部２３・２４とが、互いに直交するように配置される。
（ｄ）次いで、図３８（ａ）および図３８（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法などにより、開口部３７内を埋め込むようにＳｉＯ2 膜２５を形成すると共に、ＳｉＮ膜２６を形成した後、例えば、ＳｉＯ2 膜２５とＳｉＮ膜２６とを選択的にエッチングし、センサ部分ＳＰの周囲を囲むようにパターニングする。
また、ＳｉＯ2 膜２５およびＳｉＮ膜２６のパターニングと同時、または前後して、流路形成層３５上のＳｉＮ膜２０２を選択的にエッチングして除去し、流路形成層３５が露出するように被測定ガスの導入口４１となる開口部を形成する。
（ｅ）次いで、図３９（ａ）および図３９（ｂ）に示すように、スパッタ法などにより１００ｎｍ厚程度のポーラスＰｔ／Ｔｉ膜からなる下部電極２８Ｄを形成すると共に、下部電極２８Ｄの延出端２８Ｄ１を端子電極接続部２３の配線部２３２と接続させる。
（ｆ）次いで、図４０（ａ）および図４０（ｂ）に示すように、下部電極２８Ｄ上を被覆するように、スパッタ法によりＹＳＺ膜からなる固体電解質層３０を約１μｍの厚さで形成する。固体電解質層３０は、下部電極２８Ｄの延出端２８Ｄ１を除き、下部電極２８Ｄの周囲を全体的に被覆する。
（ｇ）次いで、図４１（ａ）および図４１（ｂ）に示すように、上部電極２８Ｕとして、スパッタ法により固体電解質層３０上の下部電極２８Ｄに対向する面に１００ｎｍ厚程度のＰｔ膜を形成し、かつ上部電極２８Ｕの延出端２８Ｕ１を端子電極接続部２４の配線部２４２と接続させる。
（ｈ）次いで、図４２（ａ）および図４２（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造として、舟型構造のキャビティ部Ｃを形成するための開口部４３１を有する保護用ＳｉＯ2 膜（エッチングマスク）４３を全面に形成する（デポ＋パターニング）。
（ｉ）次いで、図４３（ａ）および図４３（ｂ）に示すように、保護用ＳｉＯ2 膜４３をマスクに、基板１２を選択的に深掘りエッチングして開口部４５を形成すると共に、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２として、舟型構造のキャビティ部Ｃを形成する。
キャビティ部Ｃとしては、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａのサイズにもよるが、マイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように、４００μｍ角程度が望ましい。
また、保護用ＳｉＯ2 膜４３をエッチングによって除去した後、流路形成層３５上のＳｉＮ膜２０２をさらにエッチングによって選択的に除去し、流路形成層３５が露出するように被測定ガスのガス取込口４７となる開口部を形成する。
（ｊ）この後、ガス拡散路ＭＰを形成するための、例えば、流路形成層３５を構成するポリシリコン膜をウェットエッチングによって選択的に除去することにより、図３４（ａ）および図３４（ｂ）に示した構成を有する、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａが得られる。
なお、ガス拡散路ＭＰを形成する工程は、キャビティ部Ｃを形成する工程の前に行うようにしても良いし、キャビティ部Ｃを形成する工程と同時に行うようにしても良い。
以上のように、キャビティ部ＣがマイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように形成することによって、熱容量の低減化と共に、マイクロヒータＭＨによる加熱がセンサ周辺にまで無駄に拡がるのを簡単に抑制できる。
また、ガス拡散路ＭＰのアスペクト比は、ガス拡散路ＭＰのマイクロ流路４２の流路長を長くしたり、断面積を小さくすることによって、簡単に大きくできる。
特に、下部電極２８Ｄを構成するポーラスＰｔ／Ｔｉ膜は高い熱安定性を有するため、ガス絞り性能が高い。
したがって、第３の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサによれば、センサ特性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能となる。
（第３の実施の形態の第１変形例）
第３の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｂの模式的平面パターン構成は、図４４（ａ）に示すように表され、図４４（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ３Ｂの模式的断面構造は、図４４（ｂ）に示すように表される。
第３の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｂの模式的平面パターン構成は、図４４（ａ）に示すように表され、図４４（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ３Ｂの模式的断面構造は、図４４（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第３の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｂは、ＭＥＭＳ梁構造として、平面視において、基板１２がセンサ部分ＳＰを取り囲むように配置された開放型構造のキャビティ部Ｃを有して形成されても良い。開放型構造のキャビティ部Ｃは、例えば、舟型構造のキャビティ部Ｃを形成した後に、基板１２を裏面側より深掘りエッチングすることによって簡単に形成できる。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ３Ａと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
このような構成によっても、上述した限界電流式ガスセンサ３Ａと同様に、センサ特性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能な限界電流式ガスセンサ３Ｂとすることができる。
（第３の実施の形態の第２変形例）
第３の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｃの模式的平面パターン構成は、図４５（ａ）に示すように表され、図４５（ａ）のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ３Ｃの模式的断面構造は、図４５（ｂ）に示すように表される。
第３の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｃの模式的平面パターン構成は、図４５（ａ）に示すように表され、図４５（ａ）のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ３Ｃの模式的断面構造は、図４５（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第３の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｃは、面内のメンブレン内部における熱伝導率を高めて、温度の均一化を図るようにしたものである。
より具体的には、例えば、図３４（ａ）および図３４（ｂ）に示した舟型構造のキャビティ部Ｃを備えた限界電流式ガスセンサ３Ａにおいて、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層（例えば、１４０Ｗ／ｍＫ）３００を挿入するようにしたのが、第３の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｃである。
このような構成によれば、より温度特性が良好で、センサ特性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能な限界電流式ガスセンサ３Ｃとすることができる。
（第３の実施の形態の第３変形例）
第３の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｄの模式的平面パターン構成は、図４６（ａ）に示すように表され、図４６（ａ）のＩＩＩＤ−ＩＩＩＤ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ３Ｄの模式的断面構造は、図４６（ｂ）に示すように表される。
第３の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｄの模式的平面パターン構成は、図４６（ａ）に示すように表され、図４６（ａ）のＩＩＩＤ−ＩＩＩＤ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ３Ｄの模式的断面構造は、図４６（ｂ）に示すように表される。
すなわち、図４４（ａ）および図４４（ｂ）に示した開放型構造のキャビティ部Ｃを備えた限界電流式ガスセンサ３Ｂの構造において、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入するようにしたのが、第３の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｄである。
このような構成によっても、より温度特性が良好で、センサ特性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能な限界電流式ガスセンサ３Ｄとすることができる。
（第３の実施の形態の第４変形例）
第３の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｅの模式的平面パターン構成は、図４７（ａ）に示すように表され、図４７（ａ）のＩＩＩＥ−ＩＩＩＥ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造が舟型構造に形成されるセンサ３Ｅの模式的断面構造は、図４７（ｂ）に示すように表される。
第３の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｅの模式的平面パターン構成は、図４７（ａ）に示すように表され、図４７（ａ）のＩＩＩＥ−ＩＩＩＥ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造が舟型構造に形成されるセンサ３Ｅの模式的断面構造は、図４７（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第３の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｅは、図４７（ａ）および図４７（ｂ）に示すように、平面視において、例えばセンサ部分ＳＰのガス拡散路ＭＰに２つの開口部（複数のガス取込口）４７１・４７２を設けた構成となっている。
この限界電流式ガスセンサ３Ｅの場合、ガス拡散路ＭＰを形成する工程において、２つの開口部４７１・４７２を用いることによって、例えば、流路形成層３５を構成するポリシリコン膜を効率良くウェットエッチングすることが可能である。
したがって、第３の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサによれば、センサ特性の改善が容易に可能であり、しかも、ガス拡散路を、より容易に形成することが可能となる。
なお、この限界電流式ガスセンサ３Ｅの構造において、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入したり、ＭＥＭＳ梁構造を開放型構造に形成することも容易である。
（第３の実施の形態の第５変形例）
第３の実施の形態の第５変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｆの模式的平面パターン構成は、図４８（ａ）に示すように表され、図４８（ａ）のＩＩＩＦ−ＩＩＩＦ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造が舟型構造に形成されるガスセンサ３Ｆの模式的断面構造は、図４８（ｂ）に示すように表される。
第３の実施の形態の第５変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｆの模式的平面パターン構成は、図４８（ａ）に示すように表され、図４８（ａ）のＩＩＩＦ−ＩＩＩＦ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造が舟型構造に形成されるガスセンサ３Ｆの模式的断面構造は、図４８（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第３の実施の形態の第５変形例に係る限界電流式ガスセンサ３Ｆは、図４８（ａ）および図４８（ｂ）に示すように、ガス拡散路ＭＰが備える複数の開口部４７１・４７２のいずれか（例えば、ガス取込口４７２）を、ガス拡散路ＭＰの形成後に、ガラスフリットやＳｉＮ膜またはＳｉＯ2 膜などの蓋部材４９によって閉塞させた構成となっている。
この限界電流式ガスセンサ３Ｆの場合も、ガス拡散路ＭＰを形成する工程においては、２つのガス取込口４７１・４７２を用いることにより、ガス拡散路ＭＰを容易に形成可能となる。
しかも、ガス拡散路ＭＰの形成後に、ガス取込口４７１・４７２のいずれかを蓋部材４９によって閉塞させることにより、被測定ガスの導入量が増加し過ぎるのを抑制できる。
したがって、第３の実施の形態の第５変形例に係る限界電流式ガスセンサによれば、センサ特性の改善が容易に可能であり、しかも、ガス拡散路を、より容易に形成できると共に、ガス導入量の増加に伴って、ガス絞り性能が低下するといった不具合を解消できる。
なお、この限界電流式ガスセンサ３Ｆの構造において、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入したり、ＭＥＭＳ梁構造を開放型構造に形成することも容易である。
（第４の実施の形態）
（概略構成）
第４の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ４Ａの模式的平面パターン構成は、図４９（ａ）に示すように表され、図４９（ａ）のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造を備えるガスセンサ４Ａの模式的断面構造は、図４９（ｂ）に示すように表される。なお、第４の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ４Ａは、上述した限界電流式ガスセンサ３Ａの下部電極２８Ｄの下層に、さらにポーラス酸化膜７１を配置するようにしたものであって、それ以外の構成は基本的に同一なので重複する説明はできるだけ省略し、特徴的な部分の構成についてより詳しく説明する。
（概略構成）
第４の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ４Ａの模式的平面パターン構成は、図４９（ａ）に示すように表され、図４９（ａ）のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造を備えるガスセンサ４Ａの模式的断面構造は、図４９（ｂ）に示すように表される。なお、第４の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ４Ａは、上述した限界電流式ガスセンサ３Ａの下部電極２８Ｄの下層に、さらにポーラス酸化膜７１を配置するようにしたものであって、それ以外の構成は基本的に同一なので重複する説明はできるだけ省略し、特徴的な部分の構成についてより詳しく説明する。
第４の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ４Ａは、図４９（ａ）および図４９（ｂ）に示すように、センサ部分ＳＰとして、基板１２上の活性領域内に配置されたガス導入路としてのガス拡散路ＭＰと、ポーラス酸化膜（多孔質膜）７１と、ポーラス酸化膜７１上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、ポーラス酸化膜７１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ膜）３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極（例えば、Ｐｔ膜）２８Ｕとを備える。
すなわち、限界電流式ガスセンサ４Ａにおいて、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）は、マイクロヒータＭＨの加熱に伴って、中空構造を有して形成されたガス拡散路ＭＰよりセンサ部分ＳＰに取り込まれ、ガス導入口４１のポーラス酸化膜７１と下部電極２８Ｄとを介して固体電解質層３０内へと導入された後、固体電解質層３０内に拡散される。被測定ガスの固体電解質層３０内への導入は、吸引動作を伴うものであっても良い。
なお、ポーラス酸化膜７１の形成は、上述した限界電流式ガスセンサ３Ａを製造する際の下部電極２８Ｄの形成工程の前工程において、スパッタリングおよびエッチングにより、ポーラス酸化膜７１を形成すれば良い。
以上のように、ポーラス酸化膜７１を追加した限界電流式ガスセンサ４Ａの場合においても、上述した限界電流式ガスセンサ３Ａの場合と同様に、キャビティ部ＣがマイクロヒータＭＨよりも実質的に大きくなるように形成することによって、熱容量の低減化と共に、マイクロヒータＭＨによる加熱がセンサ周辺にまで無駄に拡がるのを簡単に抑制できる。
特に、ポーラス酸化膜７１は高い熱安定性を有するため、ガス絞り性能が高く、センサ特性にも優れた限界電流式ガスセンサ４Ａとすることができる。
しかも、ガス拡散路ＭＰのアスペクト比は、ガス拡散路ＭＰのマイクロ流路４２の流路長を長くしたり、断面積を小さくすることによって、簡単に大きくできるので、ポーラス膜がもつ温度依存性を相殺することが可能である。
したがって、第４の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサによれば、センサ特性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能となる。
（第４の実施の形態の第１変形例）
第４の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｂの模式的平面パターン構成は、図５０（ａ）に示すように表され、図５０（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｂの模式的断面構造は、図５０（ｂ）に示すように表される。
第４の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｂの模式的平面パターン構成は、図５０（ａ）に示すように表され、図５０（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｂの模式的断面構造は、図５０（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第４の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｂは、ＭＥＭＳ梁構造として、平面視において、基板１２がセンサ部分ＳＰを取り囲むように配置された開放型構造のキャビティ部Ｃを有して形成されても良い。開放型構造のキャビティ部Ｃは、例えば、舟型構造のキャビティ部Ｃを形成した後に、基板１２を裏面側より深掘りエッチングすることによって簡単に形成できる。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ４Ａと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
このような構成によっても、上述した限界電流式ガスセンサ４Ａと同様に、センサ特性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能な限界電流式ガスセンサ４Ｂとすることができる。
（第４の実施の形態の第２変形例）
第４の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｃの模式的平面パターン構成は、図５１（ａ）に示すように表され、図５１（ａ）のＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｃの模式的断面構造は、図５１（ｂ）に示すように表される。
第４の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｃの模式的平面パターン構成は、図５１（ａ）に示すように表され、図５１（ａ）のＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｃの模式的断面構造は、図５１（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第４の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｃは、面内のメンブレン内部における熱伝導率を高めて、温度の均一化を図るようにしたものである。
より具体的には、例えば、図４９（ａ）および図４９（ｂ）に示した舟型構造のキャビティ部Ｃを備えた限界電流式ガスセンサ４Ａにおいて、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層（例えば、１４０Ｗ／ｍＫ）３００を挿入するようにしたのが、第４の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｃである。
このような構成によっても、上述した限界電流式ガスセンサ４Ａと同様に、センサ特性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能な限界電流式ガスセンサ４Ｃとすることができる。
（第４の実施の形態の第３変形例）
第４の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｄの模式的平面パターン構成は、図５２（ａ）に示すように表され、図５２（ａ）のＩＶＤ−ＩＶＤ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｄの模式的断面構造は、図５２（ｂ）に示すように表される。
第４の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｄの模式的平面パターン構成は、図５２（ａ）に示すように表され、図５２（ａ）のＩＶＤ−ＩＶＤ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｄの模式的断面構造は、図５２（ｂ）に示すように表される。
すなわち、図５０（ａ）および図５０（ｂ）に示した開放型構造のキャビティ部Ｃを備えた限界電流式ガスセンサ４Ｂの構造において、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入するようにしたのが、第４の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｄである。
このような構成によっても、上述した限界電流式ガスセンサ４Ｂと同様に、センサ特性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能な限界電流式ガスセンサ４Ｄとすることができる。
（第４の実施の形態の第４変形例）
第４の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｅの模式的平面パターン構成は、図５３（ａ）に示すように表され、図５３（ａ）のＩＶＥ−ＩＶＥ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｅの模式的断面構造は、図５３（ｂ）に示すように表される。
第４の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｅの模式的平面パターン構成は、図５３（ａ）に示すように表され、図５３（ａ）のＩＶＥ−ＩＶＥ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｅの模式的断面構造は、図５３（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第４の実施の形態の第４変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｅは、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層（例えば、１４０Ｗ／ｍＫ）３００を挿入し、面内のメンブレン内部における熱伝導率を高めて、温度の均一化を図るようにしたものであって、低濃度ドープポリシリコン層３００をマイクロヒータＭＨよりも大きく形成するようにした場合の例である。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ４Ｃと基本的に同一であり、重複する説明は省略する。
（第４の実施の形態の第５変形例）
第４の実施の形態の第５変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｆの模式的平面パターン構成は、図５４（ａ）に示すように表され、図５４（ａ）のＩＶＦ−ＩＶＦ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｆの模式的断面構造は、図５４（ｂ）に示すように表される。
第４の実施の形態の第５変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｆの模式的平面パターン構成は、図５４（ａ）に示すように表され、図５４（ａ）のＩＶＦ−ＩＶＦ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ４Ｆの模式的断面構造は、図５４（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第４の実施の形態の第５変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｆは、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層（例えば、１４０Ｗ／ｍＫ）３００を挿入し、面内のメンブレン内部における熱伝導率を高めて、温度の均一化を図るようにしたものであって、低濃度ドープポリシリコン層３００をマイクロヒータＭＨよりも大きく形成するようにした場合の例である。メンブレン内部のみの熱伝導率が高まり、ビームを伝播して逃げる熱は変化しないため、全面にシリコンがある場合のような消費電力の増大は発生しない。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ４Ｄと基本的に同一であり、重複する説明は省略する。
（第４の実施の形態の第６変形例）
第４の実施の形態の第６変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｇの模式的平面パターン構成は、図５５（ａ）に示すように表され、図５５（ａ）のＩＶＧ−ＩＶＧ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造が舟型構造に形成されるガスセンサ４Ｇの模式的断面構造は、図５５（ｂ）に示すように表される。
第４の実施の形態の第６変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｇの模式的平面パターン構成は、図５５（ａ）に示すように表され、図５５（ａ）のＩＶＧ−ＩＶＧ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造が舟型構造に形成されるガスセンサ４Ｇの模式的断面構造は、図５５（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第４の実施の形態の第６変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｇは、図５５（ａ）および図５５（ｂ）に示すように、平面視において、例えばセンサ部分ＳＰの左端側と右端側とに、ガス拡散路ＭＰの開口部（ガス取込口）４７１・４７２を備えた構成となっている。
この限界電流式ガスセンサ４Ｇの場合、ガス拡散路ＭＰを形成する工程において、２つの開口部４７１・４７２を用いることによって、例えば、流路形成層３５を構成するポリシリコン膜を効率良くウェットエッチングすることが可能である。
したがって、第４の実施の形態の第６変形例に係る限界電流式ガスセンサによれば、センサ特性の改善が容易に可能であり、しかも、ガス拡散路を、より容易に形成することが可能となる。
なお、この限界電流式ガスセンサ４Ｇの構造において、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入したり、ＭＥＭＳ梁構造を開放型構造に形成することも容易である。
（第４の実施の形態の第７変形例）
第４の実施の形態の第７変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｈの模式的平面パターン構成は、図５６（ａ）に示すように表され、図５６（ａ）のＩＶＨ−ＩＶＨ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造が舟型構造に形成されるガスセンサ４Ｈの模式的断面構造は、図５６（ｂ）に示すように表される。
第４の実施の形態の第７変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｈの模式的平面パターン構成は、図５６（ａ）に示すように表され、図５６（ａ）のＩＶＨ−ＩＶＨ線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造が舟型構造に形成されるガスセンサ４Ｈの模式的断面構造は、図５６（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第４の実施の形態の第７変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ｈは、図５６（ａ）および図５６（ｂ）に示すように、ガス拡散路ＭＰが備える複数の開口部４７１・４７２のいずれか一方（例えば、ガス取込口４７２）を、ガス拡散路ＭＰの形成後に、ガラスフリットやＳｉＮ膜またはＳｉＯ2 膜などの蓋部材４９によって閉塞させた構成となっている。
この限界電流式ガスセンサ４Ｈの場合も、ガス拡散路ＭＰを形成する工程においては、２つのガス取込口４７１・４７２を用いることにより、ガス拡散路ＭＰを容易に形成可能となる。
しかも、ガス拡散路ＭＰの形成後に、ガス取込口４７１・４７２の一方を蓋部材４９によって閉塞させることにより、被測定ガスの導入量が増加し過ぎるのを抑制できる。
したがって、第４の実施の形態の第７変形例に係る限界電流式ガスセンサによれば、センサ特性の改善が容易に可能であり、しかも、ガス拡散路を、より容易に形成できると共に、ガス導入量の増加に伴って、ガス絞り性能が低下するといった不具合を解消できる。
なお、この限界電流式ガスセンサ４Ｈの構造において、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入したり、ＭＥＭＳ梁構造を開放型構造に形成することも容易である。
（第５の実施の形態）
（概略構成）
第５の実施の形態は、図２９（ｅ）に模式的に示したように、限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰにおいて、ガス取込部３０３を設けた構成とすることによって、上述したポーラス膜の温度依存性を改善するようにしたものである。
（概略構成）
第５の実施の形態は、図２９（ｅ）に模式的に示したように、限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰにおいて、ガス取込部３０３を設けた構成とすることによって、上述したポーラス膜の温度依存性を改善するようにしたものである。
要するに、第５の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサは、基板１２と、基板１２上に第１絶縁層１８１を介して配置されたヒータＭＨと、ヒータＭＨ上に第２絶縁層１８２を介して配置されたガス取込部３０３と、ガス取込部３０３上に配置された下部電極２８Ｄと、下部電極２８Ｄ上に配置された固体電解質層３０と、固体電解質層３０上の、下部電極２８Ｄに対向する面に配置された上部電極２８Ｕと、基板１２に、ヒータＭＨよりも実質的に大きく形成されたキャビティ部Ｃとを備え、ガス取込部３０３は、被測定ガスを取り込むガス導入路と、ガス導入路上に配置され、面直方向のガス絞り構造を備えた柱状膜（柱状部）とから構成される。
（第５の実施の形態の第１実施例）
第５の実施の形態の第１実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０３を、ガス導入路となるガス拡散路ＭＰ１と柱状膜５３・５７とで構成する場合について説明する。
第５の実施の形態の第１実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０３を、ガス導入路となるガス拡散路ＭＰ１と柱状膜５３・５７とで構成する場合について説明する。
ここで、ガス拡散路ＭＰ１は、面内方向のガス絞り構造を備え、柱状膜５３・５７は、面直方向のガス絞り構造を備える。
第５の実施の形態の第１実施例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａ１の模式的平面パターン構成は、図５７（ａ）に示すように表され、図５７（ａ）のＶＡ１−ＶＡ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ａ１の模式的断面構造は、図５７（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第１実施例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａ１のセンサ部分ＳＰは、図５７（ａ）および図５７（ｂ）に示すように、中空構造を有するガス拡散路（ガス導入路）ＭＰ１と、ガス拡散路ＭＰ１上に配置された柱状酸化膜（柱状膜）５３と、柱状酸化膜５３を覆うように配置されたポーラス酸化膜５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、ポーラス酸化膜５１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第１実施例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａ１の場合、ポーラス酸化膜５１と下部電極２８Ｄとによってポーラス電極が構成され、ガス拡散路ＭＰ１と柱状酸化膜５３とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図５７（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ａ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図５８（ａ）および図５８（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ａ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第１実施例の変形例１）
第５の実施の形態の第１実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｂ１の模式的平面パターン構成は、図５９（ａ）に示すように表され、図５９（ａ）のＶＢ１−ＶＢ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｂ１の模式的断面構造は、図５９（ｂ）に示すように表される。
第５の実施の形態の第１実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｂ１の模式的平面パターン構成は、図５９（ａ）に示すように表され、図５９（ａ）のＶＢ１−ＶＢ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｂ１の模式的断面構造は、図５９（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第１実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｂ１のセンサ部分ＳＰは、図５９（ａ）および図５９（ｂ）に示すように、中空構造を有するガス拡散路（ガス導入路）ＭＰ１と、ガス拡散路ＭＰ１上に配置された柱状酸化膜（柱状膜）５３と、柱状酸化膜５３を覆うように配置された下部電極（ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＡと、下部電極２８ＤＡを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＡに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第１実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｂ１の場合、下部電極２８ＤＡによってポーラス電極が構成され、ガス拡散路ＭＰ１と柱状酸化膜５３とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図５９（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｂ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図６０（ａ）および図６０（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｂ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第１実施例の変形例２）
第５の実施の形態の第１実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｃ１の模式的平面パターン構成は、図６１（ａ）に示すように表され、図６１（ａ）のＶＣ１−ＶＣ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｃ１の模式的断面構造は、図６１（ｂ）に示すように表される。
第５の実施の形態の第１実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｃ１の模式的平面パターン構成は、図６１（ａ）に示すように表され、図６１（ａ）のＶＣ１−ＶＣ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｃ１の模式的断面構造は、図６１（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第１実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｃ１のセンサ部分ＳＰは、図６１（ａ）および図６１（ｂ）に示すように、中空構造を有するガス拡散路（ガス導入路）ＭＰ１と、ガス拡散路ＭＰ１上に配置された柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜（柱状膜）５７と、柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７を覆うように配置されたポーラス酸化膜５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、ポーラス酸化膜５１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第１実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｃ１の場合、ポーラス酸化膜５１と下部電極２８Ｄとによってポーラス電極が構成され、ガス拡散路ＭＰ１と柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図６１（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｃ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図６２（ａ）および図６２（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｃ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第１実施例の変形例３）
第５の実施の形態の第１実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｄ１の模式的平面パターン構成は、図６３（ａ）に示すように表され、図６３（ａ）のＶＤ１−ＶＤ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｄ１の模式的断面構造は、図６３（ｂ）に示すように表される。
第５の実施の形態の第１実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｄ１の模式的平面パターン構成は、図６３（ａ）に示すように表され、図６３（ａ）のＶＤ１−ＶＤ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｄ１の模式的断面構造は、図６３（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第１実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｄ１のセンサ部分ＳＰは、図６３（ａ）および図６３（ｂ）に示すように、中空構造を有するガス拡散路（ガス導入路）ＭＰ１と、ガス拡散路ＭＰ１上に配置された柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜（柱状膜）５７と、柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７を覆うように配置された下部電極（ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＡと、下部電極２８ＤＡを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＡに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第１実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｄ１の場合、下部電極２８ＤＡによってポーラス電極が構成され、ガス拡散路ＭＰ１と柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図６３（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｄ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図６４（ａ）および図６４（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｄ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第２実施例）
第５の実施の形態の第２実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０３を、ガス導入路となるポーラス酸化膜５１と柱状膜５３・５７とで構成する場合について説明する。
第５の実施の形態の第２実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０３を、ガス導入路となるポーラス酸化膜５１と柱状膜５３・５７とで構成する場合について説明する。
ここで、ポーラス酸化膜５１は、面内方向のガス絞り構造を備え、柱状膜５３・５７は、面直方向のガス絞り構造を備える。
第５の実施の形態の第２実施例に係る限界電流式ガスセンサ５Ｅ１の模式的平面パターン構成は、図６５（ａ）に示すように表され、図６５（ａ）のＶＥ１−ＶＥ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｅ１の模式的断面構造は、図６５（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第２実施例に係る限界電流式ガスセンサ５Ｅ１のセンサ部分ＳＰは、図６５（ａ）および図６５（ｂ）に示すように、ガス導入路となる第１のポーラス酸化膜５１Ａと、第１のポーラス酸化膜５１Ａ上に配置された柱状酸化膜（柱状膜）５３と、柱状酸化膜５３を覆うように配置された第２のポーラス酸化膜５１Ｂと、第２のポーラス酸化膜５１Ｂ上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、第２のポーラス酸化膜５１Ｂおよび下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第２実施例に係る限界電流式ガスセンサ５Ｅ１の場合、第２のポーラス酸化膜５１Ｂと下部電極２８Ｄとによってポーラス電極が構成され、第１のポーラス酸化膜５１Ａと柱状酸化膜５３とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図６５（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｅ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図６６（ａ）および図６６（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｅ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第２実施例の変形例１）
第５の実施の形態の第２実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｆ１の模式的平面パターン構成は、図６７（ａ）に示すように表され、図６７（ａ）のＶＦ１−ＶＦ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｆ１の模式的断面構造は、図６７（ｂ）に示すように表される。
第５の実施の形態の第２実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｆ１の模式的平面パターン構成は、図６７（ａ）に示すように表され、図６７（ａ）のＶＦ１−ＶＦ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｆ１の模式的断面構造は、図６７（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第２実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｆ１のセンサ部分ＳＰは、図６７（ａ）および図６７（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラス酸化膜５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置された柱状酸化膜（柱状膜）５３と、柱状酸化膜５３を覆うように配置された下部電極（ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＡと、下部電極２８ＤＡを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＡに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第２実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｆ１の場合、下部電極２８ＤＡによってポーラス電極が構成され、ポーラス酸化膜５１と柱状酸化膜５３とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図６７（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｆ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図６８（ａ）および図６８（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｆ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第２実施例の変形例２）
第５の実施の形態の第２実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｇ１の模式的平面パターン構成は、図６９（ａ）に示すように表され、図６９（ａ）のＶＧ１−ＶＧ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｇ１の模式的断面構造は、図６９（ｂ）に示すように表される。
第５の実施の形態の第２実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｇ１の模式的平面パターン構成は、図６９（ａ）に示すように表され、図６９（ａ）のＶＧ１−ＶＧ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｇ１の模式的断面構造は、図６９（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第２実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｇ１のセンサ部分ＳＰは、図６９（ａ）および図６９（ｂ）に示すように、ガス導入路となる第１のポーラス酸化膜５１Ａと、第１のポーラス酸化膜５１Ａ上に配置された柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜（柱状膜）５７と、柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７を覆うように配置された第２のポーラス酸化膜５１Ｂと、第２のポーラス酸化膜５１Ｂ上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、第２のポーラス酸化膜５１Ｂおよび下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第２実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｇ１の場合、第２のポーラス酸化膜５１Ｂと下部電極２８Ｄとによってポーラス電極が構成され、第１のポーラス酸化膜５１Ａと柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図６９（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｇ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図７０（ａ）および図７０（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｇ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第２実施例の変形例３）
第５の実施の形態の第２実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｈ１の模式的平面パターン構成は、図７１（ａ）に示すように表され、図７１（ａ）のＶＨ１−ＶＨ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｈ１の模式的断面構造は、図７１（ｂ）に示すように表される。
第５の実施の形態の第２実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｈ１の模式的平面パターン構成は、図７１（ａ）に示すように表され、図７１（ａ）のＶＨ１−ＶＨ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｈ１の模式的断面構造は、図７１（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第２実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｈ１のセンサ部分ＳＰは、図７１（ａ）および図７１（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラス酸化膜５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置された柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜（柱状膜）５７と、柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７を覆うように配置された下部電極（ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＡと、下部電極２８ＤＡを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＡに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第２実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｈ１の場合、下部電極２８ＤＡによってポーラス電極が構成され、ポーラス酸化膜５１と柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図７１（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｈ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図７２（ａ）および図７２（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｈ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第３実施例）
第５の実施の形態の第３実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０３を、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と柱状膜５３・５７とで構成する場合について説明する。
第５の実施の形態の第３実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０３を、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と柱状膜５３・５７とで構成する場合について説明する。
ここで、ポーラスＰｔ膜６１は、面内方向のガス絞り構造を備え、柱状膜５３・５７は、面直方向のガス絞り構造を備える。
第５の実施の形態の第３実施例に係る限界電流式ガスセンサ５Ｊ１の模式的平面パターン構成は、図７３（ａ）に示すように表され、図７３（ａ）のＶＪ１−ＶＪ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｊ１の模式的断面構造は、図７３（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第３実施例に係る限界電流式ガスセンサ５Ｊ１のセンサ部分ＳＰは、図７３（ａ）および図７３（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と、ポーラスＰｔ膜６１上に配置された柱状酸化膜（柱状膜）５３と、柱状酸化膜５３を覆うように配置されたポーラス酸化膜５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、ポーラス酸化膜５１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第３実施例に係る限界電流式ガスセンサ５Ｊ１の場合、ポーラス酸化膜５１と下部電極２８Ｄとによってポーラス電極が構成され、ポーラスＰｔ膜６１と柱状酸化膜５３とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図７３（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｊ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図７４（ａ）および図７４（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｊ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第３実施例の変形例１）
第５の実施の形態の第３実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｋ１の模式的平面パターン構成は、図７５（ａ）に示すように表され、図７５（ａ）のＶＫ１−ＶＫ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｋ１の模式的断面構造は、図７５（ｂ）に示すように表される。
第５の実施の形態の第３実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｋ１の模式的平面パターン構成は、図７５（ａ）に示すように表され、図７５（ａ）のＶＫ１−ＶＫ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｋ１の模式的断面構造は、図７５（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第３実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｋ１のセンサ部分ＳＰは、図７５（ａ）および図７５（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と、ポーラスＰｔ膜６１上に配置された柱状酸化膜（柱状膜）５３と、柱状酸化膜５３を覆うように配置された下部電極（ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＡと、下部電極２８ＤＡを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＡに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第３実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ５Ｋ１の場合、下部電極２８ＤＡによってポーラス電極が構成され、ポーラスＰｔ膜６１と柱状酸化膜５３とによってガス取込部３０３が構成される。
ポーラスＰｔ膜６１は、Ｐｔの粒径φが、下部電極２８ＤＡのＰｔの粒径φよりも大きくなるように調整される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図７５（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｋ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図７６（ａ）および図７６（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｋ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第３実施例の変形例２）
第５の実施の形態の第３実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｌ１の模式的平面パターン構成は、図７７（ａ）に示すように表され、図７７（ａ）のＶＬ１−ＶＬ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｌ１の模式的断面構造は、図７７（ｂ）に示すように表される。
第５の実施の形態の第３実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｌ１の模式的平面パターン構成は、図７７（ａ）に示すように表され、図７７（ａ）のＶＬ１−ＶＬ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｌ１の模式的断面構造は、図７７（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第３実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｌ１のセンサ部分ＳＰは、図７７（ａ）および図７７（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と、ポーラスＰｔ膜６１上に配置された柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜（柱状膜）５７と、柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７を覆うように配置されたポーラス酸化膜５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、ポーラス酸化膜５１および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第３実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ５Ｌ１の場合、ポーラス酸化膜５１と下部電極２８Ｄとによってポーラス電極が構成され、ポーラスＰｔ膜６１と柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７とによってガス取込部３０３が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図７７（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｌ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図７８（ａ）および図７８（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｌ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第５の実施の形態の第３実施例の変形例３）
第５の実施の形態の第３実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｍ１の模式的平面パターン構成は、図７９（ａ）に示すように表され、図７９（ａ）のＶＭ１−ＶＭ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｍ１の模式的断面構造は、図７９（ｂ）に示すように表される。
第５の実施の形態の第３実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｍ１の模式的平面パターン構成は、図７９（ａ）に示すように表され、図７９（ａ）のＶＭ１−ＶＭ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ５Ｍ１の模式的断面構造は、図７９（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第５の実施の形態の第３実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｍ１のセンサ部分ＳＰは、図７９（ａ）および図７９（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と、ポーラスＰｔ膜６１上に配置された柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜（柱状膜）５７と、柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７を覆うように配置された下部電極（ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＡと、下部電極２８ＤＡを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＡに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第５の実施の形態の第３実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ５Ｍ１の場合、下部電極２８ＤＡによってポーラス電極が構成され、ポーラスＰｔ膜６１と柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜５７とによってガス取込部３０３が構成される。
ポーラスＰｔ膜６１は、Ｐｔの粒径φが、下部電極２８ＤＡのＰｔの粒径φよりも大きくなるように調整される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図７９（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｍ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図８０（ａ）および図８０（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ５Ｍ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
いずれの構成によっても、ポーラス膜の温度依存性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能な限界電流式ガスセンサとすることができる。
なお、いずれの構成の場合も、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入することも可能である。
また、ポーラスＰｔ膜６１に代えて、ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜を適用するようにしても良い。
（第６の実施の形態）
（概略構成）
第６の実施の形態は、図２９（ｆ）に模式的に示したように、限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰにおいて、ガス取込部３０５を設けた構成とすることによって、上述したポーラス膜の温度依存性を改善するようにしたものである。
（概略構成）
第６の実施の形態は、図２９（ｆ）に模式的に示したように、限界電流式ガスセンサのセンサ部分ＳＰにおいて、ガス取込部３０５を設けた構成とすることによって、上述したポーラス膜の温度依存性を改善するようにしたものである。
要するに、第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサは、基板１２と、基板１２上に第１絶縁層１８１を介して配置されたヒータＭＨと、ヒータＭＨ上に第２絶縁層１８２を介して配置されたガス取込部３０５と、ガス取込部３０５上に配置された下部電極２８Ｄと、下部電極２８Ｄ上に配置された固体電解質層３０と、固体電解質層３０上の、下部電極２８Ｄに対向する面に配置された上部電極２８Ｕと、基板１２に、ヒータＭＨよりも実質的に大きく形成されたキャビティ部Ｃとを備え、ガス取込部３０５は、被測定ガスを取り込むガス導入路と、ガス導入路上に配置され、面内方向のガス拡散構造を備えた多孔質膜（柱状部）とから構成される。
（第６の実施の形態の第１実施例）
第６の実施の形態の第１実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０５を、ガス導入路となるガス拡散路ＭＰ１と多孔質膜５１・６１とで構成する場合について説明する。
第６の実施の形態の第１実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０５を、ガス導入路となるガス拡散路ＭＰ１と多孔質膜５１・６１とで構成する場合について説明する。
ここで、ガス拡散路ＭＰ１は、面内方向のガス絞り構造を備え、多孔質膜５１・６１は、面内方向のガス拡散構造を備える。
第６の実施の形態の第１実施例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａ１の模式的平面パターン構成は、図８１（ａ）に示すように表され、図８１（ａ）のＶＩＡ１−ＶＩＡ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ａ１の模式的断面構造は、図８１（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第１実施例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａ１のセンサ部分ＳＰは、図８１（ａ）および図８１（ｂ）に示すように、中空構造を有するガス拡散路（ガス導入路）ＭＰ１と、ガス拡散路ＭＰ１上に配置されたポーラス酸化膜（多孔質膜）５１と、ポーラス酸化膜５１を覆うように配置された柱状酸化膜５３と、柱状酸化膜５３上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、柱状酸化膜５３および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第１実施例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａ１の場合、柱状酸化膜５３と下部電極２８Ｄとによって柱状電極が構成され、ガス拡散路ＭＰ１とポーラス酸化膜５１とによってガス取込部３０５が構成される。
ここで、柱状電極は、面直方向のガス絞り構造を備える。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図８１（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ａ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図８２（ａ）および図８２（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ａ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第１実施例の変形例１）
第６の実施の形態の第１実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｂ１の模式的平面パターン構成は、図８３（ａ）に示すように表され、図８３（ａ）のＶＩＢ１−ＶＩＢ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｂ１の模式的断面構造は、図８３（ｂ）に示すように表される。
第６の実施の形態の第１実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｂ１の模式的平面パターン構成は、図８３（ａ）に示すように表され、図８３（ａ）のＶＩＢ１−ＶＩＢ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｂ１の模式的断面構造は、図８３（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第１実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｂ１のセンサ部分ＳＰは、図８３（ａ）および図８３（ｂ）に示すように、中空構造を有するガス拡散路（ガス導入路）ＭＰ１と、ガス拡散路ＭＰ１上に配置されたポーラス酸化膜（多孔質膜）５１と、ポーラス酸化膜５１を覆うように配置された下部電極（柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＢと、下部電極２８ＤＢを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＢに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第１実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｂ１の場合、下部電極２８ＤＢによって柱状電極が構成され、ガス拡散路ＭＰ１とポーラス酸化膜５１とによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図８３（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｂ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図８４（ａ）および図８４（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｂ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第１実施例の変形例２）
第６の実施の形態の第１実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｃ１の模式的平面パターン構成は、図８５（ａ）に示すように表され、図８５（ａ）のＶＩＣ１−ＶＩＣ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｃ１の模式的断面構造は、図８５（ｂ）に示すように表される。
第６の実施の形態の第１実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｃ１の模式的平面パターン構成は、図８５（ａ）に示すように表され、図８５（ａ）のＶＩＣ１−ＶＩＣ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｃ１の模式的断面構造は、図８５（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第１実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｃ１のセンサ部分ＳＰは、図８５（ａ）および図８５（ｂ）に示すように、中空構造を有するガス拡散路（ガス導入路）ＭＰ１と、ガス拡散路ＭＰ１上に配置されたポーラスＰｔ膜（多孔質膜）６１と、ポーラスＰｔ膜６１を覆うように配置された柱状酸化膜５３と、柱状酸化膜５３上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、柱状酸化膜５３および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第１実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｃ１の場合、柱状酸化膜５３と下部電極２８Ｄとによって柱状電極が構成され、ガス拡散路ＭＰ１とポーラスＰｔ膜６１とによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図８５（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｃ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図８６（ａ）および図８６（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｃ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第１実施例の変形例３）
第６の実施の形態の第１実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｄ１の模式的平面パターン構成は、図８７（ａ）に示すように表され、図８７（ａ）のＶＩＤ１−ＶＩＤ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｄ１の模式的断面構造は、図８７（ｂ）に示すように表される。
第６の実施の形態の第１実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｄ１の模式的平面パターン構成は、図８７（ａ）に示すように表され、図８７（ａ）のＶＩＤ１−ＶＩＤ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｄ１の模式的断面構造は、図８７（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第１実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｄ１のセンサ部分ＳＰは、図８７（ａ）および図８７（ｂ）に示すように、中空構造を有するガス拡散路（ガス導入路）ＭＰ１と、ガス拡散路ＭＰ１上に配置されたポーラスＰｔ膜（多孔質膜）６１と、ポーラスＰｔ膜６１を覆うように配置された下部電極（柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＢと、下部電極２８ＤＢを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＢに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第１実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｄ１の場合、下部電極２８ＤＢによって柱状電極が構成され、ガス拡散路ＭＰ１とポーラスＰｔ膜６１とによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図８７（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｄ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図８８（ａ）および図８８（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｄ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第２実施例）
第６の実施の形態の第２実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０５を、ガス導入路となるポーラス酸化膜５１と多孔質膜５１・６１とで構成する場合について説明する。
第６の実施の形態の第２実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０５を、ガス導入路となるポーラス酸化膜５１と多孔質膜５１・６１とで構成する場合について説明する。
ここで、多孔質膜５１・６１は、面内方向のガス絞り構造を備える。
第６の実施の形態の第２実施例に係る限界電流式ガスセンサ６Ｅ１の模式的平面パターン構成は、図８９（ａ）に示すように表され、図８９（ａ）のＶＩＥ１−ＶＩＥ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｅ１の模式的断面構造は、図８９（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第２実施例に係る限界電流式ガスセンサ６Ｅ１のセンサ部分ＳＰは、図８９（ａ）および図８９（ｂ）に示すように、ガス導入路となる第１のポーラス酸化膜５１Ａと、第１のポーラス酸化膜５１Ａ上に配置された第２のポーラス酸化膜（多孔質膜）５１Ｂと、第２のポーラス酸化膜５１Ｂを覆うように配置された柱状酸化膜５３と、柱状酸化膜５３上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、柱状酸化膜５３および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第２実施例に係る限界電流式ガスセンサ６Ｅ１の場合、柱状酸化膜５３と下部電極２８Ｄとによって柱状電極が構成され、第１のポーラス酸化膜５１Ａと第２のポーラス酸化膜５１Ｂとによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図８９（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｅ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図９０（ａ）および図９０（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｅ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第２実施例の変形例１）
第６の実施の形態の第２実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｆ１の模式的平面パターン構成は、図９１（ａ）に示すように表され、図９１（ａ）のＶＩＦ１−ＶＩＦ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｆ１の模式的断面構造は、図９１（ｂ）に示すように表される。
第６の実施の形態の第２実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｆ１の模式的平面パターン構成は、図９１（ａ）に示すように表され、図９１（ａ）のＶＩＦ１−ＶＩＦ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｆ１の模式的断面構造は、図９１（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第２実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｆ１のセンサ部分ＳＰは、図９１（ａ）および図９１（ｂ）に示すように、ガス導入路となる第１のポーラス酸化膜５１Ａと、第１のポーラス酸化膜５１Ａ上に配置された第２のポーラス酸化膜（多孔質膜）５１Ｂと、第２のポーラス酸化膜５１Ｂを覆うように配置された下部電極（柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＢと、下部電極２８ＤＢを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＢに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第２実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｆ１の場合、下部電極２８ＤＢによって柱状電極が構成され、第１のポーラス酸化膜５１Ａと第２のポーラス酸化膜５１Ｂとによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図９１（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｆ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図９２（ａ）および図９２（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｆ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第２実施例の変形例２）
第６の実施の形態の第２実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｇ１の模式的平面パターン構成は、図９３（ａ）に示すように表され、図９３（ａ）のＶＩＧ１−ＶＩＧ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｇ１の模式的断面構造は、図９３（ｂ）に示すように表される。
第６の実施の形態の第２実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｇ１の模式的平面パターン構成は、図９３（ａ）に示すように表され、図９３（ａ）のＶＩＧ１−ＶＩＧ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｇ１の模式的断面構造は、図９３（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第２実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｇ１のセンサ部分ＳＰは、図９３（ａ）および図９３（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラス酸化膜５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置されたポーラスＰｔ膜（多孔質膜）６１と、ポーラスＰｔ膜６１を覆うように配置された柱状酸化膜５３と、柱状酸化膜５３上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、柱状酸化膜５３および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第２実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｇ１の場合、柱状酸化膜５３と下部電極２８Ｄとによって柱状電極が構成され、ポーラス酸化膜５１とポーラスＰｔ膜６１とによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図９３（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｇ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図９４（ａ）および図９４（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｇ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第２実施例の変形例３）
第６の実施の形態の第２実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｈ１の模式的平面パターン構成は、図９５（ａ）に示すように表され、図９５（ａ）のＶＩＨ１−ＶＩＨ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｈ１の模式的断面構造は、図９５（ｂ）に示すように表される。
第６の実施の形態の第２実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｈ１の模式的平面パターン構成は、図９５（ａ）に示すように表され、図９５（ａ）のＶＩＨ１−ＶＩＨ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｈ１の模式的断面構造は、図９５（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第２実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｈ１のセンサ部分ＳＰは、図９５（ａ）および図９５（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラス酸化膜５１と、ポーラス酸化膜５１上に配置されたポーラスＰｔ膜（多孔質膜）６１と、ポーラスＰｔ膜６１を覆うように配置された下部電極（柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＢと、下部電極２８ＤＢを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＢに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第２実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｈ１の場合、下部電極２８ＤＢによって柱状電極が構成され、ポーラス酸化膜５１とポーラスＰｔ膜６１とによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図９５（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｈ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図９６（ａ）および図９６（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｈ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第３実施例）
第６の実施の形態の第３実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０５を、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と多孔質膜５１・６１とで構成する場合について説明する。
第６の実施の形態の第３実施例として、まず、センサ部分ＳＰのガス取込部３０５を、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と多孔質膜５１・６１とで構成する場合について説明する。
ここで、多孔質膜５１・６１は、面内方向のガス拡散構造を備える。
第６の実施の形態の第３実施例に係る限界電流式ガスセンサ６Ｊ１の模式的平面パターン構成は、図９７（ａ）に示すように表され、図９７（ａ）のＶＩＪ１−ＶＩＪ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｊ１の模式的断面構造は、図９７（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第３実施例に係る限界電流式ガスセンサ６Ｊ１のセンサ部分ＳＰは、図９７（ａ）および図９７（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と、ポーラスＰｔ膜６１上に配置されたポーラス酸化膜（多孔質膜）５１と、ポーラス酸化膜５１を覆うように配置された柱状酸化膜５３と、柱状酸化膜５３上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、柱状酸化膜５３および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第３実施例に係る限界電流式ガスセンサ６Ｊ１の場合、柱状酸化膜５３と下部電極２８Ｄとによって柱状電極が構成され、ポーラスＰｔ膜６１とポーラス酸化膜５１とによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図９７（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｊ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図９８（ａ）および図９８（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｊ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第３実施例の変形例１）
第６の実施の形態の第３実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｋ１の模式的平面パターン構成は、図９９（ａ）に示すように表され、図９９（ａ）のＶＩＫ１−ＶＩＫ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｋ１の模式的断面構造は、図９９（ｂ）に示すように表される。
第６の実施の形態の第３実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｋ１の模式的平面パターン構成は、図９９（ａ）に示すように表され、図９９（ａ）のＶＩＫ１−ＶＩＫ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｋ１の模式的断面構造は、図９９（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第３実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｋ１のセンサ部分ＳＰは、図９９（ａ）および図９９（ｂ）に示すように、ガス導入路となるポーラスＰｔ膜６１と、ポーラスＰｔ膜６１上に配置されたポーラス酸化膜（多孔質膜）５１と、ポーラス酸化膜５１を覆うように配置された下部電極（柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＢと、下部電極２８ＤＢを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＢに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第３実施例の変形例１に係る限界電流式ガスセンサ６Ｋ１の場合、下部電極２８ＤＢによって柱状電極が構成され、ポーラスＰｔ膜６１とポーラス酸化膜５１とによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図９９（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｋ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図１００（ａ）および図１００（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｋ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第３実施例の変形例２）
第６の実施の形態の第３実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｌ１の模式的平面パターン構成は、図１０１（ａ）に示すように表され、図１０１（ａ）のＶＩＬ１−ＶＩＬ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｌ１の模式的断面構造は、図１０１（ｂ）に示すように表される。
第６の実施の形態の第３実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｌ１の模式的平面パターン構成は、図１０１（ａ）に示すように表され、図１０１（ａ）のＶＩＬ１−ＶＩＬ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｌ１の模式的断面構造は、図１０１（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第３実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｌ１のセンサ部分ＳＰは、図１０１（ａ）および図１０１（ｂ）に示すように、ガス導入路となる第１のポーラスＰｔ膜６１Ａと、第１のポーラスＰｔ膜６１Ａ上に配置された第２のポーラスＰｔ膜（多孔質膜）６１Ｂと、第２のポーラスＰｔ膜６１Ｂを覆うように配置された柱状酸化膜５３と、柱状酸化膜５３上に配置された下部電極（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）２８Ｄと、柱状酸化膜５３および下部電極２８Ｄを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８Ｄに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第３実施例の変形例２に係る限界電流式ガスセンサ６Ｌ１の場合、柱状酸化膜５３と下部電極２８Ｄとによって柱状電極が構成され、第１のポーラスＰｔ膜６１Ａと第２のポーラスＰｔ膜６１Ｂとによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図１０１（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｌ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図１０２（ａ）および図１０２（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｌ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
（第６の実施の形態の第３実施例の変形例３）
第６の実施の形態の第３実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｍ１の模式的平面パターン構成は、図１０３（ａ）に示すように表され、図１０３（ａ）のＶＩＭ１−ＶＩＭ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｍ１の模式的断面構造は、図１０３（ｂ）に示すように表される。
第６の実施の形態の第３実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｍ１の模式的平面パターン構成は、図１０３（ａ）に示すように表され、図１０３（ａ）のＶＩＭ１−ＶＩＭ１線に沿う、ＭＥＭＳ梁構造に形成されるガスセンサ６Ｍ１の模式的断面構造は、図１０３（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第６の実施の形態の第３実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｍ１のセンサ部分ＳＰは、図１０３（ａ）および図１０３（ｂ）に示すように、ガス導入路となる第１のポーラスＰｔ膜６１Ａと、第１のポーラスＰｔ膜６１Ａ上に配置された第２のポーラスＰｔ膜（多孔質膜）６１Ｂと、第２のポーラスＰｔ膜６１Ｂを覆うように配置された下部電極（柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜）２８ＤＢと、下部電極２８ＤＢを覆うように配置された固体電解質層３０と、下部電極２８ＤＢに対向する固体電解質層３０上に配置された上部電極２８Ｕとを備える。
第６の実施の形態の第３実施例の変形例３に係る限界電流式ガスセンサ６Ｍ１の場合、下部電極２８ＤＢによって柱状電極が構成され、第１のポーラスＰｔ膜６１Ａと第２のポーラスＰｔ膜６１Ｂとによってガス取込部３０５が構成される。
それ以外の構成は、限界電流式ガスセンサ１Ａなどと基本的に同一なので、重複する説明は省略する。
なお、図１０３（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｍ１のように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティ部Ｃは舟型構造に限らず、図１０４（ａ）および図１０４（ｂ）に示す限界電流式ガスセンサ６Ｍ２のような開放型構造のキャビティ部Ｃとしても良い。
いずれの構成によっても、ポーラス膜の温度依存性の改善が容易に可能であり、センサ特性をより安定化させることが可能な限界電流式ガスセンサとすることができる。
なお、いずれの構成の場合も、マイクロヒータＭＨの下方に熱伝導率の高い低濃度ドープポリシリコン層３００を挿入することも可能である。
また、ポーラスＰｔ膜６１・６１Ａ・６１Ｂに代えて、ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜を適用するようにしても良い。
（動作原理）
ここで、限界電流式ガスセンサの動作原理について簡単に説明する。
―ガス濃度を検出する動作―
まず、ジルコニア固体電解質を数百度に加熱し、ジルコニア固体電解質に電圧を印加すると、触媒電極でイオン化した酸素イオンが、固体電解質の一方の側から他の側へ伝導する。このとき、小孔や多孔質などを利用して電解質に吸入する酸素ガス量を制限すると、電圧を増加しても電流が一定値になる飽和現象が現れる。この電流は限界電流と呼ばれ、周囲の酸素濃度に比例する。そのため、一定の電圧を印加すれば、流れる電流値から酸素濃度を検出することができる。印加する電圧を切り替えれば、同様の原理で水蒸気の濃度を検出することも可能である。
ここで、限界電流式ガスセンサの動作原理について簡単に説明する。
―ガス濃度を検出する動作―
まず、ジルコニア固体電解質を数百度に加熱し、ジルコニア固体電解質に電圧を印加すると、触媒電極でイオン化した酸素イオンが、固体電解質の一方の側から他の側へ伝導する。このとき、小孔や多孔質などを利用して電解質に吸入する酸素ガス量を制限すると、電圧を増加しても電流が一定値になる飽和現象が現れる。この電流は限界電流と呼ばれ、周囲の酸素濃度に比例する。そのため、一定の電圧を印加すれば、流れる電流値から酸素濃度を検出することができる。印加する電圧を切り替えれば、同様の原理で水蒸気の濃度を検出することも可能である。
限界電流式ガスセンサによるガス濃度を検出する動作を示すフローチャートは、図１０５に示すように表される。また、限界電流式ガスセンサにおいて、ガス濃度検出動作におけるＹＳＺ温度と時間との関係は、模式的に図１０６に示すように表され、動作原理を説明する模式的断面構造は、図１０７に示すように表される。
図１０７において、固体電解質層１０６を、マイクロヒータＭＨによって、数百℃、例えば５００℃程度に加熟し、上部電極（陰極）１０５Ｕ・多孔質電極（陽極）１０５Ｄ間に電圧Ｖを印加して電流Ｉを流すと、上部電極１０５Ｕでは、Ｏ2 ＋４ｅ- ⇔２Ｏ2-の電気化学反応によって固体電解質層１０６中へ酸素イオン（Ｏ2-）の注入が起こる。
一方、多孔質電極１０５Ｄでは、２Ｏ2-⇔Ｏ2 ＋４ｅ- の反応によって酸素ガス（Ｏ2 ガス）の放出が生じる。
固体電解質層１０６中において、酸素イオン（Ｏ2-）は、ホッピング伝導に基づいて伝播される。ここで、酸素イオン（Ｏ2-）のホッピング伝導を説明するエネルギーダイアグラムは、図１０８に示すように模式的に表される。固体電解質層１０６に電界Ｅｘが印加されると、その効果によって、伝導体の底は−ｅＥｘだけ傾くことになる。その分だけ、酸素イオン（Ｏ2-）の伝導障壁の高さが低下するため、熱励起と共に酸素イオン（Ｏ2-）のホッピング伝導が実施される。
固体電解質層１０６に吸入する酸素ガス量を制限すると、電圧を増加しても、電流が一定値になる飽和現象が現れる。限界電流式ガスセンサにおいて、電流―電圧特性における限界電流は、図１０９に示すように模式的に表される。すなわち、図１０９において、期間Ｔ2 で現れる電流が酸素ガスに対する限界電流ＩO を表し、期間Ｔ3 で現れる電流が水蒸気に対する限界電流ＩW を表す。
この限界電流ＩO ・ＩW は、周囲の酸素濃度・水蒸気濃度に比例するため、限界電流ＩO ・ＩW の値と酸素濃度・水蒸気濃度の値とを予め対応付けて検出回路１０７に登録しておく。このようにすれば、限界電流ＩO ・ＩW の値を測定することにより、それに対応する酸素濃度・水蒸気濃度を検出することができる。
また、上部電極１０５Ｕ・多孔質電極１０５Ｄ間に印加する電圧を切り替えれば、酸素濃度だけでなく、水蒸気濃度を検出することも可能である。
限界電流式ガスセンサを用いてガス濃度を検出する動作を、図１０５および図１０６を参照して説明する。
図１０６において、Ｔonはヒータオン期間、Ｔoff はヒータオフ期間に相当する。ヒータオン期間Ｔonに投入される加熱電力は、例えば、約５ｍＷである。
（ａ）まず、マイクロヒータを用いて、室温から測定温度（例えば、５００℃）までセンサを加熱する（図１０５：ステップＳ１→Ｓ２：ＮＯ→Ｓ１→・・・）。図１０６に示すように、例えば、時間ｔ＝０〜ｔ＝０．１秒の間にＹＳＺ温度Ｔは、０℃〜約５００℃まで上昇する。
（ｂ）測定温度に達したら（図１０５：ステップＳ２：ＹＥＳ）、安定するまで一定時間待機する（図１０５：ステップＳ３）。図１０６に示すように、例えば、時間ｔ＝０．１秒〜ｔ＝０．３秒の待機期間ＴW にＹＳＺ温度Ｔは、約５００℃に保持される。
（ｃ）次に、上部電極１０５Ｕ・多孔質電極１０５Ｄ間に電圧を印加する（図１０５：ステップＳ４）。図１０６に示すように、例えば、時間ｔ＝０．３秒〜ｔ＝０．５秒の測定期間ＴM にＹＳＺ温度Ｔは、約５００℃に保持される。
（ｄ）次に、限界電流の値を測定し、その限界電流に対応するガス濃度を検出する（図１０５：ステップＳ５）。
（ｅ）次に、マイクロヒータをオフにして、センサを冷却する。図１０６に示すように、例えば、時間ｔ＝０．５秒〜にＹＳＺ温度Ｔは、約５００℃から室温まで冷却される。
上記に説明した温度サイクルは、例えば、約１分間に１回程度のサイクルで加熱・待機・測定・冷却を繰り返しても良い。
（電気化学反応）
限界電流式ガスセンサにおいて、イオン伝導を説明する模式的断面構造は、図１１０に示すように表される。
限界電流式ガスセンサにおいて、イオン伝導を説明する模式的断面構造は、図１１０に示すように表される。
図１０９および図１１０を参照して、限界電流式ガスセンサにおける電気化学反応について説明する。
（ａ）固体電解質層１０６を、マイクロヒータによって、例えば５００℃程度に加熟し、陰極１０５Ｕ・陽極１０５Ｄ間に電圧Ｖを印加して電流Ｉを流すと、図１０９の期間Ｔ1 において、電流Ｉは増加し、限界電流ＩO に到達する。
図１０９の期間Ｔ1 においては、Ｏ2 ＋４ｅ- ⇔２Ｏ2-の電気化学反応によって、固体電解質層１０６中において、酸素イオンＯ2-が拡散する。この時、酸素ガスＯ2 のフロー量の方が酸素イオンＯ2-が拡散する量よりも大きい。
（ｂ）限界電流ＩO が保持される図１０９の期間Ｔ2 においては、酸素ガス分子の電気分解反応が実施され、図１１０に示すように、陰極１０５Ｕと固体電解質層１０６との界面では、Ｏ2 ＋４ｅ- ⇔２Ｏ2-の電気化学反応によって固体電解質層１０６中へ酸素イオンＯ2-の注入が起こる。
一方、陽極１０５Ｄと固体電解質層１０６との界面では、２Ｏ2-⇔Ｏ2 ＋４ｅ- の反応によって、酸素ガスＯ2 の放出が生じる。
（ｃ）固体電解質層１０６の温度Ｔを、例えば５００℃程度に保持し、さらに電圧Ｖを増加すると、電流Ｉは増加し、図１０９の期間Ｔ3 において、限界電流ＩW に到達する。
（ｄ）限界電流ＩW が保持される図１０９の期間Ｔ3 においては、吸着酸素ガスＯadの電気分解反応と水蒸気（Ｈ2 Ｏ）の電気分解反応とが実施される。
ここで、図１１０に示すように、陰極１０５Ｕと固体電解質層１０６との界面では、Ｏ2 ＋４ｅ- ⇔２Ｏ2-の電気化学反応によって固体電解質層１０６中へ酸素イオンＯ2-の注入が起こる。また、Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- ⇔Ｈ2 ＋Ｏ2-の電気化学反応によって、水素の放出が生じる。すなわち、水蒸気（Ｈ2 Ｏ）が電気分解されて、酸素イオンＯ2-が固体電解質層１０６内をホッピング伝導により移動していく。
一方、陽極１０５Ｄと固体電解質層１０６との界面では、吸着酸素ガスＯadの電気分解により、２Ｏ2-⇔Ｏ2 ＋４ｅ- の反応によって酸素ガスＯ2 の放出が生じる。同様に、水蒸気（Ｈ2 Ｏ）の電気分解により、２Ｏ2-⇔Ｏ2 ＋４ｅ- の反応によって酸素ガスＯ2 の放出が生じる。
（ｅ）固体電解質層１０６の温度Ｔを、例えば５００℃程度に保持し、さらに電圧Ｖを増加すると、電流Ｉは増加し、図１０９の期間Ｔ4 において、吸着酸素ガスＯadの電気分解反応と水蒸気（Ｈ2 Ｏ）の電気分解反応とが実施される。さらに、固体電解質層１０６の電気分解が始まる。
ここで、図１１０に示すように、陰極１０５Ｕと固体電解質層１０６との界面では、Ｏ2 ＋４ｅ- ⇔２Ｏ2-の電気化学反応によって固体電解質層１０６中へ酸素イオンＯ2-の注入が起こる。また、Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- ⇔Ｈ2 ＋Ｏ2-の電気化学反応によって水素の放出が生じる。すなわち、水蒸気（Ｈ2Ｏ）が電気分解されて、酸素イオンＯ2−がホッピング伝導により固体電解質層１０６内を移動していく。
一方、陽極１０５Ｄと固体電解質層１０６との界面では、吸着酸素ガスＯadの電気分解により、２Ｏ2-⇔Ｏ2 ＋４ｅ- の反応によって酸素ガスＯ2 の放出が生じる。同様に、水蒸気（Ｈ2 Ｏ）の電気分解により、２Ｏ2-⇔Ｏ2 ＋４ｅ- の反応によって酸素ガスＯ2 の放出が生じる。
さらに、固体電解質層１０６の電気分解によって、酸素空孔濃度は、次式ＯO x ⇔１／２・Ｏ2 （ｇ）＋ＶO ..＋２ｅ’に基づき、雰囲気酸素分圧との平衡にも依存する。この式は、電子的伝導率は固体と平衡する酸素分圧に依存し、高温では生成系のエントロピーがより大きいことから、高温では反応が右に偏るので温度にも依存することを示している。
（パッケージ）
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを収容するパッケージの蓋１３１を示す模式的鳥瞰構成は、図１１１に示すように表される。図１１１に示すように、パッケージの蓋１３１には、ガスは通過可能であるが異物は通さない多数の貫通穴１３２が形成されている。パッケージの蓋１３１には、メタルメッシュ、小孔開きメタル、ポーラスセラミックなどを適用可能である。
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを収容するパッケージの蓋１３１を示す模式的鳥瞰構成は、図１１１に示すように表される。図１１１に示すように、パッケージの蓋１３１には、ガスは通過可能であるが異物は通さない多数の貫通穴１３２が形成されている。パッケージの蓋１３１には、メタルメッシュ、小孔開きメタル、ポーラスセラミックなどを適用可能である。
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを収容するパッケージの本体１４１を示す模式的鳥瞰構成は、図１１２に示すように表される。図１１２に示すように、パッケージの本体１４１には、複数の端子を備えた限界電流式ガスセンサのチップ１４２が収容され、複数のボンディングワイヤ１４３により電気的に接続されている。パッケージの本体１４１の上部に蓋１３１を被せ、半田によりプリント基板などに実装する。
（エナジーハーベスタ電源を用いたセンサノードの構成例）
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ（センサノード）は、図１１３に示すように、センサ類１５１と、無線モジュール１５２と、マイコン１５３と、エナジーハーベスタ電源１５４と、蓄電素子１５５とを備える。
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ（センサノード）は、図１１３に示すように、センサ類１５１と、無線モジュール１５２と、マイコン１５３と、エナジーハーベスタ電源１５４と、蓄電素子１５５とを備える。
センサ類１５１の構成は、各実施の形態として説明した通りである。
無線モジュール１５２は、無線信号を送受信するＲＦ回路などを備えたモジュールである。
マイコン１５３は、エナジーハーベスタ電源１５４のマネジメント機能を備え、エナジーハーベスタ電源１５４からの電力をセンサ類１５１に投入する。このとき、マイコン１５３は、センサ類１５１における消費電力を省電力化するヒータ電力プロファイルに基づいて電力を投入しても良い。
例えば、相対的に大きな電力である第１の電力を第１の期間Ｔ１だけ投入した後、相対的に小さな電力である第２の電力を第２の期間Ｔ２だけ投入しても良い。また、第２の期間Ｔ２にデータを読み取り、第２の期間Ｔ２が経過した後、第３の期間Ｔ３だけ電力の投入を停止しても良い。
エナジーハーベスタ電源１５４は、太陽光や照明光、機械の発する振動、熱などのエネルギーを採取し、電力を得る。
蓄電素子１５５は、電力を蓄電することが可能なリチウムイオン蓄電素子などである。
以下、このようなセンサノードの動作について説明する。
まず、図１１３中の（１）に示すように、エナジーハーベスタ電源１５４からの電力がマイコン１５３に供給される。これにより、マイコン１５３は、図１１３中の（２）に示すように、エナジーハーベスタ電源１５４からの電圧を昇圧する。
次に、図１１３中の（３）に示すように、蓄電素子１５５の電圧を読み取った後、図１１３中の（４）・（５）に示すように、蓄電素子１５５への電力供給や、蓄電素子１５５からの電力引き出しを行う。
次に、図１１３中の（６）に示すように、ヒータ電力プロファイルに基づいてセンサ類１５１に電力を投入し、図１１３中の（７）に示すように、センサ抵抗値およびＰｔ抵抗値などのデータを読み取る。
次に、図１１３中の（８）に示すように、無線モジュール１５２に電力を供給し、図１１３中の（９）に示すように、センサ抵抗値およびＰｔ抵抗値などのデータを無線モジュール１５２に送る。
最後に、図１１３中の（１０）に示すように、無線モジュール１５２によってセンサ抵抗値およびＰｔ抵抗値などのデータが無線送信される。
（センサパッケージ：ブロック構成）
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを搭載するセンサパッケージ９６の模式的ブロック構成は、図１１４に示すように表される。
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを搭載するセンサパッケージ９６の模式的ブロック構成は、図１１４に示すように表される。
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを搭載するセンサパッケージ９６は、図１１４に示すように、温度センサ用のサーミスタ部９０と、湿度・酸素センサ用のＹＳＺセンサ部９２と、サーミスタ部９０・ＹＳＺセンサ部９２からのアナログ情報ＳＡ2 ・ＳＡ1 を受信し、またサーミスタ部９０・ＹＳＺセンサ部９２への制御信号Ｓ２・Ｓ１を供給するＡＤ／ＤＡ変換部９４と、外部からのディジタル入出力信号ＤＩ・ＤＯとを備える。
サーミスタ部９０は、例えば、ＮＴＣサーミスタ、ＰＴＣサーミスタ、セラミックＰＴＣ、ポリマーＰＴＣ、ＣＴＲサーミスタなどを適用可能である。
ＹＳＺセンサ部９２には、各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを適用可能である。ＹＳＺセンサ部９２においては、絶対湿度（Absolute Humidity）や相対湿度（ＲＨ：Relative Humidity）も測定可能であるが、特に相対湿度（ＲＨ）の検出では、温度が基準になるため、サーミスタ部９０で検出した温度情報が必要となる。
（センサネットワーク）
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを適用したセンサネットワークシステムの模式的ブロック構成は、図１１５に示すように表される。
各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを適用したセンサネットワークシステムの模式的ブロック構成は、図１１５に示すように表される。
図１１５に示すように、センサネットワークとは、多数のセンサを相互に接続したネットワークである。すでに、工場、医療／ヘルスケア、交通、建設、農業、環境管理など、様々な分野でセンサネットワークを利用した新しい取り組みが始まっている。
これらの分野では、高耐久性と共に、応答速度の速いセンサを使用することが望まれるため、各実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを、例えば湿度センサとして適用するのが望ましい。このような湿度センサは、ジルコニアを使用しているため、耐久性に優れている。そのため、信頼性の高いセンサネットワークを提供することが可能である。
（第７〜第９の実施の形態）
（第７の実施の形態）
（概略構成）
第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａのセンサ部分の模式的平面パターン構成は、図１１６（ａ）に示すように表され、図１１６（ａ）のＩＡ−ＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ部分の模式的断面構造は、図１１６（ｂ）に示すように表される。
（第７の実施の形態）
（概略構成）
第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａのセンサ部分の模式的平面パターン構成は、図１１６（ａ）に示すように表され、図１１６（ａ）のＩＡ−ＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ部分の模式的断面構造は、図１１６（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１１６（ａ）および図１１６（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２と、中央部のセンサ部分にそれぞれ対応して、基板１２上に配置された多孔質電極（Ｔｉ／Ｐｔ電極）５Ｄと、多孔質電極５Ｄ上に形成されたＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）１１と、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を囲うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ薄膜）４と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に配置された緻密電極（Ｐｔ電極）５Ｕとを備える。
なお、Ｐｔは、多孔質材料としての白金（Platinum）であり、Ｔｉは、電極材料としてのチタン（Titanium）であり、ＹＳＺは、固体電解質材料としてのイットリウム安定化ジルコニア（Yttria-Stabilized Zirconia）である。
また、この限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１１６（ａ）および図１１６（ｂ）に示すように、少なくともセンサ部分の、多孔質電極５Ｄ、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１、固体電解質層４、および緻密電極５Ｕを覆うようにして配置された多孔質膜（多孔質層）１３を備える。多孔質膜１３は、例えば、５μｍ程度の厚さとなるように、Ａｌ2 Ｏ3 -ＳｉＯ2 などを用いて形成される。
さらに、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１１６（ａ）および図１１６（ｂ）に示すように絶縁層３を有し、この絶縁層３にパターニングされた開口部３ｂ・３ｂにおいて、多孔質電極５Ｄの延出端側が一方の検出端子２ｂに接続され、緻密電極５Ｕの延出端（第２の緻密電極部）側が他方の検出端子２ｂに接続されている。絶縁層３は、例えばＳｉＯＮ膜（シリコン膣化膜）が１μｍの厚さで形成される。
検出端子２ｂ・２ｂは、４００ｎｍ程度の厚さのポリシリコン層であって、イオン注入によって後述するマイクロヒータ２よりも高濃度に形成される。
ここで、緻密電極５Ｕは、センサ部分における固体電解質層４のＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１に対向する面を第１の緻密電極部とし、この第１の緻密電極部の一部を部分的に含み、第１の緻密電極部の一部より延出する延出部分を第２の緻密電極部とし、第１の緻密電極部をＰｔ（第１の電極材料）によって、第２の緻密電極部をＴｉ（第２の電極材料）／Ｐｔの積層膜によって形成するようにしても良い。
多孔質電極５Ｄは、Ｔｉ／Ｐｔの積層膜によって、例えば、厚さは約０．１μｍ以上で形成される。薄いと、Ｐｔが凝集して絶縁化するためである。なお、多孔質電極５Ｄの形成には、孔径数μｍ程度のポーラスＰｔを用いることも可能である。
固体電解質層４は、厚さ約０．３μｍ以上のＹＳＺで形成される。薄いと、上下の電極５Ｄ・５Ｕ間が導通してしまうためである。例えば、固体電解質層４は、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１の外周部と、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された側の多孔質電極５Ｄの端部とを覆うようにして配置され、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を含む、上下の電極５Ｄ・５Ｕ間の導通が防がれる。
Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１は、固体電解質層４と多孔質電極５Ｄとの界面に配置され、例えば、厚さは約１０ｎｍ〜１０００ｎｍで形成される。Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１は、Ｐｔ粒子とＹＳＺ粒子とが互いに粒子の形状を保ったまま混在することで、例えば、固体電解質層４および多孔質電極５Ｄ間のセンサ部分でのガス濃度検出時における酸素（Ｏ）の応答速度の改善が可能である（詳細については、後述する）。
ＭＥＭＳ梁構造の基板１２は、平面視において、センサ部分を取り囲むように配置されており、例えば、約２μｍ厚のＳｉＯＮ膜などで形成される。
ここで、緻密電極５Ｕは、固体電解質層４の多孔質電極５ＤおよびＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１に対向する面に接触して配置され、図示せぬ金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成された微細ガス導入路（図示せず）を有する。
例えば、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、電極５Ｄ・５Ｕ自体をナノ構造に形成している。すなわち、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を混ぜたＰｔを焼結し、最後にＣＮＴを焼き飛ばして微細ガス導入路を形成した金属粒子焼結層（緻密Ｐｔ）を緻密電極５Ｕとして適用しても良い。ＣＮＴの代わりに、カーボンナノ粒子を適用しても良い。
緻密Ｐｔで形成された緻密電極５Ｕの厚さは、例えば、約０．１μｍ以上である。薄すぎると、Ｐｔが凝集して絶縁化するためである。
なお、緻密電極５Ｕにおける微細ガス導入路は、例えば、金属粒子焼結層に含有されるナノメートルスケールを有するナノワイヤ、ナノチューブ、ナノ粒子などの熱処理工程もしくは熱処理工程と組み合わせたエッチング処理工程によって形成可能である。ナノワイヤ、ナノチューブ、ナノ粒子は、例えば、炭素（Ｃ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などによって形成可能である。
すなわち、緻密電極５Ｕにおける金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成される微細ガス導入路については、ここでの詳細な説明は割愛するが、金属粒子焼結層は、ナノワイヤを備えていても良い。ナノワイヤは、ＣＮＴもしくはＺｎＯを備えていても良い。また、金属粒子焼結層は、カーボンナノチューブもしくはカーボンナノ粒子を備え、微細ガス導入路は、金属粒子焼結層の大気中での燃焼により、カーボンナノナノチューブもしくはカーボンナノ粒子が燃焼されることによって形成されていても良い。また、金属粒子焼結層は、ＺｎＯを備え、微細ガス導入路は、金属粒子焼結層の大気中での燃焼後、ウェットエッチングによりＺｎＯがエッチングされることによって形成されていても良い。
さらには、金属粒子焼結層の金属粒子は、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、もしくはＲｕのいずれかを備えていても良い。また、金属粒子焼結層は、金属粒子焼結層中に閉じ込められて大気中での燃焼により、燃焼されないナノワイヤを備えていても良い。ナノワイヤもしくはナノ粒子は、直径が約０．１μｍ以下を備える。また、ナノワイヤの長さは、例えば、約１０μｍ以下である。ナノワイヤを使用するメリットは、ナノワイヤの形状（径、長さ）によりガス透過量制御が可能であり、また、ナノワイヤの割合によりガス透過量制御が可能なことである。
このように、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、緻密電極５Ｕの微細ガス導入路の形状によりガス透過量制御可能である。
また、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、緻密電極５Ｕの微細ガス導入路の含有割合によりガス透過量制御可能である。
一方、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１１６（ａ）および図１１６（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２上に配置された絶縁層（例えば、１μｍ厚のＳｉＯＮ膜）１ａをさらに備え、少なくともセンサ部分の絶縁層１ａと絶縁層３との間には、検出端子２ｂ・２ｂと同層において、加熱用のマイクロヒータ２が埋め込まれている。マイクロヒータ２は、４００ｎｍ程度の厚さのポリシリコン層（ポリシリコンヒータ）であって、イオン注入により抵抗値が３００Ω程度とされる。マイクロヒータ２は、電極層２ａ・２ａにつながるヒータ用電極部（Ｔｉ／Ｐｔ積層膜）９・９間に所定電圧が印加されることによって、固体電解質層４を加熱する。なお、マイクロヒータ２は、印刷により形成されたＰｔヒータなどによっても形成可能である。
本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、両持梁構造のＭＥＭＳ素子構造を基本構造とすることによって、センサ部分の熱容量を低減化し、センサ感度の向上を図っている。
本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、マイクロヒータ２は、基板１２の上部である基板１２と多孔質電極５Ｄとの相互間に絶縁層１ａ・３を介して配置される場合に限らず、多孔質電極５Ｄの形成面側に対向する絶縁層１ａの下面、または基板１２の下部に配置されていても良い。また、マイクロヒータ２は、基板１２の内部に埋め込まれていても良い。もしくは、基板１２の表面に、ポリシリコンで形成されたマイクロヒータ２を含むシリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜１０３が形成された構成としても良い（例えば、図１４８参照）。
本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、図１１６（ａ）および図１１６（ｂ）に示すように、例えば、緻密電極５Ｕと多孔質電極５Ｄとに供給する検出用の電圧を検出端子２ｂ・２ｂ間に印加することにより、被測定ガス内における所定のガス濃度を限界電流式で検出する検出回路１０７が接続される。
検出回路１０７は、限界電流に基づいて酸素濃度を検出することができる。また、検出回路１０７は、限界電流に基づいて水蒸気濃度を検出することができる。
なお、検出端子２ｂ・２ｂとヒータ用電極部９・９とは、互いの延出方向がほぼ直交するように配置されている。
本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによれば、多孔質電極５Ｄと固体電解質層４との相互間にＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を配置したことにより、センサ部分でのガス濃度検出時における酸素ガス（Ｏ2 ）中の酸素の応答速度の改善が可能である。
（基本構造）
第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの要部の基本的な断面構造は、図１１７に示すように表される。
第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの要部の基本的な断面構造は、図１１７に示すように表される。
すなわち、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａのセンサ部分の基本構成は、図１１７に示すように、シリコン基板１２と、シリコン基板１２上にＰｔとＴｉの積層膜を用いて形成されたＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄと、Ｔｉ／Ｐｔ電極５Ｄの上面部に、ＹＳＺを用いて形成されたＹＳＺ薄膜４と、ＹＳＺ薄膜４とＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄとの間の界面に配設されたＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）１１と、ＹＳＺ薄膜４の、少なくともＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１に対向する面に配置されたＰｔ電極５Ｕとを備える。
また、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａのセンサ部分の基本構成としては、図１１７に示すように、Ｐｔ電極５Ｕの、少なくともＹＳＺ薄膜４およびＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１に対向する面を覆うようにして配置されたＡｌ2 Ｏ3 -ＳｉＯ2 膜１３を備えるようにしても良い。
Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１の基本的な模式的断面構造、および、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１の一部（図中の丸印の部分）を拡大して示す模式的断面構造は、図１１８（ａ）に示すように表される。
Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１は、図１１８（ａ）に示すように、Ｐｔが粒子の形状を保ったまま主に存在する層（Ｐｔ領域）１１ａと、ＹＳＺが粒子の形状を保ったまま主に存在する層（ＹＳＺ領域）１１ｂとが入れ子の状態で混在する領域であって、層１１ａと層１１ｂとが接する境界部分においては、Ｐｔ粒子とＹＳＺ粒子とが隣接した状態となっている。
理想的には、図１１８（ｂ）に示すように、層１１ａのＰｔ粒子と層１１ｂのＹＳＺ粒子とが相互により多く混在し、混在する面積がより向上するように、ＹＳＺ薄膜４とＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄとが積層される。なお、層１１ｂとしては、図１１８（ｃ）に示すように、層１１ａ側に突出した先端部分が折り返す構造や、突出した層１１ｂの一部が枝状に分岐した構造などを有していても良い。
要するに、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１は、ＹＳＺ薄膜４とＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄとの間に層１１ａと層１１ｂとを積層させることによって形成されるものであって、層１１ａと層１１ｂとが混在する面積をより向上させることで、より高精度なセンシングが可能となる。
また、層１１ａおよび層１１ｂの積層によって形成されるものに限らず、積層されたＹＳＺ薄膜４とＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄとをアニール処理することによっても、入れ子の状態を形成可能である。
さらに説明すると、上記のような構成を有するＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１の基本的な機能は、図１１９（ａ）に示すように表される。なお、図１１９（ｂ）は、比較のために、Ｐｔ粒子とＹＳＺ粒子とが隣接した状態で存在しない場合を模式的に示すものである。
図１１９（ａ）に示すように、Ｐｔ粒子とＹＳＺ粒子とが隣接して存在する場合にＰｔ粒子とＹＳＺ粒子との間を移動する酸素（Ｏ）の移動距離ＬＣは、図１１９（ｂ）に示すように、Ｐｔ粒子とＹＳＺ粒子とが隣接しない場合にＰｔ粒子とＹＳＺ粒子との間を移動する酸素（Ｏ）の移動距離ＬＮよりも短くなる。
すなわち、Ｐｔ粒子とＹＳＺ粒子とが隣接して存在するＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１の場合、ＹＳＺ粒子と接するＰｔ粒子が増加することによって、酸素（Ｏ）の移動時間の短縮化が可能となるため、より高精度なセンシングを実現できる。
図１２０は、第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１ＡにおけるＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１の基本特性を説明するために、マイクロヒータ２の測定温度を５５０℃とした場合の、時間（Ｔｉｍｅ）とアノード（Ａ）／カソード（Ｋ）間を流れる電流値（１時間後の電流値Ｉ／Ｉｔ=3600）との関係を対比して示すものである。
図１２０からも明らかなように、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を設けない場合（ＷＯ１１）に比較して、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を設けた場合（Ｗ１１）の方が、電流値が「１」に収束するまでの時間の短縮化が可能である。
したがって、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによれば、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を設けたことによって、固体電解質層４および多孔質電極５Ｄ間のセンサ部分でのガス濃度検出時における酸素の応答速度の向上が可能であり、限界電流式ガスセンサ１Ａとしての応答速度を改善できる。
（製造方法）
第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、センサ部分に対応するシリコン基板１２上にＰｔとＴｉの積層膜を用いてＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄを形成する工程と、Ｔｉ／Ｐｔ電極５Ｄ上の少なくともセンサ部分に、Ｐｔの粒子およびＹＳＺの粒子が混在するＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）１１を形成する工程と、少なくともＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を覆うように、Ｔｉ／Ｐｔ電極５Ｄ上にＹＳＺ薄膜４を形成する工程と、ＹＳＺ薄膜４の上面部を含んで、少なくともＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１に対向する面にＰｔ電極５Ｕを形成する工程とを有する。
第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、センサ部分に対応するシリコン基板１２上にＰｔとＴｉの積層膜を用いてＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄを形成する工程と、Ｔｉ／Ｐｔ電極５Ｄ上の少なくともセンサ部分に、Ｐｔの粒子およびＹＳＺの粒子が混在するＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）１１を形成する工程と、少なくともＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を覆うように、Ｔｉ／Ｐｔ電極５Ｄ上にＹＳＺ薄膜４を形成する工程と、ＹＳＺ薄膜４の上面部を含んで、少なくともＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１に対向する面にＰｔ電極５Ｕを形成する工程とを有する。
より詳しくは、図１１６（ａ）および図１１６（ｂ）に示した第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１２１〜図１２８に示すように表される。
（ａ）まず、図１２１（ａ）および図１２１（ｂ）に示すように、約１０μｍ厚のシリコン基板１２を用意し、そのシリコン基板１２の上面にプラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）法により約１μｍ厚のＳｉＯＮ膜１ａを形成する。
（ｂ）次いで、図１２２（ａ）および図１２２（ｂ）に示すように、ＳｉＯＮ膜１ａ上に４００ｎｍ程度の厚さのポリシリコン層を形成すると共に、そのポリシリコン層をエッチングなどによりパターニングして、検出端子２ｂ・２ｂとマイクロヒータ２とマイクロヒータ２につながる電極層２ａ・２ａとを互いに直交する方向に形成する。また、イオン注入法により、マイクロヒータ２は、電極層２ａ・２ａ間の抵抗値が３００Ωとなるように設定され、検出端子２ｂ・２ｂおよび電極層２ａ・２ａは、マイクロヒータ２よりも高濃度に形成される。
（ｃ）次いで、図１２３（ａ）および図１２３（ｂ）に示すように、全面にＰ−ＣＶＤ法により約１μｍ厚のＳｉＯＮ膜３を形成する。そして、そのＳｉＯＮ膜３をパターニングして開口部３ａ・３ｂを形成し、検出端子２ｂ・２ｂおよびマイクロヒータ２につながる電極層２ａ・２ａの一部を選択的に露出させる。
（ｄ）次いで、図１２４（ａ）および図１２４（ｂ）に示すように、スパッタ法などにより５００ｎｍ厚のＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄおよびヒータ用電極部９・９を形成し、センサ部分より延びるＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄの延出端はＳｉＯＮ膜３の開口部３ｂに露出する一方の検出端子２ｂに、ヒータ用電極部９・９はＳｉＯＮ膜３の開口部３ａに露出する電極層２ａ・２ａに、それぞれ接続させる。
（ｅ）次いで、図１２５（ａ）および図１２５（ｂ）に示すように、スパッタ法により２ｎｍ厚のＹＳＺ膜と２ｎｍ厚のＰｔ膜の積層膜を形成した後、１０００℃でアニール処理を行って、センサ部分のＴｉ／Ｐｔ電極５Ｄ上にＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を形成する。
なお、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１は、ＹＳＺ粒子とＰｔ粒子の混合ペーストを用い、印刷および焼結の処理を行うことによっても形成することが可能である。
（ｆ）次いで、図１２６（ａ）および図１２６（ｂ）に示すように、リフトオフ工程によりＹＳＺ薄膜４を０．５μｍの厚さで形成し、ＹＳＺ薄膜４によってセンサ部分のＴｉ／Ｐｔ電極５ＤおよびＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１の周囲を被覆する。
（ｇ）次いで、図１２７（ａ）および図１２７（ｂ）に示すように、緻密電極５Ｕとして、スパッタ法によりセンサ部分におけるＹＳＺ薄膜４のＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１に対向する面（第１の緻密電極部）にＰｔ膜５Ｐｔを形成した後、このＰｔ膜５Ｐｔの一部を含んで、ＳｉＯＮ膜３の開口部３ｂに露出する他方の検出端子２ｂに接続される延出端（第２の緻密電極部）をＴｉ／Ｐｔの積層膜５Ｔｉによって形成する。緻密電極５Ｕは、Ｐｔ膜５ＰｔおよびＴｉ／Ｐｔの積層膜５Ｔｉの膜厚が１００ｎｍ程度となるように形成される。
なお、緻密電極５Ｕは、Ｔｉ／Ｐｔの積層膜５Ｔｉを形成した後に、Ｐｔ膜５Ｐｔの形成を行うことによって形成するようにしても良い。
（ｈ）次いで、図１２８（ａ）および図１２８（ｂ）に示すように、センサ部分に対応するシリコン基板１２を選択的にエッチングし、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２を構成するキャビティＣ（Cavity:空洞）を形成する。キャビティＣとしては、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａのサイズにもよるが、３００μｍ×３００μｍ程度が望ましい。
（ｉ）この後、センサ部分を覆うように、５μｍ程度の厚さのポーラス膜（例えば、Ａｌ2 Ｏ3 -ＳｉＯ2 膜）１３を印刷によって形成することにより、図１１６（ａ）および図１１６（ｂ）に示した構成を有する、第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａが完成する。
以上のように、第７の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによれば、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を配置したことにより、ガス濃度検出時の応答速度を改善できる。
（第８の実施の形態）
（概略構成）
第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの模式的平面パターン構成は、図１２９に示すように表され、要部の拡大された模式的平面パターン構成は、図１３０に示すように表され、図１３０のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ部分の模式的断面構造は、図１３１に示すように表される。
（概略構成）
第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの模式的平面パターン構成は、図１２９に示すように表され、要部の拡大された模式的平面パターン構成は、図１３０に示すように表され、図１３０のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ部分の模式的断面構造は、図１３１に示すように表される。
すなわち、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１２９〜図１３１に示すように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２と、基板１２上に配置された多孔質電極５Ｄと、多孔質電極５Ｄ上に形成されたＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）１１と、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に配置された固体電解質層４と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に配置され、図示せぬ金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成された微細ガス導入路（図示せず）を有する緻密電極５Ｕとを備える。
また、この限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１３１に示すように、多孔質電極５Ｄ上にＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を介して配置された絶縁膜８を有し、この絶縁膜８にパターニングされた開口部７のＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１上および開口部７を取り囲む絶縁膜８上に固体電解質層４が配置されている。
また、この限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１３１に示すように、基板１２上に配置された絶縁層３を備え、多孔質電極５Ｄは絶縁層３上に配置されていても良い。
多孔質電極５Ｄは、多孔質材料である、孔径数μｍ程度のポーラスＰｔで形成され、例えば、厚さは約１μｍ以上であり、Ｐｔが凝集して絶縁化するのを防ぐ。なお、多孔質電極５Ｄは、Ｔｉ／Ｐｔの積層膜によって形成することもできる。
固体電解質層４は、固体電解質材料である、厚さ約４μｍ以上のＹＳＺ（Yttria-Stabilized Zirconia）で形成される。薄いと、上下の電極５Ｄ・５Ｕ間が導通してしまうためである。
ＭＥＭＳ梁構造の基板１２は、例えば、約１０μｍ厚のシリコン基板で形成される。
第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、電極５Ｄ・５Ｕ自体をナノ構造に形成している。すなわち、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を混ぜたＰｔを焼結し、最後にＣＮＴを焼き飛ばして微細ガス導入路を形成した金属粒子焼結層（緻密Ｐｔ）を緻密電極５Ｕとして適用する。ＣＮＴの代わりに、カーボンナノ粒子を適用しても良い。
緻密Ｐｔで形成された緻密電極５Ｕの厚さは、例えば、約１μｍ以上である。薄すぎると、Ｐｔが凝集して絶縁化するためである。
第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、緻密電極５Ｕにより酸素ガスの取り込みを制御可能であるため、良好な限界電流特性が得られ、検出感度の向上した限界電流式ガスセンサを提供することができる。
ここで、緻密電極５Ｕとなる金属粒子焼結層は、ＣＮＴもしくはカーボンナノ粒子を備え、微細ガス導入路は、金属粒子焼結層の大気中での燃焼により、ＣＮＴもしくはカーボンナノ粒子が燃焼されることによって形成されていても良い。
また、金属粒子焼結層は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を備え、微細ガス導入路は、金属粒子焼結層の大気中での燃焼後、ウェットエッチングによりＺｎＯがエッチングされることによって形成されていても良い。
第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、微細ガス導入路の形状によりガス透過量制御可能である。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、微細ガス導入路の含有割合によりガス透過量制御可能である。
金属粒子焼結層の金属粒子は、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、もしくはＲｕのいずれかを備えていても良い。
第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１２９に示すように、緻密電極５Ｕと多孔質電極５Ｄとの間に電圧を印加することにより、被測定ガス内における所定のガス濃度を限界電流式で検出する検出回路１０７を備える。ここで、検出回路１０７は、限界電流に基づいて酸素濃度を検出することができる。また、検出回路１０７は、限界電流に基づいて水蒸気濃度を検出することができる。
しかも、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによれば、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を設けたことによって、ガス濃度検出時における酸素の応答速度の向上が可能であり、限界電流式ガスセンサ１Ａとしての応答速度を改善できる。
なお、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１２９〜図１３１に示すように、緻密電極５Ｕ上に配置された第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ）と、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に配置された第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ）と、固体電解質層４上に配置された第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）とを備えていても良い。
また、本実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１２９〜図１３１に示すように、平面視において、第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、緻密電極５Ｕ上に配置された第１反り抑制用多孔質絶縁膜１０（５Ｕ）と、平面視において、第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、多孔質電極５Ｄ上にＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を介して配置された第２反り抑制用多孔質絶縁膜１０（５Ｄ）とを備えていても良い。
第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１２９〜図１３１に示すように、両持梁構造のＭＥＭＳ素子構造を基本構造として備える。詳細構造は後述するが、中央部にはセンサ部分が配置され、両持梁構造の梁部分には、センサ部分に接続された多孔質電極５Ｄと緻密電極５Ｕとが配置され、多孔質電極５Ｄ・緻密電極５Ｕ間には、検出回路１０７が接続されている。
中央部のセンサ部分には、加熱用のマイクロヒータ２が埋め込まれており、両持梁構造のＭＥＭＳ素子構造を基本構造とすることによって、中央部のセンサ部分の熱容量を低減化し、センサ感度の向上を図っている。
この第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、基板１２は、図１３１に示すように、マイクロヒータ２を備える。マイクロヒータ２は、基板１２の上部もしくは基板１２の下部に配置されていても良い。また、マイクロヒータ２は、図１３１に示すように、基板１２の内部に埋め込まれていても良い。マイクロヒータ２は、例えば、印刷により形成されたＰｔヒータ、またはポリシリコンヒータで形成可能である。また、基板１２の表面には、ポリシリコンで形成されたマイクロヒータ２を含むシリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜１０３が形成されていても良い（例えば、図１４８参照）。
多孔質電極５Ｄ・緻密電極５Ｕは、多孔質のＰｔ電極で形成可能である。多孔質のＰｔ電極は、印刷、蒸着、もしくはスパッタにより形成可能である。多孔質電極５Ｄ・緻密電極５Ｕの厚さは、例えば、約０．１μｍ〜１０μｍ程度である。
絶縁膜８は、Ａｌ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 、ＹＳＺ−ＳｉＯ2 、もしくはＹＳＺ−Ａｌ2 Ｏ3 のいずれかで形成可能である。絶縁膜８は、印刷工程、もしくはスパッタリング工程により形成可能である。絶縁膜８の厚さは、例えば、約１．０μｍ〜１０μｍ程度である。
固体電解質層４は、ＹＳＺ、ＹＳＺ−ＳｉＯ2 、もしくはＹＳＺ−Ａｌ2 Ｏ3 の少なくとも一つが含まれる安定化ジルコニア（ＹＳＺ）膜で形成可能である。固体電解質層４は、印刷工程もしくはスパッタリング工程により形成可能である。固体電解質層４の厚さは、例えば、約０．１μｍ〜１０μｍ程度である。
応力緩和用低熱膨張膜６は、検出するガス量によって、膜密度を調整可能である。この応力緩和用低熱膨張膜６は、緻密膜、多孔質膜、もしくは緻密膜と多孔質膜の複合膜のいずれかで形成可能である。
また、応力緩和用低熱膨張膜６は、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＹＳＺ、もしくはムライトの少なくとも一種類を含む材料で形成されていても良い。また、応力緩和用低熱膨張膜６は、印刷工程もしくはスパッタリング工程により形成可能である。応力緩和用低熱膨張膜６の厚さは、例えば、約１．０μｍ〜５．０μｍ程度である。
反り抑制用多孔質絶縁膜１０は、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＹＳＺ、もしくはムライトの少なくとも一種類を含む材料で形成されていても良い。また、反り抑制用多孔質絶縁膜１０は、印刷工程もしくはスパッタリング工程により形成可能である。反り抑制用多孔質絶縁膜１０の厚さは、例えば、約１．０μｍ〜５．０μｍ程度である。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、基板１２は、ＭＥＭＳ梁構造を備えていても良い。基板１２は、厚さ１０μｍ以下、望ましくは２μｍ以下のシリコン基板で形成可能である。ＭＥＭＳを応用すれば、基板１２の厚さを２μｍ以下にすることができるため、熱容量が小さくなり、マイクロヒータ２での消費電力を低減することが可能である。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１２９〜図１３１に示すように、基板１２に形成されたキャビティＣ（Cavity:空洞）上に両持ちの梁構造体として形成されている。梁構造体は、ＭＥＭＳにより形成された厚さ１０μｍ以下、望ましくは２μｍ以下の梁構造体である。
絶縁層３は、Ａｌ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 、ＹＳＺ−ＳｉＯ2 、もしくはＹＳＺ−Ａｌ2 Ｏ3 のいずれかが含まれる多孔質膜で形成可能である。絶縁層３は、ガス取り込み膜として機能し、印刷工程もしくはスパッタリング工程により形成可能である。ここで、絶縁層３の厚さは、例えば、約０〜１０μｍ程度である。絶縁層３は、必ずしも備えていなくても良い。その場合には、多孔質のＰｔ電極で形成可能な多孔質電極５Ｄをガス取り込み膜として利用することができる。
このような限界電流式ガスセンサ１Ａは、ＭＥＭＳ以外の方法により製造されても良い。この場合のシリコン基板１２の厚さは、例えば６００μｍ程度である。
（製造方法）
第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１３２〜図１３６に示すように、基板１２上に多孔質電極（ポーラスＰｔ）５Ｄを形成する工程と、多孔質電極５Ｄ上にＰｔ粒子およびＹＳＺ粒子が混在するＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）１１を形成する工程と、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に絶縁膜８を形成する工程と、絶縁膜８をパターニングして開口部７を形成する工程と、開口部７のＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１上および開口部７を取り囲む絶縁膜８上に固体電解質層（ＹＳＺ薄膜）４を形成する工程と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に緻密電極（Ｐｔ電極）５Ｕを形成する工程とを有する。
第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１３２〜図１３６に示すように、基板１２上に多孔質電極（ポーラスＰｔ）５Ｄを形成する工程と、多孔質電極５Ｄ上にＰｔ粒子およびＹＳＺ粒子が混在するＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）１１を形成する工程と、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に絶縁膜８を形成する工程と、絶縁膜８をパターニングして開口部７を形成する工程と、開口部７のＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１上および開口部７を取り囲む絶縁膜８上に固体電解質層（ＹＳＺ薄膜）４を形成する工程と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に緻密電極（Ｐｔ電極）５Ｕを形成する工程とを有する。
図示していないが、緻密電極５Ｕは、金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成された微細ガス導入路を備える。
なお、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１は、例えば、開口部７に対応する多孔質電極５Ｄの少なくとも一部にのみ選択的に形成されるものであっても良い。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１３７に示すように、緻密電極５Ｕ上に第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ）を形成し、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ）を形成し、固体電解質層４上に第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）を形成する工程を有する。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１３８に示すように、平面視において、第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、緻密電極５Ｕ上に第１反り抑制用多孔質絶縁膜１０（５Ｕ）を形成する工程と、平面視において、第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に第２反り抑制用多孔質絶縁膜１０（５Ｄ）を形成する工程とを有する。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１３９に示すように、基板１２を図示矢印方向にエッチングして、基板１２に形成されたキャビティＣ上に両持ちの梁構造体を形成する工程を有する。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、基板１２の上部もしくは基板１２の下部にマイクロヒータ２を形成する工程を有していても良い。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、基板１２の内部に埋め込まれたマイクロヒータ２を形成する工程を有していても良い。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、基板１２上に絶縁層３を形成する工程を有し、絶縁層３上に多孔質電極５Ｄを形成しても良い。
また、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法において、マイクロヒータ２、絶縁層３、多孔質電極５Ｄ、緻密電極５Ｕ、絶縁膜８、固体電解質層４、応力緩和用低熱膨張膜６（６（４）・６（５Ｕ）・６（５Ｄ））、反り抑制用多孔質絶縁膜１０（１０（５Ｕ）・１０（５Ｄ））、およびＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１は、印刷工程により形成可能である。
次に、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法について、図１３２〜図１３９を参照して説明する。
（ａ）まず、図１３２（ａ）および図１３２（ｂ）に示すように、マイクロヒータ２を埋め込んだ基板１２上に絶縁層３を形成する。ここで、絶縁層３は、多孔質膜であることから、ガスの通り道となる。なお、絶縁層３の形成を省略しても良い。
（ｂ）次に、図１３３（ａ）および図１３３（ｂ）に示すように、絶縁層３および基板１２上に多孔質電極５Ｄを形成する。多孔質電極５Ｄは、例えば、ポーラスＰｔ電極によって形成されるため、このポーラスＰｔ電極中をガスが通るようにしても良い。
また、多孔質電極５Ｄを形成した後、例えば、その上面にＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を形成する。Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１は、例えば、スパッタ法により２ｎｍ厚のＹＳＺ膜と２ｎｍ厚のＰｔ膜の積層膜を形成した後に、１０００℃でアニール処理を行うか、もしくはＹＳＺ粒子とＰｔ粒子の混合ペーストを用い、印刷および焼結の処理を行うことによって形成することができる。
（ｃ）次に、図１３４（ａ）および図１３４（ｂ）に示すように、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に絶縁膜８を形成した後、絶縁膜８をパターニングして開口部７を形成する。
ここで、多孔質電極５Ｄの上面の一部分にＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を形成するようにした場合、絶縁膜８を形成することによって、安定化ジルコニア（固体電解質層４）／ポーラスＰｔ電極（多孔質電極５Ｄ）間の接触面積の安定化を図り、安定化ジルコニア（固体電解質層４）の端面とポーラスＰｔ電極（多孔質電極５Ｄ）との接触をなくし、また、ポーラスＰｔ電極（多孔質電極５Ｄ）とＰｔ電極（緻密電極５Ｕ）との間の電流リーク成分を除去することができる。
（ｄ）次に、図１３５（ａ）および図１３５（ｂ）に示すように、開口部７のＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１上および開口部７を取り囲む絶縁膜８上に固体電解質層４を形成する。固体電解質層４は、例えば、ここではＹＳＺで形成される。
（ｅ）次に、図１３６（ａ）および図１３６（ｂ）に示すように、固体電解質層４上に、多孔質電極５Ｄに対向し、基板１２に対して実質的に縦方向に緻密電極５Ｕを形成する。緻密電極５Ｕは、図１３６（ａ）に示すように、絶縁膜８・絶縁層３・基板１２上にも延伸して形成される。緻密電極５Ｕは、例えば、ポーラスＰｔ電極によって形成される。
（ｆ）次に、図１３７（ａ）および図１３７（ｂ）に示すように、緻密電極５Ｕ上に第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ）を形成し、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ）を形成し、固体電解質層４上に第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）を形成する。応力緩和用低熱膨張膜６は、検出するガス量によって、膜密度を調整可能である。
また、応力緩和用低熱膨張膜６は、緻密膜、多孔質膜、もしくは緻密膜と多孔質膜との複合膜のいずれかで形成可能である。また、応力緩和用低熱膨張膜６は、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＹＳＺ、もしくはムライトの少なくとも一種類を含む材料で形成される。
また、応力緩和用低熱膨張膜６は、印刷工程もしくはスパッタリング工程により形成可能である。応力緩和用低熱膨張膜６は、低熱膨張係数の絶縁膜であり、応力緩和用低熱膨張膜６を形成することによって、加熱時の応力を緩和することができる。
（ｇ）次に、図１３８（ａ）および図１３８（ｂ）に示すように、第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、緻密電極５Ｕ上に第１反り抑制用多孔質絶縁膜１０（５Ｕ）を形成すると共に、第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、多孔質電極５Ｄ上に第２反り抑制用多孔質絶縁膜１０（５Ｄ）を形成する。反り抑制用多孔質絶縁膜１０は、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＹＳＺ、もしくはムライトの少なくとも一種類を含む材料で形成される。
また、反り抑制用多孔質絶縁膜１０は、印刷工程もしくはスパッタリング工程により形成可能である。反り抑制用多孔質絶縁膜１０を形成することによって、加熱時の梁構造の反りを小さくし、耐久性を向上することができる。
（ｈ）次に、図１３９に示すように、基板１２を裏面から図示矢印方向にエッチングする。これにより、図１２９〜図１３１に示すように、基板１２に形成されたキャビティＣ上に両持ちの梁構造体が形成される。このように、梁構造を形成することによって、センサ部分の熱容量を低減し、かつ熱伝導を低減することができる。結果として、加熱時の低消費電力化が可能である。
以上のように、第８の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによっても、第７の実施の形態と同様に、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を配置したことにより、ガス濃度検出時の応答速度を改善できる。
（第９の実施の形態）
（概略構成）
第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの模式的平面パターン構成は、図１４０に示すように表わされる。図１２９に示した第８の実施の形態においては、両持梁構造の４本のアームの内、片側２本のアームの一方のアームにのみ多孔質電極５Ｄ・多孔質電極５Ｕを配置した例を示した。
（概略構成）
第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの模式的平面パターン構成は、図１４０に示すように表わされる。図１２９に示した第８の実施の形態においては、両持梁構造の４本のアームの内、片側２本のアームの一方のアームにのみ多孔質電極５Ｄ・多孔質電極５Ｕを配置した例を示した。
これに対し、第９の実施の形態においては、図１４０に示すように、両持梁構造の４本のアームの内、片側２本のアームの両方のアームに多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 ・緻密電極５Ｕ1 ・５Ｕ2 を配置している。また、多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 は、互いに電気的に接続されている。同様に、緻密電極５Ｕ1 ・５Ｕ2 も互いに電気的に接続されている。
第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１４０に示すように、基板１２と、基板１２上に配置された多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 と、少なくともセンサ部分の多孔質電極５Ｄ上に形成されたＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）１１と、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に配置された絶縁膜８（図示省略）と、絶縁膜８にパターニングされた開口部７（図示省略）のＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１上および開口部７を取り囲む絶縁膜８上に配置された固体電解質層４と、多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 に対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に配置され、金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成された微細ガス導入路を備える緻密電極５Ｕ1 ・５Ｕ2 とを備える。
また、第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１４０に示すように、緻密電極５Ｕ1 ・５Ｕ2 と多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 との間に電圧を印加することにより、被測定ガス内における所定のガス濃度を限界電流式で検出する検出回路１０７を備える。ここで、検出回路１０７は、限界電流に基づいて酸素濃度を検出することができる。また、検出回路１０７は、限界電流に基づいて水蒸気濃度を検出することができる。
しかも、第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによれば、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を設けたことによって、ガス濃度検出時における酸素の応答速度の向上が可能であり、限界電流式ガスセンサ１Ａとしての応答速度を改善できる。
なお、第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１４０に示すように、緻密電極５Ｕ1 ・５Ｕ2 上に配置された第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ1 ）・６（５Ｕ2 ）と、多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 上に配置された第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ1 ）・６（５Ｄ2 ）と、固体電解質層４上に配置された第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）とを備えていても良い。
また、第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１４０に示すように、平面視において、第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ1 ）・６（５Ｕ2 ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、緻密電極５Ｕ1 ・５Ｕ2 上に配置された第１反り抑制用多孔質絶縁膜１０（５Ｕ1 ）・１０（５Ｕ2 ）と、平面視において、第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ1 ）・６（５Ｄ2 ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 上に配置された第２反り抑制用多孔質絶縁膜１０（５Ｄ1 ）・１０（５Ｄ2 ）とを備えていても良い。
また、基板１２上に配置された絶縁層３を備え、絶縁層３上に多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 を配置しても良い。
その他の構成は、第８の実施の形態と同様である。
（製造方法）
第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１４１〜図１４４に示すように、基板１２上に多孔質電極５Ｄ・５Ｄ1 ・５Ｄ2 を形成する工程（図１４１）と、多孔質電極５Ｄ上にＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を形成する工程と、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に絶縁膜８を形成する工程と、絶縁膜８をパターニングして開口部７を形成する工程（図１４２）と、開口部７のＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１上および開口部７を取り囲む絶縁膜８上に固体電解質層４を形成する工程（図１４３）と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に、金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成された微細ガス導入路を備える緻密電極５Ｕ・５Ｕ1 ・５Ｕ2 を形成する工程（図１４４）とを有する。
第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１４１〜図１４４に示すように、基板１２上に多孔質電極５Ｄ・５Ｄ1 ・５Ｄ2 を形成する工程（図１４１）と、多孔質電極５Ｄ上にＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を形成する工程と、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１が形成された多孔質電極５Ｄ上に絶縁膜８を形成する工程と、絶縁膜８をパターニングして開口部７を形成する工程（図１４２）と、開口部７のＰｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１上および開口部７を取り囲む絶縁膜８上に固体電解質層４を形成する工程（図１４３）と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に、金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成された微細ガス導入路を備える緻密電極５Ｕ・５Ｕ1 ・５Ｕ2 を形成する工程（図１４４）とを有する。
また、第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１４５に示すように、緻密電極５Ｕ1 ・５Ｕ2 上に第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ1 ）・６（５Ｕ2 ）を形成し、多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 上に第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ1 ）・６（５Ｄ2 ）を形成し、固体電解質層４上に第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）を形成する工程を有する。
また、第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１４６に示すように、平面視において、第１応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｕ1 ）・６（５Ｕ2 ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、緻密電極５Ｕ1 ・５Ｕ2 上に第１反り抑制用多孔質絶縁膜１０（１０（５Ｕ1 ）・１０（５Ｕ2 ））を形成する工程と、平面視において、第２応力緩和用低熱膨張膜６（５Ｄ1 ）・６（５Ｄ2 ）と第３応力緩和用低熱膨張膜６（４）との間に跨って、多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 上に第２反り抑制用多孔質絶縁膜１０（１０（５Ｄ1 ）・１０（５Ｄ2 ））を形成する工程とを有する。
また、第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１４０に示すように、基板１２をエッチングして、基板１２に形成されたキャビティＣ上に両持ちの梁構造体を形成する工程を有する。
また、第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１４０に示すように、基板１２上に絶縁層３を形成する工程を有し、絶縁層３上に多孔質電極５Ｄ・５Ｄ1 ・５Ｄ2 を形成しても良い。
第９の実施の形態においては、図１４０に示すように、両持梁構造の４本のアームの内、片側２本のアームの両方のアームに多孔質電極５Ｄ1 ・５Ｄ2 ・緻密電極５Ｕ1 ・５Ｕ2 を配置している構造のみが第８の実施の形態（例えば、図１２９参照）と異なるため、各部の詳細な製造工程のほとんどは第８の実施の形態と同様である。
以上のように、第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによっても、第７・第８の実施の形態と同様に、Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜１１を配置したことにより、ガス濃度検出時の応答速度を改善できる。
以下に、限界電流式ガスセンサ１Ａの概略について、さらに説明する。
（梁構造）
第７〜第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法の一工程（梁構造形成工程）を示す模式的断面構造は、図１４７（ａ）に示すように表わされ、第７〜第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法の一工程（別の梁構造形成工程）は、図１４７（ｂ）に示すように表わされる。
第７〜第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法の一工程（梁構造形成工程）を示す模式的断面構造は、図１４７（ａ）に示すように表わされ、第７〜第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法の一工程（別の梁構造形成工程）は、図１４７（ｂ）に示すように表わされる。
特に、第８・第９の実施の形態の構成において、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造には、図１４７（ａ）に示すように、空洞Ｃを基板１２の底部に開放構造に形成する開放型構造と、図１４７（ｂ）に示すように、空洞Ｃを基板１２の内部に形成する船型構造とが可能である。いずれも、例えばシリコン基板の異方性エッチングなどを適用可能である。
なお、図１４７（ａ）および図１４７（ｂ）の各構造においては、いずれも薄層化された基板１２の一部分にマイクロヒータが形成されているが、ここでの図示は省略する。また、デバイス加熱部２００によって、限界電流式ガスセンサ１Ａの縦型センサ構造が表わされている。
すなわち、第８・第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの梁構造のレイアウト図（上面図）は、図１４８（ａ）に示すように表わされ、図１４８（ａ）のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿う模式的断面構造は、図１４８（ｂ）に示すように表わされる。
この構造例の場合、基板１２として（１００）面を有するシリコン基板を使用し、異方性エッチングにより、デバイス加熱部２００の底部には、底面が（１００）面、側面が（１１１）面のキャビティＣが形成されている。
この基板１２の表面には、ポリシリコンで形成されたマイクロヒータを含むシリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜１０３が形成されている。デバイス加熱部２００の面積は、例えば、約０．１ｍｍ2 である。
図１４８（ａ）および図１４８（ｂ）に示す構造例では、縦型センサ構造のデバイス加熱部２００の底部には、マイクロヒータを含む積層膜１０３が形成されており、基板１２は除去されている。すなわち、この構造例のように、第８・第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにあっては、薄層化された基板１２を除去し、マイクロヒータを含む積層膜１０３のみが形成されていても良い。
（マイクロヒータ）
第８・第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、マイクロヒータ２は、以下のプロセスフローにより形成することができる。
第８・第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、マイクロヒータ２は、以下のプロセスフローにより形成することができる。
まず、シリコン基板１２上に３μｍ厚のＰＳＧ（Phosphorus Silicon Glass）膜を形成し、その上にＳｉＮ膜を形成した後、ＳｉＮ膜のパターニングを行う（高濃度にドープする部分はＳｉＮ膜除去）。
次に、ポリシリコン層を形成し、例えば約１０００℃程度の熱処理により、ポリシリコン層へＰ（リン）を拡散して高濃度ドープポリシリコン層にする。ＳｉＮ膜がある部分は低濃度ドープポリシリコン層になる。
さらに、縦型センサ構造を形成し、ＢＨＦ（５:１）でＰＳＧエッチチングして梁構造を形成する。
以上のように、第８・第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、キャビティＣ上に梁構造のマイクロヒータ２を容易に形成することができる。
また、第８・第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、図１４８（ａ）および図１４８（ｂ）の積層膜１０３の部分に配置されるマイクロヒータ２は、以下のプロセスフローにより形成するようにしても良い。
まず、Ｓｉ（１００）基板１２上にＳｉＯ2 ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2 の多層絶縁膜である積層膜１０３を形成し、その上にＰｔヒータ（マイクロヒータ２）を形成する。
次に、マイクロヒータ２上にデバイス加熱部２００を形成する。
さらに、ＴＭＡＨ溶液を用いてシリコン基板１２を異方性エッチングすることにより、キャビティＣを形成する。
以上のように、このような工程によっても、キャビティＣ上に梁構造のマイクロヒータ２を容易に形成することができる。
なお、動作原理に関して、第７〜第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサにおいて、ガス濃度を検出する動作は、前述した通り、第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
また、電気化学反応の説明に関しても、前述した通り、第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
また、パッケージに関しても、前述した通り、第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
また、エナジーハーベスタ電源を用いたセンサノードの構成例としては、前述した第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
また、第７〜第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサにおいて、センサパッケージの模式的ブロック構成は、前述した第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
さらに、第７〜第９の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを適用したセンサネットワークシステムの模式的ブロック構成は、前述した第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、ここでの詳しい説明は省略する。
（第１０〜第１２の実施の形態）
（第１０の実施の形態）
（概略構成）
第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの模式的平面パターン構成は、図１４９（ａ）に示すように表され、図１４９（ａ）のＩＡ−ＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ１Ａの模式的断面構造は、図１４９（ｂ）に示すように表される。
（第１０の実施の形態）
（概略構成）
第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの模式的平面パターン構成は、図１４９（ａ）に示すように表され、図１４９（ａ）のＩＡ−ＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ１Ａの模式的断面構造は、図１４９（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１４９（ａ）および図１４９（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２と、中央部のセンサ部分にそれぞれ対応して、基板１２上に配置された多孔質電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｄと、多孔質電極５Ｄを覆うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ膜）４と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に配置された緻密電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｕとを備える。
また、この限界電流式ガスセンサ１Ａは、ほぼ全面に絶縁層３を有し、絶縁層３の上層部に所定のアスペクト比を有して形成されたガス拡散路１５を介して、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）をセンサ部分に向けて導入するように構成されている。
要するに、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、基板１２と、基板１２上のセンサ部分の領域に絶縁層３を介して配置された多孔質電極５Ｄと、多孔質電極５Ｄの上面部に配置された固体電解質層４と、固体電解質層４上の、多孔質電極５Ｄに対向する面に配置された緻密電極５Ｕと、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１５とを備える。
ガス拡散路１５は、被測定ガスを取り込むガス取込口１５ｂ、被測定ガスを導入するガス導入口１５ｃ、およびガス導入口１５ｃとガス取込口１５ｂとをつなぐガス流路（マイクロ流路）１５ａを有し、アスペクト比（マイクロ流路の流路長と流路断面積との比）に応じて、被測定ガスの流量制御が可能となっている。
実際には、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、ガス拡散路１５のアスペクト比が、例えば「流路長／断面積＝１００μｍ-1（所定のアスペクト比）」となるように、ガス流路１５ａが、幅（Ｗ）＝３０μｍ、深さ（Ｄ）＝０．１μｍ、長さ（Ｌ）＝３００μｍで形成される（アスペクト比は、３以上で限界電流特性が良好となる）。
すなわち、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、ガス流路１５ａのアスペクト比に応じて被測定ガスの流量制御が可能であり、アスペクト比を大きくできることによりセンサ特性を改善できると共に、ガス拡散路１５の形成の精度を高めることによって、センサ特性をより安定化させることができる。
なお、ガス拡散路１５のガス取込口１５ｂは、絶縁層３の上層部側の非センサ部分の領域に対応して上方に開口状態で設けられ、ガス導入口１５ｃは、絶縁層３の上層部側のセンサ部分の領域に対応して上方に開口状態で設けられ、ガス流路１５ａは、絶縁層３の上層部内部にほぼ水平方向に埋め込み形成される。
また、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、絶縁層３にパターニングされた開口部３ａ・３ａ内を埋め込むヒータ用電極部（Ｐｔ／Ｔｉ積層膜）９ａ・９ａを介して、電極層２ａ・２ａにつながるマイクロヒータ２に、固体電解質層４を加熱するための所定電圧が印加される。
また、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、絶縁層３における開口部３ｂ・３ｂに、例えばＰｔ／Ｔｉ積層膜が埋め込まれた一方・他方の検出端子９ｂ・９ｂと、絶縁層３における開口部３ｃ・３ｃに、例えばＰｔ／Ｔｉ積層膜が埋め込まれた一方・他方の接続端子９ｃ・９ｃと、をさらに備える。一方・他方の検出端子９ｂ・９ｂと一方・他方の接続端子９ｃ・９ｃとの間は、それぞれ、電極層２ａ・２ａと同層の電極層２ｂ・２ｂを介して接続されている。
そして、一方・他方の検出端子９ｂ・９ｂには、被測定ガス内における所定のガス濃度を限界電流式で検出する検出回路１０７が接続される。また、一方の検出端子９ｂにつながる一方の接続端子９ｃには、多孔質電極５Ｄの延出端が、他方の検出端子９ｂにつながる他方の接続端子９ｃには、緻密電極５Ｕの延出端が、それぞれ接続されている。
なお、Ｐｔは、多孔質材料としての白金（Platinum）であり、Ｔｉは、電極材料としてのチタン（Titanium）であり、ＹＳＺは、固体電解質材料としてのイットリウム安定化ジルコニア（Yttria-Stabilized Zirconia）である。
ここで、絶縁層３は、例えばＳｉＯＮ膜（シリコン膣化膜）が１．０μｍ以上の厚さで形成される。
電極層２ａ・２ａおよび電極層２ｂ・２ｂは、０．３μｍ程度の厚さのポリシリコン層であって、イオン注入によってマイクロヒータ２よりも高濃度に形成される。
ヒータ用電極部９ａ・９ａ、検出端子９ｂ・９ｂ、および接続端子９ｃ・９ｃは、例えば、２０ｎｍ厚のＴｉ膜と１００ｎｍ厚のＰｔ膜との積層膜によって形成される。
多孔質電極５Ｄは、ポーラスＰｔ膜によって、例えば、約１００ｎｍの厚さで形成される。なお、多孔質電極５Ｄの形成には、孔径数μｍ程度のＴｉ／Ｐｔの積層膜を用いることも可能である。
固体電解質層４は、約１μｍの厚さのＹＳＺ膜で形成される。薄いと、上下の電極５Ｄ・５Ｕ間が導通してしまうためである。例えば、固体電解質層４は、多孔質電極５Ｄの周囲を覆うようにして配置され、上下の電極５Ｄ・５Ｕ間の導通が防がれる。
ＭＥＭＳ梁構造の基板１２は、平面視において、センサ部分を取り囲むように配置された開放型構造を有しており、例えば、約１０μｍ厚のシリコン基板などで形成される。
ここで、多孔質電極５Ｄは、ガス拡散路１５のガス導入口１５ｃに対向する面に配置され、後述する金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成された微細ガス導入路（図示せず）を有する。
例えば、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、電極５Ｄ・５Ｕ自体をナノ構造に形成している。すなわち、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を混ぜたＰｔを焼結し、最後にＣＮＴを焼き飛ばして微細ガス導入路を形成した金属粒子焼結層（緻密Ｐｔ）を多孔質電極５Ｄとして適用しても良い。ＣＮＴの代わりに、カーボンナノ粒子を適用しても良い。
なお、多孔質電極５Ｄにおける微細ガス導入路は、例えば、金属粒子焼結層に含有されるナノメートルスケールを有するナノワイヤ、ナノチューブ、ナノ粒子などの熱処理工程もしくは熱処理工程と組み合わせたエッチング処理工程によって形成可能である。ナノワイヤ、ナノチューブ、ナノ粒子は、例えば、炭素（Ｃ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などによって形成可能である。
すなわち、多孔質電極５Ｄにおける金属粒子焼結層および金属粒子焼結層に形成される微細ガス導入路については、ここでの詳細な説明は割愛するが、金属粒子焼結層は、ナノワイヤを備えていても良い。ナノワイヤは、ＣＮＴもしくはＺｎＯを備えていても良い。また、金属粒子焼結層は、カーボンナノチューブもしくはカーボンナノ粒子を備え、微細ガス導入路は、金属粒子焼結層の大気中での燃焼により、カーボンナノナノチューブもしくはカーボンナノ粒子が燃焼されることによって形成されていても良い。また、金属粒子焼結層は、ＺｎＯを備え、微細ガス導入路は、金属粒子焼結層の大気中での燃焼後、ウェットエッチングによりＺｎＯがエッチングされることによって形成されていても良い。
さらには、金属粒子焼結層の金属粒子は、Ｐｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ａｕ、もしくはＲｕのいずれかを備えていても良い。また、金属粒子焼結層は、金属粒子焼結層中に閉じ込められて大気中での燃焼により、燃焼されないナノワイヤを備えていても良い。ナノワイヤもしくはナノ粒子は、直径が約０．１μｍ以下を備える。また、ナノワイヤの長さは、例えば、約１０μｍ以下である。ナノワイヤを使用するメリットは、ナノワイヤの形状（径、長さ）によりガス透過量制御が可能であり、また、ナノワイヤの割合によりガス透過量制御が可能なことである。
このように、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、多孔質電極５Ｄの微細ガス導入路の形状によりガス透過量制御可能である。また、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、多孔質電極５Ｄの微細ガス導入路の含有割合によりガス透過量制御可能である。
一方、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、図１４９（ａ）および図１４９（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２上に配置された絶縁層（例えば、０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜）１ａをさらに備え、少なくともセンサ部分の絶縁層１ａと絶縁層３との間には、電極層２ａ・２ａと同層において、加熱用のマイクロヒータ２が埋め込まれている。マイクロヒータ２は、０．３μｍ程度の厚さのポリシリコン層（ポリシリコンヒータ）であって、イオン注入により抵抗値が３００Ω程度とされる。
マイクロヒータ２は、ヒータ用電極部９ａ・９ａ間に所定電圧が印加されることによって、固体電解質層４を加熱する。なお、マイクロヒータ２は、印刷により形成されたＰｔヒータなどによっても形成可能である。
第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａは、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造（開放型構造）を基本構造とすることによって、センサ部分の熱容量を低減化し、センサ感度の向上を図っている。
なお、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいて、マイクロヒータ２は、センサ部分である基板１２と多孔質電極５Ｄとの相互間に絶縁層１ａ・３を介して配置される場合に限らず、多孔質電極５Ｄの形成面側に対向する絶縁層１ａの下面、または基板１２の下部に配置されていても良い。また、マイクロヒータ２は、基板１２の内部に埋め込まれていても良い。もしくは、基板１２の表面に、ポリシリコンで形成されたマイクロヒータ２を含むシリコン酸化膜／シリコン窒化膜の積層膜（図示せず）が形成された構成としても良い。
第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａにおいては、図１４９（ａ）および図１４９（ｂ）に示すように、例えば、緻密電極５Ｕと多孔質電極５Ｄとに供給する検出用の電圧を検出端子９ｂ・９ｂ間に印加することにより、被測定ガス内における所定のガス濃度を限界電流式で検出する検出回路１０７が接続される。
検出回路１０７は、限界電流に基づいて酸素濃度を検出することができる。また、検出回路１０７は、限界電流に基づいて水蒸気濃度を検出することができる。
なお、ヒータ用電極部９ａ・９ａと検出端子９ｂ・９ｂとは、互いの方向がほぼ直交するように配置されている。
第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによれば、ガス拡散路１５のアスペクト比を大きくできることにより、センサ特性の改善が容易に可能である。
（製造方法）
第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、センサ部分に対応する基板１２上の領域に絶縁層３を介して多孔質電極５Ｄを形成する工程と、多孔質電極５Ｄの上面部に固体電解質層４を形成する工程と、固体電解質層４上の、多孔質電極５Ｄに対向する面に緻密電極５Ｕを形成する工程と、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１５を絶縁層３の上層部に形成する工程とを有する。
第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、センサ部分に対応する基板１２上の領域に絶縁層３を介して多孔質電極５Ｄを形成する工程と、多孔質電極５Ｄの上面部に固体電解質層４を形成する工程と、固体電解質層４上の、多孔質電極５Ｄに対向する面に緻密電極５Ｕを形成する工程と、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１５を絶縁層３の上層部に形成する工程とを有する。
より詳しくは、図１４９（ａ）および図１４９（ｂ）に示した第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの製造方法は、図１５０〜図１６１に示すように表される。ここでは、ガス流路１５ａのアスペクト比が１００（所定のアスペクト比）となるように、幅（Ｗ）＝３０μｍ、深さ（Ｄ）＝０．１μｍ、長さ（Ｌ）＝３００μｍのガス流路１５ａを形成する場合について説明する。
（ａ）まず、図１５０（ａ）および図１５０（ｂ）に示すように、約１０μｍ厚のシリコン製の基板１２を用意し、その基板１２の上面にプラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）法により約０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜からなる絶縁層１ａを形成する。
（ｂ）次いで、図１５１（ａ）および図１５１（ｂ）に示すように、絶縁層１ａ上に０．３μｍ程度の厚さのポリシリコン層を形成すると共に、そのポリシリコン層をエッチングなどによりパターニングして、マイクロヒータ２およびマイクロヒータ２につながる電極層２ａ・２ａと電極層２ｂ・２ｂとを形成する。電極層２ａ・２ａおよび電極層２ｂ・２ｂは互いに直交する位置に形成される。マイクロヒータ２は、電極層２ａ・２ａ間における幅が約３００μｍとなるように形成される。
また、イオン注入法により、マイクロヒータ２は、電極層２ａ・２ａ間の抵抗値が３００Ωとなるように濃度設定され、電極層２ａ・２ａおよび電極層２ｂ・２ｂは、マイクロヒータ２よりも高濃度に形成（インプラ）される。
（ｃ）次いで、図１５２（ａ）および図１５２（ｂ）に示すように、全面にＰ−ＣＶＤ法により約０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜（第１絶縁膜）３１を形成する。
（ｄ）次いで、図１５３（ａ）および図１５３（ｂ）に示すように、ＳｉＯＮ膜３１の上面のガス拡散路１５を形成する部位に、ガス流路１５ａを形成するための流路形成膜１９ａを成膜（デポ＋パターニング）する。
流路形成膜１９ａは、絶縁層３を構成するＳｉＯＮ膜３１とはエッチングの選択比が異なる膜形成部材、例えばポリシリコン膜を用いて形成される。また、流路形成膜１９ａは、ガス流路１５ａのアスペクト比が、例えば「流路長／流路断面積＝１００（所定のアスペクト比）」となるように、ガス取込口１５ｂおよびガス導入口１５ｃを含む長さ（Ｌ）が４００μｍ、幅（Ｗ）が３０μｍ、厚さ（深さ（Ｄ））が０．１μｍで形成される。
ここで、ガス拡散路１５の所定のアスペクト比は、ガス流路１５ａの流路長を長くしたり、ガス流路１５ａの断面積（流路断面積）を小さくすることによって、容易に大きくでき、ガス拡散路１５のアスペクト比を大きくすることによって、センサ特性の改善が可能である。
（ｅ）次いで、図１５４（ａ）および図１５４（ｂ）に示すように、流路形成膜１９ａの一端部側に重なるように、ガス取込口１５ｂを形成するための取込口形成膜１９ｂを約０．５μｍの厚さとなるようにデポすると共に、流路形成膜１９ａの他端部側に重なるように、ガス導入口１５ｃを形成するための導入口形成膜１９ｃを約０．５μｍの厚さとなるようにデポする。取込口形成膜１９ｂおよび導入口形成膜１９ｃは、共に、絶縁層３を構成するＳｉＯＮ膜３１とはエッチングの選択比が異なる膜形成部材、例えばポリシリコン膜を用いて形成される。
すなわち、取込口形成膜１９ｂおよび導入口形成膜１９ｃを、例えば直径が５０μｍ程度の円形状とし、流路形成膜１９ａの両端部にそれぞれ重なるように形成することで、長さ（Ｌ）が３００μｍのガス流路１５ａを形成することが可能である。
これらガス拡散路１５を形成するための、流路形成膜１９ａ、取込口形成膜１９ｂ、および導入口形成膜１９ｃの形成は、多孔質電極５Ｄを形成する前に行われる。
（ｆ）次いで、図１５５（ａ）および図１５５（ｂ）に示すように、取込口形成膜１９ｂおよび導入口形成膜１９ｃの上面と同じ高さとなるように、ポリシリコン膜とはエッチングの選択比が異なる膜形成部材、例えばＳｉＯＮ膜（第２絶縁膜）３２により流路形成膜１９ａ上を埋め込む。
つまり、絶縁層３を構成するＳｉＯＮ膜３２は、Ｐ−ＣＶＤ法により約０．６μｍの厚さとなるように全面的にデポされる。
（ｇ）次いで、図１５６（ａ）および図１５６（ｂ）に示すように、絶縁層３を選択的に除去し、電極層２ａ・２ａにつながる開口部３ａ・３ａと、電極層２ｂ・２ｂにつながる開口部３ｂ・３ｂおよび開口部３ｃ・３ｃと、を開口する。
（ｈ）次いで、図１５７（ａ）および図１５７（ｂ）に示すように、開口部３ａ・３ａ、開口部３ｂ・３ｂ、および開口部３ｃ・３ｃの内部を、例えばＰｔ／Ｔｉ積層膜により埋め込み、Ｔｉ膜とＰｔ膜との積層膜からなるヒータ用電極部９ａ・９ａ、検出端子９ｂ・９ｂ、および接続端子９ｃ・９ｃを形成する。
なお、ヒータ用電極部９ａ・９ａ、検出端子９ｂ・９ｂ、および接続端子９ｃ・９ｃとしては、例えば、側壁と底部とに沿って２０ｎｍ厚のＴｉ膜を形成し、一部が絶縁層３上に突出および絶縁層３上を被覆するように、その内部に１００ｎｍ厚のＰｔ膜が埋め込まれた構成としても良い。
（ｉ）次いで、図１５８（ａ）および図１５８（ｂ）に示すように、スパッタ法などにより１００ｎｍ厚程度のポーラスＰｔ膜からなる多孔質電極５Ｄを約２００μｍの幅（ガス拡散路１５に沿う方向の長さ）で形成し、絶縁層３の表面に露出する導入口形成膜１９ｃの上面を塞ぐと共に、センサ部分より延びる多孔質電極５Ｄの延出端を一方の接続端子９ｃに接続させる。
（ｊ）次いで、図１５９（ａ）および図１５９（ｂ）に示すように、スパッタ法によりＹＳＺ膜からなる固体電解質層４を約１μｍの厚さで形成する。固体電解質層４を、例えば２５０μｍ程度の幅（ガス拡散路１５に沿う方向の長さ）で形成することによって、センサ部分の一方の接続端子９ｃに接続される多孔質電極５Ｄの延出端側を除く、多孔質電極５Ｄの周囲を被覆する。
（ｋ）次いで、図１６０（ａ）および図１６０（ｂ）に示すように、緻密電極５Ｕとして、スパッタ法によりセンサ部分における固体電解質層４上の多孔質電極５Ｄに対向する面に１００ｎｍ厚程度のポーラスＰｔ膜を形成し、かつセンサ部分より延びるポーラスＰｔ膜の延出端を他方の接続端子９ｃに接続させる。
（ｌ）次いで、図１６１（ａ）および図１６１（ｂ）に示すように、センサ部分に対応する基板１２を選択的に深掘りエッチングし、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２を、キャビティＣ（Cavity:空洞）を開放構造に形成した開放型構造に形成する。キャビティＣとしては、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａのサイズにもよるが、ガス拡散路１５に直交する方向の長さ×ガス拡散路１５に沿う方向の長さとして、５００μｍ×４００μｍ程度が望ましい。
（ｍ）この後、ガス拡散路１５を形成するための、流路形成膜１９ａ、取込口形成膜１９ｂ、および導入口形成膜１９ｃを構成するポリシリコン膜を、例えばウェットエッチングによって選択的に除去することにより、図１４９（ａ）および図１４９（ｂ）に示した構成を有する、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａが得られる。
以上のように、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによれば、ガス流路１５ａの流路長を長くしたり、ガス流路１５ａの断面積（流路断面積）を小さくすることによって、ガス拡散路１５のアスペクト比を簡単に大きくできるようになるため、センサ特性の改善が容易に可能となる。
しかも、第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａによれば、アスペクト比の大きなガス拡散路１５を正確（精密）に形成できるので、センサ特性をより安定させることができる。
なお、ガス導入口１５ｃは、センサ部分のほぼ中心部に配置されるが、ガス取込口１５ｂは、非センサ部分の領域ならばどこへでも自由に配置することが可能であり、所望の流路長を有するガス流路１５ａの形成が容易である。
（第１１の実施の形態）
（概略構成）
第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａの模式的平面パターン構成は、図１６２（ａ）に示すように表され、図１６２（ａ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ２Ａの模式的断面構造は、図１６２（ｂ）に示すように表される。
（概略構成）
第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａの模式的平面パターン構成は、図１６２（ａ）に示すように表され、図１６２（ａ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ２Ａの模式的断面構造は、図１６２（ｂ）に示すように表される。
図１６２（ａ）および図１６２（ｂ）に示すように、第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａは、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２が、上述した第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａのそれとは異なり、それ以外の構成は同一なので重複する説明はできるだけ省略し、製造方法についてより詳しく説明する。
すなわち、第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａは、図１６２（ａ）および図１６２（ｂ）に示すように、キャビティＣが船型構造を有するＭＥＭＳ梁構造の基板１２と、中央部のセンサ部分にそれぞれ対応して、基板１２上に配置された多孔質電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｄと、多孔質電極５Ｄを覆うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ膜）４と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に配置された緻密電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｕとを備える。
また、この限界電流式ガスセンサ２Ａは、ほぼ全面に絶縁層３を有し、絶縁層３の上層部に所定のアスペクト比を有して形成されたガス拡散路１５を介して、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）をセンサ部分に向けて導入するように構成されている。
第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａによっても、ガス拡散路１５のアスペクト比を大きくできることにより、センサ特性の改善が容易に可能であり、またガス拡散路１５を正確に形成できるので、センサ特性をより安定させることができる。
（製造方法）
第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａの製造方法は、図１６３〜図１７３に示すように表される。
第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａの製造方法は、図１６３〜図１７３に示すように表される。
（ａ）まず、図１６３（ａ）および図１６３（ｂ）に示すように、約１０μｍ厚のシリコン製の基板１２を用意し、その上面の、船型構造のキャビティＣを形成する部位に応じて、例えば基板１２とはエッチングの選択比が異なるポリシリコン膜１ｂを０．１μｍ程度の厚さとなるようにデポする。
その後、Ｐ−ＣＶＤ法により、例えばポリシリコン膜１ｂとはエッチングの選択比が異なるＳｉＯＮ膜をデポし、基板１２の上面に０．５μｍ程度の厚さの絶縁層１ａを形成する。
（ｂ）次いで、図１６４（ａ）および図１６４（ｂ）に示すように、絶縁層１ａ上に０．３μｍ程度の厚さのポリシリコン層を形成すると共に、そのポリシリコン層をエッチングなどによりパターニングして、マイクロヒータ２およびマイクロヒータ２につながる電極層２ａ・２ａと、電極層２ｂ・２ｂとを形成する。電極層２ａ・２ａおよび電極層２ｂ・２ｂは互いに直交する位置に形成される。
また、イオン注入法により、マイクロヒータ２は、電極層２ａ・２ａ間の抵抗値が３００Ωとなるように濃度設定され、電極層２ａ・２ａおよび電極層２ｂ・２ｂは、マイクロヒータ２よりも高濃度に形成（インプラ）される。
（ｃ）次いで、図１６５（ａ）および図１６５（ｂ）に示すように、全面にＰ−ＣＶＤ法により約０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜（第１絶縁膜）３１を形成する。
（ｄ）次いで、図１６６（ａ）および図１６６（ｂ）に示すように、ＳｉＯＮ膜３１の上面のガス拡散路１５を形成する部位に、ガス流路１５ａを形成するための流路形成膜１９ａを成膜（デポ＋パターニング）する。
流路形成膜１９ａは、ＳｉＯＮ膜３１とはエッチングの選択比が異なるポリシリコン膜などの膜形成部材を用いて形成される。また、流路形成膜１９ａは、例えばアスペクト比が「流路長／流路断面積＝１００（所定のアスペクト比）」となるように、ガス取込口１５ｂおよびガス導入口１５ｃを含む長さ（Ｌ）が４００μｍ、幅（Ｗ）が３０μｍ、厚さ（深さ（Ｄ））が０．１μｍで形成される。
ここで、ガス拡散路１５の所定のアスペクト比は、ガス流路１５ａの流路長を長くしたり、ガス流路１５ａの断面積（流路断面積）を小さくすることによって、容易に大きくでき、ガス拡散路１５のアスペクト比を大きくすることによって、センサ特性の改善が可能である。
（ｅ）次いで、図１６７（ａ）および図１６７（ｂ）に示すように、流路形成膜１９ａの一端部側に重なるように、例えば直径が５０μｍ程度の円形状のガス取込口１５ｂを形成するための取込口形成膜１９ｂを約０．５μｍの厚さとなるようにデポすると共に、流路形成膜１９ａの他端部側に重なるように、例えば直径が５０μｍ程度の円形状のガス導入口１５ｃを形成するための導入口形成膜１９ｃを約０．５μｍの厚さとなるようにデポする。取込口形成膜１９ｂおよび導入口形成膜１９ｃは、共に、絶縁層３を構成するＳｉＯＮ膜３１とはエッチングの選択比が異なる膜形成部材、例えばポリシリコン膜を用いて形成される。
上述した第１０の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａの場合と同様に、長さ（Ｌ）が３００μｍのガス流路１５ａを有するガス拡散路１５を形成するための、流路形成膜１９ａ、取込口形成膜１９ｂ、および導入口形成膜１９ｃの形成は、多孔質電極５Ｄを形成する前に行われる。
（ｆ）次いで、図１６８（ａ）および図１６８（ｂ）に示すように、取込口形成膜１９ｂおよび導入口形成膜１９ｃの上面と同じ高さとなるように、Ｐ−ＣＶＤ法により、ポリシリコン膜とはエッチングの選択比が異なる膜形成部材、例えばＳｉＯＮ膜（第２絶縁膜）３２を約０．６μｍの厚さで全面的にデポし、流路形成膜１９ａ上を埋め込む。
（ｇ）次いで、図１６９（ａ）および図１６９（ｂ）に示すように、絶縁層３を選択的に除去し、電極層２ａ・２ａにつながる開口部３ａ・３ａと、電極層２ｂ・２ｂにつながる開口部３ｂ・３ｂおよび開口部３ｃ・３ｃと、を開口する。
また、絶縁層３を選択的に除去し、ポリシリコン膜１ｂに達する深さの開口部１７を４個程度、形成する。開口部１７は、後述するウェットエッチングを効率良く行うために、例えば、ポリシリコン膜１ｂの四隅のより近傍に形成するのが望ましい。
（ｈ）次いで、図１７０（ａ）および図１７０（ｂ）に示すように、開口部３ａ・３ａ、開口部３ｂ・３ｂ、および開口部３ｃ・３ｃの内部を、例えばＰｔ／Ｔｉ積層膜により埋め込み、２０ｎｍ厚のＴｉ膜と１００ｎｍ厚のＰｔ膜との積層膜からなるヒータ用電極部９ａ・９ａ、検出端子９ｂ・９ｂ、および接続端子９ｃ・９ｃを形成する。
（ｉ）次いで、図１７１（ａ）および図１７１（ｂ）に示すように、スパッタ法などにより１００ｎｍ厚程度のポーラスＰｔ膜からなる多孔質電極５Ｄを形成し、絶縁層３の表面に露出する導入口形成膜１９ｃの上面を塞ぐと共に、センサ部分より延びる多孔質電極５Ｄの延出端を一方の接続端子９ｃに接続させる。
（ｊ）次いで、図１７２（ａ）および図１７２（ｂ）に示すように、スパッタ法によりＹＳＺ膜からなる固体電解質層４を約１μｍの厚さで形成し、センサ部分の一方の接続端子９ｃに接続される多孔質電極５Ｄの延出端側を除く、多孔質電極５Ｄの周囲を被覆する。
（ｋ）次いで、図１７３（ａ）および図１７３（ｂ）に示すように、緻密電極５Ｕとして、スパッタ法によりセンサ部分における固体電解質層４上の多孔質電極５Ｄに対向する面に１００ｎｍ厚程度のポーラスＰｔ膜を形成し、かつセンサ部分より延びるポーラスＰｔ膜の延出端を他方の接続端子９ｃに接続させる。
（ｌ）この後、例えばウェットエッチングによって、ガス拡散路１５を形成するための、流路形成膜１９ａ、取込口形成膜１９ｂ、および導入口形成膜１９ｃを構成するポリシリコン膜を選択的に除去すると共に、開口部１７を介して、ポリシリコン膜１ｂとその下層の基板１２とを選択的に除去することにより、図１６２（ａ）および図１６２（ｂ）に示した構成を有する、第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａが得られる。
すなわち、第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａは、絶縁層３の上層部に、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１５を備えると共に、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２として、センサ部分に対応する基板１２にキャビティＣ（Cavity:空洞）が船型に形成された船型構造を有して形成される。
以上のように、第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａによっても、ガス流路１５ａの流路長を長くしたり、ガス流路１５ａの断面積（流路断面積）を小さくすることによって、ガス拡散路１５のアスペクト比を簡単に大きくできるようになるため、センサ特性の改善が容易に可能となる。
しかも、第１１の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ２Ａによれば、アスペクト比の大きなガス拡散路１５を正確に形成できるので、センサ特性をより安定させることができる。
なお、ガス導入口１５ｃは、センサ部分のほぼ中心部に配置されるが、ガス取込口１５ｂは、非センサ部分の領域ならばどこへでも自由に配置することが可能であり、所望の流路長を有するガス流路１５ａの形成が容易である。
（第１２の実施の形態）
（概略構成）
第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの模式的平面パターン構成は、図１７４（ａ）に示すように表され、図１７４（ａ）のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ３Ａの模式的断面構造は、図１７４（ｂ）に示すように表される。ここでも、重複する説明はできるだけ省略し、特徴的な部分についてより詳しく説明する。
（概略構成）
第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの模式的平面パターン構成は、図１７４（ａ）に示すように表され、図１７４（ａ）のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ３Ａの模式的断面構造は、図１７４（ｂ）に示すように表される。ここでも、重複する説明はできるだけ省略し、特徴的な部分についてより詳しく説明する。
すなわち、第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、図１７４（ａ）および図１７４（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２と、中央部のセンサ部分にそれぞれ対応して、基板１２上に配置された多孔質電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｄと、多孔質電極５Ｄを覆うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ膜）４と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に配置された緻密電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｕと、センサ部分の領域を囲むようにして基板１２上に設けられる蓋体１１０とを備える。
また、この限界電流式ガスセンサ３Ａは、蓋体１１０に所定のアスペクト比を有して形成されたガス拡散路１１５を介して、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）をセンサ部分に向けて導入するように構成されている。
なお、この限界電流式ガスセンサ３Ａの場合、蓋体１１０を備えたことにより、センサ部分に導入された被測定ガスは、基板１２側の絶縁層１ａ・３などに設けられるガス導出路４０を介してキャビティＣ側へと導出される。
要するに、第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、基板１２と、基板１２上のセンサ部分の領域に絶縁層３を介して配置された多孔質電極５Ｄと、多孔質電極５Ｄの上面部に配置された固体電解質層４と、固体電解質層４上の、多孔質電極５Ｄに対向する面に配置された緻密電極５Ｕと、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１１５とを備え、このガス拡散路１１５が、さらに備える蓋体１１０に形成された構成となっている。
ガス拡散路１１５は、被測定ガスを取り込むガス取込口１１５ｂ、被測定ガスを導入するガス導入口１１５ｃ、およびガス導入口１１５ｃとガス取込口１１５ｂとをつなぐガス流路（マイクロ流路）１１５ａを有し、アスペクト比（マイクロ流路の流路長と流路断面積との比）に応じて、被測定ガスの流量制御が可能となっている。
蓋体１１０は、絶縁層３上のヒータ用電極部９ａ・９ａおよび検出端子９ｂ・９ｂを露出させるように形成されると共に、センサ部分の領域に応じて設けられた空間領域（Cavity:空洞）ＣＡａを有している。
ガス拡散路１１５において、ガス導入口１１５ｃは、蓋体１１０内の空間領域ＣＡａの天井部分に設けられ、ガス取込口１１５ｂは、蓋体１１０の上面部の非センサ部分の領域に設けられている。そして、ガス取込口１１５ｂとガス導入口１１５ｃとの間が、例えばコ字状に内包する、直線状の複数のガス流路１１５ａ（１１５ａ-1・１１５ａ-2・１１５ａ-3）を介してほぼ水平方向に接続されている。
実際には、第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａにおいて、ガス拡散路１１５のアスペクト比が、例えば「流路長／流路断面積＝１００（所定のアスペクト比）」となるように、ガス流路１１５ａ（１１５ａ-1・１１５ａ-2・１１５ａ-3）が、幅（Ｗ）＝３０μｍ、深さ（Ｄ）＝０．１μｍ、長さ（Ｌ）＝３００μｍで形成される。
ガス導出路４０は、センサ部分のほぼ中心部の絶縁層３、マイクロヒータ２、および絶縁層１ａに対し、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２のキャビティＣに達する深さで開孔された開孔構造であって、例えば大径の第１開孔部４０ａと小径の第２開孔部４０ｂとから構成されている。
第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａは、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２上に貼り合わせにより取り付けられる蓋体１１０に、所定のアスペクト比を有して形成されたガス拡散路１１５を備えるようにしたものであって、ガス拡散路１１５のアスペクト比を大きくできることにより、センサ特性の改善が容易に可能であり、またガス拡散路１１５を正確に形成できるので、センサ特性をより安定させることができる。
（製造方法）
第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの製造方法は、センサ部分に対応する基板１２上の領域に絶縁層３を介して多孔質電極５Ｄを形成する工程と、多孔質電極５Ｄの上面部に固体電解質層４を形成する工程と、固体電解質層４上の、多孔質電極５Ｄに対向する面に緻密電極５Ｕを形成する工程と、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１１５を備えると共に、センサ部分の領域を囲む蓋体１１０を別途形成し、それを絶縁層３の上層部に貼り合わせる工程とを有する。
第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの製造方法は、センサ部分に対応する基板１２上の領域に絶縁層３を介して多孔質電極５Ｄを形成する工程と、多孔質電極５Ｄの上面部に固体電解質層４を形成する工程と、固体電解質層４上の、多孔質電極５Ｄに対向する面に緻密電極５Ｕを形成する工程と、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１１５を備えると共に、センサ部分の領域を囲む蓋体１１０を別途形成し、それを絶縁層３の上層部に貼り合わせる工程とを有する。
まず、図１７４（ａ）および図１７４（ｂ）に示した第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａの製造方法において、センサ部分の製造方法が、図１７５〜図１８５に示される。
（ａ）図１７５（ａ）および図１７５（ｂ）に示すように、約１０μｍ厚のシリコン製の基板１２を用意し、その基板１２の上面にプラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）法により約０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜からなる絶縁層１ａを形成する。
（ｂ）次いで、図１７６（ａ）および図１７６（ｂ）に示すように、絶縁層１ａ上に０．３μｍ程度の厚さのポリシリコン層を形成すると共に、そのポリシリコン層をエッチングなどによりパターニングして、マイクロヒータ２およびマイクロヒータ２につながる電極層２ａ・２ａと、電極層２ｂ・２ｂとを形成する。電極層２ａ・２ａおよび電極層２ｂ・２ｂは互いに直交する位置に形成される。マイクロヒータ２は、電極層２ａ・２ａ間における幅が約３００μｍとなるように形成される。
また、イオン注入法により、マイクロヒータ２は、電極層２ａ・２ａ間の抵抗値が３００Ωとなるように濃度設定され、電極層２ａ・２ａおよび電極層２ｂ・２ｂは、マイクロヒータ２よりも高濃度に形成（インプラ）される。
また、マイクロヒータ２の、例えばセンサ部分のほぼ中心部に、直径が５０μｍ程度の円形状の開孔部４０Ａを、絶縁層１ａに達する深さで形成する。
（ｃ）次いで、図１７７（ａ）および図１７７（ｂ）に示すように、全面にＰ−ＣＶＤ法により約０．５μｍ厚のＳｉＯＮ膜からなる絶縁層３を一様に形成し、開孔部４０Ａ内の絶縁層１ａ上に絶縁層３を埋設させて、その上面上に、ガス導出路４０の第１開孔部４０ａとなる凹部を形成する。第１開孔部４０ａの深さは、ポリシリコン層（マイクロヒータ２）の厚さに応じて、約０．３μｍとなる。
（ｄ）次いで、図１７８（ａ）および図１７８（ｂ）に示すように、第１開孔部４０ａの底面に埋設されている絶縁層３とその下層の絶縁層１ａとをエッチングにより除去し、ガス導出路４０の第２開孔部４０ｂとなる、例えば直径が３０μｍ程度の円形状の開孔を基板１２に達する深さで形成する。第２開孔部４０ｂの深さは、絶縁層１ａ・３の厚さに応じて、約１μｍとなる。
（ｅ）次いで、図１７９（ａ）および図１７９（ｂ）に示すように、第１開孔部４０ａ内および第２開孔部４０ｂ内を、絶縁層１ａ・３とはエッチングの選択比が異なる、例えば約１．３μｍ厚のポリシリコン膜２７により埋め込む。
（ｆ）次いで、図１８０（ａ）および図１８０（ｂ）に示すように、絶縁層３を選択的に除去し、電極層２ａ・２ａにつながる開口部３ａ・３ａと、電極層２ｂ・２ｂにつながる開口部３ｂ・３ｂおよび開口部３ｃ・３ｃと、を開口する。
（ｇ）次いで、図１８１（ａ）および図１８１（ｂ）に示すように、開口部３ａ・３ａ、開口部３ｂ・３ｂ、および開口部３ｃ・３ｃの内部を、例えばＰｔ／Ｔｉ積層膜により埋め込み、Ｔｉ膜とＰｔ膜との積層膜からなるヒータ用電極部９ａ・９ａ、検出端子９ｂ・９ｂ、および接続端子９ｃ・９ｃを形成する。
なお、ヒータ用電極部９ａ・９ａ、検出端子９ｂ・９ｂ、および接続端子９ｃ・９ｃとしては、例えば、側壁と底部とに沿って２０ｎｍ厚のＴｉ膜を形成し、一部が絶縁層３上に突出および絶縁層３上を被覆するように、その内部に１００ｎｍ厚のＰｔ膜が埋め込まれた構成としても良い。
（ｈ）次いで、図１８２（ａ）および図１８２（ｂ）に示すように、スパッタ法などにより１００ｎｍ厚程度のポーラスＰｔ膜からなる多孔質電極５Ｄを形成し、絶縁層３の表面に露出するポリシリコン膜２７の上面を塞ぐと共に、センサ部分より延びる多孔質電極５Ｄの延出端を一方の接続端子９ｃに接続させる。
（ｉ）次いで、図１８３（ａ）および図１８３（ｂ）に示すように、スパッタ法によりＹＳＺ膜からなる固体電解質層４を約１μｍの厚さで形成し、センサ部分の一方の接続端子９ｃに接続される多孔質電極５Ｄの延出端側を除く、多孔質電極５Ｄの周囲を被覆する。
（ｊ）次いで、図１８４（ａ）および図１８４（ｂ）に示すように、緻密電極５Ｕとして、スパッタ法によりセンサ部分における固体電解質層４上の多孔質電極５Ｄに対向する面に１００ｎｍ厚程度のポーラスＰｔ膜を形成し、かつセンサ部分より延びるポーラスＰｔ膜の延出端を他方の接続端子９ｃに接続させる。
（ｋ）次いで、図１８５（ａ）および図１８５（ｂ）に示すように、センサ部分に対応する基板１２を選択的に深掘りエッチングし、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２を、キャビティＣ（Cavity:空洞）を開放構造に形成した開放型構造に形成する。
（ｌ）次いで、第１開孔部４０ａ内および第２開孔部４０ｂ内に埋め込まれたポリシリコン膜２７を、例えばウェットエッチングによって選択的に除去することにより、ガス導出路２０を形成する。
（ｍ）この後、後述するように、別途形成される蓋体１１０を絶縁層３上に接着剤などを用いて貼り合わせることによって、図１７４（ａ）および図１７４（ｂ）に示した構成を有する、第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａが得られる。
（第１２の実施の形態の第１変形例）
（概略構成）
第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａの模式的平面パターン構成は、図１８６（ａ）に示すように表され、図１８６（ａ）のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ４Ａの模式的断面構造は、図１８６（ｂ）に示すように表される。
（概略構成）
第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａの模式的平面パターン構成は、図１８６（ａ）に示すように表され、図１８６（ａ）のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ４Ａの模式的断面構造は、図１８６（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａは、図１８６（ａ）および図１８６（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２と、中央部のセンサ部分にそれぞれ対応して、基板１２上に配置された多孔質電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｄと、多孔質電極５Ｄを覆うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ膜）４と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に配置された緻密電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｕと、センサ部分の領域を囲むようにして基板１２上に設けられる蓋体１１２とを備える。
また、この限界電流式ガスセンサ４Ａは、蓋体１１２に所定のアスペクト比を有して形成されたガス拡散路１１６を介して、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）をセンサ部分に向けて導入するように構成されている。
要するに、第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａは、基板１２と、基板１２上のセンサ部分の領域に絶縁層３を介して配置された多孔質電極５Ｄと、多孔質電極５Ｄの上面部に配置された固体電解質層４と、固体電解質層４上の、多孔質電極５Ｄに対向する面に配置された緻密電極５Ｕと、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１１６とを備え、このガス拡散路１１６が、さらに備える蓋体１１２に形成された構成となっている。
第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａの場合は、蓋体１１２に設けられるガス拡散路１１６が、被測定ガスを取り込むガス取込口１１６ａ、被測定ガスを導入するガス導入口１１６ｂ、およびガス導入口１１６ｂとガス取込口１１６ａとをつなぐガス流路（マイクロ流路）１１６ｃを有し、アスペクト比（マイクロ流路の流路長と流路断面積との比）に応じて、被測定ガスの流量制御が可能となっている。
また、ガス拡散路１１６において、ガス導入口１１６ｂは、蓋体１１２内の空間領域ＣＡａの天井部分に設けられ、ガス取込口１１６ａは、蓋体１１２の上面部の非センサ部分の領域に設けられている。そして、ガス取込口１１６ａとガス導入口１１６ｂとの間が、例えば直線状の１つのガス流路１１６ｃを介してほぼ水平方向に接続されている。
それ以外の構成は、上述した第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ３Ａと同一なので重複する説明はできるだけ省略すると共に、蓋体１１２を例に、その製造方法について説明する。
（製造方法）
第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａにおいて、蓋体１１２の製造方法は、図１８７〜図１９２に示すように表される。
第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａにおいて、蓋体１１２の製造方法は、図１８７〜図１９２に示すように表される。
（ａ）まず、図１８７（ａ）および図１８７（ｂ）に示すように、約１０μｍ厚のシリコン製の基板（第１蓋部材）１１２ａを用意し、その表面側の、ガス拡散路１１６を形成する部位に、ガス流路１１６ｃを形成するための流路形成膜１１２ｂを成膜（デポ＋パターニング）する。
例えば、流路形成膜１１２ｂの一端は、非センサ部分の領域に対応され、他端は、センサ部分のほぼ中心部に対応される。
流路形成膜１１２ｂは、基板１１２ａを構成するＳｉとはエッチングの選択比が異なる膜形成部材、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ2 ）膜を用いて形成される。また、流路形成膜１１２ｂは、ガス流路１１６ｃのアスペクト比が、例えば「流路長／流路断面積＝１００（所定のアスペクト比）」となるように、ガス取込口１１６ａおよびガス導入口１１６ｂを含まない長さ（Ｌ）が３００μｍ、幅（Ｗ）が３０μｍ、厚さ（深さ（Ｄ））が０．１μｍで形成される。
ここで、ガス拡散路１１６の所定のアスペクト比は、ガス流路１１６ｃの流路長を長くしたり、ガス流路１１６ｃの断面積（流路断面積）を小さくすることによって、容易に大きくでき、ガス拡散路１１６のアスペクト比を大きくすることによって、センサ特性の改善が可能である。
（ｂ）次いで、図１８８（ａ）および図１８８（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 膜とはエッチングの選択比が異なる膜形成部材、例えばポリシリコン膜（第２蓋部材）１１２ｃを全面にデポし、流路形成膜１１２ｂを埋め込む。
（ｃ）次いで、図１８９（ａ）および図１８９（ｂ）に示すように、ポリシリコン膜１１２ｃをエッチングにより選択的に除去し、流路形成膜１１２ｂの一端側を開口して、ガス拡散路１１６のガス取込口１１６ａを形成する。
（ｄ）次いで、図１９０（ａ）および図１９０（ｂ）に示すように、基板１１２ａの裏面（下部）側を選択的にエッチングし、センサ部分を収納する空間領域ＣＡａを形成する。
（ｅ）次いで、図１９１（ａ）および図１９１（ｂ）に示すように、基板１１２ａの裏面側をさらにエッチングにより選択的に除去し、流路形成膜１１２ｂの他端側を開口して、空間領域ＣＡａの天井部分にガス拡散路１１６のガス導入口１１６ｂを形成する。
ここで、ガス取込口１１６ａおよびガス導入口１１６ｂは、例えば直径が５０μｍ程度の円形状とされ、流路形成膜１１２ｂの両端に、ガス流路１１６ｃの流路長が３００μｍとなるように形成される。
（ｆ）次いで、図１９２（ａ）および図１９２（ｂ）に示すように、ＨＦ（フッ酸）エッチングにより、流路形成膜１１２ｂを形成するＳｉＯ2 膜を選択的に除去し、ガス取込口１１６ａおよびガス導入口１１６ｂにつながるガス流路１１６ｃを形成することによって、第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａの蓋体１１２が得られる。
（ｇ）この後、形成された蓋体１１２を絶縁層３上に接着剤などを用いて貼り合わせることによって、図１８６（ａ）および図１８６（ｂ）に示した構成を有する、第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａが得られる。
以上のように、第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａによっても、ガス流路１１６ｃの流路長を長くしたり、ガス流路１１６ｃの断面積（流路断面積）を小さくすることによって、ガス拡散路１１６のアスペクト比を簡単に大きくできるようになるため、センサ特性の改善が容易に可能となる。
しかも、第１２の実施の形態の第１変形例に係る限界電流式ガスセンサ４Ａによれば、アスペクト比の大きなガス拡散路１１６を正確に形成できるので、センサ特性をより安定させることができる。
（第１２の実施の形態の第２変形例）
（概略構成）
第１２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａの模式的平面パターン構成は、図１９３（ａ）に示すように表され、図１９３（ａ）のＶＡ−ＶＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ５Ａの模式的断面構造は、図１９３（ｂ）に示すように表される。
（概略構成）
第１２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａの模式的平面パターン構成は、図１９３（ａ）に示すように表され、図１９３（ａ）のＶＡ−ＶＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ５Ａの模式的断面構造は、図１９３（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第１２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａは、図１９３（ａ）および図１９３（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２と、中央部のセンサ部分にそれぞれ対応して、基板１２上に配置された多孔質電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｄと、多孔質電極５Ｄを覆うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ膜）４と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に配置された緻密電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｕと、センサ部分の領域を囲むようにして基板１２上に設けられる蓋体１１３とを備える。
また、この限界電流式ガスセンサ５Ａは、蓋体１１３に所定のアスペクト比を有して形成されたガス拡散路１１７を介して、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）をセンサ部分に向けて導入するように構成されている。
要するに、第１２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａは、基板１２と、基板１２上のセンサ部分の領域に絶縁層３を介して配置された多孔質電極５Ｄと、多孔質電極５Ｄの上面部に配置された固体電解質層４と、固体電解質層４上の、多孔質電極５Ｄに対向する面に配置された緻密電極５Ｕと、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１１７とを備え、このガス拡散路１１７が、さらに備える蓋体１１３に形成された構成となっている。
第１２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａの場合は、蓋体１１３に設けられるガス拡散路１１７が、被測定ガスを取り込むガス取込口１１７ａ、被測定ガスを導入するガス導入口１１７ｂ、およびガス導入口１１７ｂとガス取込口１１７ａとをつなぐガス流路（マイクロ流路）１１７ｃを有し、アスペクト比（マイクロ流路の流路長と流路断面積との比）に応じて、被測定ガスの流量制御が可能となっている。
また、ガス拡散路１１７は、例えばセンサ部分のほぼ中心部の、蓋体１１３内の空間領域ＣＡａの天井部分にほぼ垂直方向に設けられ、ガス取込口１１７ａとガス導入口１１７ｂとの間がガス流路１１７ｃを介して一直線上に接続されている。ガス拡散路１１７のアスペクト比は、例えば、ガス流路１１７ｃの径（流路形成膜の径）と流路長（ポリシリコン膜の厚さ）とを調整することによって、簡単に制御できる。
第１２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａによっても、ガス流路１１７ｃの流路長を長くしたり、ガス流路１１７ｃの断面積（流路断面積）を小さくすることによって、ガス拡散路１１７のアスペクト比を簡単に大きくできるようになるため、センサ特性の改善が容易に可能となる。
しかも、第１２の実施の形態の第２変形例に係る限界電流式ガスセンサ５Ａによれば、アスペクト比の大きなガス拡散路１１７を正確に形成できるので、センサ特性をより安定させることができる。
（第１２の実施の形態の第３変形例）
（概略構成）
第１２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａの模式的平面パターン構成は、図１９４（ａ）に示すように表され、図１９４（ａ）のＶＩＡ−ＶＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ６Ａの模式的断面構造は、図１９４（ｂ）に示すように表される。
（概略構成）
第１２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａの模式的平面パターン構成は、図１９４（ａ）に示すように表され、図１９４（ａ）のＶＩＡ−ＶＩＡ線に沿う、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）梁構造に形成されるセンサ６Ａの模式的断面構造は、図１９４（ｂ）に示すように表される。
すなわち、第１２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａは、図１９４（ａ）および図１９４（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳ梁構造の基板１２と、中央部のセンサ部分にそれぞれ対応して、基板１２上に配置された多孔質電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｄと、多孔質電極５Ｄを覆うように配置された固体電解質層（ＹＳＺ膜）４と、多孔質電極５Ｄに対向する固体電解質層４上に、基板１２に対して実質的に縦方向に配置された緻密電極（ポーラスＰｔ電極）５Ｕと、センサ部分の領域を囲むようにして基板１２上に設けられる蓋体１１４とを備える。
また、この限界電流式ガスセンサ６Ａは、蓋体１１４に所定のアスペクト比を有して形成されたガス拡散路１１８を介して、被測定ガス（例えば、Ｏ2 ガス）をセンサ部分に向けて導入するように構成されている。
要するに、第１２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａは、基板１２と、基板１２上のセンサ部分の領域に絶縁層３を介して配置された多孔質電極５Ｄと、多孔質電極５Ｄの上面部に配置された固体電解質層４と、固体電解質層４上の、多孔質電極５Ｄに対向する面に配置された緻密電極５Ｕと、所定のアスペクト比を有し、被測定ガスをセンサ部分に向けて導入するガス拡散路１１８とを備え、このガス拡散路１１８が、さらに備える蓋体１１４に形成された構成となっている。
第１２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａの場合は、蓋体１１４に設けられるガス拡散路１１８が、被測定ガスを取り込むガス取込口１１８ａ、被測定ガスを導入するガス導入口１１８ｂ、およびガス導入口１１８ｂとガス取込口１１８ａとをつなぐガス流路（マイクロ流路）１１８ｃを有し、アスペクト比（マイクロ流路の流路長と流路断面積との比）に応じて、被測定ガスの流量制御が可能となっている。
また、ガス拡散路１１８において、ガス導入口１１８ｂは、蓋体１１４内の空間領域ＣＡａの天井部分に設けられ、ガス取込口１１８ａは、蓋体１１４の側面部に設けられている。そして、ガス取込口１１８ａとガス導入口１１８ｂとの間が、例えば直線状の１つのガス流路１１８ｃを介してほぼ水平方向に接続されている。
第１２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａによっても、ガス流路１１８ｃの流路長を長くしたり、ガス流路１１８ｃの断面積（流路断面積）を小さくすることによって、ガス拡散路１１８のアスペクト比を簡単に大きくできるようになるため、センサ特性の改善が容易に可能となる。
しかも、第１２の実施の形態の第３変形例に係る限界電流式ガスセンサ６Ａによれば、アスペクト比の大きなガス拡散路１１８を正確に形成できるので、センサ特性をより安定させることができる。
なお、ガス拡散路１１８は、蓋体１１４の四隅に対応する斜め方向のいずれかに引き出すように形成することもできる。
また、第１０〜第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａ〜６Ａの製造方法は、基板１２の上部もしくは基板１２の下部にマイクロヒータ２を形成する工程を有していても良い。
また、第１０〜第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａ〜６Ａの製造方法は、基板１２の内部に埋め込まれたマイクロヒータ２を形成する工程を有していても良い。
また、第１０〜第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサ１Ａ〜６Ａの製造方法において、マイクロヒータ２、絶縁層３、多孔質電極５Ｄ、緻密電極５Ｕ、固体電解質層４は、印刷工程により形成可能である。
なお、動作原理に関して、第１０〜第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサにおいて、ガス濃度を検出する動作は、前述した通り、第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
また、電気化学反応の説明に関しても、前述した通り、第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
また、パッケージに関しても、前述した通り、第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
また、エナジーハーベスタ電源を用いたセンサノードの構成例としては、前述した第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
また、第１０〜第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサにおいて、センサパッケージの模式的ブロック構成は、前述した第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
さらに、第１０〜第１２の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサを適用したセンサネットワークシステムの模式的ブロック構成は、前述した第１〜第６の実施の形態に係る限界電流式ガスセンサの場合と実質的に同様であるため、ここでの詳しい説明は省略する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、センサ特性を改善できると共に、センサ特性をより安定化できる限界電流式ガスセンサを提供することができる。
また、本実施の形態によれば、応答速度を改善できる限界電流式ガスセンサを提供することができる。
また、本実施の形態によれば、エッチングの選択比を利用して、アスペクト比の大きなガス拡散路を容易に、かつ精密に形成することが可能となる結果、センサ特性を改善できると共に、センサ特性をより安定化できる限界電流式ガスセンサを提供することができる。
[その他の実施の形態]
上記のように、いくつかの実施の形態を記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、各実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
上記のように、いくつかの実施の形態を記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、各実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
このように、各実施の形態は、ここでは記載していない様々な態様を含む。例えば、ジルコニアを他の材料に置き換えたり、いくつかの材料を組み合わせることで、二酸化炭素の濃度を検出することが可能である。
本実施の形態の限界電流式ガスセンサは、酸素センサや湿度センサに適用することができる。また、このようなセンサは、自動車の排ガス用やセンサネットワーク用に応用することができる。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ、４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ、５Ａ、５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２、５Ｃ１、５Ｃ２、５Ｄ１、５Ｄ２、５Ｅ１、５Ｅ２、５Ｆ１、５Ｆ２、５Ｇ１、５Ｇ２、５Ｈ１、５Ｈ２、５Ｊ１、５Ｊ２、５Ｋ１、５Ｋ２、５Ｌ１、５Ｌ２、５Ｍ１、５Ｍ２、６Ａ、６Ａ１、６Ａ２、６Ｂ１、６Ｂ２、６Ｃ１、６Ｃ２、６Ｄ１、６Ｄ２、６Ｅ１、６Ｅ２、６Ｆ１、６Ｆ２、６Ｇ１、６Ｇ２、６Ｈ１、６Ｈ２、６Ｊ１、６Ｊ２、６Ｋ１、６Ｋ２、６Ｌ１、６Ｌ２、６Ｍ１、６Ｍ２…限界電流式ガスセンサ（センサノード）
１ａ、３、１４、１６、１８…絶縁層
１ｂ、２７…ポリシリコン膜
２、ＭＨ…マイクロヒータ
２ａ…電極層
２ｂ…検出端子（電極層）
３１…ＳｉＯＮ膜（第１絶縁膜）
３２…ＳｉＯＮ膜（第２絶縁膜）
３ａ、３ｂ、３ｃ、７、１７、３７、４５…開口部
４、３０、１０６…固体電解質層（ＹＳＺ、ＹＳＺ薄膜）
５Ｄ、５Ｄ1 、５Ｄ2 、１０５Ｄ…多孔質電極（Ｔｉ／Ｐｔ電極、ポーラスＰｔ、陽極）
５Ｕ、５Ｕ1 、５Ｕ2 …緻密電極（Ｐｔ電極、ポーラスＰｔ、陰極）
５Ｐｔ…Ｐｔ膜
５Ｔｉ…Ｔｉ／Ｐｔの積層膜
６、６（４）、６（５Ｕ）、６（５Ｄ）、６（５Ｕ1 ）、６（５Ｕ2 ）、６（５Ｄ1 ）、６（５Ｄ2 ）…応力緩和用低熱膨張膜
８…絶縁膜
９、９ａ…ヒータ用電極部
９ｂ…検出端子
９ｃ…接続端子
１０、１０（５Ｕ）、１０（５Ｄ）、１０（５Ｕ1 ）、１０（５Ｕ2 ）、１０（５Ｄ1 ）、１０（５Ｄ2 ）…反り抑制用多孔質絶縁膜
１１…Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）
１１ａ…層（Ｐｔ領域）
１１ｂ…層（ＹＳＺ領域）
１２、１２０…基板（シリコン基板）
１３…多孔質膜（多孔質層、Ａｌ2 Ｏ3 -ＳｉＯ2 膜、ポーラス膜）
１５、１１５、１１６、１１７、１１８、ＭＰ、ＭＰ１…ガス拡散路
１５ａ、４２、１１５ａ、１１５ａ-1、１１５ａ-2、１１５ａ-3、１１６ｃ、１１７ｃ、１１８ｃ…ガス流路（マイクロ流路）
１５ｂ、４７、５１Ｇ、６１Ｇ、１１５ｂ、１１６ａ、１１７ａ、１１８ａ、４７１、４７２…ガス取込口
１５ｃ、４１、１１５ｃ、１１６ｂ、１１７ｂ、１１８ｂ…ガス導入口
１９ａ…流路形成膜
１９ｂ…取込口形成膜
１９ｃ…導入口形成膜
２０、２０１、２０２…ＳｉＮ層
２１、２２…ヒータ接続部
２３、２４…端子電極接続部
２５、５１２…ＳｉＯ2 膜
２６…ＳｉＮ膜
２８Ｄ、２８ＤＡ、２８ＤＢ…下部電極
２８Ｄ１…下部電極の延出端
２８Ｕ、１０５Ｕ…上部電極
２８Ｕ１…上部電極の延出端
３５…流路形成層
４０…ガス導出路
４０ａ…第１開孔部
４０ｂ…第２開孔部
４０Ａ…開孔部
４３…保護用ＳｉＯ2 膜
４９…蓋部材
５１、７１…ポーラス酸化膜
５３…柱状酸化膜
５７…柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜
６１…ポーラスＰｔ膜
９０…サーミスタ部
９２…ＹＳＺセンサ部（限界電流式ガスセンサ）
９４…ＡＤ／ＤＡ変換部
９６…センサパッケージ
１００…ウェーハ
１０２…素子分離領域
１０３…積層膜
１０４…素子領域
１０７…検出回路
１１０、１１２、１１３、１１４…蓋体
１１２ａ…基板（第１蓋部材）
１１２ｂ…流路形成膜（ＳｉＯ2 膜）
１１２ｃ…ポリシリコン膜（第２蓋部材）
１３１…パッケージの蓋
１３２…貫通穴
１４１…パッケージの本体
１４２…限界電流式ガスセンサのチップ
１４３…ボンディングワイヤ
１５１…センサ類
１５２…無線モジュール
１５３…マイコン
１５４…エナジーハーベスタ電源
１５５…蓄電素子
１８１、１８２…第１・第２絶縁層
２００…デバイス加熱部
３００…低濃度ドープポリシリコン層
３０１…ポリシリコン層
３０３、３０５…ガス取込部
５１０…ＹＳＺ−ＳｉＯ2 膜
５１１…ＹＳＺ粒子
ＡＡ…活性領域
Ｃ…キャビティ部、空洞
ＣＡａ…空間領域
ＧＳ…被測定ガス
ＳＰ…センサ部分
１ａ、３、１４、１６、１８…絶縁層
１ｂ、２７…ポリシリコン膜
２、ＭＨ…マイクロヒータ
２ａ…電極層
２ｂ…検出端子（電極層）
３１…ＳｉＯＮ膜（第１絶縁膜）
３２…ＳｉＯＮ膜（第２絶縁膜）
３ａ、３ｂ、３ｃ、７、１７、３７、４５…開口部
４、３０、１０６…固体電解質層（ＹＳＺ、ＹＳＺ薄膜）
５Ｄ、５Ｄ1 、５Ｄ2 、１０５Ｄ…多孔質電極（Ｔｉ／Ｐｔ電極、ポーラスＰｔ、陽極）
５Ｕ、５Ｕ1 、５Ｕ2 …緻密電極（Ｐｔ電極、ポーラスＰｔ、陰極）
５Ｐｔ…Ｐｔ膜
５Ｔｉ…Ｔｉ／Ｐｔの積層膜
６、６（４）、６（５Ｕ）、６（５Ｄ）、６（５Ｕ1 ）、６（５Ｕ2 ）、６（５Ｄ1 ）、６（５Ｄ2 ）…応力緩和用低熱膨張膜
８…絶縁膜
９、９ａ…ヒータ用電極部
９ｂ…検出端子
９ｃ…接続端子
１０、１０（５Ｕ）、１０（５Ｄ）、１０（５Ｕ1 ）、１０（５Ｕ2 ）、１０（５Ｄ1 ）、１０（５Ｄ2 ）…反り抑制用多孔質絶縁膜
１１…Ｐｔ＋ＹＳＺ混粒膜（粒子混合層）
１１ａ…層（Ｐｔ領域）
１１ｂ…層（ＹＳＺ領域）
１２、１２０…基板（シリコン基板）
１３…多孔質膜（多孔質層、Ａｌ2 Ｏ3 -ＳｉＯ2 膜、ポーラス膜）
１５、１１５、１１６、１１７、１１８、ＭＰ、ＭＰ１…ガス拡散路
１５ａ、４２、１１５ａ、１１５ａ-1、１１５ａ-2、１１５ａ-3、１１６ｃ、１１７ｃ、１１８ｃ…ガス流路（マイクロ流路）
１５ｂ、４７、５１Ｇ、６１Ｇ、１１５ｂ、１１６ａ、１１７ａ、１１８ａ、４７１、４７２…ガス取込口
１５ｃ、４１、１１５ｃ、１１６ｂ、１１７ｂ、１１８ｂ…ガス導入口
１９ａ…流路形成膜
１９ｂ…取込口形成膜
１９ｃ…導入口形成膜
２０、２０１、２０２…ＳｉＮ層
２１、２２…ヒータ接続部
２３、２４…端子電極接続部
２５、５１２…ＳｉＯ2 膜
２６…ＳｉＮ膜
２８Ｄ、２８ＤＡ、２８ＤＢ…下部電極
２８Ｄ１…下部電極の延出端
２８Ｕ、１０５Ｕ…上部電極
２８Ｕ１…上部電極の延出端
３５…流路形成層
４０…ガス導出路
４０ａ…第１開孔部
４０ｂ…第２開孔部
４０Ａ…開孔部
４３…保護用ＳｉＯ2 膜
４９…蓋部材
５１、７１…ポーラス酸化膜
５３…柱状酸化膜
５７…柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜
６１…ポーラスＰｔ膜
９０…サーミスタ部
９２…ＹＳＺセンサ部（限界電流式ガスセンサ）
９４…ＡＤ／ＤＡ変換部
９６…センサパッケージ
１００…ウェーハ
１０２…素子分離領域
１０３…積層膜
１０４…素子領域
１０７…検出回路
１１０、１１２、１１３、１１４…蓋体
１１２ａ…基板（第１蓋部材）
１１２ｂ…流路形成膜（ＳｉＯ2 膜）
１１２ｃ…ポリシリコン膜（第２蓋部材）
１３１…パッケージの蓋
１３２…貫通穴
１４１…パッケージの本体
１４２…限界電流式ガスセンサのチップ
１４３…ボンディングワイヤ
１５１…センサ類
１５２…無線モジュール
１５３…マイコン
１５４…エナジーハーベスタ電源
１５５…蓄電素子
１８１、１８２…第１・第２絶縁層
２００…デバイス加熱部
３００…低濃度ドープポリシリコン層
３０１…ポリシリコン層
３０３、３０５…ガス取込部
５１０…ＹＳＺ−ＳｉＯ2 膜
５１１…ＹＳＺ粒子
ＡＡ…活性領域
Ｃ…キャビティ部、空洞
ＣＡａ…空間領域
ＧＳ…被測定ガス
ＳＰ…センサ部分
Claims (25)
- 基板と、
前記基板上に第１絶縁層を介して配置されたヒータと、
前記ヒータ上に第２絶縁層を介して配置され、被測定ガスを取り込むガス導入路と、
前記ガス導入路上に配置された下部電極と、
前記下部電極上に配置された固体電解質層と、
前記固体電解質層上の、前記下部電極に対向する面に配置された上部電極と、
前記基板に、前記ヒータよりも実質的に大きく形成されたキャビティ部と
を備えることを特徴とする限界電流式ガスセンサ。 - 前記ガス導入路は、多孔質膜によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記ガス導入路は、中空構造のマイクロ流路を備えたガス拡散路であることを特徴とする請求項１に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記ガス拡散路は、前記被測定ガスを取り込むガス取込口を備えることを特徴とする請求項３に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記ガス拡散路は、前記被測定ガスを取り込む複数のガス取込口を備えることを特徴とする請求項３に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記複数のガス取込口は、いずれかが閉塞されることを特徴とする請求項５に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 基板と、
前記基板上に第１絶縁層を介して配置されたヒータと、
前記ヒータ上に第２絶縁層を介して配置されたガス取込部と、
前記ガス取込部上に配置された下部電極と、
前記下部電極上に配置された固体電解質層と、
前記固体電解質層上の、前記下部電極に対向する面に配置された上部電極と、
前記基板に、前記ヒータよりも実質的に大きく形成されたキャビティ部と
を備え、
前記ガス取込部は、
被測定ガスを取り込むガス導入路と、
前記ガス導入路上に配置された柱状部と
から構成されることを特徴とする限界電流式ガスセンサ。 - 前記柱状部は、面直方向のガス絞り構造を備えた柱状膜により構成されることを特徴とする請求項７に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記柱状部は、面内方向のガス拡散構造を備えた多孔質膜により構成されることを特徴とする請求項７に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記ヒータは、ノンドープまたは低濃度ドープポリシリコン層をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記基板は、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造を備え、
前記梁構造が、前記基板に前記キャビティ部を舟型に形成する舟型構造であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の限界電流式ガスセンサ。 - 前記基板は、ＭＥＭＳ構造を有する梁構造を備え、
前記梁構造が、前記基板に前記キャビティ部を開放型に形成する開放型構造であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の限界電流式ガスセンサ。 - 前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加することにより、前記被測定ガス内における所定のガス濃度を限界電流式で検出する検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記検出回路は、限界電流に基づいて酸素濃度を検出することを特徴とする請求項１３に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記検出回路は、限界電流に基づいて水蒸気濃度を検出することを特徴とする請求項１３に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記下部電極は、Ｐｔ／Ｔｉ膜によって構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記下部電極は、ポーラスＰｔ／Ｔｉ膜によって構成されることを特徴とする請求項１または３に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記多孔質膜は、ＹＳＺまたはＡｌ2 Ｏ3 を含むポーラス酸化膜であることを特徴とする請求項２に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記多孔質膜は、ポーラスＰｔ膜またはポーラスＰｔ／Ｔｉ膜であることを特徴とする請求項２に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記ガス拡散路上には、さらにポーラス酸化膜が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記ガス導入路は、多孔質膜または中空構造のマイクロ流路を備えたガス拡散路であることを特徴とする請求項７に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記柱状膜は、柱状酸化膜または柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜によって構成されることを特徴とする請求項８に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記下部電極はポーラス電極であって、
前記ポーラス電極は、ポーラス酸化膜とＰｔ／Ｔｉ膜との積層膜またはポーラスＰｔ／Ｔｉ膜によって構成されることを特徴とする請求項７に記載の限界電流式ガスセンサ。 - 前記多孔質膜は、ポーラス酸化膜またはポーラスＰｔ膜によって構成されることを特徴とする請求項９に記載の限界電流式ガスセンサ。
- 前記下部電極は柱状電極であって、
前記柱状電極は、柱状酸化膜とＰｔ／Ｔｉ膜との積層膜または柱状Ｐｔ／Ｔｉ膜によって構成されることを特徴とする請求項７に記載の限界電流式ガスセンサ。
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-
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