JPWO2020184721A1 - ガスセンサ、ガスセンサを備える含有成分検知装置、ガスセンサを備える検査システム、ガスセンサの検査方法、ガスセンサの製造方法 - Google Patents
ガスセンサ、ガスセンサを備える含有成分検知装置、ガスセンサを備える検査システム、ガスセンサの検査方法、ガスセンサの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
印加された表面応力によって撓む導電性のメンブレン(22)と、メンブレン(22)よりも外側に配置された固定部材(24)と、メンブレン(22)と固定部材(24)とを連結する連結部(26)と、連結部(26)に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗(28)と、固定部材(24)に接続されてメンブレン(22)及び連結部(26)との間に空隙部(40)を設けて配置される導電性の支持基材(10)と、メンブレン(22)の支持基材(10)と対向する面と反対側の面である表面の中心を含む領域の上に形成され、且つ吸着した物質に応じた変形を生じる受容体(30)と、メンブレン(22)に第一の電位を印加可能な第一端子(50a)と、支持基材(10)に第二の電位を印加可能な第二端子(50b)と、固定部材(24)と支持基材(10)とを電気的に絶縁する絶縁部(6)を備えるガスセンサ。
Description
本発明は、従来のピエゾ抵抗カンチレバー型ガスセンサと比較して検査性を向上させた膜型のガスセンサと、ガスセンサを備える含有成分検知装置及び検査システムと、ガスセンサの検査方法と、ガスセンサの製造方法に関する。
人間の五感に相当する情報を収集するセンサ、特に、人間が化学物質を受容して感じる味覚や嗅覚のセンサに用いる技術として、例えば、特許文献1に開示されているピエゾ抵抗膜型ガスセンサがある。
特許文献1に開示されているピエゾ抵抗膜型ガスセンサは、測定対象を含む流体(ガス)の吸着によって歪む受容体から発生する応力を、ピエゾ抵抗の抵抗値変化で検出するガスセンサである。特許文献1に開示されているピエゾ抵抗膜型ガスセンサでは、四つの抵抗で形成されたフルブリッジ回路(フルホイートストンブリッジ)により検出した電圧の変化を用いて、ピエゾ抵抗の抵抗値変化を検出する。
特許文献1に開示されているピエゾ抵抗膜型ガスセンサは、測定対象を含む流体(ガス)の吸着によって歪む受容体から発生する応力を、ピエゾ抵抗の抵抗値変化で検出するガスセンサである。特許文献1に開示されているピエゾ抵抗膜型ガスセンサでは、四つの抵抗で形成されたフルブリッジ回路(フルホイートストンブリッジ)により検出した電圧の変化を用いて、ピエゾ抵抗の抵抗値変化を検出する。
しかしながら、特許文献1に開示されている構成のガスセンサでは、測定対象物を含む流体や機械的な応力を印加せずに、製造時、組み立て時、使用時等に発生する不良を検出することが困難である。
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能なガスセンサと、ガスセンサを備える含有成分検知装置及び検査システムと、ガスセンサの検査方法と、ガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能なガスセンサと、ガスセンサを備える含有成分検知装置及び検査システムと、ガスセンサの検査方法と、ガスセンサの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るガスセンサは、メンブレンと、固定部材と、少なくとも一対の連結部と、可撓性抵抗と、支持基材と、受容体と、第一端子と、第二端子と、絶縁部と、を備える。メンブレンは、導電性であり、印加された表面応力によって撓む。固定部材は、メンブレンよりも外側に配置されている。連結部は、メンブレンの厚さ方向から見てメンブレンを挟む少なくとも二箇所の位置に配置されてメンブレンと固定部材とを連結する。可撓性抵抗は、連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する。支持基材は、導電性であり、固定部材に接続されてメンブレン及び連結部との間に空隙を設けて配置される。受容体は、メンブレンの支持基材と対向する面と反対側の面である表面の中心を含む領域の上に形成され、且つ吸着した物質に応じた変形を生じる。第一端子は、メンブレンに第一の電位を印加可能である。第二端子は、支持基材に第二の電位を印加可能である。絶縁部は、固定部材と支持基材とを電気的に絶縁する。
また、本発明の他の態様に係るガスセンサを備える含有成分検知装置は、抵抗検知部と、パターン記憶部と、成分検知部と、を備える。抵抗検知部は、第一端子と第二端子との間に電圧が印加された状態における可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値を検知する。パターン記憶部は、受容体に流体が付着したときに流体が含有している成分に対して受容体が応答する応答パターンを記憶している。成分検知部は、抵抗検知部で検知した検査時抵抗値と、パターン記憶部が記憶している応答パターンと、に応じて受容体に付着した流体が含有する成分を検知する。
また、本発明の他の態様に係るガスセンサを備える検査システムは、電圧印加部と、抵抗検知部と、を備える。電圧印加部は、第一端子と第二端子との間に電圧を印加可能である。抵抗検知部は、第一端子と第二端子との間に電圧が印加された状態における可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値を検知する。
また、本発明の他の態様に係るガスセンサの検査方法は、ガスセンサに対し、メンブレンの動作を検査する検査方法であり、第二電圧印加工程と、検査時抵抗検知工程と、判定工程と、を備える。第二電圧印加工程は、第一端子と第二端子との間に第二の電圧を印加する工程である。検査時抵抗検知工程は、第一端子と第二端子との間に第二の電圧を印加した状態における可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値を検知する工程である。判定工程は、検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値と、第一端子と第二端子との間に第二の電圧とは異なる第一の電圧を印加した状態の抵抗値である基準抵抗値と、に基づいてメンブレンの動作を判定する工程である。
また、本発明の他の態様に係るガスセンサの検査方法は、ガスセンサに対し、受容体の物性を検査する検査方法であり、第二電圧印加工程と、検査時抵抗検知工程と、共振周波数算出工程と、受容体物性判別工程と、を備える。第二電圧印加工程は、第一端子と第二端子との間に第二の電圧を印加する工程である。検査時抵抗検知工程は、第一端子と第二端子との間に第二の電圧を印加した状態における可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値を検知する工程である。共振周波数算出工程は、検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値からガスセンサの共振周波数を算出する工程である。受容体物性判別工程は、共振周波数の基準値と、共振周波数算出工程で算出された共振周波数との比較によって受容体の物性を判別する工程である。
また、本発明の他の態様に係るガスセンサの検査方法は、ガスセンサに対し、受容体の塗布位置を検査する検査方法であり、ブリッジ電圧印加工程と、塗布位置判別工程と、を備える。ブリッジ電圧印加工程は、可撓性抵抗により構成されたブリッジ回路にブリッジ電圧を印加する工程である。塗布位置判別工程は、第一端子と第二端子との間に第一の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、第一端子と第二端子との間に第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、から受容体の塗布位置を判別する工程である。
また、本発明の他の態様に係るガスセンサの製造方法は、積層体形成工程と、貫通電極形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、第三イオン注入工程と、低抵抗領域形成工程と、除去工程と、配線層形成工程と、を備える。積層体形成工程は、支持基材の一方の面に凹部を形成し、一方の面に絶縁部を形成し、さらに、支持基材のうち絶縁部を形成した部分を覆うように検出基材を貼り合わせることで、支持基材と検出基材との間に空隙部が設けられた積層体を形成する工程である。貫通電極形成工程は、検出基材及び絶縁部の一部を除去して、検出基材の支持基材と対向する面と反対の面である表面から支持基材まで貫通する貫通孔を形成し、さらに、不純物を含有する電極材料で貫通孔を埋設することで表面から支持基材まで到達する貫通電極を形成する工程である。第一イオン注入工程は、検出基材の表面のうち検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、検出基材の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する工程である。第三イオン注入工程は、検出基材の表面のうち予め設定した領域に第三のイオンを注入する工程である。低抵抗領域形成工程は、積層体を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に第一の低抵抗領域を形成し、第二のイオンを注入した領域に第二の低抵抗領域を形成し、第三のイオンを注入した領域に第三の低抵抗領域を形成する工程である。さらに、低抵抗領域形成工程は、貫通電極から支持基材に不純物を固相拡散させて、支持基材の検出基材と対抗する面のうち予め設定した領域に第四の低抵抗領域を形成する工程である。除去工程は、検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって第一の低抵抗領域を除く領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレンと、メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する固定部材と、厚さ方向から見てメンブレンを挟む少なくとも二箇所の位置に配置されてメンブレンと固定部材とを連結する少なくとも一対の連結部と、を形成する工程である。配線層形成工程は、メンブレンと電気的に接続された第一端子と、支持基材と電気的に接続された第二端子を、含む配線層を形成する工程である。
ここで、「検出基材の中心を含む予め設定した領域」とは、後にメンブレンとなる領域であり、「第一の低抵抗領域」は、後に連結部となる領域であり、「第二の低抵抗領域」は、後に第一端子となる領域である。また、「第三の低抵抗領域」は、後に可撓性抵抗となる領域であり、「第四の低抵抗領域」は、後に第二端子となる領域である。
本発明の一態様によれば、第一端子と第二端子に電位を印加することで発生するクーロン力により、メンブレンを変形させることが可能となる。このため、メンブレンを変形させた際に発生する抵抗値の変化を測定することで、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能となる。
これにより、測定対象物を含む流体や機械的な応力を印加せずに、不良を検出することが可能なガスセンサ、ガスセンサを備える含有成分検知装置及び検査システム、ガスセンサの検査方法、ガスセンサの製造方法を提供することが可能となる。
これにより、測定対象物を含む流体や機械的な応力を印加せずに、不良を検出することが可能なガスセンサ、ガスセンサを備える含有成分検知装置及び検査システム、ガスセンサの検査方法、ガスセンサの製造方法を提供することが可能となる。
図面を参照して、本発明の実施形態を以下において説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一、又は類似の部分には、同一、又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、厚さと平面寸法との関係、厚さの比率等は、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、具体的な厚さや寸法は、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。
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質や、それらの形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を90度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を180度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。
(第一実施形態)
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1から図7を用いて、第一実施形態の構成を説明する。
図1から図5に示すガスセンサ1は、例えば、嗅覚を検出するセンサに用いるセンサである。また、ガスセンサ1は、パッケージ基板2と、接続部4と、支持基材10と、検出基材20と、絶縁部6と、第一端子50aと、第二端子50bと、第三端子50cと、第四端子50dと、第五端子50eと、第六端子50fと、貫通電極54と、不良検出部100と、成分検知部200を備える。なお、図2では、説明のために、パッケージ基板2と、接続部4と、不良検出部100と、成分検知部200と、配線の図示を省略している。
図1から図7を用いて、第一実施形態の構成を説明する。
図1から図5に示すガスセンサ1は、例えば、嗅覚を検出するセンサに用いるセンサである。また、ガスセンサ1は、パッケージ基板2と、接続部4と、支持基材10と、検出基材20と、絶縁部6と、第一端子50aと、第二端子50bと、第三端子50cと、第四端子50dと、第五端子50eと、第六端子50fと、貫通電極54と、不良検出部100と、成分検知部200を備える。なお、図2では、説明のために、パッケージ基板2と、接続部4と、不良検出部100と、成分検知部200と、配線の図示を省略している。
(パッケージ基板)
パッケージ基板2は、例えば、金属、ポリマー、セラミック材等を用いて形成されており、例えば、ミリメートルオーダーの厚さで形成されている。
パッケージ基板2は、例えば、金属、ポリマー、セラミック材等を用いて形成されており、例えば、ミリメートルオーダーの厚さで形成されている。
(接続部)
接続部4は、パッケージ基板2の一方の面(図1では、上側の面)に配置されており、例えば、接着剤や半田等を用いて形成されている。
第一実施形態では、一例として、接続部4の形状を、円形に形成した場合について説明する。
接続部4は、パッケージ基板2の一方の面(図1では、上側の面)に配置されており、例えば、接着剤や半田等を用いて形成されている。
第一実施形態では、一例として、接続部4の形状を、円形に形成した場合について説明する。
(支持基材)
支持基材10は、導電性であり、ガスセンサ1の固定電極として機能する。
また、支持基材10は、パッケージ基板2の一方の面に配置されており、接続部4を介して、パッケージ基板2に取り付けられている。
第一実施形態では、一例として、支持基材10の中心が、接続部4を配置する位置と重なる場合について説明する。
支持基材10の面積(図1では、支持基材10を上下方向から見た支持基材10の面積)は、接続部4の面積よりも大きい。
支持基材10の厚さ(図1では、支持基材10の上下方向への長さ)は、80[μm]以上に設定されている。なお、支持基材10の厚さは、80[μm]以上750[μm]以下の範囲内に設定してもよい。
支持基材10を形成する材料としては、例えば、ケイ素(Si:シリコン)、サファイア、ガリウムヒ素、ガラス、石英のうちいずれかを含む材料を用いることが可能である。
支持基材10は、導電性であり、ガスセンサ1の固定電極として機能する。
また、支持基材10は、パッケージ基板2の一方の面に配置されており、接続部4を介して、パッケージ基板2に取り付けられている。
第一実施形態では、一例として、支持基材10の中心が、接続部4を配置する位置と重なる場合について説明する。
支持基材10の面積(図1では、支持基材10を上下方向から見た支持基材10の面積)は、接続部4の面積よりも大きい。
支持基材10の厚さ(図1では、支持基材10の上下方向への長さ)は、80[μm]以上に設定されている。なお、支持基材10の厚さは、80[μm]以上750[μm]以下の範囲内に設定してもよい。
支持基材10を形成する材料としては、例えば、ケイ素(Si:シリコン)、サファイア、ガリウムヒ素、ガラス、石英のうちいずれかを含む材料を用いることが可能である。
第一実施形態では、一例として、支持基材10を形成する材料に、n型シリコンを用いた場合について説明する。
n型シリコンとは、単結晶シリコンに対し、例えば、ヒ素、リン、アンチモン等の5価元素を、不純物として添加したものである。
これにより、第一実施形態では、支持基材10の線膨張係数を、5.0×10−6/℃以下としている。
以下に、支持基材10を形成する材料として用いることが可能な材料の、線膨張係数を記載する。
n型シリコンとは、単結晶シリコンに対し、例えば、ヒ素、リン、アンチモン等の5価元素を、不純物として添加したものである。
これにより、第一実施形態では、支持基材10の線膨張係数を、5.0×10−6/℃以下としている。
以下に、支持基材10を形成する材料として用いることが可能な材料の、線膨張係数を記載する。
ケイ素の線膨張係数は、常温以上1000℃以下の環境下で、3.9×10−6/℃以下である。
サファイアの線膨張係数は、0℃以上1000℃以下の環境下で、9.0×10−6/℃以下である。
ガリウムヒ素(GaAs)の線膨張係数は、0K以上300K以下の環境下で、6.0×10−6/℃以下である。
ガラス(フロートガラス)の線膨張係数は、0℃以上300℃以下の環境下で、8.5×10−6/℃以下〜9.0×10−6/℃以下である。
石英の線膨張係数は、0℃以上300℃以下の環境下で、0.59×10−6/℃以下である。なお、石英の線膨張係数は、300℃の近辺にピークが有る。
サファイアの線膨張係数は、0℃以上1000℃以下の環境下で、9.0×10−6/℃以下である。
ガリウムヒ素(GaAs)の線膨張係数は、0K以上300K以下の環境下で、6.0×10−6/℃以下である。
ガラス(フロートガラス)の線膨張係数は、0℃以上300℃以下の環境下で、8.5×10−6/℃以下〜9.0×10−6/℃以下である。
石英の線膨張係数は、0℃以上300℃以下の環境下で、0.59×10−6/℃以下である。なお、石英の線膨張係数は、300℃の近辺にピークが有る。
(検出基材)
検出基材20は、導電性であり、ガスセンサ1の可動電極として機能する。
また、検出基材20は、支持基材10の一方の面(図1では、上側の面)に積層されており、メンブレン22と、固定部材24と、連結部26とが一体となって形成されている。
第一実施形態では、一例として、検出基材20を形成する材料に、n型シリコンを用いた場合について説明する。
また、検出基材20を形成する材料は、支持基材10の線膨張係数と、検出基材20の線膨張係数との差が、1.2×10−5/℃以下となる材料を用いる。
第一実施形態では、検出基材20を形成する材料と、支持基材10を形成する材料とを、同一の材料とした場合について説明する。
検出基材20は、導電性であり、ガスセンサ1の可動電極として機能する。
また、検出基材20は、支持基材10の一方の面(図1では、上側の面)に積層されており、メンブレン22と、固定部材24と、連結部26とが一体となって形成されている。
第一実施形態では、一例として、検出基材20を形成する材料に、n型シリコンを用いた場合について説明する。
また、検出基材20を形成する材料は、支持基材10の線膨張係数と、検出基材20の線膨張係数との差が、1.2×10−5/℃以下となる材料を用いる。
第一実施形態では、検出基材20を形成する材料と、支持基材10を形成する材料とを、同一の材料とした場合について説明する。
(メンブレン)
メンブレン22は、導電性であり、板状に形成されている。
第一実施形態では、一例として、メンブレン22を、円板状に形成した場合について説明する。なお、メンブレン22は、例えば、多角形状や、曲線で囲まれた形状に形成してもよい。
また、メンブレン22はn型半導体層である。
メンブレン22の一方の面(図1では、上側の面)には、受容体30(レセプター)が塗布されている。なお、以降の説明では、メンブレン22の一方の面を、「メンブレン22の表面」と記載する場合がある。
メンブレン22は、導電性であり、板状に形成されている。
第一実施形態では、一例として、メンブレン22を、円板状に形成した場合について説明する。なお、メンブレン22は、例えば、多角形状や、曲線で囲まれた形状に形成してもよい。
また、メンブレン22はn型半導体層である。
メンブレン22の一方の面(図1では、上側の面)には、受容体30(レセプター)が塗布されている。なお、以降の説明では、メンブレン22の一方の面を、「メンブレン22の表面」と記載する場合がある。
受容体30は、受容体形成領域の上に形成されている。
受容体形成領域は、メンブレン22の表面の中心を含む領域であり、予め設定する。なお、受容体30を塗布する面積は、広いほうが好ましいため、受容体形成領域は、広いほうが好ましい。
受容体30(レセプター)は、特に限定されないが、例えば、ポリエチレンイミン(PEI)等の樹脂が溶解された溶液(以降の説明では、「PEI溶液」と記載する場合がある)を塗布、乾燥させて形成されており、測定対象物(ガス)の分子が吸着することで歪みが発生する。受容体を溶解する溶液としては、受容体を溶解すれば特に限定されず、一般的な有機溶媒や水を用いることが可能である。
受容体30に測定対象物の分子が吸着して、受容体30に歪みが発生すると、メンブレン22に表面応力が印加され、メンブレン22が撓む。したがって、メンブレン22は、受容体30にガスの分子が吸着すると、印加された表面応力によって撓む。
受容体形成領域は、メンブレン22の表面の中心を含む領域であり、予め設定する。なお、受容体30を塗布する面積は、広いほうが好ましいため、受容体形成領域は、広いほうが好ましい。
受容体30(レセプター)は、特に限定されないが、例えば、ポリエチレンイミン(PEI)等の樹脂が溶解された溶液(以降の説明では、「PEI溶液」と記載する場合がある)を塗布、乾燥させて形成されており、測定対象物(ガス)の分子が吸着することで歪みが発生する。受容体を溶解する溶液としては、受容体を溶解すれば特に限定されず、一般的な有機溶媒や水を用いることが可能である。
受容体30に測定対象物の分子が吸着して、受容体30に歪みが発生すると、メンブレン22に表面応力が印加され、メンブレン22が撓む。したがって、メンブレン22は、受容体30にガスの分子が吸着すると、印加された表面応力によって撓む。
(固定部材)
固定部材24は、導電性であり、メンブレン22の中心よりも外側に配置されている。また、固定部材24は、四辺形(正方形)の枠状に形成されており、メンブレン22の厚さ方向から見て、隙間を空けてメンブレン22を包囲している。すなわち、固定部材24は、メンブレン22の厚さ方向から見てメンブレン22と離間している。
メンブレン22の厚さ方向から見た視点とは、ガスセンサ1を上方から見た視点(図1では、矢印IIの方向から見た視点)である。
メンブレン22の厚さ方向から見て、固定部材24の中心は、メンブレン22の中心と重なっている。
固定部材24は、導電性であり、メンブレン22の中心よりも外側に配置されている。また、固定部材24は、四辺形(正方形)の枠状に形成されており、メンブレン22の厚さ方向から見て、隙間を空けてメンブレン22を包囲している。すなわち、固定部材24は、メンブレン22の厚さ方向から見てメンブレン22と離間している。
メンブレン22の厚さ方向から見た視点とは、ガスセンサ1を上方から見た視点(図1では、矢印IIの方向から見た視点)である。
メンブレン22の厚さ方向から見て、固定部材24の中心は、メンブレン22の中心と重なっている。
また、固定部材24は、絶縁部6を間に挟んで、支持基材10のうち、パッケージ基板2と対向する面と反対側の面(図1では、上側の面)の側に配置されている。
第一実施形態では、一例として、固定部材24及び支持基材10の形状を、メンブレン22の厚さ方向から見て、支持基材10の外周面と固定部材24の外周面とが、面一である形状に形成した場合について説明する。
すなわち、固定部材24と支持基材10は、メンブレン22の厚さ方向から見て、同じ形状の四辺形である。これは、例えば、固定部材24と支持基材10とを接続した後に、固定部材24及び支持基材10に対してダイシング加工を行うことで実現する。すなわち、メンブレン22の厚さ方向から見て、固定部材24の中心は、支持基材10の中心と重なっている。
第一実施形態では、一例として、固定部材24及び支持基材10の形状を、メンブレン22の厚さ方向から見て、支持基材10の外周面と固定部材24の外周面とが、面一である形状に形成した場合について説明する。
すなわち、固定部材24と支持基材10は、メンブレン22の厚さ方向から見て、同じ形状の四辺形である。これは、例えば、固定部材24と支持基材10とを接続した後に、固定部材24及び支持基材10に対してダイシング加工を行うことで実現する。すなわち、メンブレン22の厚さ方向から見て、固定部材24の中心は、支持基材10の中心と重なっている。
したがって、支持基材10は、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22及び固定部材24と重なっている。
さらに、接続部4は、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22の少なくとも一部と重なる位置に配置されている。
また、メンブレン22の厚さ方向から見て、接続部4の面積は、メンブレン22の面積よりも小さい。
また、パッケージ基板2は、支持基材10のメンブレン22と対向する面と反対側の面(図1では、下側の面)に接続されている。
さらに、接続部4は、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22の少なくとも一部と重なる位置に配置されている。
また、メンブレン22の厚さ方向から見て、接続部4の面積は、メンブレン22の面積よりも小さい。
また、パッケージ基板2は、支持基材10のメンブレン22と対向する面と反対側の面(図1では、下側の面)に接続されている。
(連結部)
連結部26は、導電性であり、メンブレン22の厚さ方向から見て、帯状に形成されている。
また、連結部26は、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22の中心を通過する仮想的な直線VL1及びVL2と重なる位置に配置されており、メンブレン22と固定部材24とを連結している。
第一実施形態では、一例として、メンブレン22と固定部材24とが、二対である四つの連結部26a〜26dで連結されている場合について説明する。
四つの連結部26a〜26dは、直線VL1と重なる位置に配置されている一対の連結部26a及び連結部26bと、直線VL1と直交する直線VL2と重なる位置に配置されている一対の連結部26c及び連結部26dを含む。
連結部26は、導電性であり、メンブレン22の厚さ方向から見て、帯状に形成されている。
また、連結部26は、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22の中心を通過する仮想的な直線VL1及びVL2と重なる位置に配置されており、メンブレン22と固定部材24とを連結している。
第一実施形態では、一例として、メンブレン22と固定部材24とが、二対である四つの連結部26a〜26dで連結されている場合について説明する。
四つの連結部26a〜26dは、直線VL1と重なる位置に配置されている一対の連結部26a及び連結部26bと、直線VL1と直交する直線VL2と重なる位置に配置されている一対の連結部26c及び連結部26dを含む。
すなわち、一対の連結部26a及び連結部26bと、一対の連結部26c及び連結部26dは、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22を挟む少なくとも二箇所の位置に配置されており、メンブレン22と固定部材24とを連結する。
第一実施形態では、一例として、連結部26a及び連結部26bの幅が、連結部26c及び連結部26dの幅よりも狭い場合について説明する。
メンブレン22及び四つの連結部26a〜26dと、支持基材10との間には、空隙部40が設けられている。
第一実施形態では、一例として、連結部26a及び連結部26bの幅が、連結部26c及び連結部26dの幅よりも狭い場合について説明する。
メンブレン22及び四つの連結部26a〜26dと、支持基材10との間には、空隙部40が設けられている。
したがって、支持基材10は、固定部材24に接続されてメンブレン22及び連結部26との間に空隙(空隙部40)を設けて配置されている。これに加え、支持基材10は、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22及び連結部26と重なる。
なお、ガスセンサ1を溶液中で使用する場合には、空隙部40が溶液で満たされてもよい。
空隙部40は、検出基材20の加工途中においてメンブレン22が支持基材10の側へ撓む際に、メンブレン22が支持基材10に張り付くことを防ぐ空間として機能する。
また、空隙部40は、メンブレン22及び連結部26と支持基材10との間で、静電容量を形成するための空間として機能する。
四つの連結部26a〜26dには、それぞれ、可撓性抵抗28a〜28dが備えられている。
なお、ガスセンサ1を溶液中で使用する場合には、空隙部40が溶液で満たされてもよい。
空隙部40は、検出基材20の加工途中においてメンブレン22が支持基材10の側へ撓む際に、メンブレン22が支持基材10に張り付くことを防ぐ空間として機能する。
また、空隙部40は、メンブレン22及び連結部26と支持基材10との間で、静電容量を形成するための空間として機能する。
四つの連結部26a〜26dには、それぞれ、可撓性抵抗28a〜28dが備えられている。
(可撓性抵抗)
各可撓性抵抗28は、連結部26に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する。
第一実施形態では、一例として、可撓性抵抗28を、ピエゾ抵抗で形成した場合について説明する。
ピエゾ抵抗は、例えば、連結部26へのイオンの注入によって形成されており、メンブレン22が撓むことで連結部26に起きた撓みに応じて変化する抵抗値を有している。
また、可撓性抵抗28は、p型半導体層である。
四つの可撓性抵抗28a〜28dは、例えば、図5中に示すように、互いに隣接する可撓性抵抗28(連結部26aと連結部26c及び連結部26d、連結部26bと連結部26c及び連結部26d)が接続されている。これにより、四つの可撓性抵抗28a〜28dは、図5に示すフルホイートストンブリッジを形成している。
各可撓性抵抗28は、連結部26に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する。
第一実施形態では、一例として、可撓性抵抗28を、ピエゾ抵抗で形成した場合について説明する。
ピエゾ抵抗は、例えば、連結部26へのイオンの注入によって形成されており、メンブレン22が撓むことで連結部26に起きた撓みに応じて変化する抵抗値を有している。
また、可撓性抵抗28は、p型半導体層である。
四つの可撓性抵抗28a〜28dは、例えば、図5中に示すように、互いに隣接する可撓性抵抗28(連結部26aと連結部26c及び連結部26d、連結部26bと連結部26c及び連結部26d)が接続されている。これにより、四つの可撓性抵抗28a〜28dは、図5に示すフルホイートストンブリッジを形成している。
(絶縁部)
絶縁部6は、支持基材10と検出基材20とを、電気的に絶縁している。
また、絶縁部6は、支持基材10と固定部材24との間に設けられたシリコン酸化膜で形成されている。
絶縁部6の一部は、メンブレン22の厚さ方向から見て、第二端子50bを包囲している。また、絶縁部6のうち、メンブレン22の厚さ方向から見て第二端子50bを包囲している部分以外は、支持基材10と固定部材24との間に配置されている。
絶縁部6は、支持基材10と検出基材20とを、電気的に絶縁している。
また、絶縁部6は、支持基材10と固定部材24との間に設けられたシリコン酸化膜で形成されている。
絶縁部6の一部は、メンブレン22の厚さ方向から見て、第二端子50bを包囲している。また、絶縁部6のうち、メンブレン22の厚さ方向から見て第二端子50bを包囲している部分以外は、支持基材10と固定部材24との間に配置されている。
(第一端子)
第一端子50aは、Al等の金属材料を用いて形成されており、メンブレン22と電気的に接続されている。
(第二端子)
第二端子50bは、貫通電極54を介して、Al等の金属材料を用いて形成されており、支持基材10と電気的に接続されている。
第一端子50aは、Al等の金属材料を用いて形成されており、メンブレン22と電気的に接続されている。
(第二端子)
第二端子50bは、貫通電極54を介して、Al等の金属材料を用いて形成されており、支持基材10と電気的に接続されている。
(第三端子)
第三端子50cは、Al等の金属材料を用いて形成されており、可撓性抵抗の抵抗値を検知するための端子である。第一実施形態では、図5に示すように、第三端子50cが、可撓性抵抗28aと可撓性抵抗28dに、電気的に接続されている構成について説明する。
(第四端子)
第四端子50dは、Al等の金属材料を用いて形成されており、第三端子とは異なる、可撓性抵抗の抵抗値を検知するための端子である。第一実施形態では、図5に示すように、第四端子50dが、可撓性抵抗28bと可撓性抵抗28cに、電気的に接続されている構成について説明する。
第三端子50cは、Al等の金属材料を用いて形成されており、可撓性抵抗の抵抗値を検知するための端子である。第一実施形態では、図5に示すように、第三端子50cが、可撓性抵抗28aと可撓性抵抗28dに、電気的に接続されている構成について説明する。
(第四端子)
第四端子50dは、Al等の金属材料を用いて形成されており、第三端子とは異なる、可撓性抵抗の抵抗値を検知するための端子である。第一実施形態では、図5に示すように、第四端子50dが、可撓性抵抗28bと可撓性抵抗28cに、電気的に接続されている構成について説明する。
(第五端子)
第五端子50eは、Al等の金属材料を用いて形成されており、可撓性抵抗の抵抗値を検知するための電圧印加に用いる端子である。第一実施形態では、図5に示すように、第五端子50eが、可撓性抵抗28bと可撓性抵抗28dに、電気的に接続されている構成について説明する。
(第六端子)
第六端子50fは、Al等の金属材料を用いて形成されており、第五端子とは異なる、可撓性抵抗の抵抗値を検出するための電位印加に用いる端子である。第一実施形態では、図5に示すように、第六端子50fが、可撓性抵抗28aと可撓性抵抗28cに、電気的に接続されている構成について説明する。
第五端子50eは、Al等の金属材料を用いて形成されており、可撓性抵抗の抵抗値を検知するための電圧印加に用いる端子である。第一実施形態では、図5に示すように、第五端子50eが、可撓性抵抗28bと可撓性抵抗28dに、電気的に接続されている構成について説明する。
(第六端子)
第六端子50fは、Al等の金属材料を用いて形成されており、第五端子とは異なる、可撓性抵抗の抵抗値を検出するための電位印加に用いる端子である。第一実施形態では、図5に示すように、第六端子50fが、可撓性抵抗28aと可撓性抵抗28cに、電気的に接続されている構成について説明する。
(貫通電極)
貫通電極54は、不純物を含有する電極材料を用いて形成されており、検出基材20のうち、支持基材10と対向する面と反対の面である表面(検出基材20の表面)から、支持基材10まで到達する電極である。
貫通電極54は、不純物を含有する電極材料を用いて形成されており、検出基材20のうち、支持基材10と対向する面と反対の面である表面(検出基材20の表面)から、支持基材10まで到達する電極である。
(不良検出部)
以下、不良検出部100の詳細な構成について説明する。
不良検出部100は、メンブレン22及び連結部26と支持基材10との間に電圧を印加して、メンブレン22を変形させることで、ガスセンサ1の不良を検出する。
また、不良検出部100は、図6に示すように、マルチプレクサ101と、第一電源102と、第二電源103と、抵抗検知部104と、補正値記憶部105と、感度補正部106と、アナログデジタル変換部107と、インターフェース部108を備える。マルチプレクサ101、第一電源102、第二電源103、抵抗検知部104、補正値記憶部105、感度補正部106、アナログデジタル変換部107、インターフェース部108は、IC又は基板に搭載されている。
以下、不良検出部100の詳細な構成について説明する。
不良検出部100は、メンブレン22及び連結部26と支持基材10との間に電圧を印加して、メンブレン22を変形させることで、ガスセンサ1の不良を検出する。
また、不良検出部100は、図6に示すように、マルチプレクサ101と、第一電源102と、第二電源103と、抵抗検知部104と、補正値記憶部105と、感度補正部106と、アナログデジタル変換部107と、インターフェース部108を備える。マルチプレクサ101、第一電源102、第二電源103、抵抗検知部104、補正値記憶部105、感度補正部106、アナログデジタル変換部107、インターフェース部108は、IC又は基板に搭載されている。
マルチプレクサ101は、入力を受けた切り替え信号に応じて、第一端子50a及び第二端子50bのうち少なくとも一方と第一電源102とを接続する。
第一電源102は、マルチプレクサ101と接続されている。また、第一電源102は、マルチプレクサ101と共に、第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加可能である電圧印加部を形成している。
電圧印加部(第一電源102、マルチプレクサ101)により第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加すると、第一端子50aと第二端子50bとの間に印加された電圧に応じて、メンブレン22が変形する。
第一電源102は、マルチプレクサ101と接続されている。また、第一電源102は、マルチプレクサ101と共に、第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加可能である電圧印加部を形成している。
電圧印加部(第一電源102、マルチプレクサ101)により第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加すると、第一端子50aと第二端子50bとの間に印加された電圧に応じて、メンブレン22が変形する。
また、電圧印加部により第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加すると、印加した電圧に応じた第一の電位を、メンブレン22に印加することが可能である。同様に、電圧印加部により第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加すると、印加した電圧に応じた第二の電位を、支持基材10に印加することが可能である。
なお、第一の電位と第二の電位とは、同じ値であっても、異なる値であってもよい。
第二電源103は、第五端子50e及び第六端子50fと接続されており、第五端子50e第六端子50fとの間に電圧を印加可能である。
なお、第一の電位と第二の電位とは、同じ値であっても、異なる値であってもよい。
第二電源103は、第五端子50e及び第六端子50fと接続されており、第五端子50e第六端子50fとの間に電圧を印加可能である。
抵抗検知部104は、第三端子50c及び第四端子50dと接続されており、可撓性抵抗28の抵抗値を検知する。抵抗検知部104が検知した抵抗値は、補正値記憶部105及び感度補正部106へ出力する。
補正値記憶部105は、例えば、EEPROM等の不揮発性メモリを用いて形成されており、感度補正値と、基準時抵抗値と、検査時抵抗値と、を記憶する。
基準時抵抗値は、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態における、可撓性抵抗28の抵抗値である。
補正値記憶部105は、例えば、EEPROM等の不揮発性メモリを用いて形成されており、感度補正値と、基準時抵抗値と、検査時抵抗値と、を記憶する。
基準時抵抗値は、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態における、可撓性抵抗28の抵抗値である。
検査時抵抗値は、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態における、可撓性抵抗28の抵抗値である。
感度補正値は、基準時抵抗値と検査時抵抗値から算出される感度の補正値である。
感度補正部106は、補正値記憶部105が記憶している感度補正値に応じて、抵抗検知部104が検知した抵抗値を補正する。感度補正部106された値は、アナログ信号としてアナログデジタル変換部107へ出力する。
アナログデジタル変換部107は、感度補正部106から入力を受けた感度補正結果をデジタル変換し、インターフェース部108を介して、パーソナルコンピュータ等へ出力する。
感度補正値は、基準時抵抗値と検査時抵抗値から算出される感度の補正値である。
感度補正部106は、補正値記憶部105が記憶している感度補正値に応じて、抵抗検知部104が検知した抵抗値を補正する。感度補正部106された値は、アナログ信号としてアナログデジタル変換部107へ出力する。
アナログデジタル変換部107は、感度補正部106から入力を受けた感度補正結果をデジタル変換し、インターフェース部108を介して、パーソナルコンピュータ等へ出力する。
インターフェース部108は、パーソナルコンピュータ等から入力を受けた切り替え信号を、マルチプレクサ101へ出力する。
以上により、ガスセンサ1と、電圧印加部(第一電源102、マルチプレクサ101)と、抵抗検知部104は、検査システムを形成する。
また、第一実施形態の検査システムは、ガスセンサ1と、電圧印加部と、抵抗検知部104に加え、補正値記憶部105と、感度補正部106と、をさらに備える。
以上により、ガスセンサ1と、電圧印加部(第一電源102、マルチプレクサ101)と、抵抗検知部104は、検査システムを形成する。
また、第一実施形態の検査システムは、ガスセンサ1と、電圧印加部と、抵抗検知部104に加え、補正値記憶部105と、感度補正部106と、をさらに備える。
(成分検知部)
成分検知部200は、図7に示すように、パターン記憶部201と、成分判定部202を備える。
パターン記憶部201は、予め、流体の測定対象物(ガス)の分子が受容体30に付着したときに、流体が含有している成分に対して受容体30が応答する応答パターンを記憶している。
成分判定部202は、抵抗検知部104及びパターン記憶部201と接続されている。
成分検知部200は、図7に示すように、パターン記憶部201と、成分判定部202を備える。
パターン記憶部201は、予め、流体の測定対象物(ガス)の分子が受容体30に付着したときに、流体が含有している成分に対して受容体30が応答する応答パターンを記憶している。
成分判定部202は、抵抗検知部104及びパターン記憶部201と接続されている。
また、成分判定部202は、抵抗検知部104が検知した抵抗値のパターンが、パターン記憶部201が記憶している応答パターンに合致しているか否かを判定することで、測定対象物の成分を判定する。成分判定部202が判定した測定対象物の成分は、図外のコンピュータ等へ出力する。
したがって、成分検知部200は、抵抗検知部104で検知した抵抗値と、パターン記憶部201が記憶している応答パターンと、に応じて、受容体30に付着した流体が含有する成分を検知する。
以上により、ガスセンサ1と、抵抗検知部104と、成分検知部200は、受容体30に付着した流体が含有する成分を検知する含有成分検知装置を形成する。
したがって、成分検知部200は、抵抗検知部104で検知した抵抗値と、パターン記憶部201が記憶している応答パターンと、に応じて、受容体30に付着した流体が含有する成分を検知する。
以上により、ガスセンサ1と、抵抗検知部104と、成分検知部200は、受容体30に付着した流体が含有する成分を検知する含有成分検知装置を形成する。
(ガスセンサの検査方法)
図1から図7を参照しつつ、図8から図15を用いて、ガスセンサ1の検査方法を説明する。
ガスセンサ1の検査は、例えば、ガスセンサ1の工場検査時(製造時や出荷時等)や、ユーザの使用時に行う。
まず、図1から図7を参照しつつ、図8から図12を用いて、工場検査時のうち、製造時等に行うガスセンサ1の検査方法(以降の説明では、「第一検査方法」と記載する場合がある)の一例について説明する。なお、第一検査方法は、例えば、メンブレン22を形成する工程や、シート状に形成した支持基材10と検出基材20との複数の積層体を切断する工程(ダイシング)や、受容体30を塗布する工程等で生じた不良を検出するために行う。
図1から図7を参照しつつ、図8から図15を用いて、ガスセンサ1の検査方法を説明する。
ガスセンサ1の検査は、例えば、ガスセンサ1の工場検査時(製造時や出荷時等)や、ユーザの使用時に行う。
まず、図1から図7を参照しつつ、図8から図12を用いて、工場検査時のうち、製造時等に行うガスセンサ1の検査方法(以降の説明では、「第一検査方法」と記載する場合がある)の一例について説明する。なお、第一検査方法は、例えば、メンブレン22を形成する工程や、シート状に形成した支持基材10と検出基材20との複数の積層体を切断する工程(ダイシング)や、受容体30を塗布する工程等で生じた不良を検出するために行う。
図8及び図9に示すように、第一検査方法では、ステップS10において、マルチプレクサ101により、第一端子50a及び第二端子50bと第一電源102とを接続する。これにより、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせる。
次に、図8及び図10に示すように、ステップS11において、第二電源103から第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧を印加した状態で、抵抗検知部104により、オフセット電圧を測定する。これに加え、抵抗検知部104により、オフセット電圧に応じた抵抗値である基準抵抗値を測定する。
次に、図8及び図10に示すように、ステップS11において、第二電源103から第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧を印加した状態で、抵抗検知部104により、オフセット電圧を測定する。これに加え、抵抗検知部104により、オフセット電圧に応じた抵抗値である基準抵抗値を測定する。
ここで、「オフセット電圧」とは、メンブレン22が変形していない(平板状)状態において、第一端子50aと第二端子50bとの間に発生する電圧であり、通常は0[V]である。
次に、図8及び図11に示すように、ステップS12において、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第一電源102とを接続し、第二端子50bを接地させる。これにより、第一端子50aと第二端子50bとの間に、第一の電圧とは異なる第二の電圧を印加する。
次に、図8及び図11に示すように、ステップS12において、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第一電源102とを接続し、第二端子50bを接地させる。これにより、第一端子50aと第二端子50bとの間に、第一の電圧とは異なる第二の電圧を印加する。
その後、図8及び図12に示すように、ステップS13において、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加した状態で、抵抗検知部104により電圧を測定する。これに加え、抵抗検知部104により、第二の電圧に応じた可撓性抵抗28の抵抗値である検査時抵抗値を測定する。
そして、図8に示すように、ステップS14において、ステップS11で測定したオフセット電圧と、ステップS13で測定した電圧との変化に応じて、メンブレン22の動作が不良であるか否かを判定する。その後、第一検査方法を終了する。
そして、図8に示すように、ステップS14において、ステップS11で測定したオフセット電圧と、ステップS13で測定した電圧との変化に応じて、メンブレン22の動作が不良であるか否かを判定する。その後、第一検査方法を終了する。
なお、メンブレン22の動作が不良であると判定したガスセンサ1に対しては、例えば、構造を修正する等の処理を行う。
以上により、ガスセンサ1の検査方法(第一検査方法)は、ガスセンサ1に対し、メンブレン22の動作を検査する検査方法であり、第二電圧印加工程と、検査時抵抗検知工程と、判定工程と、を備える。
第二電圧印加工程(ステップS12)は、第一端子50aと第二端子50bとの間に予め設定した第二の電圧を印加する工程である。
以上により、ガスセンサ1の検査方法(第一検査方法)は、ガスセンサ1に対し、メンブレン22の動作を検査する検査方法であり、第二電圧印加工程と、検査時抵抗検知工程と、判定工程と、を備える。
第二電圧印加工程(ステップS12)は、第一端子50aと第二端子50bとの間に予め設定した第二の電圧を印加する工程である。
検査時抵抗検知工程(ステップS13)は、検査時抵抗値を検知する工程である。検査時抵抗値は、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加した状態における、可撓性抵抗28の抵抗値である。
判定工程(ステップS14)は、検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に予め設定した第一の電圧を印加した状態の抵抗値である基準抵抗値と、に基づいて、メンブレン22の動作を判定する工程である。
判定工程では、例えば、検査時抵抗値と基準抵抗値との差分が、予め設定した差分閾値を超えている場合に、メンブレン22の動作が異常であると判定する。差分閾値は、例えば、2.0×10−2[Ω]に設定する。なお、差分閾値は、例えば、クーロン力で10μVの出力が得られた時(Sim予測値)の抵抗変化を計算することで設定する。
判定工程(ステップS14)は、検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に予め設定した第一の電圧を印加した状態の抵抗値である基準抵抗値と、に基づいて、メンブレン22の動作を判定する工程である。
判定工程では、例えば、検査時抵抗値と基準抵抗値との差分が、予め設定した差分閾値を超えている場合に、メンブレン22の動作が異常であると判定する。差分閾値は、例えば、2.0×10−2[Ω]に設定する。なお、差分閾値は、例えば、クーロン力で10μVの出力が得られた時(Sim予測値)の抵抗変化を計算することで設定する。
さらに、ガスセンサ1の検査方法(第一検査方法)は、第一電圧印加工程と、測定工程と、を備える。
第一電圧印加工程(ステップS11)は、第二電圧印加工程の前工程であり、第一端子50aと第二端子50bとの間に、第二の電圧とは異なる第一の電圧を印加する工程である。
測定工程(ステップS11)は、第一電圧印加工程で第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧を印加した状態で、基準抵抗値を測定する工程である。
第一電圧印加工程(ステップS11)は、第二電圧印加工程の前工程であり、第一端子50aと第二端子50bとの間に、第二の電圧とは異なる第一の電圧を印加する工程である。
測定工程(ステップS11)は、第一電圧印加工程で第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧を印加した状態で、基準抵抗値を測定する工程である。
次に、図1から図12を参照しつつ、図13及び図14を用いて、工場検査時のうち、出荷時等に行うガスセンサ1の検査方法(以降の説明では、「第二検査方法」と記載する場合がある)の一例について説明する。なお、第二検査方法は、例えば、ガスセンサ1を含有成分検知装置や検査システムに取り付けた状態等で生じた不良を検出するために行う。
図13及び図9に示すように、第二検査方法では、ステップS20において、マルチプレクサ101により、第一端子50a及び第二端子50bと第一電源102とを接続する。これにより、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせる。
図13及び図9に示すように、第二検査方法では、ステップS20において、マルチプレクサ101により、第一端子50a及び第二端子50bと第一電源102とを接続する。これにより、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせる。
次に、図13及び図10に示すように、ステップS21において、第二電源103から第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧を印加した状態で、抵抗検知部104により、オフセット電圧を測定する。これに加え、抵抗検知部104により、オフセット電圧に応じた抵抗値である基準抵抗値を測定する。
その後、図13及び図11に示すように、ステップS22において、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第一電源102とを接続し、第二端子50bを接地させる。これにより、第一端子50aと第二端子50bとの間に、第一の電圧とは異なる第二の電圧を印加する。
その後、図13及び図11に示すように、ステップS22において、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第一電源102とを接続し、第二端子50bを接地させる。これにより、第一端子50aと第二端子50bとの間に、第一の電圧とは異なる第二の電圧を印加する。
次に、図13及び図12に示すように、ステップS23において、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加した状態で、抵抗検知部104により電圧を測定する。これに加え、抵抗検知部104により、第二の電圧に応じた可撓性抵抗28の抵抗値である検査時抵抗値を測定する。
そして、図13に示すように、ステップS24において、ステップS21で測定したオフセット電圧と、ステップS23で測定した電圧との変化に応じて、メンブレン22の動作が不良であるか否かを判定する。
そして、図13に示すように、ステップS24において、ステップS21で測定したオフセット電圧と、ステップS23で測定した電圧との変化に応じて、メンブレン22の動作が不良であるか否かを判定する。
ステップS24において、メンブレン22の動作が不良であると判定すると、第二検査方法を終了する。なお、メンブレン22の動作が不良であると判定したガスセンサ1に対しては、例えば、構造を修正する等の処理を行う。
一方、ステップS24において、メンブレン22の動作が不良ではないと判定すると、図13に示すように、ステップS25において、ステップS21で測定したオフセット電圧と、ステップS23で測定した電圧との変化に応じた感度の補正値である感度補正値を算出する。
一方、ステップS24において、メンブレン22の動作が不良ではないと判定すると、図13に示すように、ステップS25において、ステップS21で測定したオフセット電圧と、ステップS23で測定した電圧との変化に応じた感度の補正値である感度補正値を算出する。
次に、図13に示すように、ステップS26において、ステップS25で算出した感度補正値を、補正値記憶部105に記憶する。
そして、図13及び図14に示すように、ステップS27において、ステップ26で補正値記憶部105に記憶した感度補正値を、感度補正部106で用いる感度補正値として設定する。その後、第二検査方法を終了する。
以上により、ガスセンサ1の検査方法(第二検査方法)は、第一検査方法に加え、さらに、補正値算出工程と、補正値記憶工程と、感度補正部調整工程と、を備える。
そして、図13及び図14に示すように、ステップS27において、ステップ26で補正値記憶部105に記憶した感度補正値を、感度補正部106で用いる感度補正値として設定する。その後、第二検査方法を終了する。
以上により、ガスセンサ1の検査方法(第二検査方法)は、第一検査方法に加え、さらに、補正値算出工程と、補正値記憶工程と、感度補正部調整工程と、を備える。
補正値算出工程(ステップS25)は、判定工程(ステップS24)でメンブレンの動作が基準値よりも良好であると判定した場合に、基準抵抗検知工程(ステップS21)で検知した基準抵抗値と検査時抵抗検知工程(ステップS23)で検知した検査時抵抗値に応じた感度の補正値である感度補正値を算出する工程である。
補正値記憶工程(ステップS26)は、補正値算出工程で算出した感度補正値を記憶する工程である。
感度補正部調整工程(ステップS27)は、補正値記憶工程で記憶した感度補正値を用いて、感度補正部106を調整する工程である。
補正値記憶工程(ステップS26)は、補正値算出工程で算出した感度補正値を記憶する工程である。
感度補正部調整工程(ステップS27)は、補正値記憶工程で記憶した感度補正値を用いて、感度補正部106を調整する工程である。
次に、図1から図14を参照しつつ、図15を用いて、ユーザの使用時に行うガスセンサ1の検査方法(以降の説明では、「第三検査方法」と記載する場合がある)の一例について説明する。なお、第三検査方法は、例えば、ガスセンサ1の使用時に、落下や振動等による構造破壊によって発生する動作不良を検出するために行う。
図15及び図9に示すように、第三検査方法では、ステップS30において、マルチプレクサ101により、第一端子50a及び第二端子50bと第一電源102とを接続する。これにより、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせる。
図15及び図9に示すように、第三検査方法では、ステップS30において、マルチプレクサ101により、第一端子50a及び第二端子50bと第一電源102とを接続する。これにより、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせる。
次に、図15及び図10に示すように、ステップS31において、第二電源103から第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧を印加した状態で、抵抗検知部104により、オフセット電圧を測定する。これに加え、抵抗検知部104により、オフセット電圧に応じた抵抗値である基準抵抗値を測定する。
その後、図15及び図11に示すように、ステップS32において、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第一電源102とを接続し、第二端子50bを接地させる。これにより、第一端子50aと第二端子50bとの間に、第一の電圧とは異なる第二の電圧を印加する。
その後、図15及び図11に示すように、ステップS32において、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第一電源102とを接続し、第二端子50bを接地させる。これにより、第一端子50aと第二端子50bとの間に、第一の電圧とは異なる第二の電圧を印加する。
次に、図15及び図12に示すように、ステップS33において、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加した状態で、抵抗検知部104により電圧を測定する。これに加え、抵抗検知部104により、第二の電圧に応じた可撓性抵抗28の抵抗値である検査時抵抗値を測定する。
そして、図15に示すように、ステップS34において、ステップS31で測定したオフセット電圧と、ステップS33で測定した電圧との変化に応じて、メンブレン22の動作が不良であるか否かを判定する。
そして、図15に示すように、ステップS34において、ステップS31で測定したオフセット電圧と、ステップS33で測定した電圧との変化に応じて、メンブレン22の動作が不良であるか否かを判定する。
ステップS34において、メンブレン22の動作が不良ではないと判定すると、第三検査方法を終了する。
一方、ステップS34において、メンブレン22の動作が不良であると判定すると、図15に示すように、ステップS35において、メンブレン22の動作の不良度合いを判定する。なお、ステップS35では、例えば、検査時抵抗値と基準抵抗値との差分が、予め設定した良否閾値を超えている場合に、不良度合いが高いと判定する。良否閾値は、例えば、1.0×10−3[Ω]に設定する。また、工場出荷時の検査で取得した検査時抵抗値と基準抵抗値との差分を補正値記憶部105に記憶しておき、ユーザの使用時の検査時抵抗値と基準抵抗値との差分と比較を行うことで判定することも可能である。
一方、ステップS34において、メンブレン22の動作が不良であると判定すると、図15に示すように、ステップS35において、メンブレン22の動作の不良度合いを判定する。なお、ステップS35では、例えば、検査時抵抗値と基準抵抗値との差分が、予め設定した良否閾値を超えている場合に、不良度合いが高いと判定する。良否閾値は、例えば、1.0×10−3[Ω]に設定する。また、工場出荷時の検査で取得した検査時抵抗値と基準抵抗値との差分を補正値記憶部105に記憶しておき、ユーザの使用時の検査時抵抗値と基準抵抗値との差分と比較を行うことで判定することも可能である。
第一実施形態では、一例として、良否閾値を、絶対的な閾値である抵抗変化(出力変化)量として、工場検査時の半分の値としたが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、良否閾値を、相対的な閾値としてもよい。この場合、相対的な閾値は、例えば、工場出荷時からの感度低下量(例えば、50%低下)で規定してもよい。
ステップS35において、不良度合いが高いと判定すると、第三検査方法を終了する。なお、動作の不良度合いが高いと判定したメンブレン22を備えるガスセンサ1に対しては、例えば、メーカーにおいて構造を修正する等の処理を行う。
ステップS35において、不良度合いが高いと判定すると、第三検査方法を終了する。なお、動作の不良度合いが高いと判定したメンブレン22を備えるガスセンサ1に対しては、例えば、メーカーにおいて構造を修正する等の処理を行う。
一方、ステップS35において、不良度合いが低いと判定すると、図15に示すように、ステップS36において、ステップS33で検知した検査時抵抗値に応じた感度の補正値である感度補正値を算出する。なお、動作の不良度合いが低いと判定したメンブレン22は、例えば、ガスセンサ1に要求される最低限の性能を発揮することが可能な状態のメンブレン22である。
次に、図15に示すように、ステップS37において、ステップS36で算出した感度補正値を、補正値記憶部105に記憶する。
次に、図15に示すように、ステップS37において、ステップS36で算出した感度補正値を、補正値記憶部105に記憶する。
そして、図15に示すように、ステップS38において、ステップS37で記憶した感度補正値を、感度補正部106で用いる感度補正値として設定する。その後、第三検査方法を終了する。
以上により、ガスセンサ1の検査方法(第三検査方法)は、第二検査方法に加え、さらに、不良度合い判定工程を備える。
不良度合い判定工程(ステップS35)は、検査時抵抗値と基準抵抗値と、に基づいて、メンブレン22の動作の不良度合いを判定する工程である。
以上により、ガスセンサ1の検査方法(第三検査方法)は、第二検査方法に加え、さらに、不良度合い判定工程を備える。
不良度合い判定工程(ステップS35)は、検査時抵抗値と基準抵抗値と、に基づいて、メンブレン22の動作の不良度合いを判定する工程である。
ガスセンサ1の製造時等においては、メンブレン22に応力が残留している場合や、受容体30を乾燥させた時に発生するメンブレン22の延伸により、メンブレン22が凸形状になっている(変形している)場合がある。
上述したように、オフセット電圧を0[V]とすることで、差動アンプの入力レンジを小さくすることが可能となる。
このため、第二検査方法によって、ガスセンサ1の出荷前に、オフセット電圧が0[V]となるメンブレン22と支持基材10との間の電圧を補正値記憶部105に記憶させる。これにより、出荷後の測定モードである第三検査方法では、記憶させた電圧を印加することが可能となる。
上述したように、オフセット電圧を0[V]とすることで、差動アンプの入力レンジを小さくすることが可能となる。
このため、第二検査方法によって、ガスセンサ1の出荷前に、オフセット電圧が0[V]となるメンブレン22と支持基材10との間の電圧を補正値記憶部105に記憶させる。これにより、出荷後の測定モードである第三検査方法では、記憶させた電圧を印加することが可能となる。
(ガスセンサの製造方法)
図1から図15を参照しつつ、図16から図26を用いて、ガスセンサ1の製造方法を説明する。なお、図16から図26の断面図は、図2のX−X線断面図に対応する。
ガスセンサ1の製造方法は、積層体形成工程と、貫通電極形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、第三イオン注入工程と、低抵抗領域形成工程と、除去工程と、配線層形成工程と、受容体形成工程を備える。
図1から図15を参照しつつ、図16から図26を用いて、ガスセンサ1の製造方法を説明する。なお、図16から図26の断面図は、図2のX−X線断面図に対応する。
ガスセンサ1の製造方法は、積層体形成工程と、貫通電極形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、第三イオン注入工程と、低抵抗領域形成工程と、除去工程と、配線層形成工程と、受容体形成工程を備える。
(積層体形成工程)
積層体形成工程では、まず、図16(a)に示す、支持基材10の材料となる第一シリコン基板60の一方の面に、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、図16(b)に示すように、凹部62(トレンチ)を形成する。凹部62の深さは、例えば、4[μm]に設定する。なお、第一シリコン基板60は、導電性のn型シリコン基板である。
次に、図16(c)に示すように、第一シリコン基板60の一方の面に第一のシリコン酸化膜68aを成膜することで、絶縁部6を形成する。
積層体形成工程では、まず、図16(a)に示す、支持基材10の材料となる第一シリコン基板60の一方の面に、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、図16(b)に示すように、凹部62(トレンチ)を形成する。凹部62の深さは、例えば、4[μm]に設定する。なお、第一シリコン基板60は、導電性のn型シリコン基板である。
次に、図16(c)に示すように、第一シリコン基板60の一方の面に第一のシリコン酸化膜68aを成膜することで、絶縁部6を形成する。
さらに、第一シリコン基板60のうち絶縁部6を形成した部分を覆うように、検出基材20の材料となる第二シリコン基板64を、接着等、各種の接合技術を用いて貼り合わせることで、図16(d)に示すように、積層体66(Cavityウェーハ)を形成する。なお、第二シリコン基板64は、導電性のn型シリコン基板である。したがって、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64は、同じ導電型を有する半導体基板である。
上記のように、積層体形成工程を行うことで、積層体66の所定の位置には、上下左右を絶縁部6と第二シリコン基板64によって囲まれた空隙部40が形成される。
以上により、積層体形成工程では、支持基材10の一方の面に凹部62を形成し、支持基材10の一方の面に絶縁部6を形成し、さらに、支持基材10のうち絶縁部6を形成した部分を覆うように検出基材20を貼り合わせる。これにより、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40が設けられた積層体66を形成する。
上記のように、積層体形成工程を行うことで、積層体66の所定の位置には、上下左右を絶縁部6と第二シリコン基板64によって囲まれた空隙部40が形成される。
以上により、積層体形成工程では、支持基材10の一方の面に凹部62を形成し、支持基材10の一方の面に絶縁部6を形成し、さらに、支持基材10のうち絶縁部6を形成した部分を覆うように検出基材20を貼り合わせる。これにより、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40が設けられた積層体66を形成する。
(貫通電極形成工程)
貫通電極形成工程では、まず、図17(a)に示すように、第二シリコン基板64の第一シリコン基板60と対向する面と反対側の面である表面に、第二のシリコン酸化膜68bを成膜する。第二のシリコン酸化膜68bの厚さは、例えば、400[nm]に設定する。
次に、図17(b)に示すように、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、第二のシリコン酸化膜68bに、二箇所の第一のトレンチ56aを形成する。なお、第一のトレンチ56aの幅(図17(b)では、左右方向の長さ)は、例えば、0.5[mm]に設定する。
貫通電極形成工程では、まず、図17(a)に示すように、第二シリコン基板64の第一シリコン基板60と対向する面と反対側の面である表面に、第二のシリコン酸化膜68bを成膜する。第二のシリコン酸化膜68bの厚さは、例えば、400[nm]に設定する。
次に、図17(b)に示すように、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、第二のシリコン酸化膜68bに、二箇所の第一のトレンチ56aを形成する。なお、第一のトレンチ56aの幅(図17(b)では、左右方向の長さ)は、例えば、0.5[mm]に設定する。
さらに、図17(c)に示すように、第二のシリコン酸化膜68bをマスクとして、エッチング技術を用いて、第二シリコン基板64に、二箇所の第一のトレンチ56aとそれぞれ重なる二箇所の第二のトレンチ56bを形成する。
次に、図18(a)に示すように、積層体66を熱酸化(例えば、300[nm])することで、二箇所の第一のトレンチ56a及び第二のトレンチ56bを、第三のシリコン酸化膜68cで封止する。
これにより、貫通電極54を形成した後に、第二シリコン基板64と第一シリコン基板60とが短絡することを防ぐ。次に、図18(b)及び図18(c)に示すように、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、第二のシリコン酸化膜68b及び第二シリコン基板64のうち、二箇所の第一のトレンチ56a及び第二のトレンチ56bの間の部分を除去する。これにより、貫通電極54を形成するための貫通孔58を形成する。
次に、図18(a)に示すように、積層体66を熱酸化(例えば、300[nm])することで、二箇所の第一のトレンチ56a及び第二のトレンチ56bを、第三のシリコン酸化膜68cで封止する。
これにより、貫通電極54を形成した後に、第二シリコン基板64と第一シリコン基板60とが短絡することを防ぐ。次に、図18(b)及び図18(c)に示すように、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、第二のシリコン酸化膜68b及び第二シリコン基板64のうち、二箇所の第一のトレンチ56a及び第二のトレンチ56bの間の部分を除去する。これにより、貫通電極54を形成するための貫通孔58を形成する。
さらに、図19(a)に示すように、第一シリコン基板60に形成されていた第一のシリコン酸化膜68aをエッチングして除去する。このとき、第二のシリコン酸化膜68bの厚さは、50[nm]程度となる。
次に、図19(b)に示すように、不純物を含有する電極材料として、n型ポリシリコン96を成膜する。このとき、貫通孔58の内部に、n型ポリシリコン96を充填する。
さらに、図19(c)に示すように、エッチング(又は、化学機械研磨)により、不要なn型ポリシリコン96を除去する。これにより、貫通孔58の内部に、n型ポリシリコンで形成された貫通電極54が設けられる。
次に、図19(b)に示すように、不純物を含有する電極材料として、n型ポリシリコン96を成膜する。このとき、貫通孔58の内部に、n型ポリシリコン96を充填する。
さらに、図19(c)に示すように、エッチング(又は、化学機械研磨)により、不要なn型ポリシリコン96を除去する。これにより、貫通孔58の内部に、n型ポリシリコンで形成された貫通電極54が設けられる。
以上により、貫通電極形成工程では、検出基材20及び絶縁部6の一部を除去して、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対の面である表面から支持基材10まで貫通する貫通孔58を形成する。さらに、貫通電極形成工程では、不純物を含有する電極材料で貫通孔58を埋設することで、検出基材20の表面から支持基材10まで到達する貫通電極54を形成する。
(第一イオン注入工程)
第一イオン注入工程では、図20に示すように、第二のシリコン酸化膜68bを除去する。その後、フォトレジストのパターン(図示せず)を用いて、検出基材20の表面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(第一イオン注入領域70a)に第一のイオンを注入する。第一のイオンとしては、熱処理により、第一イオン注入領域70aがP++型半導体層となるイオンを用いる。
したがって、第一イオン注入工程では、検出基材20の表面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(第一イオン注入領域70a)に、第一のイオンを注入する。
第一イオン注入工程では、図20に示すように、第二のシリコン酸化膜68bを除去する。その後、フォトレジストのパターン(図示せず)を用いて、検出基材20の表面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(第一イオン注入領域70a)に第一のイオンを注入する。第一のイオンとしては、熱処理により、第一イオン注入領域70aがP++型半導体層となるイオンを用いる。
したがって、第一イオン注入工程では、検出基材20の表面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(第一イオン注入領域70a)に、第一のイオンを注入する。
(第二イオン注入工程)
第二イオン注入工程では、図20に示すように、検出基材20の第一のイオンを注入した領域(第一イオン注入領域70a)よりも外側の選択した領域(第二イオン注入領域70b)に、第二のイオンを注入する。第二のイオンとしては、熱処理により、第二イオン注入領域70bがN++型半導体層となるイオンを用いる。
(第三イオン注入工程)
第三イオン注入工程では、図20に示すように、検出基材20の表面のうち、第一イオン注入領域70aの内部に予め設定した領域(第三イオン注入領域70c)に第三のイオンを注入する。第三のイオンとしては、熱処理により、第三イオン注入領域70cがP+型半導体層となるイオンを用いる。
第二イオン注入工程では、図20に示すように、検出基材20の第一のイオンを注入した領域(第一イオン注入領域70a)よりも外側の選択した領域(第二イオン注入領域70b)に、第二のイオンを注入する。第二のイオンとしては、熱処理により、第二イオン注入領域70bがN++型半導体層となるイオンを用いる。
(第三イオン注入工程)
第三イオン注入工程では、図20に示すように、検出基材20の表面のうち、第一イオン注入領域70aの内部に予め設定した領域(第三イオン注入領域70c)に第三のイオンを注入する。第三のイオンとしては、熱処理により、第三イオン注入領域70cがP+型半導体層となるイオンを用いる。
(低抵抗領域形成工程)
低抵抗領域形成工程では、積層体66に熱処理(アニール処理)を施す。これにより、第一イオン注入工程、第二イオン注入工程及び第三イオン注入工程で注入したイオンの活性化と、n型ポリシリコンで形成された貫通電極54から支持基材10への不純物(キャリア)の固相拡散を行う。
積層体66に熱処理を施すと、図21に示すように、検出基材20の表面に、第一の低抵抗領域72a(p++型半導体層)と、第二の低抵抗領域72b(n++型半導体層)と、第三の低抵抗領域72c(p+型半導体層)が形成される。これに加え、支持基材10の一部に、第四の低抵抗領域72d(n++型半導体層)が形成される。
低抵抗領域形成工程では、積層体66に熱処理(アニール処理)を施す。これにより、第一イオン注入工程、第二イオン注入工程及び第三イオン注入工程で注入したイオンの活性化と、n型ポリシリコンで形成された貫通電極54から支持基材10への不純物(キャリア)の固相拡散を行う。
積層体66に熱処理を施すと、図21に示すように、検出基材20の表面に、第一の低抵抗領域72a(p++型半導体層)と、第二の低抵抗領域72b(n++型半導体層)と、第三の低抵抗領域72c(p+型半導体層)が形成される。これに加え、支持基材10の一部に、第四の低抵抗領域72d(n++型半導体層)が形成される。
第一の低抵抗領域72aは、第二シリコン基板64の表面のうち予め設定した領域である。具体的に、第一の低抵抗領域72aは、後に連結部26を形成する領域である。
第二の低抵抗領域72bは、第二シリコン基板64の表面のうち予め設定した領域である。具体的に、第二の低抵抗領域72bは、後に第一端子50aを形成する領域である。
第三の低抵抗領域72cは、第二の低抵抗領域72bの内部に設定した領域である。具体的に、第三の低抵抗領域72cは、後に可撓性抵抗28を形成する領域である。
第四の低抵抗領域72dは、第一シリコン基板60の第二シリコン基板64と対抗する面のうち予め設定した領域である。具体的に、第四の低抵抗領域72dは、後に第二端子50bを形成する領域である。
第二の低抵抗領域72bは、第二シリコン基板64の表面のうち予め設定した領域である。具体的に、第二の低抵抗領域72bは、後に第一端子50aを形成する領域である。
第三の低抵抗領域72cは、第二の低抵抗領域72bの内部に設定した領域である。具体的に、第三の低抵抗領域72cは、後に可撓性抵抗28を形成する領域である。
第四の低抵抗領域72dは、第一シリコン基板60の第二シリコン基板64と対抗する面のうち予め設定した領域である。具体的に、第四の低抵抗領域72dは、後に第二端子50bを形成する領域である。
以上により、低抵抗領域形成工程では、イオンを注入した積層体66を熱処理することで、検出基材20に第一の低抵抗領域72a、第二の低抵抗領域72b及び第三の低抵抗領域72cを形成する。さらに、貫通電極54を形成した積層体66を熱処理することで、貫通電極54から支持基材10に不純物を固相拡散させて、支持基材10の検出基材20と対抗する面のうち予め設定した領域に第四の低抵抗領域72dを形成する。
(配線層形成工程)
配線層形成工程では、図22に示すように、第二シリコン基板64の上側の面に対し、シリコン窒化膜74と第四のシリコン酸化膜68dとを順に積層する。そして、図23に示すように、第四のシリコン酸化膜68d及びシリコン窒化膜74へ、第一の低抵抗領域72a、第二の低抵抗領域72b、第三の低抵抗領域72c及び第四の低抵抗領域72dまで到達するホール76を形成する。ホール76の形成は、通常のリソグラフィー及び酸化膜エッチングにより行う。
配線層形成工程では、図22に示すように、第二シリコン基板64の上側の面に対し、シリコン窒化膜74と第四のシリコン酸化膜68dとを順に積層する。そして、図23に示すように、第四のシリコン酸化膜68d及びシリコン窒化膜74へ、第一の低抵抗領域72a、第二の低抵抗領域72b、第三の低抵抗領域72c及び第四の低抵抗領域72dまで到達するホール76を形成する。ホール76の形成は、通常のリソグラフィー及び酸化膜エッチングにより行う。
次に、図23に示すように、第二のシリコン酸化膜68bの上へ、Ti及びTiNで形成した積層膜78をスパッタリングによって形成し、熱処理を施す。積層膜78は、Al等の金属膜がSiへ異常拡散することを防止する役割を持つ、いわゆるバリアメタルであり、熱処理を施すことによって、ホール76の底部に存在するSiとTiの界面がシリサイド化して、低抵抗な接続を形成することが可能となる。
さらに、図24に示すように、積層膜78の上へ、スパッタリングによって、Al等の金属膜80を積層する。その後、図25に示すように、金属膜80の上へ、第五のシリコン酸化膜68eを積層する。
さらに、図24に示すように、積層膜78の上へ、スパッタリングによって、Al等の金属膜80を積層する。その後、図25に示すように、金属膜80の上へ、第五のシリコン酸化膜68eを積層する。
次に、フォトリソグラフィー及びエッチング技術を用いて、積層膜78と、金属膜80及び第五のシリコン酸化膜68eをパターニングすることにより、図26に示すような配線層82を形成する。
その後、検出基材の中心を含む予め設定した領域(後にメンブレンとなる領域)であるメンブレン設定領域以外を覆うようなフォトレジストのパターン(図示せず)を形成する。さらに、エッチング技術によって、メンブレン設定領域に形成されている第三のシリコン酸化膜68c及び第二のシリコン酸化膜68bを除去する。そして、メンブレン設定領域以外を覆うようなフォトレジストのパターン(図示せず)を形成して、図26に示すように、メンブレン設定領域のシリコン窒化膜74を除去する。
その後、検出基材の中心を含む予め設定した領域(後にメンブレンとなる領域)であるメンブレン設定領域以外を覆うようなフォトレジストのパターン(図示せず)を形成する。さらに、エッチング技術によって、メンブレン設定領域に形成されている第三のシリコン酸化膜68c及び第二のシリコン酸化膜68bを除去する。そして、メンブレン設定領域以外を覆うようなフォトレジストのパターン(図示せず)を形成して、図26に示すように、メンブレン設定領域のシリコン窒化膜74を除去する。
以上により、配線層形成工程では、メンブレン22と電気的に接続された第一端子50aと、支持基材10と電気的に接続された第二端子50bを含む配線層82を形成する。これに加え、連結部26bと電気的に接続された第三端子50cと、連結部26aと電気的に接続された第四端子50dを含む配線層82を形成する。
(除去工程)
除去工程では、メンブレン設定領域の一部をエッチングにて切り取ることで、二対である四つの連結部26a〜26dをパターニングする。
したがって、除去工程では、メンブレン設定領域の周囲であって、第一の低抵抗領域72aを除く領域を除去することで、メンブレン22、固定部材24、連結部26、可撓性抵抗28を形成する。
(受容体形成工程)
受容体形成工程では、メンブレン22の中心を含む予め設定した領域に、PEI溶液等を塗布し、乾燥させる。これにより、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体30を形成する。
除去工程では、メンブレン設定領域の一部をエッチングにて切り取ることで、二対である四つの連結部26a〜26dをパターニングする。
したがって、除去工程では、メンブレン設定領域の周囲であって、第一の低抵抗領域72aを除く領域を除去することで、メンブレン22、固定部材24、連結部26、可撓性抵抗28を形成する。
(受容体形成工程)
受容体形成工程では、メンブレン22の中心を含む予め設定した領域に、PEI溶液等を塗布し、乾燥させる。これにより、吸着した物質に応じた変形を生じる受容体30を形成する。
(動作・作用)
図1から図26を参照しつつ、図27を用いて、第一実施形態の動作と作用を説明する。
ガスセンサ1を、例えば、嗅覚センサとして用いる際には、匂い成分を含んだガスの雰囲気中に受容体30を配置し、ガスが含む匂い成分を、測定対象物として受容体30に吸着させる。
受容体30にガス(測定対象物)の分子が吸着して、受容体30に歪みが発生すると、メンブレン22に表面応力が印加され、図27に示すように、メンブレン22が撓む。
固定部材24は井桁状に形成されてメンブレン22を包囲しており、連結部26は、メンブレン22と固定部材24を両端部で連結している。このため、連結部26のうち、メンブレン22に連結している端部は自由端となっており、固定部材24に連結している端部は固定端となっている。
図1から図26を参照しつつ、図27を用いて、第一実施形態の動作と作用を説明する。
ガスセンサ1を、例えば、嗅覚センサとして用いる際には、匂い成分を含んだガスの雰囲気中に受容体30を配置し、ガスが含む匂い成分を、測定対象物として受容体30に吸着させる。
受容体30にガス(測定対象物)の分子が吸着して、受容体30に歪みが発生すると、メンブレン22に表面応力が印加され、図27に示すように、メンブレン22が撓む。
固定部材24は井桁状に形成されてメンブレン22を包囲しており、連結部26は、メンブレン22と固定部材24を両端部で連結している。このため、連結部26のうち、メンブレン22に連結している端部は自由端となっており、固定部材24に連結している端部は固定端となっている。
したがって、メンブレン22が撓むと、連結部26に、受容体30に発生した歪みに応じた撓みが発生することで、可撓性抵抗28の抵抗値が変化する。そして、変化した抵抗値に応じた電流のパターンが、パターン記憶部201が記憶している応答パターンに合致しているか否かを判定することで、測定対象物の成分を判定して、測定対象物を検知する。
ここで、ガスセンサ1が不良である場合や、メンブレン22の動作が不良である場合には、変化した可撓性抵抗28の抵抗値に応じた電流のパターンと、応答パターンとが合致せず、測定対象物の成分を判定することが困難となる。
ここで、ガスセンサ1が不良である場合や、メンブレン22の動作が不良である場合には、変化した可撓性抵抗28の抵抗値に応じた電流のパターンと、応答パターンとが合致せず、測定対象物の成分を判定することが困難となる。
これに対し、第一実施形態のガスセンサ1であれば、メンブレン22に第一の電位を印加可能な第一端子50aと、支持基材10に第二の電位を印加可能な第二端子50bを備える。これにより、受容体30にガス等の流体を吸着させることなく、第一端子50aと第二端子50bに電位を印加することで発生するクーロン力により、メンブレン22を変形させる。そして、メンブレン22を変形させた際に発生する抵抗値の変化(ピエゾ抵抗の変化)を測定することで、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能となる。
なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(第一実施形態の効果)
第一実施形態のガスセンサ1であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)印加された表面応力によって撓む導電性のメンブレン22と、メンブレン22を包囲する導電性の固定部材24と、メンブレン22と固定部材24とを連結する導電性の連結部26を備える。さらに、連結部26に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗28と、固定部材24に接続されてメンブレン22及び連結部26との間に空隙(空隙部40)を設けて配置され、且つメンブレン22及び連結部26と重なる導電性の支持基材10を備える。
これに加え、メンブレン22の表面の中心を含む領域の上に形成され、且つ吸着した物質に応じた変形を生じる受容体30を備える。さらに、メンブレン22に第一の電位を印加可能な第一端子50aと、支持基材10に第二の電位を印加可能な第二端子50bと、固定部材24と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部6を備える。
第一実施形態のガスセンサ1であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)印加された表面応力によって撓む導電性のメンブレン22と、メンブレン22を包囲する導電性の固定部材24と、メンブレン22と固定部材24とを連結する導電性の連結部26を備える。さらに、連結部26に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗28と、固定部材24に接続されてメンブレン22及び連結部26との間に空隙(空隙部40)を設けて配置され、且つメンブレン22及び連結部26と重なる導電性の支持基材10を備える。
これに加え、メンブレン22の表面の中心を含む領域の上に形成され、且つ吸着した物質に応じた変形を生じる受容体30を備える。さらに、メンブレン22に第一の電位を印加可能な第一端子50aと、支持基材10に第二の電位を印加可能な第二端子50bと、固定部材24と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部6を備える。
このため、受容体30にガス等の流体を吸着させることなく、第一端子50aと第二端子50bに電位を印加することで発生するクーロン力により、メンブレン22を変形させることが可能となる。これにより、メンブレン22を変形させた際に発生する抵抗値の変化を測定することで、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能となる。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能なガスセンサ1を提供することが可能となる。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能なガスセンサ1を提供することが可能となる。
(2)メンブレン22が、第一端子50aと第二端子50bとの間に印加された電圧に応じて変形する。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加することで、不良を検出することが可能なガスセンサ1を提供することが可能となる。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加することで、不良を検出することが可能なガスセンサ1を提供することが可能となる。
(3)第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧が印加された状態における可撓性抵抗28の抵抗値である検査時抵抗値を検知する抵抗検知部104をさらに備える。
その結果、ガスセンサ1の不良を検出するために用いる検査時抵抗値を、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに検出することが可能となる。
その結果、ガスセンサ1の不良を検出するために用いる検査時抵抗値を、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに検出することが可能となる。
(4)第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加可能である電圧印加部(第一電源102、マルチプレクサ101)をさらに備える。
その結果、ガスセンサ1の不良を検出するために用いる検査時抵抗値を、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに検出することが可能となる。
その結果、ガスセンサ1の不良を検出するために用いる検査時抵抗値を、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに検出することが可能となる。
(5)感度補正値と検査時抵抗値とを記憶する補正値記憶部105と、補正値記憶部105が記憶している感度補正値に応じて、補正値記憶部105が記憶している検査時抵抗値を補正する感度補正部106をさらに備える。
その結果、ガスセンサ1の不良が検出された後に、感度補正部106を調整することで、感度補正部106を調整した後に行う測定対象物を検知する精度を、向上させることが可能となる。
その結果、ガスセンサ1の不良が検出された後に、感度補正部106を調整することで、感度補正部106を調整した後に行う測定対象物を検知する精度を、向上させることが可能となる。
(6)メンブレン22、固定部材24、連結部26及び支持基材10のうち少なくとも一つが、絶縁性基材に導体が積層されて形成された積層基材又は半導体基材により形成されている。
その結果、絶縁部6に加え、メンブレン22、固定部材24、連結部26及び支持基材10のうち少なくとも一つにより、支持基材10と検出基材20とを電気的に絶縁することが可能となる。
その結果、絶縁部6に加え、メンブレン22、固定部材24、連結部26及び支持基材10のうち少なくとも一つにより、支持基材10と検出基材20とを電気的に絶縁することが可能となる。
(7)メンブレン22の支持基材10と対向する面と反対側の面である表面の中心を含む領域の上に形成され、且つ吸着した物質に応じた変形を生じる受容体30をさらに備える。
その結果、受容体30に吸着した測定対象物を検知することが可能なガスセンサ1を形成することが可能となる。
その結果、受容体30に吸着した測定対象物を検知することが可能なガスセンサ1を形成することが可能となる。
(8)絶縁部6が、固定部材24と支持基材10との間に設けられたシリコン酸化膜を用いて形成されている。
その結果、入手及び加工が容易な材料を用いて、絶縁部6を形成することが可能となる。
また、第一実施形態の含有成分検知装置(ガスセンサ1、抵抗検知部104、成分検知部200)であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
その結果、入手及び加工が容易な材料を用いて、絶縁部6を形成することが可能となる。
また、第一実施形態の含有成分検知装置(ガスセンサ1、抵抗検知部104、成分検知部200)であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(9)ガスセンサ1と、検査時抵抗値を検知する抵抗検知部104と、受容体30に流体が付着したときに流体が含有している成分に対して受容体が応答する応答パターンを記憶しているパターン記憶部201を備える。これに加え、検査時抵抗値と応答パターンに応じて、受容体30に付着した流体が含有する成分を検知する成分検知部200を備える。
その結果、検知した抵抗値と、予め記憶している応答パターンに応じて、受容体30に付着した流体が含有する成分を検知することが可能となる。
また、第一実施形態の検査システム(ガスセンサ1、電圧印加部、抵抗検知部)であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
その結果、検知した抵抗値と、予め記憶している応答パターンに応じて、受容体30に付着した流体が含有する成分を検知することが可能となる。
また、第一実施形態の検査システム(ガスセンサ1、電圧印加部、抵抗検知部)であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(10)ガスセンサ1と、第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加可能である電圧印加部と、第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧が印加された状態における可撓性抵抗28の抵抗値である検査時抵抗値を検知する抵抗検知部104を備える。
その結果、ガスセンサ1の不良を検出するために用いる検査時抵抗値を、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに検出することが可能となる。
その結果、ガスセンサ1の不良を検出するために用いる検査時抵抗値を、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに検出することが可能となる。
(11)感度補正値と検査時抵抗値を記憶する補正値記憶部105と、補正値記憶部105が記憶している感度補正値に応じて、補正値記憶部105が記憶している検査時抵抗値を補正する感度補正部106を備える。
その結果、ガスセンサ1の不良が検出された後に、感度補正部106を調整することで、感度補正部106を調整した後に行うガスセンサ1の不良を検出する精度を、向上させることが可能となる。
また、第一実施形態のガスセンサ1の検査方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
その結果、ガスセンサ1の不良が検出された後に、感度補正部106を調整することで、感度補正部106を調整した後に行うガスセンサ1の不良を検出する精度を、向上させることが可能となる。
また、第一実施形態のガスセンサ1の検査方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(12)第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加する第二電圧印加工程と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加した状態における可撓性抵抗28の抵抗値である検査時抵抗値を検知する検査時抵抗検知工程を備える。これに加え、検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧とは異なる第一の電圧を印加した状態の抵抗値である基準抵抗値と、に基づいてメンブレン22の動作を判定する判定工程を備える。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、メンブレン22の動作の不良を検出することが可能となる。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、メンブレン22の動作の不良を検出することが可能となる。
(13)第二電圧印加工程の前工程として、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧を印加する第一電圧印加工程と、第一電圧印加工程で第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧を印加した状態で基準抵抗値を測定する測定工程と、をさらに備える。
その結果、ガスセンサ1の不良を検出するために用いる基準抵抗値を、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに検出することが可能となる。
その結果、ガスセンサ1の不良を検出するために用いる基準抵抗値を、測定対象物を含む流体の受容体30への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに検出することが可能となる。
(14)判定工程でメンブレン22の動作が基準値よりも良好であると判定した場合に、検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値に応じた感度の補正値である感度補正値を算出する補正値算出工程を備える。これに加え、補正値算出工程で算出した感度補正値を記憶する補正値記憶工程と、補正値記憶工程で記憶した感度補正値を用いて検査時抵抗値を補正する検査時抵抗値補正工程を備える。
その結果、ガスセンサ1の不良が検出された後に、感度補正部106を調整することで、感度補正部106を調整した後に行うガスセンサ1の不良を検出する精度を、向上させることが可能となる。
また、第一実施形態のガスセンサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
その結果、ガスセンサ1の不良が検出された後に、感度補正部106を調整することで、感度補正部106を調整した後に行うガスセンサ1の不良を検出する精度を、向上させることが可能となる。
また、第一実施形態のガスセンサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(15)積層体形成工程と、貫通電極形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、第三イオン注入工程と、低抵抗領域形成工程と、除去工程と、配線層形成工程を備える。積層体形成工程は、支持基材10の一方の面に凹部62を形成し、一方の面に絶縁部6を形成する工程である。さらに、積層体形成工程は、支持基材10のうち絶縁部6を形成した部分を覆うように検出基材20を貼り合わせることで、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40が設けられた積層体66を形成する工程である。貫通電極形成工程は、検出基材20及び絶縁部6の一部を除去して、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対の面である表面から支持基材10まで貫通する貫通孔58を形成する工程である。さらに、貫通電極形成工程は、不純物を含有する電極材料で貫通孔58を埋設することで表面から支持基材10まで到達する貫通電極54を形成する工程である。第一イオン注入工程は、検出基材20の表面のうち検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、検出基材20の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する工程である。第三イオン注入工程は、検出基材20の表面のうち予め設定した領域に、第三のイオンを注入する工程である。低抵抗領域形成工程は、積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に第一の低抵抗領域72aを形成し、第二のイオンを注入した領域に第二の低抵抗領域72bを形成し、第三のイオンを注入した領域に第三の低抵抗領域72cを形成する工程である。さらに、貫通電極54から支持基材10に不純物を固相拡散させて、支持基材10の検出基材20と対抗する面のうち予め設定した領域に、第四の低抵抗領域72dを形成する工程である。除去工程は、検出基材20の中心を含む予め設定した領域の周囲であって第一の低抵抗領域72aを除く領域を除去することで、メンブレン22、固定部材24、少なくとも一対の連結部26を形成する工程である。配線層形成工程は、メンブレン22と電気的に接続された第一端子50aと、支持基材10と電気的に接続された第二端子50bを含む配線層82を形成する工程である。
このため、受容体30にガス等の流体を吸着させることなく、第一端子50aと第二端子50bに電位を印加することで、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能となる。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能なガスセンサ1の製造方法を提供することが可能となる。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能なガスセンサ1の製造方法を提供することが可能となる。
(第一実施形態の変形例)
(1)第一実施形態では、固定部材26と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部6を、固定部材26と支持基材10との間に設けられたシリコン酸化膜を用いて形成したが、これに限定するものではない。すなわち、検出基材20と支持基材10とを互いに極性が異なる構成とし、固定部材26と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部を、検出基材20と支持基材10との間に形成される空乏層を用いて形成してもよい。
この場合、支持基材10を形成する材料としてn型シリコンを用いるとともに、検出基材20を形成する材料としてp型シリコンを用い、さらに、支持基材10と検出基材20によって形成される空乏層を用いて、絶縁部を形成する。また、検出基材20を形成する材料としてp型シリコンを用いるため、第二の低抵抗領域72bは、p++型半導体層となる。
この構成であれば、支持基材10及び検出基材20を形成する材料の選択肢が増加するため、ガスセンサ1の適用対象を拡大することが可能となる。
(1)第一実施形態では、固定部材26と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部6を、固定部材26と支持基材10との間に設けられたシリコン酸化膜を用いて形成したが、これに限定するものではない。すなわち、検出基材20と支持基材10とを互いに極性が異なる構成とし、固定部材26と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部を、検出基材20と支持基材10との間に形成される空乏層を用いて形成してもよい。
この場合、支持基材10を形成する材料としてn型シリコンを用いるとともに、検出基材20を形成する材料としてp型シリコンを用い、さらに、支持基材10と検出基材20によって形成される空乏層を用いて、絶縁部を形成する。また、検出基材20を形成する材料としてp型シリコンを用いるため、第二の低抵抗領域72bは、p++型半導体層となる。
この構成であれば、支持基材10及び検出基材20を形成する材料の選択肢が増加するため、ガスセンサ1の適用対象を拡大することが可能となる。
(2)第一実施形態では、可撓性抵抗28をピエゾ抵抗で形成したピエゾ抵抗表面センサによりガスセンサ1を構成したが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、図28に示すように、空隙部40を、メンブレン22及び連結部26と支持基材10との間で、静電容量を形成するための空間として機能させる構成の、静電容量型センサによりガスセンサ1を構成してもよい。この場合、例えば、図28に示すように、第一端子50aと第二端子50bに流れる電流を検出する電流検出部300を、第一端子50aと第二端子50bに接続した構成とする。電流検出部300は、検出用抵抗301と、検査用電源302と、電流検出回路303を備える。この構成では、第一端子50aと第二端子50bとの間に、直流電圧と微小振幅する交流電圧を印加した際の電流を検出することで、静電容量の変化を検知し、不良を検出することが可能となる。
また、例えば、図29に示すように、空隙部40に内部電極400を形成し、第一端子50aと内部電極400に流れる電流を検出する電流検出部300を、第一端子50aと内部電極400に接続した構成としてもよい。この場合、検出用抵抗301を第一端子50aと第二端子50bに接続し、検査用電源302と電流検出回路303を第一端子50aと内部電極400に接続する。この構成では、第一端子50aと内部電極400との間に直流電圧を印加した際の、第一端子50aと第二端子50bとの静電容量の変化を検知することで、不良を検出することが可能となる。
(3)第一実施形態では、第二端子50bの構成を、貫通電極54を介して支持基材10と電気的に接続されている構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、例えば、図30に示すように、第二端子50bの構成を、支持基材10のうち、検出基材20と対向する面と反対側の面に形成することで、支持基材10と電気的に接続されている構成としてもよい。また、図示は省略するが、第二端子50bの構成を、支持基材10の側面に形成することで、支持基材10と電気的に接続されている構成としてもよい。
(4)第一実施形態では、支持基材10の材料となる第一シリコン基板60の一方の面に凹部62を形成することで、メンブレン22と支持基材10との間に空隙部40を形成したが、これに限定するものではない。すなわち、検出基材20の材料となる第二シリコン基板64の支持基材10と対向する面に凹部を形成することで、メンブレン22と支持基材10との間に空隙部40を形成してもよい。
(5)第一実施形態では、接続部4の面積を、メンブレン22の厚さ方向から見て、メンブレン22の面積よりも小さい値としたが、これに限定するものではなく、接続部4の面積を、メンブレン22の面積以上としてもよい。
(6)第一実施形態では、接続部4の形状を円形としたが、これに限定するものではなく、接続部4の形状を、例えば、方形としてもよい。また、接続部4を、複数形成してもよい。
(7)第一実施形態では、検出基材20を形成する材料と、支持基材10を形成する材料とを、同一の材料としたが、これに限定するものではなく、検出基材20を形成する材料と、支持基材10を形成する材料とを、異なる材料としてもよい。
この場合、検出基材20の線膨張係数と支持基材10の線膨張係数との差を、1.2×10−5/℃以下とすることで、パッケージ基板2の変形に応じた、検出基材20の変形量と支持基材10の変形量との差を減少させることが可能となる。これにより、メンブレン22の撓みを抑制することが可能となる。
この場合、検出基材20の線膨張係数と支持基材10の線膨張係数との差を、1.2×10−5/℃以下とすることで、パッケージ基板2の変形に応じた、検出基材20の変形量と支持基材10の変形量との差を減少させることが可能となる。これにより、メンブレン22の撓みを抑制することが可能となる。
(8)第一実施形態では、支持基材10の線膨張係数を、5.0×10−6/℃以下としたが、これに限定するものではなく、支持基材10の線膨張係数を、1.0×10−5/℃以下としてもよい。
この場合であっても、支持基材10の剛性を向上させることが可能となり、温度変化等に起因するパッケージ基板2の変形に対する、検出基材20の変形量を減少させることが可能となる。
この場合であっても、支持基材10の剛性を向上させることが可能となり、温度変化等に起因するパッケージ基板2の変形に対する、検出基材20の変形量を減少させることが可能となる。
(9)第一実施形態では、保持部材24の構成を、四辺形(正方形)の枠状に形成されて、隙間を空けてメンブレン22を包囲している構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、保持部材24の構成を、例えば、菱形等の正方形以外の四辺形に形成した構成としてもよい。また、保持部材24の構成を、例えば、四辺形の一辺を除いた形状等、空隙部を有する不連続な形状に形成した構成としてもよい。すなわち、保持部材24の構成は、メンブレン22を外側から支持して固定することが可能な構成であればよい。
(10)第一実施形態では、ガスセンサ1の検査方法が、第二電圧印加工程と、検査時抵抗検知工程と、判定工程と、第一電圧印加工程と、測定工程を備える構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、基準抵抗値が既知であれば、ガスセンサ1の検査方法が、第一電圧印加工程と測定工程を備えていない構成としてもよい。この場合、判定工程では、第一の電圧は0[V]に設定し、第二の電圧は、ガスセンサ1の構成に応じた値に設定する。
(第二実施形態)
以下、本発明の第二実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
以下、本発明の第二実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
第二実施形態の構成は、上述した第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。
(ガスセンサの製造方法)
図1から図30を参照しつつ、図31から図40を用いて、ガスセンサ1の製造方法を説明する。なお、図31から図40の断面図は、図2のX−X線断面図に対応する。
ガスセンサ1の製造方法は、積層体形成工程と、貫通電極形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、第三イオン注入工程と、低抵抗領域形成工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、除去工程と、配線層形成工程を備える。
第二実施形態の構成は、上述した第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。
(ガスセンサの製造方法)
図1から図30を参照しつつ、図31から図40を用いて、ガスセンサ1の製造方法を説明する。なお、図31から図40の断面図は、図2のX−X線断面図に対応する。
ガスセンサ1の製造方法は、積層体形成工程と、貫通電極形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、第三イオン注入工程と、低抵抗領域形成工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、除去工程と、配線層形成工程を備える。
(積層体形成工程)
積層体形成工程では、まず、図31に示すように、支持基材10の材料となる第一シリコン基板60へ、シリコン酸化膜を用いて形成した絶縁性の犠牲層92を積層する。さらに、犠牲層92へ、検出基材20の材料となる第二シリコン基板64を積層する。なお、犠牲層92としては、シリコン酸化膜の他に、シリコン窒化膜やアルミニウム、チタン、銅、タングステン等の金属膜を用いてもよい。
以上により、積層体形成工程では、支持基材10に絶縁性の犠牲層92を積層し、さらに、絶縁性の犠牲層92に検出基材20を積層して積層体66を形成する。
積層体形成工程では、まず、図31に示すように、支持基材10の材料となる第一シリコン基板60へ、シリコン酸化膜を用いて形成した絶縁性の犠牲層92を積層する。さらに、犠牲層92へ、検出基材20の材料となる第二シリコン基板64を積層する。なお、犠牲層92としては、シリコン酸化膜の他に、シリコン窒化膜やアルミニウム、チタン、銅、タングステン等の金属膜を用いてもよい。
以上により、積層体形成工程では、支持基材10に絶縁性の犠牲層92を積層し、さらに、絶縁性の犠牲層92に検出基材20を積層して積層体66を形成する。
(貫通電極形成工程)
貫通電極形成工程では、まず、図32(a)に示すように、第二シリコン基板64の第一シリコン基板60と対向する面と反対側の面である表面に、第一のシリコン酸化膜68aを成膜する。
次に、図32(b)に示すように、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、第一のシリコン酸化膜68aに、二箇所の第一のトレンチ56aを形成する。なお、第一のトレンチ56aの幅(図32(b)では、左右方向の長さ)は、例えば、0.5[mm]に設定する。
さらに、図32(c)に示すように、第一のシリコン酸化膜68aをマスクとして、エッチング技術を用いて、第二シリコン基板64に、二箇所の第一のトレンチ56aとそれぞれ重なる二箇所の第二のトレンチ56bを形成する。
貫通電極形成工程では、まず、図32(a)に示すように、第二シリコン基板64の第一シリコン基板60と対向する面と反対側の面である表面に、第一のシリコン酸化膜68aを成膜する。
次に、図32(b)に示すように、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、第一のシリコン酸化膜68aに、二箇所の第一のトレンチ56aを形成する。なお、第一のトレンチ56aの幅(図32(b)では、左右方向の長さ)は、例えば、0.5[mm]に設定する。
さらに、図32(c)に示すように、第一のシリコン酸化膜68aをマスクとして、エッチング技術を用いて、第二シリコン基板64に、二箇所の第一のトレンチ56aとそれぞれ重なる二箇所の第二のトレンチ56bを形成する。
次に、図33(a)に示すように、積層体66を熱酸化(例えば、300[nm])することで、二箇所の第一のトレンチ56a及び第二のトレンチ56bを、第二のシリコン酸化膜68bで封止する。
これにより、貫通電極54を形成した後に、第二シリコン基板64と第一シリコン基板60とが短絡することを防ぐ。次に、図33(b)及び図33(c)に示すように、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、第一のシリコン酸化膜68a及び第二シリコン基板64のうち、二箇所の第一のトレンチ56a及び第二のトレンチ56bの間の部分を除去する。これにより、貫通電極54を形成するための貫通孔58を形成する。
これにより、貫通電極54を形成した後に、第二シリコン基板64と第一シリコン基板60とが短絡することを防ぐ。次に、図33(b)及び図33(c)に示すように、リソグラフィー及びエッチング技術を用いて、第一のシリコン酸化膜68a及び第二シリコン基板64のうち、二箇所の第一のトレンチ56a及び第二のトレンチ56bの間の部分を除去する。これにより、貫通電極54を形成するための貫通孔58を形成する。
さらに、図34(a)に示すように、第一シリコン基板60に形成されていた犠牲層92のうち貫通孔58と連続する部分と、第二シリコン基板64に形成されていた第一のシリコン酸化膜68aの一部をエッチングして除去する。このとき、第一のシリコン酸化膜68aの厚さは、50[nm]程度となる。
次に、図34(b)に示すように、不純物を含有する電極材料として、n型ポリシリコン96を成膜する。このとき、貫通孔58の内部に、n型ポリシリコン96を充填する。
さらに、図34(c)に示すように、エッチング(又は、化学機械研磨)により、不要なn型ポリシリコン96を除去する。これにより、貫通孔58の内部に、n型ポリシリコンで形成された貫通電極54が設けられる。
次に、図34(b)に示すように、不純物を含有する電極材料として、n型ポリシリコン96を成膜する。このとき、貫通孔58の内部に、n型ポリシリコン96を充填する。
さらに、図34(c)に示すように、エッチング(又は、化学機械研磨)により、不要なn型ポリシリコン96を除去する。これにより、貫通孔58の内部に、n型ポリシリコンで形成された貫通電極54が設けられる。
以上により、貫通電極形成工程では、検出基材20及び絶縁部6の一部を除去して、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対の面である表面から支持基材10まで貫通する貫通孔58を形成する。さらに、貫通電極形成工程では、不純物を含有する電極材料で貫通孔58を埋設することで、検出基材20の表面から支持基材10まで到達する貫通電極54を形成する。
(第一イオン注入工程)
第一イオン注入工程では、まず、第一のシリコン酸化膜68aを除去した後、第二シリコン基板64の表面に、第三のシリコン酸化膜68cを成膜する。そして、図35に示すように、フォトレジストのパターン(図示せず)を用いて、検出基材20の表面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(第一イオン注入領域70a)に第一のイオンを注入する。第一のイオンとしては、熱処理により、第一イオン注入領域70aがP++型半導体層となるイオンを用いる。
したがって、第一イオン注入工程では、検出基材20の表面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(第一イオン注入領域70a)に、第一のイオンを注入する。
第一イオン注入工程では、まず、第一のシリコン酸化膜68aを除去した後、第二シリコン基板64の表面に、第三のシリコン酸化膜68cを成膜する。そして、図35に示すように、フォトレジストのパターン(図示せず)を用いて、検出基材20の表面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(第一イオン注入領域70a)に第一のイオンを注入する。第一のイオンとしては、熱処理により、第一イオン注入領域70aがP++型半導体層となるイオンを用いる。
したがって、第一イオン注入工程では、検出基材20の表面のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域(第一イオン注入領域70a)に、第一のイオンを注入する。
(第二イオン注入工程)
第二イオン注入工程では、図35に示すように、検出基材20の第一のイオンを注入した領域(第一イオン注入領域70a)よりも外側の選択した領域(第二イオン注入領域70b)に、第二のイオンを注入する。第二のイオンとしては、熱処理により、第二イオン注入領域70bがN++型半導体層となるイオンを用いる。
(第三イオン注入工程)
第三イオン注入工程では、図35に示すように、検出基材20の表面のうち、第一イオン注入領域70aの内部に予め設定した領域(第三イオン注入領域70c)に第三のイオンを注入する。第三のイオンとしては、熱処理により、第三イオン注入領域70cがP+型半導体層となるイオンを用いる。
第二イオン注入工程では、図35に示すように、検出基材20の第一のイオンを注入した領域(第一イオン注入領域70a)よりも外側の選択した領域(第二イオン注入領域70b)に、第二のイオンを注入する。第二のイオンとしては、熱処理により、第二イオン注入領域70bがN++型半導体層となるイオンを用いる。
(第三イオン注入工程)
第三イオン注入工程では、図35に示すように、検出基材20の表面のうち、第一イオン注入領域70aの内部に予め設定した領域(第三イオン注入領域70c)に第三のイオンを注入する。第三のイオンとしては、熱処理により、第三イオン注入領域70cがP+型半導体層となるイオンを用いる。
(低抵抗領域形成工程)
低抵抗領域形成工程では、積層体66に熱処理(アニール処理)を施す。これにより、第一イオン注入工程、第二イオン注入工程及び第三イオン注入工程で注入したイオンの活性化と、n型ポリシリコンで形成された貫通電極54から支持基材10への不純物(キャリア)の固相拡散を行う。その後、第二のシリコン酸化膜68bを除去する。
積層体66に熱処理を施すと、図36に示すように、検出基材20の表面に、第一の低抵抗領域72a(p++型半導体層)と、第二の低抵抗領域72b(n++型半導体層)と、第三の低抵抗領域72c(p+型半導体層)が形成される。これに加え、支持基材10の一部に、第四の低抵抗領域72d(n++型半導体層)が形成される。
低抵抗領域形成工程では、積層体66に熱処理(アニール処理)を施す。これにより、第一イオン注入工程、第二イオン注入工程及び第三イオン注入工程で注入したイオンの活性化と、n型ポリシリコンで形成された貫通電極54から支持基材10への不純物(キャリア)の固相拡散を行う。その後、第二のシリコン酸化膜68bを除去する。
積層体66に熱処理を施すと、図36に示すように、検出基材20の表面に、第一の低抵抗領域72a(p++型半導体層)と、第二の低抵抗領域72b(n++型半導体層)と、第三の低抵抗領域72c(p+型半導体層)が形成される。これに加え、支持基材10の一部に、第四の低抵抗領域72d(n++型半導体層)が形成される。
第一の低抵抗領域72aは、第二シリコン基板64の表面のうち予め設定した領域である。具体的に、第一の低抵抗領域72aは、後に連結部26を形成する領域である。
第二の低抵抗領域72bは、第二シリコン基板64の表面のうち予め設定した領域である。具体的に、第二の低抵抗領域72bは、後に第一端子50aを形成する領域である。
第三の低抵抗領域72cは、第二の低抵抗領域72bの内部に設定した領域である。具体的に、第三の低抵抗領域72cは、後に可撓性抵抗28を形成する領域である。
第四の低抵抗領域72dは、第一シリコン基板60の第二シリコン基板64と対抗する面のうち予め設定した領域である。具体的に、第四の低抵抗領域72dは、後に第二端子50bを形成する領域である。
第二の低抵抗領域72bは、第二シリコン基板64の表面のうち予め設定した領域である。具体的に、第二の低抵抗領域72bは、後に第一端子50aを形成する領域である。
第三の低抵抗領域72cは、第二の低抵抗領域72bの内部に設定した領域である。具体的に、第三の低抵抗領域72cは、後に可撓性抵抗28を形成する領域である。
第四の低抵抗領域72dは、第一シリコン基板60の第二シリコン基板64と対抗する面のうち予め設定した領域である。具体的に、第四の低抵抗領域72dは、後に第二端子50bを形成する領域である。
以上により、低抵抗領域形成工程では、イオンを注入した積層体66を熱処理することで、検出基材20に第一の低抵抗領域72a、第二の低抵抗領域72b及び第三の低抵抗領域72cを形成する。さらに、貫通電極54を形成した積層体66を熱処理することで、貫通電極54から支持基材10に不純物を固相拡散させて、支持基材10の検出基材20と対抗する面のうち予め設定した領域に第四の低抵抗領域72dを形成する。
(ホール形成工程)
ホール形成工程では、まず、図37に示すように、第三のシリコン酸化膜68cを除去した後の、第二シリコン基板64の表面に、第四のシリコン酸化膜68dを成膜する。その後、一般的なフォトリソグラフィーの技術により、第二シリコン基板64の上側の面に、ホールのパターン(図示せず)を形成する。
次に、ホールのパターンをマスクとしてドライエッチングを施し、図37に示すように、第四のシリコン酸化膜68d及び第二シリコン基板64へ、ホール76を形成する。ホール76の直径は、例えば、0.28[μm]に設定して、犠牲層92に到達する深さに設定する。
以上により、ホール形成工程では、検出基材20のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域に、犠牲層92まで貫通するホール76を形成する。
ホール形成工程では、まず、図37に示すように、第三のシリコン酸化膜68cを除去した後の、第二シリコン基板64の表面に、第四のシリコン酸化膜68dを成膜する。その後、一般的なフォトリソグラフィーの技術により、第二シリコン基板64の上側の面に、ホールのパターン(図示せず)を形成する。
次に、ホールのパターンをマスクとしてドライエッチングを施し、図37に示すように、第四のシリコン酸化膜68d及び第二シリコン基板64へ、ホール76を形成する。ホール76の直径は、例えば、0.28[μm]に設定して、犠牲層92に到達する深さに設定する。
以上により、ホール形成工程では、検出基材20のうち、検出基材20の中心を含む予め設定した領域に、犠牲層92まで貫通するホール76を形成する。
(空隙部形成工程)
空隙部形成工程では、まず、図38に示すように、第二シリコン基板64の上側の面に形成した第四のシリコン酸化膜68dを除去する。第四のシリコン酸化膜68dを除去した後は、HFVaporを、ホール76を通して第一シリコン基板60の側に浸透させることで、犠牲層92のみを選択的にエッチングし、図39に示すように、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64との間に、空隙部40を形成する。
ここで、HFのWetエッチングを使わない理由は、空隙部40を形成した後の乾燥時に、純水等の表面張力で空隙部40が潰れる不具合(スティクションとも呼称される)の発生を回避するためである。
空隙部形成工程では、まず、図38に示すように、第二シリコン基板64の上側の面に形成した第四のシリコン酸化膜68dを除去する。第四のシリコン酸化膜68dを除去した後は、HFVaporを、ホール76を通して第一シリコン基板60の側に浸透させることで、犠牲層92のみを選択的にエッチングし、図39に示すように、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64との間に、空隙部40を形成する。
ここで、HFのWetエッチングを使わない理由は、空隙部40を形成した後の乾燥時に、純水等の表面張力で空隙部40が潰れる不具合(スティクションとも呼称される)の発生を回避するためである。
また、空隙部形成工程では、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64との間に、空隙部40を形成することで、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64との間のうち犠牲層92を残留させた位置に、絶縁部6を形成する。
絶縁部6は、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64とを電気的に絶縁する。
以上により、空隙部形成工程では、ホール76を介したエッチングにより、検出基材20の中心を含む予め設定した領域と支持基材10との間に配置された犠牲層92を除去して、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40を設ける。これに加え、空隙部形成工程では、検出基材20と支持基材10との間のうち犠牲層92を残留させた位置に設けられ、且つ検出基材20と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部6を形成する。
絶縁部6は、第一シリコン基板60と第二シリコン基板64とを電気的に絶縁する。
以上により、空隙部形成工程では、ホール76を介したエッチングにより、検出基材20の中心を含む予め設定した領域と支持基材10との間に配置された犠牲層92を除去して、支持基材10と検出基材20との間に空隙部40を設ける。これに加え、空隙部形成工程では、検出基材20と支持基材10との間のうち犠牲層92を残留させた位置に設けられ、且つ検出基材20と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部6を形成する。
(ホール封止工程)
ホール封止工程では、図39に示すように、酸化膜94によってホール76を封止する。
ホール76を封止する方法としては、例えば、熱酸化処理とCVD等を組み合わせることが有効であるが、ホール76の直径が小さい場合には、CVDのみを用いることも可能である。
以上により、ホール封止工程では、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面に、酸化膜94を形成してホール76を封止する。
ホール封止工程では、図39に示すように、酸化膜94によってホール76を封止する。
ホール76を封止する方法としては、例えば、熱酸化処理とCVD等を組み合わせることが有効であるが、ホール76の直径が小さい場合には、CVDのみを用いることも可能である。
以上により、ホール封止工程では、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面に、酸化膜94を形成してホール76を封止する。
(配線層形成工程)
配線層形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、配線層形成工程では、図40に示すように、メンブレン22と電気的に接続された第一端子50aと、支持基材10と電気的に接続された第二端子50bとを含む配線層82を形成する。
(除去工程)
除去工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
(受容体形成工程)
受容体形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
配線層形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
以上により、配線層形成工程では、図40に示すように、メンブレン22と電気的に接続された第一端子50aと、支持基材10と電気的に接続された第二端子50bとを含む配線層82を形成する。
(除去工程)
除去工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
(受容体形成工程)
受容体形成工程は、上述した第一実施形態と同様の手順で行うため、その説明を省略する。
(動作・作用)
第二実施形態の動作と作用は、上述した第一実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
なお、上述した第二実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第二実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
第二実施形態の動作と作用は、上述した第一実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
なお、上述した第二実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第二実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(第二実施形態の効果)
第二実施形態のガスセンサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)積層体形成工程と、貫通電極形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、第三イオン注入工程と、低抵抗領域形成工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、除去工程と、配線層形成工程を備える。積層体形成工程は、支持基材10に絶縁性の犠牲層92を積層し、さらに、犠牲層92に検出基材20を積層して積層体66を形成する工程である。貫通電極形成工程は、検出基材20の一部を除去して、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対の面である表面から支持基材10まで貫通する貫通孔58を形成する工程である。さらに、貫通電極形成工程は、不純物を含有する電極材料で貫通孔58を埋設することで表面から支持基材10まで到達する貫通電極54を形成する工程である。第一イオン注入工程は、検出基材20の表面のうち検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、検出基材20の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する工程である。第三イオン注入工程は、検出基材20の表面のうち予め設定した領域に、第三のイオンを注入する工程である。低抵抗領域形成工程は、積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に第一の低抵抗領域72aを形成し、第二のイオンを注入した領域に第二の低抵抗領域72bを形成し、第三のイオンを注入した領域に第三の低抵抗領域72cを形成する工程である。さらに、貫通電極54から支持基材10に不純物を固相拡散させて、支持基材10の検出基材20と対抗する面のうち予め設定した領域に、第四の低抵抗領域72dを形成する工程である。ホール形成工程は、検出基材20のうち検出基材20の中心を含む予め設定した領域に、犠牲層92まで貫通するホール76を形成する工程である。空隙部形成工程は、ホールを介したエッチングにより、検出基材20の中心を含む予め設定した領域と支持基材10との間に配置された犠牲層92を除去して支持基材10と検出基材20との間に空隙部40を設ける工程である。これに加え、空隙部形成工程は、検出基材20と支持基材10との間のうち犠牲層92を残留させた位置に設けられ、且つ検出基材20と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部6を形成する工程である。ホール封止工程は、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面に酸化膜を形成してホール76を封止する工程である。除去工程は、検出基材20の中心を含む予め設定した領域の周囲であって第一の低抵抗領域72aを除く領域を除去することで、メンブレン22、固定部材24、少なくとも一対の連結部26を形成する工程である。配線層形成工程は、メンブレン22と電気的に接続された第一端子50aと、支持基材10と電気的に接続された第二端子50bを含む配線層82を形成する工程である。
第二実施形態のガスセンサの製造方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)積層体形成工程と、貫通電極形成工程と、第一イオン注入工程と、第二イオン注入工程と、第三イオン注入工程と、低抵抗領域形成工程と、ホール形成工程と、空隙部形成工程と、ホール封止工程と、除去工程と、配線層形成工程を備える。積層体形成工程は、支持基材10に絶縁性の犠牲層92を積層し、さらに、犠牲層92に検出基材20を積層して積層体66を形成する工程である。貫通電極形成工程は、検出基材20の一部を除去して、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対の面である表面から支持基材10まで貫通する貫通孔58を形成する工程である。さらに、貫通電極形成工程は、不純物を含有する電極材料で貫通孔58を埋設することで表面から支持基材10まで到達する貫通電極54を形成する工程である。第一イオン注入工程は、検出基材20の表面のうち検出基材20の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する工程である。第二イオン注入工程は、検出基材20の第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に、第二のイオンを注入する工程である。第三イオン注入工程は、検出基材20の表面のうち予め設定した領域に、第三のイオンを注入する工程である。低抵抗領域形成工程は、積層体66を熱処理することで、第一のイオンを注入した領域に第一の低抵抗領域72aを形成し、第二のイオンを注入した領域に第二の低抵抗領域72bを形成し、第三のイオンを注入した領域に第三の低抵抗領域72cを形成する工程である。さらに、貫通電極54から支持基材10に不純物を固相拡散させて、支持基材10の検出基材20と対抗する面のうち予め設定した領域に、第四の低抵抗領域72dを形成する工程である。ホール形成工程は、検出基材20のうち検出基材20の中心を含む予め設定した領域に、犠牲層92まで貫通するホール76を形成する工程である。空隙部形成工程は、ホールを介したエッチングにより、検出基材20の中心を含む予め設定した領域と支持基材10との間に配置された犠牲層92を除去して支持基材10と検出基材20との間に空隙部40を設ける工程である。これに加え、空隙部形成工程は、検出基材20と支持基材10との間のうち犠牲層92を残留させた位置に設けられ、且つ検出基材20と支持基材10とを電気的に絶縁する絶縁部6を形成する工程である。ホール封止工程は、検出基材20の支持基材10と対向する面と反対側の面に酸化膜を形成してホール76を封止する工程である。除去工程は、検出基材20の中心を含む予め設定した領域の周囲であって第一の低抵抗領域72aを除く領域を除去することで、メンブレン22、固定部材24、少なくとも一対の連結部26を形成する工程である。配線層形成工程は、メンブレン22と電気的に接続された第一端子50aと、支持基材10と電気的に接続された第二端子50bを含む配線層82を形成する工程である。
このため、受容体30にガス等の流体を吸着させることなく、第一端子50aと第二端子50bに電位を印加することで、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能となる。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能なガスセンサ1の製造方法を提供することが可能となる。
その結果、測定対象物を含む流体の受容体への付着や、機械的な応力の印加を必要とせずに、不良を検出することが可能なガスセンサ1の製造方法を提供することが可能となる。
(第三実施形態)
以下、本発明の第三実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
以下、本発明の第三実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1から図40を参照しつつ、図41から図43を用いて、第三実施形態の構成を説明する。
第三実施形態のガスセンサ1は、不良検出部100の構成を除き、第一実施形態と同様の構成である。なお、以降の説明では、上述した第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成について、図示及び記載を省略する場合がある。
不良検出部100は、図41に示すように、電圧印加部500と、抵抗検知部104と、共振周波数検出部501と、受容体物性判別部502を備える。
図1から図40を参照しつつ、図41から図43を用いて、第三実施形態の構成を説明する。
第三実施形態のガスセンサ1は、不良検出部100の構成を除き、第一実施形態と同様の構成である。なお、以降の説明では、上述した第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成について、図示及び記載を省略する場合がある。
不良検出部100は、図41に示すように、電圧印加部500と、抵抗検知部104と、共振周波数検出部501と、受容体物性判別部502を備える。
電圧印加部500は、第一電源102とマルチプレクサ101によって形成されており、第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加可能である。
また、電圧印加部500は、第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加することで、第一端子50a及び第二端子50bに周期的な電気信号を入力し、周期的な静電引力を発生させ、メンブレン22と、連結部26と、受容体30とを共振させる。
周期的な静電引力を発生させる周期的な電気信号としては、例えば、図42(a)〜(c)に示す信号を用いることが可能である。
また、電圧印加部500は、第一端子50aと第二端子50bとの間に電圧を印加することで、第一端子50a及び第二端子50bに周期的な電気信号を入力し、周期的な静電引力を発生させ、メンブレン22と、連結部26と、受容体30とを共振させる。
周期的な静電引力を発生させる周期的な電気信号としては、例えば、図42(a)〜(c)に示す信号を用いることが可能である。
抵抗検知部104は、第三端子50c及び第四端子50dと接続されており、可撓性抵抗28の抵抗値を検知する。また、抵抗検知部104は、検知した抵抗値を、共振周波数検出部501へ出力する。
共振周波数検出部501は、抵抗検知部104が検知した可撓性抵抗28の抵抗値から、メンブレン22と連結部26と受容体30との共振周波数を検出する。なお、共振周波数は、受容体30を形成する前と後で変化する。また、共振周波数検出部501は、検出した共振周波数を、受容体物性判別部502へ出力する。さらに、共振周波数検出部501は、検出した共振周波数を、参照信号として電圧印加部500へ出力する。
受容体物性判別部502は、予め記憶している共振周波数の基準値と、共振周波数検出部501が検出した共振周波数に基づき、受容体30の物性を判別する。これにより、受容体物性判別部502は、基準に対して、受容体30の物性が合格か否かの判断を行う。これに加え、受容体物性判別部502は、受容体30の物性が基準に対して合格である場合、受容体30の物性に対するランクの振り分け(例えば、「良好」、「良」、「可」の3ランク等)を行う。
受容体物性判別部502が判別する受容体30の物性は、受容体30の質量と、受容体30の硬度である。
受容体物性判別部502が判別する受容体30の物性は、受容体30の質量と、受容体30の硬度である。
受容体物性判別部502が受容体30の物性を判別する際には、受容体30を形成する前に共振周波数検出部501が検出した共振周波数と、受容体30を形成した後に共振周波数検出部501が検出した共振周波数との変化が、共振周波数の基準値に応じた変化であるか否かを判別することで、受容体30の形成状態(質量・厚さ)を検査する。
具体的に、バネマス系の条件式において、質量の変化は、形成した受容体30の質量に関係し、ばね定数の変化は、形成した受容体30の厚さ(硬度)に関係する。
具体的に、バネマス系の条件式において、質量の変化は、形成した受容体30の質量に関係し、ばね定数の変化は、形成した受容体30の厚さ(硬度)に関係する。
また、受容体30の厚さに対する依存性を、理論により検討すると、受容体30の厚さを「tr」、受容体30のヤング率を「Er」、メンブレン22の厚さを「ta」、メンブレン22のヤング率を「Ea」、メンブレン22の拡散膨張係数を「β」、濃度の変化を「Δc」、受容体30の直径を「φ」と定義すると、以下の理論式(1)が成立する。
さらに、受容体30の厚さに対する依存性を、有限要素解析により検討すると、受容体30の厚さ比と、理論式(1)及び理論式(2)から算出される比には、図43に示す関係が成立している。なお、図43に示す関係は、一例として、受容体30の厚さが基準値(平均値)で1[μm]であり、メンブレン22の厚さがみ3[μm]である場合の関係である。
したがって、理論においても、有限要素解析においても、受容体30の質量・厚さと、受容体30のガスに対する感度との相関が確認されている。
したがって、理論においても、有限要素解析においても、受容体30の質量・厚さと、受容体30のガスに対する感度との相関が確認されている。
(ガスセンサの検査方法)
図1から図43を参照して、第三実施形態におけるガスセンサ1の検査方法を説明する。
第三実施形態におけるガスセンサ1の検査は、例えば、ガスセンサ1の工場検査時(製造時や出荷時等)に行う。
図1から図43を参照して、第三実施形態におけるガスセンサ1の検査方法を説明する。
第三実施形態におけるガスセンサ1の検査は、例えば、ガスセンサ1の工場検査時(製造時や出荷時等)に行う。
また、第三実施形態におけるガスセンサ1の検査は、ガスセンサ1に対し、受容体30の物性を検査する検査方法であり、第二電圧印加工程と、検査時抵抗検知工程と、共振周波数算出工程と、受容体物性判別工程と、を備える。
第二電圧印加工程は、第一端子50aと第二端子50bとの間に、予め設定した第二の電圧を印加する工程である。
検査時抵抗検知工程は、検査時抵抗値を検知する工程である。検査時抵抗値は、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加した状態における、可撓性抵抗28の抵抗値である。
第二電圧印加工程は、第一端子50aと第二端子50bとの間に、予め設定した第二の電圧を印加する工程である。
検査時抵抗検知工程は、検査時抵抗値を検知する工程である。検査時抵抗値は、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加した状態における、可撓性抵抗28の抵抗値である。
共振周波数算出工程は、検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値から、受容体30の共振周波数を算出する工程である。
受容体物性判別工程は、共振周波数の基準値と、共振周波数算出工程で算出された共振周波数との比較によって、受容体30の物性を判別する工程である。
受容体物性判別工程は、共振周波数の基準値と、共振周波数算出工程で算出された共振周波数との比較によって、受容体30の物性を判別する工程である。
(第三実施形態の効果)
第三実施形態のガスセンサ1であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)可撓性抵抗28の抵抗値から、メンブレン22と連結部26と受容体30との共振周波数を検出する共振周波数検出部501と、共振周波数の基準値と、検出された共振周波数に基づき、受容体30の物性を判別する受容体物性判別部502を備える。
その結果、受容体30の物性を判別することで、受容体30によるガス感度の不良を、ガス応答テストを行うこと無く、電気的に判別することが可能となる。これは、受容体30の物性は、受容体30によるガス感度に相関があるため、受容体30の物性におけるバラつきが、受容体30によるガス感度のバラつきに対応することに起因する。
したがって、第三実施形態では、受容体30の物性として、受容体30の形状(厚さ・メンブレン22との接触面積・体積を含む)を判別することが可能となる。さらに、第三実施形態では、受容体30の物性として、膜質(空隙)や、感応膜種を判別することが可能となる。
第三実施形態のガスセンサ1であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)可撓性抵抗28の抵抗値から、メンブレン22と連結部26と受容体30との共振周波数を検出する共振周波数検出部501と、共振周波数の基準値と、検出された共振周波数に基づき、受容体30の物性を判別する受容体物性判別部502を備える。
その結果、受容体30の物性を判別することで、受容体30によるガス感度の不良を、ガス応答テストを行うこと無く、電気的に判別することが可能となる。これは、受容体30の物性は、受容体30によるガス感度に相関があるため、受容体30の物性におけるバラつきが、受容体30によるガス感度のバラつきに対応することに起因する。
したがって、第三実施形態では、受容体30の物性として、受容体30の形状(厚さ・メンブレン22との接触面積・体積を含む)を判別することが可能となる。さらに、第三実施形態では、受容体30の物性として、膜質(空隙)や、感応膜種を判別することが可能となる。
(2)電圧印加部500が、第一端子50a及び第二端子50bに周期的な電気信号を入力することで、周期的な静電引力を発生させて、メンブレン22と、連結部26と、受容体30とを共振させる。
その結果、電圧印加部500が、第一端子50a及び第二端子50bに周期的ではない電気信号を入力する構成と比較して、受容体30の物性を判別する精度を向上させることが可能となる。
その結果、電圧印加部500が、第一端子50a及び第二端子50bに周期的ではない電気信号を入力する構成と比較して、受容体30の物性を判別する精度を向上させることが可能となる。
また、第三実施形態のガスセンサ1の検査方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(3)第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加する第二電圧印加工程と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加した状態における可撓性抵抗28の抵抗値である検査時抵抗値を検知する検査時抵抗検知工程を備える。これに加え、検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値から受容体30の共振周波数を算出する共振周波数算出工程と、共振周波数の基準値と、共振周波数算出工程で算出された共振周波数との比較によって受容体30の物性を判別する受容体物性判別工程を備える。
その結果、受容体30の物性を判別することで、受容体30によるガス感度の不良を、ガス応答テストを行うこと無く、電気的に判別することが可能となる。
(3)第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加する第二電圧印加工程と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧を印加した状態における可撓性抵抗28の抵抗値である検査時抵抗値を検知する検査時抵抗検知工程を備える。これに加え、検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値から受容体30の共振周波数を算出する共振周波数算出工程と、共振周波数の基準値と、共振周波数算出工程で算出された共振周波数との比較によって受容体30の物性を判別する受容体物性判別工程を備える。
その結果、受容体30の物性を判別することで、受容体30によるガス感度の不良を、ガス応答テストを行うこと無く、電気的に判別することが可能となる。
(第三実施形態の変形例)
(1)第三実施形態では、電圧印加部500の構成を、第一端子50a及び第二端子50bに周期的な電気信号を入力する構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、電圧印加部500の構成を、第一端子50a及び第二端子50bに周期的ではない電気信号を入力する構成としてもよい。
(1)第三実施形態では、電圧印加部500の構成を、第一端子50a及び第二端子50bに周期的な電気信号を入力する構成としたが、これに限定するものではない。すなわち、電圧印加部500の構成を、第一端子50a及び第二端子50bに周期的ではない電気信号を入力する構成としてもよい。
(第四実施形態)
以下、本発明の第四実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
以下、本発明の第四実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(構成)
図1から図43を参照しつつ、図44を用いて、第四実施形態の構成を説明する。
第四実施形態のガスセンサ1は、不良検出部100の構成を除き、第一実施形態と同様の構成である。なお、以降の説明では、上述した第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成について、図示及び記載を省略する場合がある。
図1から図43を参照しつつ、図44を用いて、第四実施形態の構成を説明する。
第四実施形態のガスセンサ1は、不良検出部100の構成を除き、第一実施形態と同様の構成である。なお、以降の説明では、上述した第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成について、図示及び記載を省略する場合がある。
不良検出部100は、図44に示すように、マルチプレクサ101と、切替器600と、塗布位置判別部601と、不良判別部602を備える。
マルチプレクサ101は、入力を受けた切り替え信号に応じて、第一端子50aと、第一電圧供給源Vsub又は第二電圧供給源Vactとを接続する。なお、第一電圧供給源Vsubは、例えば、GND端子により形成する。また、第二電圧供給源Vactは、例えば、第一電源102により形成する。さらに、第二電圧供給源Vactは、図44に示すように、常時、第二端子50bと接続されている。
したがって、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第一電圧供給源Vsubとを接続すると、支持基材10とメンブレン22との間に電位差が発生することとなる。一方、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第二電圧供給源Vactとを接続すると、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせることとなる。
したがって、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第一電圧供給源Vsubとを接続すると、支持基材10とメンブレン22との間に電位差が発生することとなる。一方、マルチプレクサ101により、第一端子50aと第二電圧供給源Vactとを接続すると、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせることとなる。
切替器600は、入力を受けた切り替え信号に応じて、ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加する端子(第五端子50e、第六端子50f)とブリッジ電圧印加部との接続と、ブリッジ回路の出力端子(第三端子50c、第四端子50d)と塗布位置判別部601の接続と、を切り替え可能である。
ここで、ブリッジ回路は、四つの可撓性抵抗28a〜28dにより構成されている。これは、四つの可撓性抵抗28a〜28dは、互いに隣接する可撓性抵抗28(連結部26aと連結部26c及び連結部26d、連結部26bと連結部26c及び連結部26d)が接続されて形成されているためである。
また、ブリッジ電圧印加部は、第二電源103により構成されている。さらに、ブリッジ電圧は、第二電源103により四つの可撓性抵抗28a〜28dに印加する電圧である。
ここで、ブリッジ回路は、四つの可撓性抵抗28a〜28dにより構成されている。これは、四つの可撓性抵抗28a〜28dは、互いに隣接する可撓性抵抗28(連結部26aと連結部26c及び連結部26d、連結部26bと連結部26c及び連結部26d)が接続されて形成されているためである。
また、ブリッジ電圧印加部は、第二電源103により構成されている。さらに、ブリッジ電圧は、第二電源103により四つの可撓性抵抗28a〜28dに印加する電圧である。
塗布位置判別部601は、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、から受容体30の塗布位置を判別する。なお、塗布位置判別部601が受容体30の塗布位置を判別する処理については、後述する。
第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態とは、例えば、第一端子50a及び第二端子50bと第二電圧供給源Vactとを接続させて、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた状態である。
第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧が印加された状態とは、例えば、第一端子50aと第一電圧供給源Vsubとを接続させると共に、第二端子50bと第二電圧供給源Vactとを接続させて、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させた状態である。
第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態とは、例えば、第一端子50a及び第二端子50bと第二電圧供給源Vactとを接続させて、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた状態である。
第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧が印加された状態とは、例えば、第一端子50aと第一電圧供給源Vsubとを接続させると共に、第二端子50bと第二電圧供給源Vactとを接続させて、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させた状態である。
不良判別部602は、塗布位置判別部601が判別した受容体30の塗布位置が、不良であるか否かを判別する。
不良判別部602が、受容体30の塗布位置が不良であるか否かを判別する際には、例えば、塗布位置判別部601が判別した受容体30の塗布位置と、基準塗布位置(メンブレン22の中心等)との偏差が閾値を超えている場合に、受容体30の塗布位置が不良であると判別する。これに加え、不良判別部602は、受容体30の塗布位置が不良では無い場合、受容体30の塗布位置に対するランクの振り分け(例えば、「良好」、「良」、「可」の3ランク等)を行う。
不良判別部602が、受容体30の塗布位置が不良であるか否かを判別する際には、例えば、塗布位置判別部601が判別した受容体30の塗布位置と、基準塗布位置(メンブレン22の中心等)との偏差が閾値を超えている場合に、受容体30の塗布位置が不良であると判別する。これに加え、不良判別部602は、受容体30の塗布位置が不良では無い場合、受容体30の塗布位置に対するランクの振り分け(例えば、「良好」、「良」、「可」の3ランク等)を行う。
(塗布位置判別部601が受容体30の塗布位置を判別する処理)
図44を参照しつつ、図45から図53を用いて、塗布位置判別部601が受容体30の塗布位置を判別する処理について、基準塗布位置に対する受容体30の塗布位置に応じて説明する。なお、図45から図52では、説明のために、ガスセンサの構成を模式的に示しており、特に、上述した説明と異なり、メンブレン22と受容体30を、四辺形で示している。
図44を参照しつつ、図45から図53を用いて、塗布位置判別部601が受容体30の塗布位置を判別する処理について、基準塗布位置に対する受容体30の塗布位置に応じて説明する。なお、図45から図52では、説明のために、ガスセンサの構成を模式的に示しており、特に、上述した説明と異なり、メンブレン22と受容体30を、四辺形で示している。
(基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が重なっている場合)
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が重なっている場合、すなわち、受容体30の塗布位置がメンブレン22の中央である場合について説明する。
まず、切替器600により、第三端子50cとブリッジ電圧印加部とを接続し、第四端子50dを接地させ、第五端子50eと第六端子50fに塗布位置判別部601を接続する。
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が重なっている場合、すなわち、受容体30の塗布位置がメンブレン22の中央である場合について説明する。
まず、切替器600により、第三端子50cとブリッジ電圧印加部とを接続し、第四端子50dを接地させ、第五端子50eと第六端子50fに塗布位置判別部601を接続する。
図45に示すように、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合の、第五端子50eから出力される電圧の値を「V+」とし、第六端子50fから出力される電圧の値を「V−」とする。
受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、メンブレン22が中心を変化量が最大の部位として撓む。これにより、図46に示すように、第五端子50eから出力される電圧の値は「V++ΔV+」の式で算出される。また、第六端子50fから出力される電圧の値は「V−+ΔV」の式で算出される。なお、「ΔV+」は、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50eから出力される電圧の値の差分である。また、「ΔV−」は、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50eから出力される電圧の値の差分である。なお、受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合、「|ΔV+|=|ΔV−|」の関係が成立する。
したがって、受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合では、電圧の変化量の対称性から、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させたときの、電位の変化量(電位の変化量の絶対値)が、第五端子50eから出力される電圧と第六端子50fから出力される電圧において、一致する。
受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、メンブレン22が中心を変化量が最大の部位として撓む。これにより、図46に示すように、第五端子50eから出力される電圧の値は「V++ΔV+」の式で算出される。また、第六端子50fから出力される電圧の値は「V−+ΔV」の式で算出される。なお、「ΔV+」は、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50eから出力される電圧の値の差分である。また、「ΔV−」は、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50eから出力される電圧の値の差分である。なお、受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合、「|ΔV+|=|ΔV−|」の関係が成立する。
したがって、受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合では、電圧の変化量の対称性から、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させたときの、電位の変化量(電位の変化量の絶対値)が、第五端子50eから出力される電圧と第六端子50fから出力される電圧において、一致する。
(基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が右寄りである場合)
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が右寄り(メンブレン22の中心よりも、可撓性抵抗28cに近い位置に寄っている)である場合、すなわち、受容体30がメンブレン22の中心よりも可撓性抵抗28cに近い側に形成されている場合について説明する。
まず、切替器600により、第三端子50cとブリッジ電圧印加部とを接続し、第四端子50dを接地させ、第五端子50eと第六端子50fに塗布位置判別部601を接続する。
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が右寄り(メンブレン22の中心よりも、可撓性抵抗28cに近い位置に寄っている)である場合、すなわち、受容体30がメンブレン22の中心よりも可撓性抵抗28cに近い側に形成されている場合について説明する。
まず、切替器600により、第三端子50cとブリッジ電圧印加部とを接続し、第四端子50dを接地させ、第五端子50eと第六端子50fに塗布位置判別部601を接続する。
図47に示すように、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合の、第五端子50eから出力される電圧の値を「V+」とし、第六端子50fから出力される電圧の値を「V−」とする。
受容体30の塗布位置が右寄りである場合、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、メンブレン22が中心よりも可撓性抵抗28dに近い位置を変化量が最大の部位として撓む。これにより、図48に示すような、受容体30の塗布位置が右寄りである場合、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50e及び第6端子50fから出力される電圧の差分においては、「|ΔV+|>|ΔV−|」の関係が成立する。
受容体30の塗布位置が右寄りである場合、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、メンブレン22が中心よりも可撓性抵抗28dに近い位置を変化量が最大の部位として撓む。これにより、図48に示すような、受容体30の塗布位置が右寄りである場合、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50e及び第6端子50fから出力される電圧の差分においては、「|ΔV+|>|ΔV−|」の関係が成立する。
したがって、受容体30の塗布位置が右寄りである場合では、電圧の変化量が非対称となり、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させたときの、電位の変化量の絶対値が、第五端子50eから出力される電圧と第六端子50fから出力される電圧において、不一致となる。
なお、基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が左寄り(メンブレン22の中心よりも、可撓性抵抗28dに近い位置に寄っている)である場合、すなわち、受容体30がメンブレン22の中心よりも可撓性抵抗28dに近い側に形成されている場合については、説明を省略する。
なお、基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が左寄り(メンブレン22の中心よりも、可撓性抵抗28dに近い位置に寄っている)である場合、すなわち、受容体30がメンブレン22の中心よりも可撓性抵抗28dに近い側に形成されている場合については、説明を省略する。
(基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が下寄りである場合)
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が下寄り(メンブレン22の中心よりも、可撓性抵抗28bに近い位置に寄っている)である場合、すなわち、受容体30がメンブレン22の中心よりも可撓性抵抗28bに近い側に形成されている場合について説明する。
まず、切替器600により、第三端子50cとブリッジ電圧印加部とを接続し、第四端子50dを接地させ、第五端子50eと第六端子50fに塗布位置判別部601を接続する。
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が下寄り(メンブレン22の中心よりも、可撓性抵抗28bに近い位置に寄っている)である場合、すなわち、受容体30がメンブレン22の中心よりも可撓性抵抗28bに近い側に形成されている場合について説明する。
まず、切替器600により、第三端子50cとブリッジ電圧印加部とを接続し、第四端子50dを接地させ、第五端子50eと第六端子50fに塗布位置判別部601を接続する。
図49に示すように、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合の、第五端子50eから出力される電圧の値を「V+」とし、第六端子50fから出力される電圧の値を「V−」とする。
受容体30の塗布位置が下寄りである場合、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、メンブレン22が中心よりも可撓性抵抗28aに近い位置を変化量が最大の部位として撓む。これにより、図50に示すような、受容体30の塗布位置が下寄りである場合、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50e及び第6端子50fから出力される電圧の値の差分においては、「|ΔV+|>|ΔV−|」の関係が成立する。
受容体30の塗布位置が下寄りである場合、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、メンブレン22が中心よりも可撓性抵抗28aに近い位置を変化量が最大の部位として撓む。これにより、図50に示すような、受容体30の塗布位置が下寄りである場合、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50e及び第6端子50fから出力される電圧の値の差分においては、「|ΔV+|>|ΔV−|」の関係が成立する。
したがって、受容体30の塗布位置が下寄りである場合では、電圧の変化量が非対称となり、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させたときの、電位の変化量の絶対値が、第五端子50eから出力される電圧と第六端子50fから出力される電圧において、不一致となる。
なお、基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が上寄り(メンブレン22の中心よりも、可撓性抵抗28aに近い位置に寄っている)である場合、すなわち、受容体30がメンブレン22の中心よりも可撓性抵抗28aに近い側に形成されている場合については、説明を省略する。
なお、基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が上寄り(メンブレン22の中心よりも、可撓性抵抗28aに近い位置に寄っている)である場合、すなわち、受容体30がメンブレン22の中心よりも可撓性抵抗28aに近い側に形成されている場合については、説明を省略する。
(受容体30の塗布位置が寄っている方向を判別する処理)
上述したように、受容体30の塗布位置が右寄りである場合と、受容体30の塗布位置が下寄りである場合とでは、共に、電圧の変化量が非対称となる。このため、第五端子50eから出力される電圧と第六端子50fから出力される電圧における電位の変化量の絶対値を参照するのみでは、受容体30の塗布位置が、基準塗布位置からどの方向へ寄っているのかを判別することが不可能である。
したがって、第四実施形態では、切替器600によって、ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加する端子とブリッジ電圧印加部との接続と、ブリッジ回路の出力端子と塗布位置判別部601の接続とを切り替えることで、受容体30の塗布位置が、基準塗布位置よりもどの方向へ寄っているのかを判別する処理を行う。
上述したように、受容体30の塗布位置が右寄りである場合と、受容体30の塗布位置が下寄りである場合とでは、共に、電圧の変化量が非対称となる。このため、第五端子50eから出力される電圧と第六端子50fから出力される電圧における電位の変化量の絶対値を参照するのみでは、受容体30の塗布位置が、基準塗布位置からどの方向へ寄っているのかを判別することが不可能である。
したがって、第四実施形態では、切替器600によって、ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加する端子とブリッジ電圧印加部との接続と、ブリッジ回路の出力端子と塗布位置判別部601の接続とを切り替えることで、受容体30の塗布位置が、基準塗布位置よりもどの方向へ寄っているのかを判別する処理を行う。
受容体30の塗布位置が、基準塗布位置よりもどの方向へ寄っているのかを判別する処理では、切替器600によって接続状態を変化させる前と後で、それぞれ、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させる。
受容体30の塗布位置が右寄りである場合、図48に示す状態から、図51に示すように、切替器600によって、第三端子50cと第四端子50dに塗布位置判別部601を接続し、第五端子50eを接地させ、第六端子50fとブリッジ電圧印加部とを接続する。
そして、図51に示す状態で、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた際の、第三端子50cから出力される電圧は「V+」となり、第四端子50dから出力される電圧は「V−」となる。次に、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、第三端子50cから出力される電圧は「V++ΔV+」となり、第四端子50dから出力される電圧は「V−+ΔV−」となる。このとき、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50e及び第6端子50fから出力される電圧の値の差分においては、「|ΔV+|>|ΔV−|」の関係が成立する。
受容体30の塗布位置が右寄りである場合、図48に示す状態から、図51に示すように、切替器600によって、第三端子50cと第四端子50dに塗布位置判別部601を接続し、第五端子50eを接地させ、第六端子50fとブリッジ電圧印加部とを接続する。
そして、図51に示す状態で、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた際の、第三端子50cから出力される電圧は「V+」となり、第四端子50dから出力される電圧は「V−」となる。次に、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、第三端子50cから出力される電圧は「V++ΔV+」となり、第四端子50dから出力される電圧は「V−+ΔV−」となる。このとき、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50e及び第6端子50fから出力される電圧の値の差分においては、「|ΔV+|>|ΔV−|」の関係が成立する。
また、受容体30の塗布位置が下寄りである場合、図50に示す状態から、図52に示すように、切替器600によって、第三端子50cと第四端子50dに塗布位置判別部601を接続し、第五端子50eを接地させ、第六端子50fとブリッジ電圧印加部とを接続する。
そして、図52に示す状態で、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた際の、第三端子50cから出力される電圧は「V+」となり、第四端子50dから出力される電圧は「V−」となる。次に、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、第三端子50cから出力される電圧は「V++ΔV+」となり、第四端子50dから出力される電圧は「V−+ΔV−」となる。このとき、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50e及び第6端子50fから出力される電圧の値の差分においては、「|ΔV+|<|ΔV−|」の関係が成立する。
そして、図52に示す状態で、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた際の、第三端子50cから出力される電圧は「V+」となり、第四端子50dから出力される電圧は「V−」となる。次に、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させると、第三端子50cから出力される電圧は「V++ΔV+」となり、第四端子50dから出力される電圧は「V−+ΔV−」となる。このとき、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた場合と、電位差を発生させた場合の、第五端子50e及び第6端子50fから出力される電圧の値の差分においては、「|ΔV+|<|ΔV−|」の関係が成立する。
したがって、受容体30の塗布位置と、四つの可撓性抵抗28a〜28dにおける抵抗値の変化と、第三端子50c及び第四端子50dから出力される電圧と第五端子50e及び第六端子50fから出力される電圧との変化には、図53に示す関係が成立している。なお、図53では、受容体30の塗布位置を「塗布位置」、可撓性抵抗28aにおける抵抗値の変化を「可撓性抵抗28a」、可撓性抵抗28bにおける抵抗値の変化を「可撓性抵抗28b」と示す。また、図53では、可撓性抵抗28cにおける抵抗値の変化を「可撓性抵抗28c」、可撓性抵抗28dにおける抵抗値の変化を「可撓性抵抗28d」と示す。さらに、図53では、第三端子50c及び第四端子50dから出力される電圧と、第五端子50e及び第六端子50fから出力される電圧との変化を、「電圧変化」と示す。
また、四つの可撓性抵抗28a〜28dにおける抵抗値の変化とは、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた状態から、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させたときに、可撓性抵抗28a〜28dで発生する抵抗値の変化である。さらに、図53では、受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合の抵抗値変化「ΔR」と比較して、抵抗値の変化が少ない状態を、「ΔR−」と示す。また、受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合の抵抗値変化「ΔR」と比較して、抵抗値の変化が大きい状態を、「ΔR+」と示す。同様に、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた状態から電位差を発生させたときに抵抗値が増加する状態を、「+ΔR」と示す。また、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた状態から電位差を発生させたときに抵抗値が減少する状態を、「−ΔR」と示す。
また、四つの可撓性抵抗28a〜28dにおける抵抗値の変化とは、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた状態から、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させたときに、可撓性抵抗28a〜28dで発生する抵抗値の変化である。さらに、図53では、受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合の抵抗値変化「ΔR」と比較して、抵抗値の変化が少ない状態を、「ΔR−」と示す。また、受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合の抵抗値変化「ΔR」と比較して、抵抗値の変化が大きい状態を、「ΔR+」と示す。同様に、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた状態から電位差を発生させたときに抵抗値が増加する状態を、「+ΔR」と示す。また、支持基材10とメンブレン22との間をショートさせた状態から電位差を発生させたときに抵抗値が減少する状態を、「−ΔR」と示す。
図53に示すように、受容体30がメンブレン22の中心に形成されている場合(中央)では、可撓性抵抗28a及び可撓性抵抗28bにおける抵抗値の変化は減少(図53で示す「−ΔR」)であり、可撓性抵抗28c及び可撓性抵抗28dにおける抵抗値の変化は増加(図53で示す「+ΔR」)である。さらに、第三端子50c及び第四端子50dから出力される電圧と、第五端子50e及び第六端子50fから出力される電圧との変化は等しい。
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が右寄りである場合では、可撓性抵抗28a及び可撓性抵抗28bにおける抵抗値の変化は減少であり、可撓性抵抗28cにおける抵抗値の変化は少ない増加(図53で示す「+ΔR−」)である。さらに、可撓性抵抗28dにおける抵抗値の変化は大きな増加(図53で示す「+ΔR+」)であり、第三端子50c及び第四端子50dから出力される電圧と、第五端子50e及び第六端子50fから出力される電圧との変化は異なる。
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が右寄りである場合では、可撓性抵抗28a及び可撓性抵抗28bにおける抵抗値の変化は減少であり、可撓性抵抗28cにおける抵抗値の変化は少ない増加(図53で示す「+ΔR−」)である。さらに、可撓性抵抗28dにおける抵抗値の変化は大きな増加(図53で示す「+ΔR+」)であり、第三端子50c及び第四端子50dから出力される電圧と、第五端子50e及び第六端子50fから出力される電圧との変化は異なる。
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が左寄りである場合では、可撓性抵抗28a及び可撓性抵抗28bにおける抵抗値の変化は減少であり、可撓性抵抗28cにおける抵抗値の変化は大きな増加である。さらに、可撓性抵抗28dにおける抵抗値の変化は少ない増加であり、第三端子50c及び第四端子50dから出力される電圧と、第五端子50e及び第六端子50fから出力される電圧との変化は異なる。
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が下寄りである場合では、可撓性抵抗28aにおける抵抗値の変化は少ない減少(図53で示す「−ΔR−」)であり、可撓性抵抗28bにおける抵抗値の変化は大きな減少(図53で示す「−ΔR+」)である。さらに、可撓性抵抗28c及び可撓性抵抗28dにおける抵抗値の変化は増加であり、第三端子50c及び第四端子50dから出力される電圧と、第五端子50e及び第六端子50fから出力される電圧との変化は異なる。
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が下寄りである場合では、可撓性抵抗28aにおける抵抗値の変化は少ない減少(図53で示す「−ΔR−」)であり、可撓性抵抗28bにおける抵抗値の変化は大きな減少(図53で示す「−ΔR+」)である。さらに、可撓性抵抗28c及び可撓性抵抗28dにおける抵抗値の変化は増加であり、第三端子50c及び第四端子50dから出力される電圧と、第五端子50e及び第六端子50fから出力される電圧との変化は異なる。
基準塗布位置に対して、受容体30の塗布位置が上寄りである場合では、可撓性抵抗28aにおける抵抗値の変化は大きな減少であり、可撓性抵抗28bにおける抵抗値の変化は少ない減少である。さらに、可撓性抵抗28c及び可撓性抵抗28dにおける抵抗値の変化は増加であり、第三端子50c及び第四端子50dから出力される電圧と、第五端子50e及び第六端子50fから出力される電圧との変化は異なる。
以上により、切替器600によって接続状態を変化させる前と後で、それぞれ、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させることで、四つの可撓性抵抗28a〜28dにおける抵抗値の変化を見分けることが可能となる。これにより、接続状態を変化させない従来の構成と比較して、四つの可撓性抵抗28a〜28dにおける抵抗値の変化の大小関係を見分けることが可能となり、受容体30の塗布位置が寄っている方向を判別することが可能となる。
以上により、切替器600によって接続状態を変化させる前と後で、それぞれ、支持基材10とメンブレン22との間に電位差を発生させることで、四つの可撓性抵抗28a〜28dにおける抵抗値の変化を見分けることが可能となる。これにより、接続状態を変化させない従来の構成と比較して、四つの可撓性抵抗28a〜28dにおける抵抗値の変化の大小関係を見分けることが可能となり、受容体30の塗布位置が寄っている方向を判別することが可能となる。
(ガスセンサの検査方法)
図1から図53を参照して、第四実施形態におけるガスセンサ1の検査方法を説明する。
第四実施形態におけるガスセンサ1の検査は、例えば、ガスセンサ1の工場検査時(製造時や出荷時等)に行う。
また、第四実施形態におけるガスセンサ1の検査は、ガスセンサ1に対し、受容体30の塗布位置を検査する検査方法であり、ブリッジ電圧印加工程と、接続切り替え工程と、塗布位置判別工程と、を備える。
図1から図53を参照して、第四実施形態におけるガスセンサ1の検査方法を説明する。
第四実施形態におけるガスセンサ1の検査は、例えば、ガスセンサ1の工場検査時(製造時や出荷時等)に行う。
また、第四実施形態におけるガスセンサ1の検査は、ガスセンサ1に対し、受容体30の塗布位置を検査する検査方法であり、ブリッジ電圧印加工程と、接続切り替え工程と、塗布位置判別工程と、を備える。
ブリッジ電圧印加工程は、可撓性抵抗28により構成されたブリッジ回路に、ブリッジ電圧を印加する工程である。
接続切り替え工程は、塗布位置判別工程よりも前に行う工程である。
また、接続切り替え工程は、ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加する端子とブリッジ電圧印加部との接続と、ブリッジ回路の出力端子と塗布位置判別部601の接続と、を切り替える工程である。
接続切り替え工程は、塗布位置判別工程よりも前に行う工程である。
また、接続切り替え工程は、ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加する端子とブリッジ電圧印加部との接続と、ブリッジ回路の出力端子と塗布位置判別部601の接続と、を切り替える工程である。
塗布位置判別工程は、受容体30の塗布位置を判別する工程である。
具体的に、塗布位置判別工程では、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値とから、受容体30の塗布位置を判別する。
具体的に、塗布位置判別工程では、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第二の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値とから、受容体30の塗布位置を判別する。
(第四実施形態の効果)
第四実施形態のガスセンサ1であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)可撓性抵抗28により構成されたブリッジ回路と、ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加するブリッジ電圧印加部を備える。また、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、から、受容体30の塗布位置を判別する塗布位置判別部601を備える。これに加え、ブリッジ回路のブリッジ電圧を印加する端子とブリッジ電圧印加部との接続と、ブリッジ回路の出力端子と塗布位置判別部601の接続と、を切り替え可能な切替器600を備える。
その結果、受容体30の塗布位置を判別することで、受容体30によるガス感度の不良を、ガス応答テストを行うこと無く、電気的に判別することが可能となる。これは、受容体30の塗布位置は、受容体30によるガス感度に相関があるため、受容体30の塗布位置におけるバラつきが、受容体30によるガス感度のバラつきに対応することに起因する。例えば、受容体30の塗布位置がメンブレン22の中央である場合のガス感度を通常のガス感度と定義すると、受容体30の塗布位置が中央からずれている場合、受容体30に近い可撓性抵抗28が極端に撓むため、ガス感度が大きくなる。このため、受容体30の塗布位置が中央からずれている場合、ずれている量に応じて、受容体30によるガス感度が、通常のガス感度よりも大きくなる。
また、第四実施形態では、受容体30の物性として、受容体30の塗布位置(極端な位置ずれを含む)判別することが可能となる。
第四実施形態のガスセンサ1であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)可撓性抵抗28により構成されたブリッジ回路と、ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加するブリッジ電圧印加部を備える。また、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、から、受容体30の塗布位置を判別する塗布位置判別部601を備える。これに加え、ブリッジ回路のブリッジ電圧を印加する端子とブリッジ電圧印加部との接続と、ブリッジ回路の出力端子と塗布位置判別部601の接続と、を切り替え可能な切替器600を備える。
その結果、受容体30の塗布位置を判別することで、受容体30によるガス感度の不良を、ガス応答テストを行うこと無く、電気的に判別することが可能となる。これは、受容体30の塗布位置は、受容体30によるガス感度に相関があるため、受容体30の塗布位置におけるバラつきが、受容体30によるガス感度のバラつきに対応することに起因する。例えば、受容体30の塗布位置がメンブレン22の中央である場合のガス感度を通常のガス感度と定義すると、受容体30の塗布位置が中央からずれている場合、受容体30に近い可撓性抵抗28が極端に撓むため、ガス感度が大きくなる。このため、受容体30の塗布位置が中央からずれている場合、ずれている量に応じて、受容体30によるガス感度が、通常のガス感度よりも大きくなる。
また、第四実施形態では、受容体30の物性として、受容体30の塗布位置(極端な位置ずれを含む)判別することが可能となる。
また、第四実施形態のガスセンサ1の検査方法であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(2)ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加するブリッジ電圧印加工程と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、から受容体30の塗布位置を判別する塗布位置判別工程と、を備える。
その結果、受容体30の塗布位置を判別することで、受容体30によるガス感度の不良を、ガス応答テストを行うこと無く、電気的に判別することが可能となる。
(2)ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加するブリッジ電圧印加工程と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、第一端子50aと第二端子50bとの間に第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態におけるブリッジ回路の出力値と、から受容体30の塗布位置を判別する塗布位置判別工程と、を備える。
その結果、受容体30の塗布位置を判別することで、受容体30によるガス感度の不良を、ガス応答テストを行うこと無く、電気的に判別することが可能となる。
(3)塗布位置判別工程よりも前に行う工程として、ブリッジ回路のブリッジ電圧を印加する端子とブリッジ電圧印加部との接続と、ブリッジ回路の出力端子と塗布位置判別部601の接続と、を切り替える接続切り替え工程をさらに備える。
その結果、接続状態を変化させない従来の構成と比較して、四つの可撓性抵抗28a〜28dにおける抵抗値の変化の大小関係を見分けることが可能となり、受容体30の塗布位置が寄っている方向を判別することが可能となる。
その結果、接続状態を変化させない従来の構成と比較して、四つの可撓性抵抗28a〜28dにおける抵抗値の変化の大小関係を見分けることが可能となり、受容体30の塗布位置が寄っている方向を判別することが可能となる。
1…ガスセンサ、2…パッケージ基板、4…接続部、6…絶縁部、10…支持基材、20…検出基材、22…メンブレン、24…固定部材、24a…貫通部、24b…固定部材24の内側、24c…固定部材24の外側、26…連結部、28…可撓性抵抗、30…受容体、40…空隙部、50a…第一端子、50b…第二端子、50c…第三端子、50d…第四端子、50e…第五端子、50f…第六端子、54…貫通電極、56a…第一のトレンチ、56b…第二のトレンチ、58…貫通孔、60…第一シリコン基板、62…凹部、64…第二シリコン基板、66…積層体、68…シリコン酸化膜、70…イオン注入領域(第一イオン注入領域70a、第二イオン注入領域70b、第三イオン注入領域70c)、72…低抵抗領域(第一の低抵抗領域72a、第二の低抵抗領域72b、第三の低抵抗領域72c、第四の低抵抗領域72d)、74…シリコン窒化膜、76…ホール、78…積層膜、80…金属膜、82…配線層、84…メンブレン設定領域、88…フォトレジスト、90…接続層、92…犠牲層、94…酸化膜、96…n型ポリシリコン、100…不良検出部、101…マルチプレクサ、102…第一電源、103…第二電源、104…抵抗検知部、105…補正値記憶部、106…感度補正部、107…アナログデジタル変換部、108…インターフェース部、200…成分検知部、201…パターン記憶部、202…成分判定部、300…電流検出部、301…検出用抵抗、302…検査用電源、303…電流検出回路、400…内部電極、500…電圧印加部、501…共振周波数検出部、502…受容体物性判別部、600…切替器、601…塗布位置判別部、602…不良判別部、VL1…メンブレンの中心を通過する仮想的な直線、VL2…直線VL1と直交する直線
Claims (18)
- 印加された表面応力によって撓む導電性のメンブレンと、
前記メンブレンよりも外側に配置された固定部材と、
厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む少なくとも二箇所の位置に配置されて当該メンブレンと前記固定部材とを連結する少なくとも一対の連結部と、
前記連結部に起きた撓みに応じて抵抗値が変化する可撓性抵抗と、
前記固定部材に接続されて前記メンブレン及び前記連結部との間に空隙を設けて配置された導電性の支持基材と、
前記メンブレンの前記支持基材と対向する面と反対側の面である表面の中心を含む領域の上に形成され、且つ吸着した物質に応じた変形を生じる受容体と、
前記メンブレンに第一の電位を印加可能な第一端子と、
前記支持基材に第二の電位を印加可能な第二端子と、
前記固定部材と前記支持基材とを電気的に絶縁する絶縁部と、を備えるガスセンサ。 - 前記メンブレンは、前記第一端子と前記第二端子との間に印加された電圧に応じて変形する請求項1に記載したガスセンサ。
- 前記第一端子と前記第二端子との間に電圧が印加された状態における前記可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値を検知する抵抗検知部をさらに備える請求項1又は請求項2に記載したガスセンサ。
- 前記第一端子と前記第二端子との間に電圧を印加可能である電圧印加部をさらに備える請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載したガスセンサ。
- 前記第一端子と前記第二端子との間に第一の電圧が印加された状態における前記可撓性抵抗の抵抗値の基準値である基準抵抗値と前記第一端子と前記第二端子との間に前記第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態における前記可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値に応じた感度の補正値である感度補正値を記憶する補正値記憶部と、
前記補正値記憶部が記憶している感度補正値に応じて検知した抵抗値を補正する感度補正部と、をさらに備える請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載したガスセンサ。 - 前記メンブレンと、前記固定部材と、前記連結部とが一体となって形成されている検出基材をさらに備え、
前記検出基材と前記支持基材とは、互いに極性が異なり、
前記絶縁部は、前記検出基材と前記支持基材との間に形成される空乏層を用いて形成されている請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載したガスセンサ。 - 前記可撓性抵抗の抵抗値から、前記メンブレンと前記連結部と前記受容体との共振周波数を検出する共振周波数検出部と、
前記共振周波数の基準値と、前記検出された共振周波数と、に基づき、前記受容体の物性を判別する受容体物性判別部をさらに備える請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載のガスセンサ。 - 前記可撓性抵抗により構成されたブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路にブリッジ電圧を印加するブリッジ電圧印加部と、
前記第一端子と前記第二端子との間に第一の電圧が印加された状態における前記ブリッジ回路の出力値と、前記第一端子と前記第二端子との間に前記第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態における前記ブリッジ回路の出力値と、から前記受容体の塗布位置を判別する塗布位置判別部と、
前記ブリッジ回路の前記ブリッジ電圧を印加する端子と前記ブリッジ電圧印加部との接続と、前記ブリッジ回路の出力端子と前記塗布位置判別部の接続と、を切り替え可能な切替器と、を備える請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載したガスセンサ。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載したガスセンサと、
前記第一端子と前記第二端子との間に電圧が印加された状態における前記可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値を検知する抵抗検知部と、
前記受容体に流体が付着したときに前記流体が含有している成分に対して前記受容体が応答する応答パターンを記憶しているパターン記憶部と、
前記抵抗検知部で検知した検査時抵抗値と、前記パターン記憶部が記憶している応答パターンと、に応じて前記受容体に付着した流体が含有する成分を検知する成分検知部と、を備える含有成分検知装置。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載したガスセンサと、
前記第一端子と前記第二端子との間に電圧を印加可能である電圧印加部と、
前記第一端子と前記第二端子との間に電圧が印加された状態における前記可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値を検知する抵抗検知部と、を備える検査システム。 - 前記第一端子と前記第二端子との間に第一の電圧が印加された状態における前記可撓性抵抗の抵抗値の基準値である基準抵抗値と、前記第一端子と前記第二端子との間に前記第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態における前記可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値に応じた感度の補正値である感度補正値を記憶する補正値記憶部と、
前記補正値記憶部が記憶している感度補正値に応じて検知した抵抗値を補正する感度補正部と、をさらに備える請求項10に記載した検査システム。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載したガスセンサに対し、前記メンブレンの動作を検査する検査方法であって、
前記第一端子と前記第二端子との間に第二の電圧を印加する第二電圧印加工程と、
前記第一端子と前記第二端子との間に前記第二の電圧を印加した状態における前記可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値を検知する検査時抵抗検知工程と、
前記検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値と、前記第一端子と前記第二端子との間に前記第二の電圧とは異なる第一の電圧を印加した状態の抵抗値である基準抵抗値と、に基づいて前記メンブレンの動作を判定する判定工程と、を備えるガスセンサの検査方法。 - 前記第二電圧印加工程の前工程として、前記第一端子と前記第二端子との間に前記第一の電圧を印加する第一電圧印加工程と、前記第一電圧印加工程で前記第一端子と前記第二端子との間に前記第一の電圧を印加した状態で前記基準抵抗値を測定する測定工程と、をさらに備える請求項12に記載したガスセンサの検査方法。
- 前記判定工程で前記メンブレンの動作が基準値よりも良好であると判定した場合に、前記検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値に応じた感度の補正値である感度補正値を算出する補正値算出工程と、
前記補正値算出工程で算出した感度補正値を記憶する補正値記憶工程と、
前記補正値記憶工程で記憶した感度補正値を用いて前記検査時抵抗値を補正する検査時抵抗値補正工程と、をさらに備える請求項12又は請求項13に記載したガスセンサの検査方法。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載したガスセンサに対し、前記受容体の物性を検査する検査方法であって、
前記第一端子と前記第二端子との間に第二の電圧を印加する第二電圧印加工程と、
前記第一端子と前記第二端子との間に前記第二の電圧を印加した状態における前記可撓性抵抗の抵抗値である検査時抵抗値を検知する検査時抵抗検知工程と、
前記検査時抵抗検知工程で検知した検査時抵抗値から前記受容体の共振周波数を算出する共振周波数算出工程と、
前記共振周波数の基準値と、前記共振周波数算出工程で算出された共振周波数との比較によって前記受容体の物性を判別する受容体物性判別工程と、を備えるガスセンサの検査方法。 - 請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載したガスセンサに対し、前記受容体の塗布位置を検査する検査方法であって、
前記可撓性抵抗により構成されたブリッジ回路にブリッジ電圧を印加するブリッジ電圧印加工程と、
前記第一端子と前記第二端子との間に第一の電圧が印加された状態における前記ブリッジ回路の出力値と、前記第一端子と第二端子との間に前記第一の電圧とは異なる第二の電圧が印加された状態における前記ブリッジ回路の出力値と、から受容体の塗布位置を判別する塗布位置判別工程と、を備えるガスセンサの検査方法。 - 前記ブリッジ回路の前記ブリッジ電圧を印加する端子とブリッジ回路にブリッジ電圧を印加するブリッジ電圧印加部との接続と、前記ブリッジ回路の出力端子と前記受容体の塗布位置を判別する塗布位置判別部の接続と、を切り替える接続切り替え工程をさらに備え、
前記接続切り替え工程は、前記塗布位置判別工程よりも前に行う工程である請求項16に記載したガスセンサの検査方法。 - 支持基材の一方の面に凹部を形成し、前記一方の面に絶縁部を形成し、さらに、前記支持基材のうち前記絶縁部を形成した部分を覆うように検出基材を貼り合わせることで、前記支持基材と前記検出基材との間に空隙部が設けられた積層体を形成する積層体形成工程と、
前記検出基材及び前記絶縁部の一部を除去して、前記検出基材の前記支持基材と対向する面と反対の面である表面から前記支持基材まで貫通する貫通孔を形成し、さらに、不純物を含有する電極材料で前記貫通孔を埋設することで前記表面から前記支持基材まで到達する貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
前記表面のうち前記検出基材の中心を含む予め設定した領域よりも外側の選択した一部の領域に、第一のイオンを注入する第一イオン注入工程と、
前記検出基材の前記第一のイオンを注入した領域よりも外側の選択した領域に第二のイオンを注入する第二イオン注入工程と、
前記検出基材の前記表面のうち予め設定した領域に第三のイオンを注入する第三イオン注入工程と、
前記積層体を熱処理することで、前記第一のイオンを注入した領域に第一の低抵抗領域を形成し、前記第二のイオンを注入した領域に第二の低抵抗領域を形成し、前記第三のイオンを注入した領域に第三の低抵抗領域を形成し、さらに、前記貫通電極から前記支持基材に前記不純物を固相拡散させて、前記支持基材の前記検出基材と対抗する面のうち予め設定した領域に第四の低抵抗領域を形成する低抵抗領域形成工程と、
前記検出基材の中心を含む予め設定した領域の周囲であって前記第一の低抵抗領域を除く領域を除去することで、印加された表面応力によって撓むメンブレンと、前記メンブレンの厚さ方向から見て隙間を空けてメンブレンを包囲する固定部材と、前記厚さ方向から見て前記メンブレンを挟む少なくとも二箇所の位置に配置されてメンブレンと前記固定部材とを連結する少なくとも一対の連結部と、を形成する除去工程と、
前記メンブレンと電気的に接続された第一端子と、前記支持基材と電気的に接続された第二端子を、含む配線層を形成する配線層形成工程と、を備えるガスセンサの製造方法。
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