KR102219542B1 - 접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기판과, 검출 대상 가스의 화학 반응을 촉진하기 위한 촉매를 포함하는 촉매층과, 적어도 상기 화학 반응에 의한 상기 촉매층의 상승 온도를 검출하는 측온 소자와, 상기 화학 반응에 의해 발생한 열을 상기 측온 소자를 향해 전달함과 아울러 서로 접속된 지지 다리 및 지지체를 포함하는 지지 부재로서, 상기 지지 다리는 상기 기판과 상기 촉매층 사이에 설치됨과 아울러 상기 촉매층을 상기 기판으로부터 이간시키고, 상기 지지체는 상기 촉매층을 지지하는 지지 부재를 포함하는 접촉 연소식 가스 센서.

Description

접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법{CONTACT COMBUSTION TYPE GAS SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 접촉 연소식 가스 센서에서는 기판 상에 촉매층 및 히터가 설치되어 있다. 촉매층은 가연성 가스의 연소를 위한 촉매로서 작용한다. 히터는 이 연소를 촉진한다. 접촉 연소식 가스 센서는 이 연소의 열량을 서모파일 등의 온도 측정 소자로 측정함으로써 가연성 가스의 양을 검출한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본특허공개 2001-99801호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 가스 센서에서는 기판 상의 소면적 영역 내에 촉매층이 형성되어 있다. 이 촉매층은 가연성 가스의 연소를 위한 촉매로서 작용한다. 그러나 촉매층이 소면적 영역 내에 한정되기 때문에, 가연성 가스의 연소 열을 충분히 얻을 수는 없다. 그 때문에 검출 대상 가스의 검출 감도를 높일 수 없었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 검출 대상 가스의 검출 감도를 높일 수 있는 접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 문제를 해결하기 위해서 본 발명의 일실시형태는 기판과, 검출 대상 가스의 화학 반응을 촉진하기 위한 촉매를 포함하는 촉매층과, 적어도 상기 화학 반응에 의한 상기 촉매층의 상승 온도를 검출하는 측온 소자와, 지지 부재로서, 상기 지지 부재는 상기 화학 반응에 의해 발생한 열을 상기 측온 소자를 향해 전달함과 아울러 서로 접속된 지지 다리 및 지지체로 이루어지는 지지 부재로서, 상기 지지 다리는 상기 기판과 상기 촉매층 사이에 설치됨과 아울러 상기 촉매층을 상기 기판으로부터 이간시키고, 상기 지지체는 상기 촉매층을 지지하는 지지 부재를 포함한 접촉 연소식 가스 센서이다.
또한, 본 발명의 다른 실시형태는 기판을 설치하고, 검출 대상 가스의 화학 반응을 촉진하기 위한 촉매를 포함하는 촉매층을 형성하고, 적어도 상기 화학 반응에 의한 상기 촉매층의 상승 온도를 검출하는 측온 소자를 설치하고, 상기 화학 반응에 의해 발생한 열을 상기 측온 소자를 향해 전달함과 아울러 서로 접속된 지지 다리 및 지지체를 구비하는 지지 부재로서, 상기 지지 다리는 상기 기판과 상기 촉매층 사이에 설치됨과 아울러 상기 촉매층을 상기 기판으로부터 이간시키고, 상기 지지체는 상기 촉매층을 지지하는 지지 부재를 설치하는 것을 포함하는 접촉 연소식 가스 센서의 제조 방법이다.
(발명의 효과)
본 발명에 의한 접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법에 의하면 검출 대상 가스의 검출 감도를 높일 수 있다.
도 1a는 제1 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 평면도이다.
도 1b는 B-B선 단면도이다.
도 2a는 제1 제조 공정에 있어서 접촉 연소식 가스 센서가 제조되는 상태를 순서대로 나타내는 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 B-B선 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 C-C선 단면도이다.
도 3a는 제2 제조 공정에 있어서 접촉 연소식 가스 센서가 제조되는 상태를 순서대로 나타내는 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 B-B선 단면도이다.
도 3c는 도 3a의 C-C선 단면도이다.
도 4a는 제3 제조 공정에 있어서 접촉 연소식 가스 센서가 제조되는 상태를 순서대로 나타내는 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 B-B선 단면도이다.
도 4c는 도 4a의 C-C선 단면도이다.
도 5a는 제4 제조 공정에 있어서 접촉 연소식 가스 센서가 제조되는 상태를 순서대로 나타내는 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 B-B선 단면도이다.
도 5c는 도 5a의 C-C선 단면도이다.
도 6a는 제2 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 B-B선 단면도이다.
도 7a는 제3 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 평면도이다.
도 7b는 도 7a의 B-B선 단면도이다.
도 8a는 제3 실시형태에 의한 제1 제조 공정에 있어서의 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 평면도이다.
도 8b는 도 8a의 B-B선 단면도이다.
도 8c는 도 8a의 C-C선 단면도이다.
도 9a는 제3 실시형태에 의한 제2 제조 공정에 있어서의 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 평면도이다.
도 9b는 도 9a의 B-B선 단면도이다.
도 9c는 도 9a의 C-C선 단면도이다.
도 10a는 제4 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 평면도이다.
도 10b는 도 10a의 B-B선 단면도이다.
도 11a는 제5 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 평면도이다.
도 11b는 도 11a의 B-B선 단면도이다.
이하, 본 발명을 적용한 접촉 연소식 가스 센서 및 그 제조 방법에 대해서 설명한다. 이하의 제1 실시형태~제5 실시형태, 및 각 변형예에서는 검출 대상 가스가 수소일 경우의 예에 대해서 설명한다. 또한, 검출 대상이 되는 가스는 수소 이외의 가연성 가스이어도 좋다. 또한, 각 실시형태에 있어서 공통되는 요소, 부재 등에 대해서 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략 또는 간략화하는 경우가 있다. 본 발명의 설명에서는 후술하는 기판으로부터 볼 때 촉매층이 형성되는 방향을 위라고 하고, 상대하는 방향을 아래라고 한다. 또한, 층형상, 막형상, 판형상의 요소, 부재 등에 대해서 상측의 면을 정상면이라고 하고, 하측의 면을 저면이라고 한다.
[제1 실시형태]
본 발명의 제1 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 도면이며, 도 1a는 평면도, 도 1b는 B-B선 단면도이다. 도 1a, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(1)는 기판(11)을 구비하고 있다. 기판(11)은 기판 본체(11A)와 절연 상층(11B)과 절연 하층(11D)을 구비하고 있다. 기판 본체(11A)는 열 전도성이 우수한 재료로 이루어진다. 예를 들면, 단결정 실리콘에 의해 구성되지만, 다른 소재로 구성되어 있어도 좋다. 절연 상층(11B)은 기판 본체(11A)의 정상측에 형성된 복수의 절연막으로 이루어져 있다. 절연 상층(11B)은 절연성을 구비하여 열 전도성이 낮은 재료, 예를 들면 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막에 의해 구성되어 있다. 절연 하층(11D)은 기판 본체(11A)의 저면에 층형상으로 형성되어 있다. 기판(11)의 저면측에는 오목부(11C)가 형성되어 있다. 오목부(11C)는 기판 본체(11A)의 일부(도 1b에 나타내는 대략 중앙 부분)와 절연 하층(11D)의 일부(도 1b에 나타내는 대략 중앙 부분)를 에칭함으로써 형성된다. 기판(11)에 있어서의 절연 상층(11B) 중, 오목부(11C) 및 절연 하층(11D)을 에칭 후에 오목부(11C)로부터 노출하는 부분(도 1b에 나타내는 대략 중앙 부분)은 멤브레인(M)이며, 단열부(HB)이다. 또한, 기판(11)의 그 이외의 부분, 다시 말해 절연 상층(11B) 중 오목부(11C) 및 절연 하층(11D)을 에칭 후 오목부(11C)로부터 노출하는 부분 이외의 부분(비노출부), 및 기판 본체(11A) 등이 비단열부(HT)이다. 비단열부(HT)는 열 전도성이 우수한 기판 본체(11A) 및 기판 본체(11A)와 열 전도성이 우수한 다이본드재(21)에 의해 열적으로 접속된 베이스재(31)를 구비함과 아울러, 접촉 연소식 가스 센서(1)에 유입하는 기체에 널리 면하고 있기 때문에, 그 기체의 온도의 영향을 받아 접촉 연소식 가스 센서(1)에 유입하는 기체의 온도와 같은 온도 또는 가까운 온도가 된다. 그에 대하여 단열부(HB)는 열 전도성이 낮기 때문에, 단열부 자신이나 단열부에 설치되는 부재는 비단열부(HT)와 열적으로 접속되지 않아 접촉 연소식 가스 센서(1)에 유입하는 기체의 온도의 영향을 받기 어렵다.
기판(11)의 하면에는 다이본드재(21)가 설치되고, 또한 그 아래에는 베이스재(31)가 설치되어 있다. 다이본드재(21)에 의해 기판(11)은 베이스재(31)에 부착되어 고정되어 있다.
베이스재(31)에 있어서의 기판(11)이 설치되어 있지 않은 부분에 도 1a에 나타내는 바와 같이, 3개의 전극(32)이 설치되어 있다. 전극(32)은 도 1b에 나타내는 바와 같이, 베이스재(31)를 관통해서 설치되어 있다. 베이스재(31)와 전극(32) 사이에는 절연재(34)가 충전되어 있다. 절연재(34)에 의해 베이스재(31)와 전극(32) 사이의 절연이 유지되어 있다. 베이스재(31)에는 필터(33)가 설치되어 있다. 단, 도 1a에 있어서, 필터(33) 중 베이스재(31)의 상방을 덮고 있는 부분은 도시되어 있지 않다. 필터(33)는 접촉 연소식 가스 센서(1)의 상부를 덮고 있다. 이 때문에, 필터(33)는 접촉 연소식 가스 센서(1)에 설치된 기판(11), 히터(13), 측온 소자(14) 등도 덮고 있다. 필터(33)는 기체 투과성을 갖고 있으며, 접촉 연소식 가스 센서(1)에 유입하는 기체에 포함되는 진애를 제거한다. 필터(33)는, 예를 들면 스테인리스나 놋쇠로 이루어지는 소결 금속, 스테인리스 철망, 또는 다공질 세라믹에 의해 구성되어 있다.
절연 상층(11B)을 구성하는 복수의 절연층 사이나 위에는 열 전달막(17), 히터(13), 및 측온 소자(14)가 설치되어 있다. 열 전달막(17)은 열 전도성과 전기 전도성이 우수하고, 예를 들면 다결정 실리콘으로 형성되어 있다. 열 전달막(17)은 히터(13)나 다른 부재로부터 부분적으로 공급되는 열을 전달하여 열 전달막(17) 자신의 온도 분포를 균등하게 한다. 열 전달막(17)은 생략해도 좋다. 히터(13) 및 측온 소자(14)는, 예를 들면 다결정 실리콘에 의해 형성되어 있다. 히터(13)는 도시되지 않는 외부의 전원으로부터 구동 전류가 공급됨으로써 승온한다. 측온 소자(14)는 N형 반도체로 이루어지는 상측 측온 소자(14A)와 P형 반도체로 이루어지는 하측 측온 소자(14B)로 이루어지는 열전쌍을 복수 직렬 접속한 서모파일로 구성되어 있다. 각 열전쌍의 온접점(HP)은 멤브레인(M), 즉 단열부에 제공되어 있다. 또한, 각 열전쌍의 냉접점(CP)은 비단열부에 제공되어 있다.
히터(13)의 상방이며 절연 상층(11B)의 위에는 지지 부재(16)가 설치되고, 그 위에 촉매층(15)이 더 형성되어 있다.
지지 부재(16)는 고열 전도 재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 알루미늄 등의 금속으로 형성되지만, 다른 금속 또는 그 밖의 소재로 형성되어 있어도 좋다. 지지 부재(16)는 히터(13) 및 측온 소자(14)와 촉매층(15)을 열적으로 접속한다. 그 때문에 히터(13)는 촉매층(15)을 가열하는 가열 수단이 된다. 지지 부재(16)는 횡으로부터 보면 대략 T자 형상을 이루고 있다.
지지 부재(16)는 지지 다리(16A)와 지지체(16B)로 이루어진다. 지지 다리(16A)는, 예를 들면 각기둥형상을 이루고 있으며, 절연 상층(11B)의 위에 있어서 기판 본체(11A)에 대하여 거의 수직으로 세워져 있다. 지지체(16B)는, 예를 들면 도 1a에 나타내는 바와 같이, 모서리부가 모따기된 직사각형상을 이루고 있다. 지지체(16B)는 위로부터 보았을 때의 면적이 멤브레인(M)보다 크게 되어 있다. 지지체(16B)에는 복수의 관통 구멍(16C)이 매트릭스형상으로 정렬시켜서 형성되어 있다. 지지체(16B)의 관통 구멍(16C)은 지지체(16B)를 관통하는 일 없이 지지체(16B)의 표면이 함몰된 오목형상의 구멍부로 되어 있어도 좋다.
촉매층(15)은 지지체(16B)에 의해 지지되어 있다. 촉매층(15)은 관통 구멍(16C)에 들어가고 있다. 촉매층(15)의 막 두께는 지지 부재(16)에 있어서의 지지체(16B)의 막 두께보다 두껍다. 여기에서의 촉매층(15)의 막 두께는 촉매층(15)의 관통 구멍(16C)에 들어간 부분을 제외한 부분의 막 두께이다. 촉매층(15)은 검출 대상의 수소와 공기 중의 산소를 화학 반응시키는 촉매로서 기능한다. 촉매층(15)에서 발생한 열은 고열 전도 재료로 구성된 지지체(16B)에 의해 효율 좋게 모여 지지 다리(16A) 경유로 측온 소자(14)의 온접점(HP)에 전달된다.
절연 상층(11B)의 표층에는 표면 배선(19)이 설치되어 있다. 표면 배선(19)은 와이어(20)를 개재하여 전극(32)과 전기적으로 접속되어 있다. 표면 배선(19)은 히터(13) 및 측온 소자(14)에 접속되어 있다. 히터(13)에는 전극(32), 와이어(20), 및 표면 배선(19)을 개재하여 구동 전류가 공급된다. 히터(13)는 도시되지 않는 외부의 제어 장치로부터 공급되는 구동 전류에 의해 승온하여 촉매층(15)을 가열한다. 측온 소자(14)의 온접점(HP)은 기판(11)에 있어서의 촉매층(15)과 열적으로 접속된 위치에 형성되어 있다. 측온 소자(14)는 온접점(HP)과 냉접점(CP)의 온도차에 의해 발생하는 전압을 출력 전압으로서 제어 장치에 출력한다. 제어 장치는 측온 소자로부터 출력되는 전압에 의거하여 히터(13)의 설정 온도에 대한 촉매층(15)의 상승 온도를 계측하고, 수소의 농도(가스량)를 검출한다.
본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(1)에 의한 수소의 검출 순서에 대해서 설명하면, 우선 수소의 누출을 검사하는 대상인 피검출체(예를 들면, 밀폐 용기)를 쳄버 내에 설치하고, 피검출체 내에 접촉 연소식 가스 센서(1)를 설치한다. 이어서, 쳄버와 피검출체 사이에 수소를 충전시켜 제어 장치에 의해 히터(13)를 승온시킨다. 그리고 측온 소자(14)로부터 출력되는 전압을 계측해서 수소 농도를 검출한다.
수소의 검출 과정에 있어서, 피검출체 중에 수소가 존재하면 촉매층(15)의 근방에서 공기 중의 산소와 수소가 반응하여 물이 생성된다. 그때의 반응열에 의해 촉매층(15)의 온도가 상승한다. 촉매층(15)의 온도가 상승하면 촉매층(15)에 열적으로 접속된 기판(11)의 단열부(멤브레인(M))에 있어서의 온접점(HP)의 온도가 상승한다. 그 반면에, 기판(11)의 비단열부(기판(11)의 멤브레인(M) 이외의 부분)는 촉매층(15)과의 사이에서 열적으로 비접속으로 되어 있으므로 촉매층(15)의 온도가 상승했다고 해도 거의 일정한 그대로이다.
측온 소자(14)는 기판(11)의 단열부(멤브레인(M))에 온접점(HP)을 형성하고, 비단열부(기판(11)의 멤브레인(M) 이외의 부분)에 냉접점(CP)을 형성하여 온접점(HP)과 냉접점(CP)의 온도차에 의해 발생하는 전압을 제어 장치에 출력한다. 수소와 산소가 반응해서 촉매층(15)의 온도가 상승하면 촉매층(15)의 온도가 일정한 그대로인 경우와 비교해서, 측온 소자(14)에 있어서의 온접점(HP)과 냉접점(CP)의 온도차가 커져 제어 장치에 출력되는 전압도 커진다. 제어 장치는 출력된 전압에 의거하여 피검출체 중의 수소 농도를 검출한다. 제어 장치에서는 촉매층(15)이 승온하고 있지 않을 때에 측온 소자(14)로부터 출력되는 전압과 비교한 측온 소자(14)로부터 출력되는 전압에 의거하여 피검출체 중의 수소 농도를 검출한다.
이상 설명한 본 실시형태의 접촉 연소식 가스 센서(1)에서는 측온 소자(14)에 의해 촉매층(15)의 온도를 측정함으로써 수소 농도를 검출한다. 여기에서 촉매층(15)은 지지 부재(16)에 형성되고, 지지체(16B)에 의해 지지되어 있다. 지지 다리(16A)는 거의 수직으로 세워져 있다. 지지체(16B)는 지지 다리(16A)에 의해 측온 소자(14)의 온접점(HP)에 열적으로 접속된 상태로 지지되어 있다. 또한, 지지체(16B)는 히터(13)에 열적으로 접속되어 있으므로 히터(13)의 열을 촉매층(15)에 공급할 수 있다. 따라서, 촉매층(15)을 적합하게 승온시킬 수 있다. 또한, 지지체(16B)는 기판 본체(11A)로부터 멀어진 위치에 설치되므로 면적을 크게 할 수 있다. 지지체(16B)의 면적을 넓게 함으로써 촉매층(15)에 있어서의 수소나 산소와의 접촉 가능 면적도 크게 할 수 있다. 촉매층(15)에 있어서의 수소나 산소와의 접촉 가능 면적을 크게 함으로써 수소와 산소의 반응열을 보다 증대시킬 수 있으므로 검출 대상 가스의 검출 감도를 높일 수 있다.
또한, 촉매층(15)은 히터(13)에 의해 승온되어 있다. 이 때문에 촉매층(15)에 의한 수소와 산소의 반응이 보다 활발해지도록 반응을 촉진할 수 있다. 또한, 히터(13)의 온도를 물의 비점 이상의 온도, 예를 들면 120℃로 설정하면, 촉매층(15)의 표면에 생성한 물을 기화시킴으로써 촉매층(15)의 표면의 수막에 의한 반응 속도 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 검출 대상 가스의 검출 감도를 보다 높일 수 있다. 또한, 측온 소자(14)는 서모파일에 의해 구성되어 있다. 이 때문에, N형 반도체 소자와 P형 반도체 소자를 다수 직렬 접속함으로써 출력 전압을 증대시켜서 온도 검출을 행할 수 있으므로 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 지지 다리(16A) 및 지지체(16B)는 고열 전도 재료로 구성되어 있다. 이 때문에, 히터(13)에 의한 열을 촉매층(15)에 효율적으로 전달할 수 있고, 촉매층(15)에서 발생한 열을 효율 좋게 모아 지지 다리(16A) 경유로 측온 소자(14)의 온접점(HP)에 전달할 수 있다. 따라서, 수소와 산소의 반응열을 효율 좋게 수집할 수 있으므로 검출 대상 가스의 검출 감도를 높일 수 있다.
또한, 지지체(16B)의 막 두께는 촉매층(15)의 막 두께보다 얇게 되어 있다. 이 때문에, 촉매층(15)의 수소나 산소와의 접촉 가능 면적을 크게 함으로써 촉매층(15)이 대형화되었다고 해도 지지체(16B)에 대한 열용량의 증대는 억제할 수 있다. 따라서, 접촉 연소식 가스 센서(1)의 응답성의 악화를 억제할 수 있다.
또한, 지지체(16B)에는 다수의 관통 구멍(16C)이 형성되어 있다. 이 때문에, 관통 구멍(16C)에 촉매층(15)을 진입시켜서 촉매층(15)을 형성할 수 있으므로 촉매층(15)과 지지체(16B)의 밀착성이 향상되어 안정된 상태로 촉매층(15)을 지지체(16B)에 지지시킬 수 있다. 또한, 관통 구멍(16C)의 수는 다수가 아니라 소수이어도 좋고, 단수(1개)이어도 좋다. 이와 같이, 관통 구멍(16C)은 1개 또는 복수 개이어도 좋다.
또한, 지지체(16B)를 적층 방향으로 보았을 때의 면적은 기판 본체(11A)에 설치된 멤브레인(M)의 면적보다 크게 되어 있다. 이 때문에, 지지체(16B)의 면적, 나아가서는 촉매층(15)에 있어서의 수소나 산소와 접촉 가능 면적을 보다 크게 할 수 있다. 따라서, 수소와 산소의 반응열을 보다 크게 할 수 있으므로 검출 대상 가스의 검출 감도를 높일 수 있다.
이어서, 제1 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 2~도 5는 접촉 연소식 가스 센서의 각 제조 공정에 있어서 접촉 연소식 가스 센서가 제조되는 상태를 순서대로 나타내는 도면이다. 도 2a~도 5c의 각 도면에 있어서, 도 2a, 도 3a, 도 4a 및 도 5a는 평면도, 도 2b, 도 3b, 도 4b 및 도 5b는 도 2a, 도 3a, 도 4a 및 도 5a의 B-B선 단면도, 도 2c, 도 3c, 도 4c 및 도 5c는 도 2a, 도 3a, 도 4a 및 도 5a의 C-C선 단면도이다. 접촉 연소식 가스 센서(1)를 제조할 때에는 우선, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제조 후에 기판 본체(11A)가 되는 단결정 실리콘층(111A)의 상층에 3층의 절연막층(111B)을 형성하고, 하층에 2층의 절연막층(111C)을 형성한다. 절연막층(111B, 111C)은 플라즈마 CVD법이나 LP-CVD법 등의 적당한 방법을 사용해서 제막한다. 다른 절연막층도 마찬가지의 방법으로 제막할 수 있다. 2층의 절연막층(111C)은 도 1에 나타내는 절연 하층(11D)이 된다. 예를 들면, 3층의 절연막층(111B) 중, 상층 및 하층은 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어지고, 중층은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 이루어진다. 또한, 2층의 절연막층(111C) 중, 상층은 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어지고, 하층은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 이루어진다.
계속해서, 열 전달막(17) 및 하측 측온 소자(14B)가 되는 반도체막을 형성한다. 반도체막은, 예를 들면 다결정 실리콘을 감압 CVD법으로 형성하고, 인 등의 불순물을 이온 주입법으로 도입하는 등 해서 설치함으로써 형성한다. 이온 주입 후에는 램프 어닐링을 행해서 이온을 활성화시켜도 좋다. 또한, 이온 주입 대신에 확산로에서 인 등의 불순물을 열 확산해도 좋다. 또한, 다결정 실리콘의 대신에 철 실리사이드, SiGe, 비스무트 안티몬 등을 스퍼터링법으로 제막해도 좋다. 다른 반도체막도 마찬가지의 방법으로 제막할 수 있다.
이렇게 해서 형성한 반도체막을, 예를 들면 포토리소그래피 기술을 사용하여 패터닝해서 소망의 패턴 형상으로 하고, 에칭을 행하여 열 전달막(17) 및 하측 측온 소자(14B)를 형성한다. 열 전달막(17), 하측 측온 소자(14B) 및 절연막층(111B)의 상층에 절연막층(111D)을 제막한다. 그리고 열 전달막(17) 및 하측 측온 소자(14B)의 상측에 절연막층(111D)을 개재한 상층에 히터(13) 및 상측 측온 소자(14A)를 설치하고, 그 상층에 절연막층(111E)을 제막한다. 절연막층(111B, 111D, 111E)은 도 1에 나타내는 절연 상층(11B)을 형성한다. 예를 들면, 절연막층(111D)은 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어지고, 절연막층(111E)은 실리콘 질화막(Si3N4)으로 이루어진다.
계속해서, 예를 들면 포토리소그래피 기술을 사용하여 절연막층(111E)에 소망 형상의 콘택트 홀 패턴을 형성하고, 히터(13) 및 측온 소자(14)의 일부를 노출시킨다. 그 후, 절연막층(111E)을 에칭한다. 그리고, 예를 들면 백금으로 이루어지는 도전막을, 예를 들면 스퍼터법으로 제막하고, 에칭 등을 행하여 표면 배선(19)을 설치한다.
그리고 도 3에 나타내는 바와 같이, 절연 상층(11B) 및 표면 배선(19) 위에 절연막(희생막)층(111F)을 더 형성하고, 그 상면에 포토리소그래피 기술을 사용해서 도 1에 나타내는 지지 부재(16)를 형성하기 위한 지지 부재용 오목부를 형성한다. 또한, 예를 들면 절연막층(111F)은 SiO2로 이루어진다. 계속해서, 도금법에 의해 절연막층(111F)의 상면에 도전막을 형성한다. 도전막은, 예를 들면 구리로 이루어진다. 그리고 CMP 기술에 의해 지지 부재용 오목부에 도전막을 잔존시킴으로써 지지 부재(16)를 형성한다. 지지 부재(16)는 히터(13)에 대하여 1층의 절연막층(111E)을 개재하여 인접하고 있으므로, 히터(13)와 지지 부재(16)는 열적으로 접속되고, 히터(13)의 열이 지지 부재(16)에 전열되어 지지 부재(16)의 온도는 히터(13)의 온도와 대략 동일하게 된다. 그 후, 단결정 실리콘층(111A)을 하면(저면)으로부터 에칭하여 오목부(11C)를 형성하고, 오목부(11C)를 형성함으로써 절연 상층(11B)의 일부(도 1b에 나타내는 대략 중앙 부분)를 멤브레인(M)으로 한 기판 본체(11A)가 된다.
계속해서, 절연막층(111F)을 에칭한다. 여기에서는, 예를 들면 완충 불산을 사용한 에칭을 행한다. 절연막층(111F)과, 그 하층의 절연막층(111E) 및 표면 배선(19)은 각각 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(Si3N4), 및 백금(Pt)으로 이루어진다. 절연막층(111F)과 절연막층(111E)에서는 완충 불산에 대한 에칭 속도가 크게 다르다. 이 때문에, 절연막층(111F)을 에칭할 때에 절연막층(111F)의 하층의 절연막층(111E)이 에칭 스토퍼로서 기능한다. 지지체(16B)에는 매트릭스형상으로 정렬한 다수의 관통 구멍(16C)이 형성되어 있다. 완충 불산은 관통 구멍(16C)으로부터 침입할 수 있으므로 절연막층(111F)의 에칭 시간이 단축된다.
절연막층(111F)의 에칭을 행하면 도 4에 나타내는 바와 같이, 지지 부재(16) 및 표면 배선(19)이 노출한 형태가 된다. 그 후, 지지 부재(16)에 있어서의 지지체(16B)의 상면에 있어서, 촉매 페이스트의 도포 및 소성을 행한다. 촉매 페이스트는, 예를 들면 백금으로 이루어지는 촉매 미립자가 담지된 다공질 알루미나 분말과 유기 비히클(α-테르피네올과 프탈산 디n-부틸)을 혼합해서 제작된다. 이 촉매 페이스트를 지지 부재(16)의 지지체(16B)의 표면에 디스펜서를 사용해서 도포한 후, 예를 들면 700℃, 1시간의 조건하에 두어서 오븐에서 소성한다. 이렇게 해서, 도 5에 나타내는 바와 같이 지지 부재(16)의 지지체(16B)에 촉매층(15)을 형성할 수 있다. 또한, 촉매층(15)의 소성은 절연막층(111F)의 에칭을 행하기 전이며, 기판 본체(11A)의 저면에 오목부(11C)를 형성한 후에 행해도 좋고, 오목부(11C)를 형성하기 전에 행해도 좋다.
그 후에는 절연 하층(11D)의 하면을 다이본드재(21)로 베이스재(31)에 부착하여 고정하고, 와이어(20)를 개재하여 표면 배선(19)이나 전극(32)을 접속한다. 그리고 필터(33)에 의해 기판(11) 및 기판(11)에 탑재된 히터(13), 측온 소자(14), 및 촉매층(15) 등을 덮는다. 이렇게 해서 접촉 연소식 가스 센서(1)가 완성된다.
이와 같이 접촉 연소식 가스 센서(1)를 제작할 때에 절연막(희생막)을 형성해서 지지 부재(16) 및 지지체(16B)에 지지되는 촉매층(15)을 형성하고 있다. 이 때문에, 용이하며 또한 정밀도 좋게 지지 부재(16) 및 촉매층(15)을 제조할 수 있다. 기판(11) 위의 구리 등을 적층시켜서 지지 부재(16)를 설치함으로써 기판(11)을 제작하는 공정의 흐름에서 지지 부재(16) 및 촉매층(15)을 제조할 수 있다. 따라서, 클린룸 내에 설치된 고정밀한 미세 가공 설비를 사용한 제조 공정에서 접촉 연소식 가스 센서(1)를 제조할 수 있기 때문에, 고품질, 고수율, 저비용으로 대량 생산을 행하는 것이 가능해진다.
[제2 실시형태]
이어서, 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 도 6은 제2 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 도면이며, 도 6a는 평면도, 도 6b는 B-B선 단면도이다. 도 6a, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(2)는 상기 제1 실시형태와 비교해서 기판(11)과 지지체(16B) 사이에 차열체(40)가 설치되어 있는 점에 있어서 주로 상이하다.
차열체(40)는 기판(11)에 거의 수직으로 세워진 차열체 지지 다리(41)에 의해 지지되어 있다. 차열체(40)는 도 6a에 나타내는 바와 같이, 박판형상이며, 그 두께는 지지체(16B)의 두께와 대략 동일하게 되어 있다. 또한, 차열체(40)와 차열체 지지 다리(41)는 일체적으로 성형되어 있다.
차열체(40)에는 복수의 관통 구멍(42)이 형성되어 있다. 복수의 관통 구멍(42)은 복수의 관통 구멍(16C)과 마찬가지로 매트릭스형상으로 정렬한 상태로 형성되어 있다. 위로부터 보았을 때, 차열체(40)와 지지체(16B)가 겹치는 영역에 있어서, 차열체(40)에 형성된 관통 구멍(42)은 지지체(16B)에 형성된 관통 구멍(16C)과 위치가 일치하도록 형성되어 있다. 또한, 각각 관통 구멍(42)은 각각의 관통 구멍의 위치는 반드시 일치시키지 않아도 좋다.
차열체 지지 다리(41)의 일부는 기판(11)에 열적 및 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 차열체(40) 및 차열체 지지 다리(41)는 모두 열 전도성과 도전성이 우수한 재료, 예를 들면 구리 등의 금속으로 구성되어 있다. 와이어(20)의 일단은 전극(32)에 접속되며, 또 다른 일단은 표면 배선(19)에 전기적으로 접속되어 있다. 도시되지 않는 제어 장치로부터 공급되는 구동 전류는 와이어(20)를 개재하여 히터(13)에 공급된다.
이상 설명한 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(2)는 상기 제1 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(1)와 마찬가지의 작용 효과를 나타낸다. 또한, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(2)는 차열체(40)를 구비하고 있으며, 차열체(40)는 촉매층(15) 및 지지체(16B)와 측온 소자(14) 사이에 개재되어 있다. 이 때문에, 차열체(40)는 촉매층(15) 및 지지체(16B)로부터 방출되는 열을 차단하고, 촉매층(15)으로부터 측온 소자(14)로의 직접적인 열의 이동, 특히 복사열이나 대류에 의한 열의 이동을 억제할 수 있다. 따라서, 측온 소자(14)에서는 적절한 냉접점(CP) 및 온접점(HP) 사이에 있어서의 온도차에 의거하는 촉매층(15)의 온도의 검출을 행할 수 있다. 또한, 차열체(40)는 측온 소자(14)의 실드로서도 기능하여 노이즈를 저감할 수 있다. 따라서, 촉매층(15)의 온도, 또한 검출 대상 가스의 검출 감도를 더 높게 할 수 있다.
또한, 차열체(40)는 열 전도성이 우수한 차열체 지지 다리(41)를 개재하여 기판(11)에 설치되어 있다. 이 때문에, 차열체(40)의 온도를 기판(11)의 온도에 더 근접하게 할 수 있다. 따라서, 차열체(40)에 의한 촉매층(15)으로부터 기판(11)으로의 열의 이동을 보다 적합하게 차폐할 수 있다. 그 결과, 촉매층(15)의 온도의 검출 정밀도, 또한 검출 대상 가스의 검출 감도를 더 높게 할 수 있다.
[제3 실시형태]
계속해서, 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 도 7은 제3 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 도면이며, 도 7a는 평면도, 도 7b는 도 7a의 B-B선 단면도이다. 도 7a, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(3)는 상기 제1 실시형태와 비교해서 지지체(16B)의 상면과 하면(정상면과 저면)의 양쪽에 촉매층(50)이 형성되어 있는 점에서 상기 제1 실시형태와 주로 상이하다.
도 7b에 나타내는 바와 같이, 촉매층(50)은 지지체(16B)의 상면 및 하면에 형성되어 있다. 이 중, 상면측에 형성된 촉매층(50)은 대략 사각형을 이루는 단면의 상변이 모따기된 형상을 이루고 있다. 또한, 촉매층(50) 중, 지지체(16B)의 상측에 형성된 부분의 두께와 하측에 형성된 부분의 두께는 대략 동일하다. 촉매층(50)은 지지체(16B)의 외주 가장자리보다 외측까지 돌출되어 지지체(16B)를 완전히 포함하도록 형성되어 있다. 지지체(16B)의 하면에 있어서, 촉매층(50)은 지지 다리(16A)와 지지체(16B)가 접합하는 부분을 둘러싸도록 형성되어 있다. 또한, 촉매층(50)은 지지체(16B)에 형성된 관통 구멍(16C)을 통과하여 지지체(16B)의 상면과 하면 사이를 접합하고 있다.
또한, 본 실시형태에서는 기판(11)의 양태가 제1 실시형태와 약간 상이하다. 구체적으로는 기판 본체(11A)에 형성되는 오목부(11C)의 단면은 제1 실시형태에서는 대략 사다리꼴형상인 것에 대하여 본 실시형태에서는 대략 직사각형상이다. 또한, 기판 본체(11A)의 하측에는 절연 하층은 형성되어 있지 않고, 기판 본체(11A)의 하면이 직접 다이본드재(21)에 의해 베이스재(31)에 부착되어 고정되어 있다.
이상 설명한 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(3)는 상기 제1 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(1)와 마찬가지의 작용 효과를 나타낸다. 또한, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(3)는 지지 부재(16)에 있어서의 지지체(16B)의 상면(정상면) 및 하면(저면)의 양측에서 촉매층(50)이 형성되어 있다. 이 때문에, 촉매층(50)에 있어서의 수소나 산소와의 접촉 가능 면적을 더 넓게 할 수 있다. 따라서 수소와 산소의 반응열을 보다 크게 할 수 있으므로 검출 대상 가스의 검출 감도를 높일 수 있다. 또한, 촉매층(50)이 지지체(16B)를 감싸는 형태로 일체 형성되어 있기 때문에 촉매층(50)의 지지체(16B)로부터의 박리 등의 문제를 대폭으로 저감할 수 있다.
이어서, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(3)의 제조 방법에 대해서, 특히 특징적인 촉매의 제조 부분을 중심으로 해서 설명한다. 접촉 연소식 가스 센서(3)을 제조할 때, 도 2에 나타내는 부분까지는 제1 실시형태에 있어서의 접촉 연소식 가스 센서(1)를 제조하는 공정과 공통이다.
계속해서, 상기 제1 실시형태에서는 도 3에 나타내는 절연막(희생막)층(111F)을 1층 형성하지만, 본 실시형태에서는 도 8에 나타내는 바와 같이, 제1 희생막층(121), 제2 희생막층(122), 및 제3 희생막층(123)을 형성한다. 제1 희생막층(121) 및 제3 희생막층(123)은, 예를 들면 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어지고, 제2 희생막층(122)은, 예를 들면 실리콘 질화막(Si3N4)으로 이루어진다. 제3 희생막층(123)은 지지체(16B)의 하측에 형성되는 촉매층(50)과 같은 두께로 해 둔다. 그리고 제1 실시형태에 있어서, 절연막층(111F)을 에칭 등을 하는 것과 마찬가지로 제1 희생막층(121), 제2 희생막층(122), 및 제3 희생막층(123)을 에칭 등을 하고, 에칭에 의해 형성된 오목부를 따른 형상의 지지 부재(16)를 설치한다.
그 후, 제3 희생막층(123)을 제거하고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 지지체(16B)의 상면(정상면) 및 하면(저면)에 대하여 촉매 페이스트(15A)의 도포 및 소성을 행하여 촉매층(50)을 형성한다. 촉매 페이스트(15A)를 도포할 때, 지지체(16B)에 도포한 촉매 페이스트가 제2 희생막층(122)의 표면에 도달하도록 촉매 페이스트의 도포막 두께, 면적, 밀도, 및 점도, 또한 관통 구멍(16C)의 사이즈, 개수, 배치를 조정한다. 이렇게 해서, 제2 희생막층(122)의 표면을 따라 촉매층(50)을 성형한다. 그 후, 오븐에서 소성함으로써 촉매층(50)을 형성한다. 그 후에는 적당한 시기에 제2 희생막층(122) 및 제1 희생막층(121)을 제거한다. 또한, 촉매 페이스트의 도포 및 소성은 복수 회 행해도 좋다.
이와 같이, 제3 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(3)를 제조함에 있어서, 촉매층(50)을 지지체(16B)의 하면(저면)에 제조할 경우에 촉매층(50)의 두께에 따른 희생막층(제3 희생막층(123))을 형성해 둔다. 이 때문에, 지지체(16B)의 하면에 촉매층(50)을 제조할 때의 촉매층(50)의 두께를 용이하게 조정할 수 있다.
[제4 실시형태]
계속해서, 제4 실시형태에 대해서 설명한다. 도 10은 제4 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서를 나타내는 도면이며, 도 10a는 평면도, 도 10b는 도 10a의 B-B선 단면도이다. 도 10a, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(4)는 상기 제1 실시형태와 비교해서 가스 센서 본체 이외에 촉매의 레퍼런스가 설치된 참조용 가스 센서가 설치되어 있는 점과, 히터(61)가 지지 부재의 역할도 겸하고 있는 점에서 상기 제1 실시형태와 주로 상이하다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 접촉 연소식 가스 센서(4)는 가스 센서 본체(60)와, 레퍼런스 장치(70)를 구비하고 있다. 가스 센서 본체(60)와 레퍼런스 장치(70)는 베이스재(31) 상에 있어서 나란히 설치되어 있고, 모두 필터(33)에 의해 덮여 있다.
가스 센서 본체(60)는 상기 제1 실시형태의 접촉 연소식 가스 센서(1)와 마찬가지의 기판(11), 측온 소자(14), 및 열 전달막(17) 등을 구비하고 있다. 또한, 가스 센서 본체(60)는 히터(61) 및 촉매층(62)을 구비하고 있다. 히터(61)는 촉매층(62)을 승온시킴과 아울러, 촉매층(62) 내부의 온도를 균일하게 하는 작용을 구비하고 있다. 히터(61)는, 예를 들면, 백금(Pt)에 의해 구성되어 있다. 또한, 히터(61)는 백금에 대신에 Ti, W, Mo, Cr, Ni, Al, Cu, Ag, Au 등의 금속으로 구성되어 있어도 좋고, TiSi, WSi, MoSi, TaSi, CrSi, NiSi 등의 실리사이드 또는 NiCr, AiCu 등의 합금을 사용해도 좋다. 또한, 다른 실시형태에 있어서의 히터 등에 있어서도 이들의 금속, 실리시이드, 합금 등을 사용해도 좋다.
촉매층(62)은 상기 각 실시형태와 마찬가지로 백금(Pt)으로 이루어지는 촉매 미립자가 담지된 다공질 알루미나 분말과 유기 비히클(α-테르피네올과 프탈산 디n-부틸)을 혼합해서 제작한 촉매 페이스트를 도포 및 소성함으로써 형성되어 있다. 촉매층(62)은 대략 T자 형상을 이루고, 다리부와, 판상을 이루는 판부를 구비하고 있다. 도 10b에 나타내는 바와 같이, 촉매층(62)에 있어서의 다리부의 주위 및 판부의 하면측에는 히터(61)가 밀착되어 있다. 이 때문에, 히터(61)도 다리부와 판부를 구비하고 있다. 히터(61)는 촉매층(62)의 지지체로서도 기능한다.
히터(61)의 다리부는 측온 소자(14) 사이에 제공되며, 기판(11)의 절연 상층(11B)으로부터 상방으로 거의 수직으로 세워져 있다. 또한, 히터(61)의 판부의 저면단부는 표면 배선(19)과 전기적으로 접속되어 있다. 표면 배선(19)을 개재하여 히터(61)에 구동 전류가 공급된다. 또한, 히터(61)에 있어서의 외측 둘레 가장자리는 촉매층(62)에 의해 덮여 있다.
레퍼런스 장치(70)는 가스 센서 본체(60)와 비교해서 촉매층(62) 대신에 촉매층(62)의 대략 동일 형상의 레퍼런스층(71)을 구비하고 있다. 그 이외의 점에 있어서, 레퍼런스 장치(70)는 가스 센서 본체(60)와 거의 동일 구성을 갖고 있다. 레퍼런스 장치(70)에 있어서의 레퍼런스층(71)의 다리부 주위 및 판부의 하면측에는 가스 센서 본체(60)의 촉매층(62)과 마찬가지로 히터(61)가 밀착되어 있다. 레퍼런스층(71)은 다공질 알루미나 분말과 유기 비히클(α-테르피네올과 프탈산 디n-부틸)을 혼합해서 제작한 페이스트를 도포 및 소성함으로써 형성되어 있다. 요컨대, 레퍼런스층(71)은 백금(Pt)으로 이루어지는 촉매 미립자를 담지하고 있지 않는 점에서 촉매층(62)과 상이하다.
또한, 가스 센서 본체(60) 및 레퍼런스 장치(70)는 다이본드재(21)에 의해 베이스재(81)에 부착되어 고정되어 있다. 베이스재(81)가 상방이 개구하는 상자형을 이루고 있다. 상방의 개구부에는 필터(82)가 설치되어 있다. 베이스재(81)의 하면에는 전극(83)이 형성되어 있다. 전극(83)은 제어 장치와 접속된다.
이상 설명한 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(4)는 상기 제1 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(1)와 마찬가지의 작용 효과를 나타낸다. 또한, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(4)는 가스 센서 본체(60)와, 촉매층(62)의 레퍼런스층(71)을 갖는 레퍼런스 장치(70)를 구비하고 있다. 이 때문에, 가스 센서 본체(60)에 있어서의 출력 전압과, 레퍼런스 장치(70)에 있어서의 출력 전압을 비교함으로써 환경 온도나 습도당에 기인하는 드리프트를 대폭으로 저감할 수 있으므로, 수소를 검출할 때의 재현성을 높일 수 있다.
또한, 가스 센서 본체(60) 및 레퍼런스 장치(70)의 각각에 있어서의 히터(61)는 기판 본체(11A)에 있어서의 절연 상층(11B)에 침입하고 있다. 이 때문에, 히터(61)가 기판 본체(11A)로부터 박리되기 어려워지도록 할 수 있다. 또한, 히터(61)에 다수의 관통 구멍이 형성되어 있음으로써 촉매층(62)이나 레퍼런스층(71)이 히터(61)로부터 박리되기 어려워지도록 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 가스 센서 본체(60)는 히터(61)가 지지체로서 기능하고 있지만, 상기 각 실시형태와 마찬가지로 기판에 히터를 설치하고, 기판에 열적으로 접속된 지지체에 촉매를 설치한 가스 센서 본체를 설치하도록 해도 좋다. 이 경우의 레퍼런스 장치는 기판에 히터를 설치하고, 그 히터와 열적으로 접속되어 있지만 히터로서는 기능하지 않는 지지체에 백금 촉매 미립자를 담지하고 있지 않는 레퍼런스층을 형성하면 좋다.
[제5 실시형태]
계속해서, 제5 실시형태에 대해서 설명한다. 도 11은 제5 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서의 측단면도이며, 도 11a는 평면도, 도 11b는 도 11a의 B-B선 단면도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(5)는 상기 제1 실시형태와 비교해서 촉매층(90)이 기판의 저면측에 형성되어 있는 점에 있어서 주로 상이하다.
도 11b에 나타내는 바와 같이, 접촉 연소식 가스 센서(5)에서는 촉매층(90)이 기판(11)을 개재하여 히터(13) 및 측온 소자(14)의 반대측(기판(11)의 저면측)에 형성되어 있다. 촉매층(90)은 지지체(91)에 의해 지지되어 있다. 지지체(91)는 지지 다리(92)에 의해 지지되어 있다. 지지 다리(92)는 기판(11)에 있어서의 오목부(11C)에 거의 수직으로 세워져 있다. 지지체(91)의 요철은 기판(11)의 저면측의 요철을 따르고 있고, 오목부(11C)가 형성되어 있는 부분이 돌출하는 형상을 이루고 있다. 지지체(91)는 기판(11)의 저면측의 거의 전역에 걸쳐 형성되어 있으며, 적층 방향으로 볼 때 오목부(11C)보다 넓은 면적으로 되어 있다. 또한, 베이스재(81), 필터(82) 및 전극(83)에 대해서는 베이스재(81)에 단차가 형성되어 있지 않은 점을 제외하고, 상기 제4 실시형태와 마찬가지의 구성을 갖고 있다.
이상 설명한 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(5)는 상기 제1 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(1)와 마찬가지의 작용 효과를 나타낸다. 또한, 본 실시형태에 의한 접촉 연소식 가스 센서(5)는 촉매층(90)이 기판(11)을 개재하여 히터(13) 및 측온 소자(14)의 반대측에 형성되어 있다. 이 때문에, 촉매층(90)을 형성하는 측에 히터(13) 등의 다른 소자를 설치할 필요가 없으므로, 촉매층(90)을 크게 하기 위한 스페이스를 확보하기 쉽게 할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 상세하게 설명해 왔지만, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.
예를 들면, 냉접점(CP)과 온접점(HP)의 온도차를 계측하는 소자로서는 서모파일로 이루어지는 측온 소자 이외의 측온 소자이어도 좋다. 예를 들면, 단일의 열전쌍으로 구성해도 좋다. 또는 저항체나 적외선 검출 소자 등의 소자를 사용해도 좋다. 또한, 상기 각 실시형태에서는 히터를 설치하고 있지만, 히터를 설치하는 일 없이 촉매층을 가열하도록 해도 좋다. 또는 촉매와 검출 대상 가스의 종류에 따라서는 촉매층에 있어서의 검출 대상 가스와 공기 중의 물질의 반응이 진행되어 촉매층의 온도가 변화되는 것이라면 히터를 설치할 필요는 없다.
또한, 예를 들면 상기 제1 실시형태에서는 지지체(16B)에 관통 구멍(16C)을 형성하고 있지만, 관통 구멍(16C)이나 관통 구멍을 대신하는 오목부 등을 형성하지 않아도 좋다. 또한, 지지체(16B)를 기판의 적층 방향으로 보았을 때의 면적은 오목부(11C)를 기판(11)의 적층 방향으로 보았을 때의 면적보다 작아지거나, 동등하도록 해도 좋다. 또한, 상기 각 실시형태나 변형예의 각 요소는 다른 실시형태에 있어서의 요소로 치환하거나 교체하거나, 또는 다른 실시형태에 부가하거나 해도 좋다.
1~5 : 접촉 연소식 가스 센서 11 : 기판
11A : 기판 본체 11B : 절연 상층
11C : 오목부 11D : 절연 하층
13, 61 : 히터 14 : 측온 소자
15, 50, 62, 90 : 촉매층 16 : 지지 부재
16A, 92 : 지지 다리 16B, 91 : 지지체
16C : 관통 구멍 17 : 열 전달막
19 : 표면 배선 20 : 와이어
21 : 다이본드재 31, 81 : 베이스재
32, 83 : 전극 33, 82 : 필터
34 : 절연재 40 : 차열체
41 : 차열체 지지 다리 42 : 관통 구멍
60 : 가스 센서 본체 70 : 레퍼런스 장치
71 : 레퍼런스층 111A : 단결정 실리콘층
111B, 111C, 111D, 111E : 절연막층 111F : 절연막(희생막)층
121 : 제1 희생막층 122 : 제2 희생막층
123 : 제3 희생막층 M : 멤브레인
CP : 냉접점 HP : 온접점

Claims (13)

  1. 기판과,
    검출 대상 가스의 화학 반응을 촉진하기 위한 촉매를 포함하는 촉매층과,
    적어도 상기 화학 반응에 의한 상기 촉매층의 상승 온도를 검출하는 측온 소자와,
    지지 부재로서,
    상기 지지 부재는 상기 화학 반응에 의해 발생한 열을 상기 측온 소자를 향해 전달함과 아울러 서로 접속된 지지 다리 및 지지체로 이루어지는 지지 부재로서, 상기 지지 다리는 상기 기판과 상기 촉매층 사이에 설치됨과 아울러 상기 촉매층을 상기 기판으로부터 이간시키고, 상기 지지체는 상기 촉매층을 지지하는 지지 부재를 구비하고,
    상기 지지체의 막 두께는 상기 촉매층의 막 두께보다 얇고,
    상기 촉매층은 상기 지지체의 정상면 및 저면에 형성되어 있으며,
    상기 지지체에는 적어도 1개의 관통 구멍이 형성되어 있고, 상기 촉매층의 적어도 일부는 관통 구멍에 들어가 있는 접촉 연소식 가스 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매층을 가열하는 가열 소자를 구비하는 접촉 연소식 가스 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측온 소자는 서모파일을 포함하는 접촉 연소식 가스 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지체는 고열 전도 재료를 포함하는 접촉 연소식 가스 센서.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에 적층된 절연층으로서, 상기 기판에 덮여 있지 않은 멤브레인을 갖는 절연층을 더 구비하고,
    상기 지지체를 적층 방향으로 보았을 때의 면적은 상기 멤브레인을 상기 적층 방향으로 보았을 때의 면적보다 크고, 상기 적층 방향은 상기 기판과 상기 절연층이 적층된 방향인 접촉 연소식 가스 센서.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매층 또는 상기 지지체로부터 방출되는 열을 차단하는 차열체를 더 구비하는 접촉 연소식 가스 센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매를 포함하지 않고, 상기 촉매층과의 비교를 위해 참조되는 레퍼런스층을 더 구비하는 접촉 연소식 가스 센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 상기 측온 소자에 접속되어 있는 접촉 연소식 가스 센서.
  12. 기판을 설치하고,
    검출 대상 가스의 화학 반응을 촉진하기 위한 촉매를 포함하는 촉매층을 형성하고,
    적어도 상기 화학 반응에 의한 상기 촉매층의 상승 온도를 검출하는 측온 소자를 설치하고,
    상기 화학 반응에 의해 발생한 열을 상기 측온 소자를 향해 전달함과 아울러 서로 접속된 지지 다리 및 지지체를 구비하는 지지 부재로서, 상기 지지 다리는 상기 기판과 상기 촉매층 사이에 설치됨과 아울러 상기 촉매층을 상기 기판으로부터 이간시키고, 상기 지지체는 상기 촉매층을 지지하는 지지 부재를 설치하는 것을 포함하며,
    상기 지지체의 막 두께는 상기 촉매층의 막 두께보다 얇고,
    상기 촉매층은 상기 지지체의 정상면 및 저면에 형성되어 있으며,
    상기 지지체에는 적어도 1개의 관통 구멍이 형성되어 있고, 상기 촉매층의 적어도 일부는 관통 구멍에 들어가 있는 접촉 연소식 가스 센서의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 지지체의 정상면 및 저면에서 상기 촉매층을 지지시키고,
    기판상 위에 복수층의 희생막을 형성하고,
    상기 희생막을 따라 상기 지지체를 설치한 후, 상기 희생막의 일부를 제거하고,
    잔존하는 상기 희생막을 따라 상기 촉매층을 성형함으로써 상기 지지체의 저면에서 상기 촉매층을 지지하는 접촉 연소식 가스 센서의 제조 방법.

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