WO2025239394A1 - ガス濃度測定デバイス及び被測定ガス中の被検出対象ガス濃度の測定方法 - Google Patents

ガス濃度測定デバイス及び被測定ガス中の被検出対象ガス濃度の測定方法

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WO2025239394A1
WO2025239394A1 PCT/JP2025/017575 JP2025017575W WO2025239394A1 WO 2025239394 A1 WO2025239394 A1 WO 2025239394A1 JP 2025017575 W JP2025017575 W JP 2025017575W WO 2025239394 A1 WO2025239394 A1 WO 2025239394A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas
heating resistor
electrical wiring
stage
bridges
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Application number
PCT/JP2025/017575
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English (en)
French (fr)
Inventor
陽樹 松尾
翔太 竹村
慎吾 井手
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Kinzoku Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Kinzoku Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Kinzoku Co Ltd filed Critical Mitsui Kinzoku Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/18—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested

Definitions

  • the present invention relates to a gas concentration measurement device used to measure the concentration of a target gas in a gas to be measured.
  • the present invention also relates to a method for measuring the concentration of a target gas in a gas to be measured.
  • thermal conduction gas sensor In a thermal conduction gas sensor, heat from a heating resistor is conducted to the gas to be measured, and the gas concentration in the gas to be measured is measured using the heat lost from the heating resistor.
  • thermal conduction gas sensor for example, one has been proposed that includes a stage that supports a heating resistor, a peripheral portion that surrounds the stage, and a bridge that extends from the peripheral portion of the stage and is connected to the peripheral portion (for example, Patent Document 1).
  • the output is the combined resistance of the resistance value of the wiring section and the resistance value of the detection section, making it difficult to accurately measure the resistance value of the heating resistor placed on the stage, and the measurement accuracy of the target gas concentration was insufficient.
  • an object of the present invention is to provide a gas concentration measurement device with improved measurement accuracy for the concentration of a target gas.
  • the present invention comprises a heating resistor that generates heat when energized; a stage for supporting the heating resistor; a peripheral portion that is spaced apart from the stage and surrounds the stage in a plan view, the heating resistor overlaps with the stage in a plan view,
  • a gas concentration measurement device that measures a concentration of a target gas in a measurement gas based on a resistance value of the heating resistor, the heating resistor has a filament at a portion thereof overlapping with the stage in a plan view; Each end of the wire is connected to a power source via a first electrical wiring,
  • the present invention provides a gas concentration measurement device in which the filament is configured to be connected to a voltage measurement device via a second electrical wiring at the end or at two locations other than the end.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a preferred embodiment of a gas concentration measuring device of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the positions and shapes of the heating resistor, the first electrical wiring, and the second electrical wiring in the gas concentration measuring device shown in FIG. 3 is a cross-sectional view of the gas concentration measuring device shown in FIG. 1 taken along line III-III.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing a preferred method for manufacturing the gas concentration measuring device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view, equivalent to FIG. 1, that schematically shows a gas concentration measuring device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view showing the position and shape of the heating resistor in the gas concentration measuring device shown in FIG. 5, and corresponds to FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of the gas concentration measuring device shown in FIG. 5, and corresponds to FIG.
  • the present invention will now be described based on preferred embodiments thereof with reference to the drawings.
  • the gas concentration measurement device 10 (hereinafter also referred to as "device 10") of this embodiment includes a stage 21 and four or more bridges 22 extending from the periphery of the stage 21.
  • the stage 21 and bridges 22 form a bridge structure 20.
  • the bridge structure 20 includes the stage 21, which is a rectangular plate-like body in a plan view, and four bridges 22 extending from the periphery of the stage 21.
  • the bridges 22 extend in one direction.
  • the device 10 also has a peripheral portion 24 that is spaced from and surrounds the stage 21 in a plan view, and the bridges 22 are connected to the peripheral portion 24.
  • the shape of the stage 21 in a plan view is not limited to a rectangular shape.
  • the bridges 22 include four or more bridges, including a pair of first bridges 22a and a pair of second bridges 22b.
  • the two bridges 22, 22 that make up the pair of first bridges 22a extend in opposite directions from diagonal positions on the periphery of the rectangular stage 21.
  • the two bridges 22, 22 that make up the pair of second bridges 22b also extend in opposite directions from diagonal positions on the periphery of the stage 21.
  • the stage 21 has a multi-layer structure. Specifically, the stage 21 has a four-layer structure consisting of a first insulating layer 121, a second insulating layer 122 disposed on the first insulating layer 121, a third insulating layer 123 disposed on the second insulating layer 122, and a fourth insulating layer 124 disposed on the third insulating layer 123.
  • the layer structure of the stage 21 is not limited to this, and the stage 21 may have, for example, a single-layer structure, a two-layer structure, or a three-layer structure.
  • the fourth insulating layer 124 and the second adhesive layer 42 described later are omitted from the illustration in order to clearly show the positions and shapes of the heating resistor 31, first electrical wiring 311, and second electrical wiring 312 described later.
  • the device 10 has a heating resistor 31 that generates heat when electricity is applied.
  • the heating resistor 31 is supported by the stage 21 and overlaps the stage 21 in a plan view. More specifically, in the embodiment shown in Figures 1 to 3, the stage 21 includes the heating resistor 31 inside in its thickness direction.
  • the heating resistor 31 is disposed on the third insulating layer 123, and a fourth insulating layer 124 is disposed above and to the side of it. In this way, the heating resistor 31 is surrounded by the third insulating layer 123 and the fourth insulating layer 124, preventing contact with the surrounding gas, thereby improving the durability of the heating resistor 31.
  • the portion of the heating resistor 31 that overlaps with the stage 21 in a plan view consists of a single wire.
  • This wire extends within the stage 21, meandering repeatedly in one direction and then the opposite direction without crossing itself.
  • This shape of the wire increases the resistance value of the heating resistor 31. As a result, it becomes possible to measure the concentration of the target gas with less power consumption.
  • one first electrical wiring 311 is arranged on each of the pair of first bridges 22a.
  • the wire constituting the heating resistor 31 has a pair of end portions 34, 34, each of which is connected to a power source (not shown) via two first electrical wirings 311, 311.
  • the wire is connected to two wire bonding pads 32, 32 (hereinafter also referred to as "power source pads 32") arranged on the peripheral edge portion 24 via the two first electrical wirings 311, 311, and the heating resistor 31 (wire) can be connected to a power source using these power source pads 32, 32.
  • a second electrical wiring 312 is disposed on each of the pair of second bridges 22b.
  • the wire constituting the heating resistor 31 is connected to a voltage measuring device (not shown) at two locations 35, 35 other than the ends 34, 34 via the second electrical wiring 312. More specifically, the wire is connected to two wire bonding pads 33, 33 (hereinafter also referred to as "voltage measuring device pads 33") arranged on the peripheral edge portion 24 via the two second electrical wirings 312, 312. Therefore, the heating resistor 31 (wire) can be connected to the voltage measuring device using the voltage measuring device pads 33, 33. Alternatively, the wire may be adapted to be connected at its ends 34, 34 to a voltage measuring device via second electrical wiring 312.
  • the heating resistor 31 When the heating resistor 31 is energized to generate heat, after a predetermined time has passed, the amount of heat generated balances the amount of heat absorbed by the surrounding measurement gas, and the temperature reaches a steady state.
  • the temperature of the heating resistor 31 at this time depends on the thermal conductivity (heat absorption) of the measurement gas. Because the thermal conductivity of the measurement gas varies depending on the composition of the gas, the temperature of the heating resistor in the steady state changes depending on the composition of the measurement gas. Therefore, the concentration of the target gas in the measurement gas can be measured based on the resistance value of the heating resistor 31 at this time.
  • the device 10 includes the first electrical wiring 311, which is a power supply wiring, and the second electrical wiring 312, which is a voltage measurement wiring, so that the resistance value of the heating resistor 31 can be measured by a so-called four-terminal measurement method. Therefore, compared to a thermal conduction gas sensor using a two-terminal measurement method, the voltage drop can be suppressed, and the resistance value of the heating resistor 31 can be measured with higher accuracy, thereby improving the measurement accuracy of the target gas concentration. From this perspective, the distance between the portions 35, 35 is preferably 60% to 100% of the distance between the ends 34, 34, more preferably 65% to 100%, and even more preferably 70% to 100%.
  • the “distance between the ends 34, 34” refers to the path that a current travels from one end 34 to the other end 34 when a current flows between the ends 34, 34.
  • the “distance between the portions 35, 35” refers to the path that a current travels from one portion 35 to the other portion 35 when a current is passed between the portions 35, 35.
  • the first electrical wiring 311 or the second electrical wiring 312 is arranged on each of the four bridges 22. Therefore, if a bridge 22 breaks during the manufacture of the device 10, the first electrical wiring 311 or the second electrical wiring 312 arranged on that bridge 22 will also break at the same time. Therefore, the presence or absence of a break in the bridge 22 can be easily inspected by an electrical inspection in which a current is passed through both electrical wirings 311, 312. In this way, the device 10 does not require complicated inspections such as diagnostic imaging, making it easier to inspect for defective products.
  • W1/W2 which is the width W1 of the first electrical wiring 311 relative to the width W2 of the second electrical wiring 312, is preferably 1 or more, more preferably 5 or more, and even more preferably 10 or more. Furthermore, from the viewpoint of providing sufficient strength to the second electrical wiring 312 and suppressing the occurrence of breakage of the second electrical wiring 312, W1/W2 is preferably 150 or less, more preferably 100 or less, and even more preferably 50 or less.
  • the width W1 of the first electrical wiring 311 refers to the length perpendicular to the longitudinal direction (direction of current flow) of the first electrical wiring 311 in a planar view. If the width varies depending on the location, the width at the widest location is taken as the width W1 of the first electrical wiring 311. The above also applies to the width W2 of the second electrical wiring 312.
  • the width W1 of the first electrical wiring 311 is preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, and even more preferably 10 ⁇ m or more. Furthermore, from the viewpoint of preventing the heat generated from the heating resistor 31 from being transmitted to the peripheral portion 24 via the first electrical wiring 311, the width W1 of the first electrical wiring 311 is preferably 300 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or less, and even more preferably 150 ⁇ m or less.
  • the width W2 of the second electrical wiring 312 is preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, and even more preferably 10 ⁇ m or more. Furthermore, from the viewpoint of preventing the heat generated from the heating resistor 31 from being transmitted to the peripheral portion 24 via the second electrical wiring 312, the width W2 of the second electrical wiring 312 is preferably 300 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or less, and even more preferably 150 ⁇ m or less.
  • the thickness T1 of the first electrical wiring 311 is preferably 0.01 ⁇ m or more, more preferably 0.02 ⁇ m or more, even more preferably 0.05 ⁇ m or more, particularly preferably 0.1 ⁇ m or more, and preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, even more preferably 1 ⁇ m or less, particularly preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • the thickness T2 of the second electrical wiring 312 is preferably 0.01 ⁇ m or more, more preferably 0.02 ⁇ m or more, even more preferably 0.05 ⁇ m or more, particularly preferably 0.1 ⁇ m or more, and preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, even more preferably 1 ⁇ m or less, particularly preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the heating resistor 31 is preferably 0.01 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 0.02 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and even more preferably 0.05 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and particularly preferably 0.1 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • the thicknesses of the first electrical wiring 311, the second electrical wiring 312, the heating resistor 31, and the first adhesion layer 41 and the second adhesion layer 42 described later can be measured using a stylus-type step gauge, an electron microscope, or an optical three-dimensional measuring device.
  • the inventors have found that by setting the heat capacity of the heating resistor 31 and its surroundings to a predetermined value or less, the amount of temperature change of the heating resistor 31 in response to changes in the concentration of the target gas can be sufficiently increased, thereby improving the measurement accuracy and sensitivity of the target gas concentration in the measurement gas.
  • the total heat capacity of the heating resistor 31 and the stage 21 is preferably 3.2 ⁇ 10 ⁇ 2 J/K or less, more preferably 2.2 ⁇ 10 ⁇ 2 J/K or less, and even more preferably 1.5 ⁇ 10 ⁇ 2 J/K or less.
  • the total heat capacity of the heating resistor 31 and the stage 21 is preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 10 J/K or more, more preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 9 J/K or more, and even more preferably 2.0 ⁇ 10 ⁇ 9 J/K or more.
  • 1 to 3 has a bridge structure 20 consisting of a stage 21 containing a heating resistor 31 therein and a bridge 22.
  • the area S of the stage 21 in a planar view is preferably 3.6 ⁇ 10 7 ⁇ m 2 or less, more preferably 1 ⁇ 10 6 ⁇ m 2 or less, and even more preferably 6.4 ⁇ 10 5 ⁇ m 2 or less.
  • S is preferably 100 ⁇ m 2 or more, more preferably 200 ⁇ m 2 or more, and even more preferably 400 ⁇ m 2 or more.
  • the length of one side of the stage 21 is preferably 10 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less, more preferably 12.5 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and even more preferably 20 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less, provided that S is within the above-mentioned range.
  • S/V is preferably 0.0010 ⁇ m ⁇ 1 or more, more preferably 0.00125 ⁇ m ⁇ 1 or more, and even more preferably 0.0016 ⁇ m ⁇ 1 or more. Furthermore, from the viewpoint of reducing power consumption, S/V is preferably 10 ⁇ m ⁇ 1 or less, more preferably 7.0 ⁇ m ⁇ 1 or less, and even more preferably 5.0 ⁇ m ⁇ 1 or less.
  • the resistance value of the heating resistor 31 has high temperature dependency.
  • the temperature coefficient of resistance ⁇ t of the heating resistor 31 at 25°C is preferably 100 ppm/°C or more, more preferably 500 ppm/°C or more, and even more preferably 1000 ppm/°C or more.
  • materials having a temperature coefficient of resistance ⁇ t of 100 ppm/°C or higher at 25°C include platinum, tungsten, copper, gold, silver, molybdenum, aluminum, tantalum, and alloys thereof.
  • alloys containing platinum include Pt—Nb, Pt—Rh, and Pt—W.
  • the heating resistor 31 contains one or more materials selected from the group consisting of these materials. Among these, from the viewpoint of stability in high-temperature environments, it is particularly preferable that the heating resistor 31 contains platinum or an alloy containing platinum.
  • a first adhesion layer 41 and a second adhesion layer 42 are arranged at positions that contact the lower and upper surfaces of the heating resistor 31, respectively.
  • the first adhesion layer 41 and the second adhesion layer 42 may also be disposed in positions that contact the lower and upper surfaces of the first electrical wiring 311, the second electrical wiring 312, the power supply pad 32, and the voltage measuring device pad 33.
  • the second adhesion layer 42 is made of a non-conductive material, it is preferable that the second adhesion layer 42 is not disposed on the upper surfaces of the power supply pad 32 and the voltage measuring device pad 33.
  • the thickness of the first adhesion layer 41 and the second adhesion layer 42 is preferably 1 nm or more and 200 nm or less, more preferably 2 nm or more and 150 nm or less, and even more preferably 10 nm or more and 100 nm or less, respectively.
  • the fourth insulating layer 124 disposed on the power supply pad 32 and the voltage measurement device pad 33 has been partially removed.
  • the second adhesion layer 42 (or, in an embodiment in which the second adhesion layer is not present, a portion of the power supply pad 32 and the voltage measurement device pad 33) is exposed to the outside.
  • the device 10 has a peripheral portion 24 that surrounds the stage 21.
  • the peripheral portion 24 is preferably spaced apart from the stage 21, and the two are preferably connected via a bridge 22.
  • the peripheral portion 24 preferably includes a substrate 11 and a plurality of insulating layers formed above and below the substrate 11.
  • a first insulating layer 121, a second insulating layer 122, a third insulating layer 123, and a fourth insulating layer 124 are disposed in this order above the substrate 11.
  • a fifth insulating layer 125 and a sixth insulating layer 126 are disposed in this order below the substrate 11.
  • the device 10 may or may not have the fifth insulating layer 125 and the sixth insulating layer 126.
  • the presence or absence of the fifth insulating layer 125 and the sixth insulating layer 126 can adjust the stress applied to the substrate 11.
  • the minimum width of the bridge 22 is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 7.5 ⁇ m or more, even more preferably 10 ⁇ m or more, even more preferably 20 ⁇ m or more, and particularly preferably 30 ⁇ m or more.
  • the minimum width of the bridge 22 is preferably 1500 ⁇ m or less, more preferably 450 ⁇ m or less, even more preferably 300 ⁇ m or less, and even more preferably 200 ⁇ m or less.
  • the "minimum width of the bridge 22" refers to the width of the bridge 22 (the length of the bridge 22 in a direction perpendicular to the longitudinal direction) at the position where the width is minimum when the device 10 is viewed in plan.
  • the substrate 11 preferably comprises silicon (Si).
  • the insulating layers formed above and below the substrate 11 preferably contain a silicon (Si) compound from the viewpoints of availability, ease of formation, and chemical stability, and more preferably contain silicon dioxide (SiO 2 ) and silicon nitride (SiN x , where x is a number between 0.100 and 1.667.) More specifically, the first insulating layer 121, the third insulating layer 123, the fourth insulating layer 124, and the fifth insulating layer 125 are preferably made of SiO 2 , and the second insulating layer 122 and the sixth insulating layer 126 are preferably made of SiN x .
  • the first adhesion layer 41 and the second adhesion layer 42 preferably contain one or more selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), titanium nitride, titanium oxide, titanium oxynitride, tantalum oxide, zirconium, zirconium oxide, yttrium, yttrium oxide, tungsten, tungsten oxide, chromium, chromium oxide, nickel, nickel oxide, and alloys thereof.
  • the material of the heating resistor 31 has already been explained.
  • the materials described above for the heating resistor 31 can be used as materials for the first electrical wiring 311, the second electrical wiring 312, the power supply pad 32, and the voltage measurement device pad 33.
  • the heating resistor 31, the first electrical wiring 311, the second electrical wiring 312, the power supply pad 32, and the voltage measurement device pad 33 may be made of different materials or the same material. From the perspective of enabling simple manufacturing and reducing manufacturing costs, it is preferable that the heating resistor 31, the first electrical wiring 311, the second electrical wiring 312, the power supply pad 32, and the voltage measurement device pad 33 are all made of the same material.
  • Figures 5 to 7 show a device 10 according to yet another embodiment of the present invention.
  • the following description of this embodiment will focus mainly on the differences from the embodiment shown in Figures 1 to 3.
  • Figures 5, 6 and 7 correspond to Figures 1, 2 and 3, respectively.
  • Figures 5, 6 and 7, the same members as those in Figures 1, 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.
  • the device 10 of this embodiment differs from the device 10 shown in Figures 1 to 3 in that the first insulating layer 121, second insulating layer 122, and third insulating layer 123 are disposed across the entire area of the device 10 in the planar direction ( Figure 7).
  • the fourth insulating layer 124 is also disposed across the entire area of the device 10 in the planar direction, except for the area where the power supply pad 32 is located. Due to this structure, the device 10 of this embodiment does not have a bridge 22 or bridge structure 20 ( Figures 5 and 7).
  • the device 10 comprises a diaphragm 23 having a first insulating layer 121, a second insulating layer 122, a third insulating layer 123, and a fourth insulating layer 124, a peripheral edge 24 surrounding the diaphragm 23, and a heating resistor 31 provided at a position somewhere in the thickness direction of the diaphragm 23.
  • the diaphragm 23 is made of a thin film, and its thickness can be the same as the thickness of the stage 21 described above.
  • the diaphragm 23 is rectangular, and the length of one side is preferably 100 ⁇ m or more and 4500 ⁇ m or less, more preferably 150 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less, and even more preferably 200 ⁇ m or more and 1500 ⁇ m or less.
  • the shape of the diaphragm 23 is not limited to a rectangle.
  • the device 10 of this embodiment has a heating resistor 31, two first electrical wires 311, 311 connecting the heating resistor 31 and a power supply pad 32, and two second electrical wires 312, 312 connecting the heating resistor 31 and a voltage measurement device pad 33. At least a portion of the heating resistor 31 that overlaps with the stage 21 in a plan view is made of a filament.
  • the heating resistor 31 when the heating resistor 31, the first electrical wiring 311, and the second electrical wiring 312 are made of the same material, the portion that is densely packed due to meandering or the like is defined as the heating resistor 31, and the portion that extends outward from the heating resistor 31 is defined as the first electrical wiring 311 or the second electrical wiring 312.
  • the heating resistor 31 is located approximately in the center of the diaphragm 23.
  • the portion that overlaps with the figure K in a plan view is defined as the stage 21 of the device 10.
  • the figure K is indicated by a dashed line and has a rectangular shape.
  • the peripheral portion 24 is spaced apart from the stage 21 and surrounds the stage 21 in a plan view.
  • the heating resistor 31 When measuring the concentration of a target gas in a measurement gas using the device 10, current is applied to the heating resistor 31 to cause it to heat up.
  • the conditions for applying current are not particularly limited, as long as a good linear relationship is established between the concentration of the target gas in the measurement gas and the resistance value of the heating resistor.
  • current may be applied under constant power conditions, i.e., conditions under which the amount of heat generated by the heating resistor 31 due to current application remains constant even when the concentration of the target gas in the measurement gas changes.
  • current may be applied under constant voltage conditions, i.e., conditions under which the voltage applied to the heating resistor 31 remains constant even when the concentration of the target gas in the measurement gas changes, or under constant current conditions, i.e., conditions under which the current flowing through the heating resistor 31 remains constant even when the concentration of the target gas in the measurement gas changes.
  • constant power here does not require that the power be strictly constant during measurement of the target gas concentration. For example, if the power change during measurement is 1% or less, more preferably 0.5% or less, the target gas concentration can be measured with sufficient accuracy. Therefore, even if a power change of this magnitude occurs during measurement of the target gas concentration, the measurement is considered to have been performed under constant power conditions. The same applies to the "constant voltage” and “constant current” described above.
  • the resistance value of the heating resistor 31 changes depending on the temperature of the heating resistor 31, and the concentration of the target gas can be measured based on that resistance value.
  • the temperature difference between the heating resistor 31 and the measurement gas is preferably 30°C or more, more preferably 60°C or more, and even more preferably 100°C or more.
  • the temperature difference between the heating resistor 31 and the gas to be measured is preferably 800°C or less, more preferably 750°C or less, and even more preferably 700°C or less.
  • gases to be detected in the measurement gas examples include oxygen gas, nitrogen gas, argon gas, water vapor, helium gas, hydrogen gas, carbon dioxide gas, etc.
  • particularly preferred gases to be detected are oxygen gas, water vapor, and carbon dioxide gas.
  • the thermal conductivity of oxygen gas is relatively low, so the temperature change of the heating resistor 31 due to changes in the oxygen gas concentration is small. This has led to a problem that the accuracy of measuring the oxygen gas concentration is easily reduced in conventional thermal conduction gas sensors.
  • the thermal conductivities of oxygen gas and nitrogen gas are similar, making it particularly difficult to measure the oxygen gas concentration with high accuracy using conventional thermal conduction gas sensors.
  • the measurement sensitivity of the detection target gas concentration in device 10 is sufficiently increased, so that even if the detection target gas is oxygen gas, the concentration can be measured with high accuracy. Furthermore, device 10 can measure the oxygen gas concentration with high accuracy even if the measurement target gas contains oxygen gas and nitrogen gas.
  • the total content of oxygen gas and nitrogen gas in the gas to be measured is preferably 0.00001 vol.% or more, more preferably 0.0001 vol.% or more, and even more preferably 0.001 vol.% or more.
  • the device 10 can measure the concentration of the target gas in the measurement gas with high accuracy even if it has only the heating resistor 31 as the component sensitive to the target gas. In this way, the device 10 can be constructed from a relatively small number of components, making it easier to manufacture.
  • a component sensitive to a target gas refers to a component whose properties change in response to the concentration of the target gas in the measurement gas.
  • a component sensitive to the target gas is an electrode portion consisting of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte disposed between them, in which the value of the current flowing through the electrode portion changes depending on the concentration of the target gas in the measured gas.
  • oxygen gas sensitive materials include semiconductors such as tin oxide and zinc oxide, and piezoelectric materials such as barium titanate, zirconium titanate and zinc oxide.
  • Figures 4(a) to 4(e) show a preferred procedure for manufacturing the device 10 shown in Figures 1 to 3.
  • This manufacturing method includes the following steps in this order: 1. A step of forming an insulating layer on the substrate 11; 2. A step of forming a heating resistor 31 on the insulating layer; 3. A step of forming a fourth insulating layer 124 on the sides and above the heating resistor 31; 4. A step of forming a bridge structure 20.
  • Step of forming an insulating layer on substrate 11 First, the substrate 11 is thermally oxidized by heating it to 700°C or higher and 1400°C or lower in an atmosphere containing oxygen or water vapor, and a first insulating layer 121 and a fifth insulating layer 125 made of SiO2 are formed on the surface of the substrate 11. Next, a second insulating layer 122 and a sixth insulating layer 126 made of SiNx are formed on the surfaces of the first insulating layer 121 and the fifth insulating layer 125 using a thin film forming method described later.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • LP-CVD low pressure chemical vapor deposition
  • a third insulating layer 123 is formed on the second insulating layer 122 (FIG. 4(a)).
  • the third insulating layer 123 is formed over the entire surface of the substrate 11.
  • the above-mentioned thin film forming means can be used to form the third insulating layer 123.
  • a first adhesive layer 41 is formed as needed.
  • the first adhesive layer 41 can be formed by patterning using a lift-off method. Specifically, a photoresist layer (not shown) is first provided over the entire third insulating layer 123, and then exposed and developed to form a patterned mask (not shown) having a shape complementary to that of the first adhesive layer 41. Next, with the third insulating layer 123 covered with the mask, the first adhesive layer 41 is formed by a thin-film forming method. From the viewpoint of mass productivity, a sputtering method is particularly preferable as the thin-film forming method. Finally, the photoresist layer is removed to obtain the first adhesive layer 41 having the desired shape.
  • the heating resistor 31 is formed ( FIG. 4B ).
  • the heating resistor 31, the first electrical wiring 311, the second electrical wiring 312, the power supply pad 32, and the voltage measuring device pad 33 are formed simultaneously.
  • a means for forming the thin film it is particularly preferable to use a sputtering method from the viewpoint of mass productivity.
  • the patterning method it is particularly preferable to use a milling method from the viewpoint of suppressing burrs from being generated at the end of the heating resistor 31.
  • a lift-off method can be used instead of the milling method.
  • the method for forming the heating resistor 31 is the same as the method for forming the first adhesion layer 41, and therefore a description thereof will be omitted here.
  • a second adhesive layer 42 is formed as needed.
  • the second adhesive layer 42 can be formed by the same method as the first adhesive layer 41.
  • the first adhesive layer 41 and the second adhesive layer 42 are omitted from the illustration.
  • Step of forming the fourth insulating layer 124 on the sides and above the heating resistor 31 After forming the heating resistor 31 and, if necessary, the first adhesive layer 41 and the second adhesive layer 42, the fourth insulating layer 124 is formed.
  • the fourth insulating layer 124 is formed on the entire surface of the substrate 11 ( FIG. 4( c) ).
  • the fourth insulating layer 124 can be formed by the same method as the third insulating layer 123.
  • Step of forming bridge structure 20 First, unnecessary portions of the first insulating layer 121, second insulating layer 122, third insulating layer 123, and fourth insulating layer 124, which are insulating layers located above the substrate 11, are removed ( FIG. 4( d) ).
  • the unnecessary portions here refer to portions of the target device 10 ( FIG. 1 ) that do not overlap with the bridge structure 20 or the peripheral portion 24 in a plan view.
  • portions of the fourth insulating layer 124 formed on the power supply pads 32 and the voltage measurement device pads 33 can be removed to expose the power supply pads 32 and the voltage measurement device pads 33 to the outside.
  • the device 10 shown in FIGS. 5 to 7 can be manufactured instead of the device 10 shown in FIGS.
  • the unnecessary portions can be removed by etching methods such as dry etching and wet etching.
  • Dry etching can be reactive ion etching (RIE) using fluorocarbon or halogen gas
  • wet etching can be isotropic etching using hydrofluoric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, or the like, or anisotropic etching using an alkaline solution such as KOH (potassium hydroxide), TMAH (tetramethylammonium hydroxide), or EDP (ethylenediamine pyrocatechol).
  • KOH potassium hydroxide
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • EDP ethylenediamine pyrocatechol
  • the method for removing the unnecessary portions can be the same as the method for removing the insulating layer located above the substrate 11 .
  • RIE can be preferably used as a method for removing unnecessary portions of the insulating layer located below the substrate 11.
  • DRIE deep reactive ion etching
  • SF6 sulfur hexafluoride
  • C4F8 fluoroalkane gas
  • the present invention is not limited to such an embodiment.
  • the first electrical wiring 311 is arranged in a pair of first bridges 22a and the second electrical wiring 312 is arranged in a pair of second bridges 22b (see FIG. 2 ).
  • an embodiment (not shown) in which the first electrical wiring 311 and the second electrical wiring 312 are arranged in the same pair of bridges may be employed. Examples of such an embodiment include an embodiment in which one first electrical wiring 311 and one second electrical wiring 312 are arranged in each of the two bridges 22 that make up the pair of bridges.
  • first electrical wirings 311 are arranged in one of the two bridges 22 that make up the pair of bridges and two second electrical wirings 312 are arranged in the other may be employed.
  • the ends 34 of the wire constituting the heating resistor 31 are connected to a power source via the first electrical wirings 311 arranged in the pair of bridges.
  • the wire is also configured to be connected to a voltage measuring device at the ends 34, 34 or at two locations 35, 35 other than the ends 34, 34 via second electrical wiring 312 arranged in a pair of bridges.
  • the number of bridges is two or more, including the pair of bridges, and it is more preferable that the number of bridges is only two.
  • a heating resistor that generates heat when energized; a stage for supporting the heating resistor; a peripheral portion that is spaced apart from the stage and surrounds the stage in a plan view, the heating resistor overlaps with the stage in a plan view,
  • a gas concentration measurement device that measures a concentration of a target gas in a measurement gas based on a resistance value of the heating resistor, the heating resistor has a filament at a portion thereof overlapping with the stage in a plan view; Each end of the wire is connected to a power source via a first electrical wiring, A gas concentration measurement device, wherein the filament is configured to be connected to a voltage measurement device via second electrical wiring at the end or at two locations other than the end.
  • the stage further includes a bridge extending from the periphery of the stage and connected to the periphery,
  • the bridges include four or more bridges including a pair of first bridges and a pair of second bridges;
  • the first electrical wiring is arranged in the pair of first bridges;
  • the gas concentration measurement device according to claim 1 wherein the second electrical wiring is arranged in a pair of second bridges.
  • the stage further includes a bridge extending from the periphery of the stage and connected to the periphery,
  • the bridge includes two or more bridges including a pair of first bridges,
  • the gas concentration measurement device according to claim 1 wherein the first electrical wiring is arranged in a pair of first bridges.
  • the gas concentration measurement device according to any one of [1] to [3], wherein the ratio of the width of the first electrical wiring to the width of the second electrical wiring is 1 or more and 150 or less.
  • the width of the first electrical wiring is 2 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the gas concentration measurement device according to any one of [1] to [4], wherein the width of the second electrical wiring is 2 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the thickness of the first electrical wiring is 0.01 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less
  • the gas concentration measurement device according to any one of [1] to [5], wherein the thickness of the second electrical wiring is 0.01 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • a heating resistor that generates heat when energized; a stage for supporting the heating resistor; a peripheral portion that is spaced apart from the stage and surrounds the stage in a plan view; a bridge extending from the periphery of the stage and connected to the periphery, the heating resistor overlaps with the stage in a plan view,
  • a gas concentration measurement device that measures a concentration of a target gas in a measurement gas based on a resistance value of the heating resistor,
  • the bridges include four or more bridges including a pair of first bridges and a pair of second bridges; the heating resistor is made of a filament at a portion overlapping with the stage in a plan view, each end of the wire is connected to a power source via a first electrical wiring arranged on a pair of first bridges;
  • a gas concentration measurement device wherein the wire is configured to be connected to a voltage measurement device at the end or at two locations other than the end via second electrical wiring arranged on a pair of second bridges.
  • a heating resistor that generates heat when energized; a stage for supporting the heating resistor; a peripheral portion that is spaced apart from the stage and surrounds the stage in a plan view; a bridge extending from the periphery of the stage and connected to the periphery, the heating resistor overlaps with the stage in a plan view,
  • a gas concentration measurement device that measures a concentration of a target gas in a measurement gas based on a resistance value of the heating resistor,
  • the bridge includes two or more bridges including a pair of first bridges, the heating resistor is made of a filament at a portion overlapping with the stage in a plan view, each end of the wire is connected to a power source via a first electrical wiring arranged on a pair of first bridges;
  • a gas concentration measurement device wherein the filament is configured to be connected to a voltage measurement device via second electrical wiring at the end or at two locations other than the end.
  • the present invention provides a gas concentration measurement device with improved measurement accuracy for the concentration of a target gas.

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Abstract

発熱抵抗体（３１）とステージ（２１）とを備え、発熱抵抗体（３１）の抵抗値に基づいて被測定ガス中の被検出対象ガス濃度を測定するガス濃度測定デバイス（１０）である。発熱抵抗体（３１）は平面視においてステージ（２１）と重なっている。発熱抵抗体（３１）は、平面視においてステージ（２１）と重なっている部位が線条体からなる。線条体の各端部（３４）が、第一電気配線（３１１）を介して電源に接続される。線条体は、端部（３４）において、又は端部（３４）以外の二箇所の部位（３５）において、第二電気配線（３１２）を介して電圧測定デバイスに接続される。

Description

ガス濃度測定デバイス及び被測定ガス中の被検出対象ガス濃度の測定方法
　本発明は、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度の測定に用いられるガス濃度測定デバイスに関する。また本発明は、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度の測定方法に関する。
　従来、被測定ガス中のガス濃度を測定するためのデバイスが種々知られている。このようなデバイスの１つに、熱伝導式ガスセンサがある。熱伝導式ガスセンサにおいては、発熱抵抗体からの熱が被測定ガスに伝導することで、当該発熱抵抗体から失われる熱を利用して、被測定ガス中のガス濃度が測定される。
　熱伝導式ガスセンサとしては、例えば発熱抵抗体を支持するステージと、該ステージを囲繞する周縁部と、ステージの周縁から延出し且つ周縁部に連設されたブリッジと、を備えたものが提案されている（例えば特許文献１）。
特開平６－１１８０４６号公報
　特許文献１で採用されている二端子測定法を用いて発熱抵抗体の抵抗値を測定する場合においては、出力が配線部の抵抗値と検知部の抵抗値の合成抵抗となるため、ステージ上に配置された発熱抵抗体の抵抗値を正確に測定することが難しく、被検出対象ガス濃度の測定精度が十分ではなかった。
　したがって本発明の課題は、被検出対象ガス濃度の測定精度がより向上したガス濃度測定デバイスを提供することにある。
　本発明は、通電によって熱を生じる発熱抵抗体と、
　前記発熱抵抗体を支持するステージと、
　平面視において前記ステージから離間し且つ前記ステージを囲繞する周縁部と、を備え、
　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっており、
　前記発熱抵抗体の抵抗値に基づいて被測定ガス中の被検出対象ガス濃度を測定する、ガス濃度測定デバイスであって、
　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっている部位が線条体からなり、
　前記線条体の各端部が、第一電気配線を介して電源に接続されるようになされており、
　前記線条体は、前記端部において、又は前記端部以外の二箇所の部位において、第二電気配線を介して電圧測定デバイスに接続されるようになされている、ガス濃度測定デバイスを提供するものである。
図１は、本発明のガス濃度測定デバイスの好ましい一実施形態を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１に示すガス濃度測定デバイスにおける発熱抵抗体、第一電気配線及び第二電気配線の位置及び形状を示す平面図である。 図３は、図１に示すガス濃度測定デバイスのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図４は、図１に示すガス濃度測定デバイスの好ましい製造方法を模式的に示す斜視図である。 図５は、本発明のガス濃度測定デバイスの更に別の一実施形態を模式的に示す斜視図であり、図１相当図である。 図６は、図５に示すガス濃度測定デバイスにおける発熱抵抗体の位置及び形状を示す平面図であり、図２相当図である。 図７は、図５に示すガス濃度測定デバイスのＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図であり、図３相当図である。
　以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。
　図１ないし図３には、本発明のガス濃度測定デバイスの好ましい一実施形態が示されている。本実施形態のガス濃度測定デバイス１０（以下、「デバイス１０」ともいう。）は、ステージ２１と、該ステージ２１の周縁から延出した四本以上のブリッジ２２とを備えている。これらのステージ２１及びブリッジ２２によってブリッジ構造体２０が形成されている。図１に示すデバイス１０においては、ブリッジ構造体２０は平面視で矩形の板状体からなるステージ２１と、該ステージ２１の周縁から延出した四本のブリッジ２２を有している。ブリッジ２２は一方向に沿って延びる形状を有している。またデバイス１０は、平面視においてステージ２１から離間し且つステージ２１を囲繞する周縁部２４を有しており、ブリッジ２２は周縁部２４に連接されている。なお、ステージ２１の平面視での形状は矩形に限られない。
　ブリッジ２２は、一対の第一ブリッジ２２ａ及び一対の第二ブリッジ２２ｂを含む四本以上を備えている。図１に示すデバイス１０においては、一対の第一ブリッジ２２ａを構成する二本のブリッジ２２，２２は矩形をなすステージ２１の周縁のうち、対角の位置から互いに反対方向に延出している。一対の第二ブリッジ２２ｂについても、これを構成する二本のブリッジ２２，２２がステージ２１の周縁のうち、対角の位置から互いに反対方向に延出している。
　図３に示すとおり、ステージ２１は多層構造を有している。詳細には、ステージ２１は第一絶縁層１２１と、該第一絶縁層１２１上に配置された第二絶縁層１２２と、該第二絶縁層１２２上に配置された第三絶縁層１２３と、該第三絶縁層１２３上に配置された第四絶縁層１２４と、からなる４層構造を有している。尤も、ステージ２１の層構造はこれに限られず、例えばステージ２１は単層構造、２層構造又は３層構造を有していてもよい。
　なお、図２に示すデバイス１０においては、後述する発熱抵抗体３１、第一電気配線３１１及び第二電気配線３１２の位置及び形状を明示するために、第四絶縁層１２４及び後述する第二密着層４２の図示が省略されている。
　図２及び図３に示すとおり、デバイス１０は、通電によって熱を生じる発熱抵抗体３１を有している。発熱抵抗体３１はステージ２１によって支持されており、また平面視においてステージ２１と重なっている。より具体的には、図１ないし図３に示す実施形態においては、ステージ２１はその厚み方向の内部に発熱抵抗体３１を含んでいる。本実施形態において、発熱抵抗体３１は第三絶縁層１２３上に配置されており、その上方及び側方には第四絶縁層１２４が配置されている。このように、発熱抵抗体３１が第三絶縁層１２３及び第四絶縁層１２４に囲まれ、周囲のガスとの接触が防止されていることによって、発熱抵抗体３１の耐久性を向上させることができる。
　図２に示すとおり、発熱抵抗体３１は、平面視においてステージ２１と重なっている部位が一本の線条体からなっている。この線条体は、ステージ２１中において、交差せずに一方向及びそれと反対方向へ繰り返し蛇行しながら延びている。線条体がこのような形状を有していることによって、発熱抵抗体３１の抵抗値を高めることができる。これに起因して、より低消費電力で被検出対象ガス濃度の測定が可能となる。
　図２に示すとおり、一対の第一ブリッジ２２ａには第一電気配線３１１がそれぞれ一本ずつ配されている。発熱抵抗体３１を構成する前記線条体は一組の端部３４，３４を有し、各端部３４，３４が、二本の第一電気配線３１１，３１１を介して電源（図示せず）に接続されるようになっている。すなわち、前記線条体は、二本の第一電気配線３１１，３１１を介して、周縁部２４上に配置された２つのワイヤボンディング用パッド３２，３２（以下、「電源用パッド３２」ともいう。）に接続されているので、この電源用パッド３２，３２を用いて、発熱抵抗体３１（線条体）を電源に接続することができる。
　一対の第二ブリッジ２２ｂには第二電気配線３１２がそれぞれ一本ずつ配されている。発熱抵抗体３１を構成する前記線条体は、その端部３４，３４以外の二箇所の部位３５，３５において、第二電気配線３１２を介して電圧測定デバイス（図示せず）に接続されるようになされている。詳細には、前記線条体は、二本の第二電気配線３１２，３１２を介して、周縁部２４上に配置された２つのワイヤボンディング用パッド３３，３３（以下、「電圧測定デバイス用パッド３３」ともいう。）に接続されている。したがって、この電圧測定デバイス用パッド３３，３３を用いて、発熱抵抗体３１（線条体）を電圧測定デバイスに接続することができる。
　これに代えて、線条体は、その端部３４，３４において第二電気配線３１２を介して電圧測定デバイスに接続されるようになされていてもよい。
　図２に示すとおり、デバイス１０の平面視において、前記端部３４，３４及び前記部位３５，３５はステージ２１がなす矩形の各頂点の近傍に位置している。
　発熱抵抗体３１に通電して発熱させると、所定時間経過後にはその発熱量と、周囲の被測定ガスによる吸熱量がつり合い、定常状態に達する。このときの発熱抵抗体３１の温度は、被測定ガスの熱伝導率（吸熱性）に依存する。被測定ガスの熱伝導率は該ガスの組成によって変化するため、被測定ガスの組成に応じて、発熱抵抗体の前記定常状態における温度が変化することになる。したがって、このときの発熱抵抗体３１の抵抗値に基づいて、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度を測定することができる。
　デバイス１０においては、上述のとおり、電源用の配線である第一電気配線３１１とは別に、電圧測定用の配線である第二電気配線３１２が配されており、いわゆる四端子測定法によって発熱抵抗体３１の抵抗値を測定することができる。したがって、二端子測定法を用いる熱伝導式ガスセンサと比較して、電圧降下を抑制できるので、より高精度で発熱抵抗体３１の抵抗値を測定することができ、その結果、被検出対象ガス濃度の測定精度をより高めることができる。この観点から、部位３５，３５間の距離を端部３４，３４間の距離の６０％以上１００％以下とすることが好ましく、より好ましくは６５％以上１００％以下、更に好ましくは７０％以上１００％以下である。
　前記「端部３４，３４間の距離」とは、端部３４，３４間に電流を流した際に、電流が一方の端部３４から他方の端部３４に到達するまでの道のりのことをいう。
　同様に、前記「部位３５，３５間の距離」とは、部位３５，３５間に電流を流した際に、電流が一方の部位３５から他方の部位３５に到達するまでの道のりのことをいう。
　また、デバイス１０においては、四本のブリッジ２２それぞれに第一電気配線３１１又は第二電気配線３１２が配されているので、デバイス１０の製造時においてブリッジ２２の破断が発生した場合、当該ブリッジ２２に配された第一電気配線３１１又は第二電気配線３１２の破断も同時に発生することになる。したがって、ブリッジ２２の破断の有無を、両電気配線３１１，３１２に電流を流す電気検査にて簡便に検査することができる。このように、デバイス１０によれば画像診断のような煩雑な検査が不要であり、不良品検査をより簡便に行うことができる。
　デバイス１０においては、発熱抵抗体３１から生じた熱を発熱抵抗体の近傍に可能な限り留めることが、消費電力を低減する観点から好ましい。発熱抵抗体３１から生じた熱は、例えば第二電気配線３１２を通って周縁部２４へと伝導する。したがって、第二電気配線３１２の幅を小さくすることによって、かかる熱伝導を抑制することが好ましい。
　詳細には、第二電気配線３１２の幅Ｗ２に対する第一電気配線３１１の幅Ｗ１であるＷ１／Ｗ２が、好ましくは１以上であることが好ましく、５以上であることがより好ましく、１０以上であることが更に好ましい。
　また、第二電気配線３１２に十分な強度を持たせて、第二電気配線３１２の断線の発生を抑制する観点から、Ｗ１／Ｗ２は１５０以下であることが好ましく、１００以下であることがより好ましく、５０以下であることが更に好ましい。
　第一電気配線３１１の幅Ｗ１は、平面視における第一電気配線３１１の長手方向（電流が流れる方向）に垂直な方向の長さを意味し、場所によって幅が異なる場合は、最も幅が大きい場所における当該幅を第一電気配線３１１の幅Ｗ１とする。以上に述べたことは、第二電気配線３１２の幅Ｗ２についても同様に適用される。
　第一電気配線３１１の強度を高める観点から、第一電気配線３１１の幅Ｗ１は、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上、更に好ましくは１０μｍ以上である。
　また、第一電気配線３１１を介して発熱抵抗体３１から生じた熱が周縁部２４へと伝わることを抑制する観点から、第一電気配線３１１の幅Ｗ１は、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、更に好ましくは１５０μｍ以下である。
　第二電気配線３１２の強度を高める観点、及び四端子測定法を採用することによる利点をより活かす観点から、第二電気配線３１２の幅Ｗ２は、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上、更に好ましくは１０μｍ以上である。
　また、第二電気配線３１２を介して発熱抵抗体３１から生じた熱が周縁部２４へと伝わることを抑制する観点から、第二電気配線３１２の幅Ｗ２は、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、更に好ましくは１５０μｍ以下である。
　同様の観点から、第一電気配線３１１の厚みＴ１は好ましくは０．０１μｍ以上、より好ましくは０．０２μｍ以上、更に好ましくは０．０５μｍ以上、特に好ましくは０．１μｍ以上、そして、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下、特に好ましくは０．５μｍ以下である。
　また、第二電気配線３１２の厚みＴ２は好ましくは０．０１μｍ以上、より好ましくは０．０２μｍ以上、更に好ましくは０．０５μｍ以上、特に好ましくは０．１μｍ以上、そして、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは１μｍ以下、特に好ましくは０．５μｍ以下である。
　発熱抵抗体３１の物理強度を十分に高める観点、及び発熱抵抗体３１の抵抗値を十分に高めてデバイス１０の消費電力を低下させる観点から、発熱抵抗体３１の厚さは０．０１μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましく、０．０２μｍ以上１０μｍ以下とすることがより好ましく、０．０５μｍ以上１μｍ以下、特に好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下とすることが更に好ましい。
　第一電気配線３１１、第二電気配線３１２、発熱抵抗体３１、並びに後述する第一密着層４１及び第二密着層４２の厚さは、触針式段差計、電子顕微鏡又は光学式三次元測定器よって測定することができる。
　本発明者らは、発熱抵抗体３１及びその周囲の熱容量を所定の値以下とすることによって、被検出対象ガス濃度の変化に応じた発熱抵抗体３１の温度変化量を十分に高めることができるため、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度の測定精度及び測定感度を高められることを見出した。詳細には、発熱抵抗体３１及びステージ２１の合計熱容量は３.２×１０－２Ｊ／Ｋ以下であることが好ましく、２.２×１０－２Ｊ／Ｋ以下であることがより好ましく、１.５×１０－２Ｊ／Ｋ以下であることが更に好ましい。
　また、消費電力を低減する観点から、発熱抵抗体３１及びステージ２１の合計熱容量は１．０×１０－１０Ｊ／Ｋ以上であることが好ましく、１．０×１０－９Ｊ／Ｋ以上であることがより好ましく、２．０×１０－９Ｊ／Ｋ以上であることが更に好ましい。
　図１ないし図３に示すデバイス１０は、既に説明したとおり、発熱抵抗体３１を内部に含むステージ２１と、ブリッジ２２とからなるブリッジ構造体２０と有する。本発明のガス濃度測定デバイスとして、かかる構造を有するデバイス１０を採用することによって、発熱抵抗体３１と平面視で重なる部分の熱容量を上述の範囲内に容易に制御することができる。
　発熱抵抗体３１と平面視で重なる部分の熱容量を上述の範囲内に制御する観点及び十分な機械強度を確保する観点から、ステージ２１の平面視における面積Ｓは３．６×１０７μｍ２以下であることが好ましく、１×１０６μｍ２以下であることがより好ましく、６．４×１０５μｍ２以下であることが更に好ましい。
　また、被測定ガスとの熱伝達の効率を高める観点から、Ｓは１００μｍ２以上であることが好ましく、２００μｍ２以上であることがより好ましく、４００μｍ２以上であることが更に好ましい。
　同様の観点から、ステージ２１が矩形である場合には、Ｓが上述の範囲内であることを条件として、ステージ２１の一辺の長さは好ましくは１０μｍ以上３０００μｍ以下、より好ましくは１２．５μｍ以上１０００μｍ以下、更に好ましくは２０μｍ以上８００μｍ以下である。
　被測定ガスによる吸熱量を十分に確保して、被検出対象ガス濃度の測定精度及び感度を向上させる観点から、発熱抵抗体３１及びステージ２１の合計体積をＶとしたとき、Ｓ／Ｖは０．００１０μｍ－１以上であることが好ましく、０．００１２５μｍ－１以上であることがより好ましく、０．００１６μｍ－１以上であることが更に好ましい。
　また、消費電力を低減させる観点から、Ｓ／Ｖは１０μｍ－１以下であることが好ましく、７．０μｍ－１以下であることがより好ましく、５．０μｍ－１以下であることが更に好ましい。
　被検出対象ガス濃度の測定精度及び感度をより高める観点から、発熱抵抗体３１はその抵抗値の温度依存性が高いことが好ましい。詳細には、発熱抵抗体３１の２５℃における抵抗温度係数αｔは、好ましくは１００ｐｐｍ／℃以上、より好ましくは５００ｐｐｍ／℃以上、更に好ましくは１０００ｐｐｍ／℃以上である。
　２５℃における抵抗温度係数αｔが１００ｐｐｍ／℃以上である材料としては、白金、タングステン、銅、金、銀、モリブデン、アルミニウム及びタンタル並びにこれらの合金を挙げることができる。白金を含有する合金の例として、Ｐｔ－Ｎｂ、Ｐｔ－Ｒｈ、Ｐｔ－Ｗ等を挙げることができる。また、別の例として、白金族元素（白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム及びオスミウム）及び／又はこれらを含む合金と金属酸化物とのサーメットを挙げることができる。したがって、発熱抵抗体３１はこれらの材料からなる群から選ばれる１種以上を含むことが好ましい。なかでも、高温環境における安定性の観点から、発熱抵抗体３１は白金又は白金を含有する合金を含むことが特に好ましい。
　発熱抵抗体３１と第三絶縁層１２３及び第四絶縁層１２４との密着性を高めて、デバイス１０の耐久性を向上させる観点から、発熱抵抗体３１の下面及び上面に接する位置には、それぞれ第一密着層４１及び第二密着層４２が配置されていることが好ましい。
　第一密着層４１及び第二密着層４２は、第一電気配線３１１、第二電気配線３１２、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３の下面及び上面に接する位置にも配置されていてもよい。ただし、第二密着層４２が導電性を有しない材料からなっている場合には、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３の上面には第二密着層４２が配置されていないことが好ましい。
　発熱抵抗体３１と第三絶縁層１２３及び第四絶縁層１２４との密着性を十分に高める観点から、第一密着層４１及び第二密着層４２の厚さは、それぞれ独立に、好ましくは１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
　図１及び３に示すとおり、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３上に配置された第四絶縁層１２４は、その一部が除去されている。これに起因して、第二密着層４２（第二密着層が存在しない実施形態においては、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３の一部）が外部に露出している。
　上述のとおり、デバイス１０はステージ２１を囲繞する周縁部２４を有する。周縁部２４は、ステージ２１から離間し、且つ両者がブリッジ２２を介して連結されていることが好ましい。
　周縁部２４は、好ましくは基板１１及び該基板１１の上下に形成された複数の絶縁層を含んでいる。詳細には、図３に示すとおり、基板１１の上方に第一絶縁層１２１、第二絶縁層１２２、第三絶縁層１２３及び第四絶縁層１２４がこの順序で配置されている。また、基板１１の下方には第五絶縁層１２５及び第六絶縁層１２６がこの順序で配置されている。
　デバイス１０は、第五絶縁層１２５及び第六絶縁層１２６を有していてもよいし、有していなくてもよい。第五絶縁層１２５及び第六絶縁層１２６の有無によって、基板１１に加えられる応力を調整することができる。
　平面視において、ブリッジ２２の最小幅は５μｍ以上であることが好ましく、７．５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることが更に好ましく、２０μｍ以上であることが一層好ましく、３０μｍ以上であることが特に好ましい。ブリッジ２２の最小幅を５μｍ以上に設定することによって、ブリッジ２２の物理強度を十分に確保することができる。
　また、ブリッジ２２の最小幅は１５００μｍ以下であることが好ましく、４５０μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以下であることが更に好ましく、２００μｍ以下であることが一層好ましい。ブリッジ２２の最小幅を４５０μｍ以下に設定することによって、ステージ２１からブリッジ２２への熱伝導をより抑制することができ、これに起因して被検出対象ガス濃度の測定精度及び測定感度を向上させることができる。
　前記「ブリッジ２２の最小幅」とは、デバイス１０の平面視において、ブリッジ２２の幅（ブリッジ２２の長手方向に垂直な方向の長さ）が最小になる位置における当該幅のことをいう。
　次に、先に説明した各層の材料について説明する。
　基板１１はシリコン（Ｓｉ）を含むことが好ましい。
　基板１１の上下に形成された複数の絶縁層は、入手のしやすさ、形成のしやすさ、及び化学的安定性の観点からケイ素（Ｓｉ）化合物を含むことが好ましく、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び窒化ケイ素（ＳｉＮｘ、ｘは０．１００以上１．６６７以下の数である。）を含むことがより好ましい。より具体的には、第一絶縁層１２１、第三絶縁層１２３、第四絶縁層１２４及び第五絶縁層１２５がＳｉＯ２からなり、第二絶縁層１２２及び第六絶縁層１２６がＳｉＮｘからなっていることが好ましい。
　第一密着層４１及び第二密着層４２は、第三絶縁層１２３及び第四絶縁層１２４との密着性を高める観点から、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン、酸化チタン、酸窒化チタン、酸化タンタル、ジルコニウム、酸化ジルコニウム、イットリウム、酸化イットリウム、タングステン、酸化タングステン、クロム、酸化クロム、ニッケル、酸化ニッケル、及びこれらの合金から選ばれる１種以上を含むことが好ましい。
　発熱抵抗体３１の材料は既に説明したとおりである。第一電気配線３１１、第二電気配線３１２、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３の材料としては、発熱抵抗体３１の材料として上述したものを用いることができる。発熱抵抗体３１、第一電気配線３１１、第二電気配線３１２、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３はそれぞれ異なる材料からなっていてもよいし、同じ材料からなっていてもよい。簡易な製造を可能とし、製造コストを抑制する観点から、発熱抵抗体３１、第一電気配線３１１、第二電気配線３１２、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３はすべて同じ材料からなっていることが好ましい。
　図５ないし図７には、本発明の更に別の実施形態のデバイス１０が示されている。以下では、本実施形態について、図１ないし図３に示す実施形態との相違点を主として説明する。本実施形態について特に説明をしなかった点については、図１ないし図３に示す実施形態についての説明が適宜適用される。
　図５、図６及び図７はそれぞれ図１、図２及び図３に対応する。図５、図６及び図７において、図１、図２及び図３と同じ部材については同じ符号が付されている。
　本実施形態のデバイス１０は、図１ないし図３に示すデバイス１０と異なり、第一絶縁層１２１、第二絶縁層１２２、及び第三絶縁層１２３がデバイス１０の平面方向の全域にわたって配されている（図７）。また、第四絶縁層１２４についても、電源用パッド３２が位置する部位を除いて、デバイス１０の平面方向の全域にわたって配されている。本実施形態のデバイス１０は、かかる構造を有していることに起因して、ブリッジ２２及びブリッジ構造体２０を有していない（図５及び図７）。
　すなわちデバイス１０は、第一絶縁層１２１、第二絶縁層１２２、第三絶縁層１２３及び第四絶縁層１２４を備えたダイヤフラム２３と、該ダイヤフラム２３を取り囲む周縁部２４とを有し、ダイヤフラム２３の厚み方向のいずれかの位置に発熱抵抗体３１が設けられてなるものである。ダイヤフラム２３は薄膜体からなり、その厚さは先に述べたステージ２１の厚さと同様とすることができる。ダイヤフラム２３は矩形をしており、その一辺の長さは好ましくは１００μｍ以上４５００μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以上３０００μｍ以下、更に好ましくは２００μｍ以上１５００μｍ以下である。尤も、ダイヤフラム２３の形状は矩形に限定されるものではない。
　図６及び図７に示すとおり、本実施形態のデバイス１０は、発熱抵抗体３１と、該発熱抵抗体３１及び電源用パッド３２を接続する二本の第一電気配線３１１，３１１と、発熱抵抗体３１及び電圧測定デバイス用パッド３３を接続する二本の第二電気配線３１２，３１２とを有している。発熱抵抗体３１は、少なくともステージ２１と平面視で重なる部位が線条体からなっている。
　本実施形態において、発熱抵抗体３１、第一電気配線３１１及び第二電気配線３１２の材質が同一の場合には、蛇行等により密集している部分を発熱抵抗体３１と定義し、該発熱抵抗体３１から外方に延びる部分を第一電気配線３１１又は第二電気配線３１２と定義する。発熱抵抗体３１は、ダイヤフラム２３の概ね中心部に位置している。
　図７に示すとおり、本実施形態においては、デバイス１０の平面視における発熱抵抗体３１の外縁を結ぶことによって得られる図形をＫとしたとき、図形Ｋと平面視で重なる部分（ただし、発熱抵抗体３１を除く。）を、デバイス１０のステージ２１と定義する。図７において、図形Ｋは破線で示されており、矩形形状を有する。
　上述したステージ２１の定義から明らかなとおり、平面視において、周縁部２４はステージ２１から離間し且つステージ２１を囲繞している。
　上述した「ステージ２１の平面視における面積Ｓ」は、本実施形態では「図形Ｋの面積」と同義である。また、上述した「発熱抵抗体３１及びステージ２１の合計体積Ｖ」は、本実施形態では「図形Ｋと平面視で重なる部分の体積」と同義である。
　次に、上述したデバイス１０を用いた、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度の測定方法について説明する。
　デバイス１０を用いて被測定ガス中の被検出対象ガス濃度を測定する際には、発熱抵抗体３１に通電して、発熱抵抗体３１を発熱させる。通電条件は、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度と発熱抵抗体の抵抗値との間に良好な直線関係が成立する限りにおいて、特に限定されない。例えば、通電は定電力条件、すなわち被測定ガス中の被検出対象ガス濃度が変化しても、通電に起因する発熱抵抗体３１からの発熱量が一定になる条件で実施することができる。これに代えて、通電は定電圧条件、すなわち被測定ガス中の被検出対象ガス濃度が変化しても、発熱抵抗体３１に印加される電圧が一定になる条件で実施してもよいし、定電流条件、すなわち被測定ガス中の被検出対象ガス濃度が変化しても、発熱抵抗体３１に流れる電流が一定になる条件で実施してもよい。
　ここでいう「定電力」とは、被検出対象ガス濃度の測定中において電力が厳密に一定であることを要しない。例えば、測定中において、電力の変化が１％以下、より好ましくは０．５％以下であれば、十分な精度で被検出対象ガス濃度を測定することができる。よって、被検出対象ガス濃度の測定中にこの程度の電力変化が生じた場合も、該測定は定電力条件にて実施されたものとみなすこととする。このことは、先に述べた「定電圧」及び「定電流」についても同様である。
　いずれの条件で通電した場合であっても、発熱抵抗体３１の温度に依存して発熱抵抗体３１の抵抗値が変化するので、その抵抗値に基づいて被検出対象ガス濃度を測定することができる。
　被測定ガスによる発熱抵抗体３１からの吸熱を促進して、被検出対象ガス濃度の測定精度を一層高める観点から、被検出対象ガス濃度の測定中における発熱抵抗体３１の温度を通電によって十分高めることが好ましい。詳細には、被測定ガス中の被検出対象濃度を測定する際には、発熱抵抗体３１に通電することによって、発熱抵抗体３１と被測定ガスとの温度差を好ましくは３０℃以上、より好ましくは６０℃以上、更に好ましくは１００℃以上にすることが好ましい。
　また、発熱抵抗体３１の熱による劣化を抑制する観点から、発熱抵抗体３１と被測定ガスとの温度差は好ましくは８００℃以下、より好ましくは７５０℃以下、更に好ましくは７００℃以下である。
　被測定ガス中の被検出対象ガスとしては、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、水蒸気、ヘリウムガス、水素ガス、二酸化炭素ガス等を挙げることができる。なかでも特に好ましい被検出対象ガスは、酸素ガス、水蒸気又は二酸化炭素ガスである。
　ところで、被検出対象ガスが酸素ガスである場合、酸素ガスは熱伝導率が比較的低いため、酸素ガス濃度の変化に伴う発熱抵抗体３１の温度変化が小さくなる。このことに起因して、従来の熱伝導式ガスセンサでは酸素ガス濃度の測定精度が低くなりやすいという課題があった。また、空気のように酸素ガスと窒素ガスとを含む被測定ガスを測定対象とする場合においては、酸素ガスと窒素ガスとの熱伝導率が近いため、従来の熱伝導式ガスセンサでは酸素ガス濃度を高精度で測定することは特に困難であった。
　これに対し、デバイス１０においては、上述のとおり被検出対象ガス濃度の測定感度が十分に高められているため、被検出対象ガスが酸素ガスである場合であっても、その濃度を高精度で測定することができる。またデバイス１０によれば、被測定ガスが酸素ガスと窒素ガスとを含む場合であっても高精度で酸素ガス濃度を測定することができる。
　上述したデバイス１０の利点を活かす観点から、被測定ガス中の酸素ガス及び窒素ガスの合計含有量は、好ましくは０．００００１体積％以上、より好ましくは０．０００１体積％以上、更に好ましくは０．００１体積％以上である。
　以上のとおり、デバイス１０においては、被検出対象ガス感応性を有する部材として発熱抵抗体３１のみを有していても、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度を高精度で測定することが可能である。このように、デバイス１０は比較的少数の部材から構成することができるので、より簡便に製造が可能である。
　本明細書において「被検出対象ガス感応性を有する部材」とは、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度に応じて性質が変化する部材のことをいう。発熱抵抗体３１は、通電された際に、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度に応じて抵抗値を変化させるので、被検出対象ガス感応性を有する部材に該当する。
　被検出対象ガス感応性を有する部材の別の例として、正極と、負極と、それらの間に配された電解質とからなる電極部であって、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度に応じて該電極部に流れる電流値が変化するものを挙げることができる。
　また、酸素ガス感応性を有する部材の例として、酸化スズ及び酸化亜鉛等の半導体、並びにチタン酸バリウム、チタン酸ジルコニウム及び酸化亜鉛等の圧電体を挙げることもできる。
　次に、本発明のガス濃度測定デバイスの好適な製造方法を説明する。図４（ａ）ないし（ｅ）には、図１ないし図３に示すデバイス１０の好ましい製造手順が示されている。本製造方法は、以下に示す工程をこの順で有する。
　１．基板１１上に絶縁層を形成する工程
　２．絶縁層上に発熱抵抗体３１を形成する工程
　３．発熱抵抗体３１の側方及び上方に第四絶縁層１２４を形成する工程
　４．ブリッジ構造体２０を形成する工程
１．基板１１上に絶縁層を形成する工程
　まず、酸素又は水蒸気を含有する雰囲気下、基板１１を７００℃以上１４００℃以下に加熱することで熱酸化し、基板１１の表面にＳｉＯ２からなる第一絶縁層１２１及び第五絶縁層１２５を形成する。次いで、後述する薄膜形成手段を用いて、ＳｉＮｘからなる第二絶縁層１２２及び第六絶縁層１２６を第一絶縁層１２１及び第五絶縁層１２５の表面に形成する。
　薄膜形成手段としては、蒸着法、スパッタリング法及びイオンプレーティング法などの物理気相成長（ＰＶＤ）法及び化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いることができる。なかでも、残留応力の調整が可能であるという観点、及び量産性の観点から、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）法又はＬＰ－ＣＶＤ（減圧化学気相成長）法を用いて第二絶縁層１２２及び第六絶縁層１２６を形成することが好ましい。
　なお、図４（ａ）ないし（ｅ）においては、第一絶縁層１２１、第二絶縁層１２２、第三絶縁層１２３、第五絶縁層１２５及び第六絶縁層１２６の図示を省略している。
　次いで、第二絶縁層１２２上に第三絶縁層１２３を形成する（図４（ａ））。第三絶縁層１２３は基板１１上の全面に形成される。第三絶縁層１２３の形成には、上述した薄膜形成手段を用いることができる。なかでも、ＳｉＯ２からなる第三絶縁層１２３を形成する場合には、残留応力の調整が可能であるという観点、及び量産性の観点から、ＰＥＣＶＤ法を用いることが好ましい。
２．絶縁層上に発熱抵抗体３１を形成する工程
　発熱抵抗体３１の形成に先立ち、必要に応じて、第一密着層４１を形成する。第一密着層４１は、リフトオフ法によってパターニングして形成することができる。詳細には、まず第三絶縁層１２３上の全域にフォトレジストからなる層（図示せず）を設け、次いで露光及び現像を行い、第一密着層４１の形状と相補形状をなすマスク（図示せず）をパターニングして形成する。次いで、該マスクよって第三絶縁層１２３を被覆した状態下に、薄膜形成手段によって第一密着層４１を形成する。薄膜形成手段としては、量産性の観点から、スパッタリング法を用いることが特に好ましい。最後に、フォトレジストからなる層を除去することで、所望の形状を有する第一密着層４１を得る。
　次いで、発熱抵抗体３１を形成する（図４（ｂ））。本製造方法においては、製造工程の簡略化のため、発熱抵抗体３１、第一電気配線３１１、第二電気配線３１２、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３を同時に形成する。発熱抵抗体３１、第一電気配線３１１、第二電気配線３１２、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３の形成においては、まず基板１１上の全面に、上述した薄膜形成手段のいずれかを用いて発熱抵抗体３１、第一電気配線３１１、第二電気配線３１２、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３を形成し、その後にパターニングを行うことが好ましい。
　薄膜形成手段としては、量産性の観点から、スパッタリング法を用いることが特に好ましい。
　パターニング法としては、発熱抵抗体３１の端部に生じるバリを抑制する観点から、ミリング法を用いることが特に好ましい。またミリング法に代えて、リフトオフ法を用いることもできる。リフトオフ法を用いる場合の発熱抵抗体３１の形成方法は、第一密着層４１の形成方法と同様であるため、ここでの説明を省略する。
　発熱抵抗体３１を形成した後、必要に応じて、第二密着層４２を形成する。第二密着層４２は、第一密着層４１と同様の方法によって形成することができる。
　なお、図４（ｂ）においては、第一密着層４１及び第二密着層４２の図示が省略されている。
３．発熱抵抗体３１の側方及び上方に第四絶縁層１２４を形成する工程
　発熱抵抗体３１並びに必要に応じて第一密着層４１及び第二密着層４２を形成した後、第四絶縁層１２４を形成する。第四絶縁層１２４は、基板１１上の全面に形成される（図４（ｃ））。第四絶縁層１２４は、第三絶縁層１２３と同様の方法によって形成することができる。
　以上の工程によって、各絶縁層及び発熱抵抗体３１を含む構造体４０を得ることができる。
４．ブリッジ構造体２０を形成する工程
　最初に、基板１１よりも上方に位置する絶縁層である第一絶縁層１２１、第二絶縁層１２２、第三絶縁層１２３及び第四絶縁層１２４における不要箇所を除去する（図４（ｄ））。ここでいう不要箇所とは、目的のデバイス１０（図１）において、平面視でブリッジ構造体２０又は周縁部２４と重ならない箇所を指す。
　なお本工程においては、不要箇所の除去と並行して、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３上に形成された第四絶縁層１２４の一部を除去し、電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３を外部に露出させることができる。本工程において電源用パッド３２及び電圧測定デバイス用パッド３３上に形成された第四絶縁層１２４の一部の除去のみを行う（すなわち、ブリッジ構造体２０を形成しない）ことによって、図１ないし図３に示すデバイス１０に代えて、図５ないし図７に示すデバイス１０を製造することができる。
　不要箇所の除去は、ドライエッチング法及びウェットエッチング法等のエッチング法によって行うことができる。
　ドライエッチング法としては、フルオロカーボンやハロゲンガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いることができる。ウェットエッチング法としては、フッ酸、硝酸、硫酸、リン酸等を用いた等方性エッチング、又はＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＥＤＰ（エチレンジアミン・ピロカテコール）等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチングを用いることができる。
　なかでも、構造体４０のエッチングを防ぐ観点から、不要箇所の除去にはＲＩＥを好ましく用いることができる。
　次いで、基板１１よりも下方に位置する絶縁層である第五絶縁層１２５及び第六絶縁層１２６における不要箇所を除去し、その後に基板１１における不要箇所を除去する（図４（ｅ））。ここでいう不要箇所とは、平面視において周縁部２４と重ならない箇所を指す。
　不要箇所を除去する方法は、基板１１よりも上方に位置する絶縁層を除去する方法と同様とすることができる。
　特に、基板１１よりも下方に位置する絶縁層における不要箇所を除去する方法としては、ＲＩＥを好ましく用いることができる。また基板１１における不要箇所を除去する方法としては、ＳＦ６（六フッ化硫黄）を用いたエッチングプロセスと、Ｃ４Ｆ８（オクタフルオロシクロブタン）等のフルオロアルカン系のガスを用いたパッシベーションプロセスを交互に行う、深掘エッチング（ＤＲＩＥ）を好ましく用いることができる。
　以上、本発明のガス濃度測定デバイスをその好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明はかかる実施形態には制限されない。
　例えば、上述の実施形態においては、第一電気配線３１１が一対の第一ブリッジ２２ａに配され、第二電気配線３１２が一対の第二ブリッジ２２ｂに配されていたが（図２を参照。）、これに代えて、第一電気配線３１１と第二電気配線３１２とが、同一の一対のブリッジに配されている実施形態（図示せず）を採用することもできる。このような実施形態としては、例えば、前記一対のブリッジを構成する二本のブリッジ２２，２２のそれぞれに、一本の第一電気配線３１１と、一本の第二電気配線３１２とが配されている実施形態を挙げることができる。またこれに代えて、一対のブリッジを構成する二本のブリッジ２２，２２の一方に二本の第一電気配線３１１，３１１が配され、他方に二本の第二電気配線３１２，３１２が配されている実施形態を挙げることもできる。いずれの実施形態においても、発熱抵抗体３１を構成する線条体は、その各端部３４，３４が前記一対のブリッジに配された第一電気配線３１１を介して電源に接続されるようになされている。また線条体は、端部３４，３４において、又は端部３４，３４以外の二箇所の部位３５，３５において、一対のブリッジに配された第二電気配線３１２を介して電圧測定デバイスに接続されるようになされている。
　本実施形態においては、ブリッジは前記一対のブリッジを含む二本以上を備えていることが好ましく、二本のみを備えていることがより好ましい。
　本発明の上記の実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
〔１〕　通電によって熱を生じる発熱抵抗体と、
　前記発熱抵抗体を支持するステージと、
　平面視において前記ステージから離間し且つ前記ステージを囲繞する周縁部と、を備え、
　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっており、
　前記発熱抵抗体の抵抗値に基づいて被測定ガス中の被検出対象ガス濃度を測定する、ガス濃度測定デバイスであって、
　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっている部位が線条体からなり、
　前記線条体の各端部が、第一電気配線を介して電源に接続されるようになされており、
　前記線条体は、前記端部において、又は前記端部以外の二箇所の部位において、第二電気配線を介して電圧測定デバイスに接続されるようになされている、ガス濃度測定デバイス。
〔２〕　前記ステージの周縁から延出し且つ前記周縁部に連設されたブリッジを更に備え、
　前記ブリッジは、一対の第一ブリッジ及び一対の第二ブリッジを含む四本以上を備え、
　第一電気配線は一対の第一ブリッジに配され、
　第二電気配線は一対の第二ブリッジに配されている、請求項１に記載のガス濃度測定デバイス。
〔３〕　前記ステージの周縁から延出し且つ前記周縁部に連設されたブリッジを更に備え、
　前記ブリッジは、一対の第一ブリッジを含む二本以上を備え、
　第一電気配線は、一対の第一ブリッジに配されている、請求項１に記載のガス濃度測定デバイス。
〔４〕　第二電気配線の幅に対する第一電気配線の幅が１以上１５０以下である、〔１〕ないし〔３〕のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイス。
〔５〕　第一電気配線の幅が２μｍ以上３００μｍ以下であり、
　第二電気配線の幅が２μｍ以上３００μｍ以下である〔１〕ないし〔４〕のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイス。
〔６〕　第一電気配線の厚みが０．０１μｍ以上１００μｍ以下であり、
　第二電気配線の厚みが０．０１μｍ以上１００μｍ以下である、〔１〕ないし〔５〕のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイス。
〔７〕　平面視における前記ステージの面積が３．６×１０７μｍ２以下である、〔１〕ないし〔６〕のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイス。
〔８〕　〔１〕ないし〔７〕のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイスを用いた、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度の測定方法。
〔９〕　通電によって熱を生じる発熱抵抗体と、
　前記発熱抵抗体を支持するステージと、
　平面視において前記ステージから離間し且つ前記ステージを囲繞する周縁部と、
　前記ステージの周縁から延出し且つ前記周縁部に連設されたブリッジと、を備え、
　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっており、
　前記発熱抵抗体の抵抗値に基づいて被測定ガス中の被検出対象ガス濃度を測定する、ガス濃度測定デバイスであって、
　前記ブリッジは、一対の第一ブリッジ及び一対の第二ブリッジを含む四本以上を備え、
　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっている部位が線条体からなり、
　前記線条体の各端部が、一対の第一ブリッジに配された第一電気配線を介して電源に接続されるようになされており、
　前記線条体は、前記端部において、又は前記端部以外の二箇所の部位において、一対の第二ブリッジに配された第二電気配線を介して電圧測定デバイスに接続されるようになされている、ガス濃度測定デバイス。
〔１０〕　通電によって熱を生じる発熱抵抗体と、
　前記発熱抵抗体を支持するステージと、
　平面視において前記ステージから離間し且つ前記ステージを囲繞する周縁部と、
　前記ステージの周縁から延出し且つ前記周縁部に連設されたブリッジと、を備え、
　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっており、
　前記発熱抵抗体の抵抗値に基づいて被測定ガス中の被検出対象ガス濃度を測定する、ガス濃度測定デバイスであって、
　前記ブリッジは、一対の第一ブリッジを含む二本以上を備え、
　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっている部位が線条体からなり、
　前記線条体の各端部が、一対の第一ブリッジに配された第一電気配線を介して電源に接続されるようになされており、
　前記線条体は、前記端部において、又は前記端部以外の二箇所の部位において、第二電気配線を介して電圧測定デバイスに接続されるようになされている、ガス濃度測定デバイス。
　以上、詳述したとおり本発明によれば、被検出対象ガス濃度の測定精度がより向上したガス濃度測定デバイスが提供される。

Claims (8)

  1. 　通電によって熱を生じる発熱抵抗体と、
    　前記発熱抵抗体を支持するステージと、
    　平面視において前記ステージから離間し且つ前記ステージを囲繞する周縁部と、を備え、
    　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっており、
    　前記発熱抵抗体の抵抗値に基づいて被測定ガス中の被検出対象ガス濃度を測定する、ガス濃度測定デバイスであって、
    　前記発熱抵抗体は、平面視において前記ステージと重なっている部位が線条体からなり、
    　前記線条体の各端部が、第一電気配線を介して電源に接続されるようになされており、
    　前記線条体は、前記端部において、又は前記端部以外の二箇所の部位において、第二電気配線を介して電圧測定デバイスに接続されるようになされている、ガス濃度測定デバイス。
  2. 　前記ステージの周縁から延出し且つ前記周縁部に連設されたブリッジを更に備え、
    　前記ブリッジは、一対の第一ブリッジ及び一対の第二ブリッジを含む四本以上を備え、
    　第一電気配線は一対の第一ブリッジに配され、
    　第二電気配線は一対の第二ブリッジに配されている、請求項１に記載のガス濃度測定デバイス。
  3. 　前記ステージの周縁から延出し且つ前記周縁部に連設されたブリッジを更に備え、
    　前記ブリッジは、一対の第一ブリッジを含む二本以上を備え、
    　第一電気配線は、一対の第一ブリッジに配されている、請求項１に記載のガス濃度測定デバイス。
  4. 　第二電気配線の幅に対する第一電気配線の幅が１以上１５０以下である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイス。
  5. 　第一電気配線の幅が２μｍ以上３００μｍ以下であり、
    　第二電気配線の幅が２μｍ以上３００μｍ以下である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイス。
  6. 　第一電気配線の厚みが０．０１μｍ以上１００μｍ以下であり、
    　第二電気配線の厚みが０．０１μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイス。
  7. 　平面視における前記ステージの面積が３．６×１０７μｍ２以下である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイス。
  8. 　請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガス濃度測定デバイスを用いた、被測定ガス中の被検出対象ガス濃度の測定方法。
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