(57)【要約】【課題】本発明は、ガス感応部の大きさを小さくしても、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制することができるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子は、基板２と、基板２上に設けられる電極３と、電極３に電気的に接続するように基板２上に設けられるガス感応部４とを備えるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１であって、電極３が、第１の端部３ａを含む第１の端部領域３１と、第２の端部３ｂを含む第２の端部領域３２と、第１の端部領域３１と第２の端部領域３２とを接続する本体領域３３とを備え、ガス感応部４が、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２に電気的に接続し、本体領域３３の延びる方向における少なくとも一部の長さに亘って、本体領域３３に電気的に接続しないように設けられることを特徴とする。【選択図】図１
2020165896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、一方のリード線と他方のリード線との間に接続される電極と、
前記電極に電気的に接続するように前記基板上に設けられるガス感応部と
を備えるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子であって、
前記電極が、前記一方のリード線に接続される第１の端部を含む第１の端部領域と、前記他方のリード線に接続される第２の端部を含む第２の端部領域と、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域との間に延び、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域とを接続する本体領域とを備え、
前記ガス感応部が、前記第１の端部領域および前記第２の端部領域に電気的に接続し、前記本体領域の延びる方向における少なくとも一部の長さに亘って、前記本体領域に電気的に接続しないように設けられる、
ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【請求項２】
前記第１の端部領域および前記第２の端部領域の少なくとも一部が、前記本体領域が設けられる前記基板上の範囲の外縁よりも内側に設けられる、
請求項１に記載のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【請求項３】
前記ガス感応部が、前記本体領域の延びる方向における前記本体領域の略中間の長さの位置にある中間領域に電気的に接続し、前記第１の端部領域と前記中間領域との間の前記本体領域の延びる方向の少なくとも一部の長さに亘って、および前記中間領域と前記第２の端部領域との間の前記本体領域の延びる方向の少なくとも一部の長さに亘って、前記本体領域に電気的に接続しないように設けられる、
請求項１または２に記載のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【請求項４】
前記本体領域が、前記基板上の前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ直線に対して垂直方向の一方側と、前記基板上の前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ直線に対して垂直方向の他方側とに延びる、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【請求項５】
前記ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子が、前記ガス感応部を被覆する機能層を備える、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス検知器用のガス検知素子として、たとえば特許文献１に開示されるように、検知対象ガスを検知するためのガス感応部を備えたＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子が用いられている。ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子では、ガス感応部の上層に、たとえば、ガス選択性を高めるために触媒層が設けられ、あるいは、シロキサン被毒耐性を高めるために保護層が設けられるなど、ガス検知特性を向上させるための機能層が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−７０７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１００は、図８に示されるように、基板１０１上に電極１０２が設けられ、電極１０２上にガス感応部１０３が形成され、ガス感応部１０３の上層に機能層１０４が形成される。このとき、ガス感応部１０３や機能層１０４は、ペースト状の材料を滴下して塗布することにより形成される。この方法では、図８においてよく見られるように、ガス感応部１０３が、基板１０１の端部にまで広がってしまって、ガス感応部１０３の端部側において機能層１０４が極めて薄くなってしまう可能性がある。ガス感応部１０３の端部において機能層１０４が必要な厚さで形成されないと、機能層１０４は、全体としてその機能を十分に発揮することができなくなり、ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１００は、期待されるガス検知特性が得られない可能性がある。
【０００５】
ガス感応部の端部において必要な厚さで機能層を形成する方法として、たとえば、基板の端部にまで広がらないように、基板上の電極の一部の上にガス感応部を形成する方法が考えられる。ガス感応部を基板上の電極の一部の上に形成することで、ガス感応部の端部においても機能層を必要な厚さに形成することができるので、機能層は、期待される機能を十分に発揮することができる。
【０００６】
ところが、電極の全領域に対してガス感応部の大きさを小さくすると、必然的にガス感応部の電極への接触面積が小さくなるが、それによって、検知対象ガスを検知したときのガス感応部の抵抗値の変化が、電極とガス感応部との合成抵抗値に対して相対的に小さくなるので、検知対象ガスに対する感度が低下するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、ガス感応部の大きさを小さくしても、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制することができるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子は、基板と、前記基板上に設けられ、一方のリード線と他方のリード線との間に接続される電極と、前記電極に電気的に接続するように前記基板上に設けられるガス感応部とを備えるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子であって、前記電極が、前記一方のリード線に接続される第１の端部を含む第１の端部領域と、前記他方のリード線に接続される第２の端部を含む第２の端部領域と、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域との間に延び、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域とを接続する本体領域とを備え、前記ガス感応部が、前記第１の端部領域および前記第２の端部領域に電気的に接続し、前記本体領域の延びる方向における少なくとも一部の長さに亘って、前記本体領域に電気的に接続しないように設けられることを特徴とする。
【０００９】
また、前記第１の端部領域および前記第２の端部領域の少なくとも一部が、前記本体領域が設けられる前記基板上の範囲の外縁よりも内側に設けられることが好ましい。
【００１０】
また、前記ガス感応部が、前記本体領域の延びる方向における前記本体領域の略中間の長さの位置にある中間領域に電気的に接続し、前記第１の端部領域と前記中間領域との間の前記本体領域の延びる方向の少なくとも一部の長さに亘って、および前記中間領域と前記第２の端部領域との間の前記本体領域の延びる方向の少なくとも一部の長さに亘って、前記本体領域に電気的に接続しないように設けられることが好ましい。
【００１１】
また、前記本体領域が、前記基板上の前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ直線に対して垂直方向の一方側と、前記基板上の前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ直線に対して垂直方向の他方側とに延びることが好ましい。
【００１２】
また、前記ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子が、前記ガス感応部を被覆する機能層を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガス感応部の大きさを小さくしても、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制することができるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子の上面図である。
【図２】図１のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子の断面構造を説明するための説明図である。
【図３】図１のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子における電極とガス感応部とが形成する回路を説明するための概念図である。
【図４】実施例のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子についてシロキサン曝露試験を行なう前のガス濃度変化に対するセンサ出力変化を示すグラフである。
【図５】比較例のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子についてシロキサン曝露試験を行なう前のガス濃度変化に対するセンサ出力変化を示すグラフである。
【図６】実施例のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子についてシロキサン曝露試験を行なった時のセンサ出力変化を示すグラフである。
【図７】比較例のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子についてシロキサン曝露試験を行なった時のセンサ出力変化を示すグラフである。
【図８】従来のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子の断面図である。
【図９】（ａ）従来のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子の上面図と、（ｂ）電極とガス感応部とが形成する回路を説明するための概念図である。
【図１０】（ａ）従来のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子の上面図と、（ｂ）電極とガス感応部とが形成する回路を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子を説明する。ただし、以下に示す実施形態は一例であり、本発明のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子は以下の例に限定されることはない。
【００１６】
本実施形態のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子は、たとえば大気などの環境雰囲気において、環境雰囲気に含まれる検知対象ガスを検知するために用いられる。ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子は、表面に吸着した酸素と環境雰囲気中の検知対象ガスとの化学反応に伴って抵抗値（または電気伝導度）が変化することを利用して、検知対象ガスを検知する。検知対象ガスとしては、特に限定されることはなく、たとえば、水素、メタン、ブタン、イソブタン、プロパン、一酸化炭素、エタノールなどが例示される。
【００１７】
ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１は、図１および図２に示されるように、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）構造を有している。ＭＥＭＳ構造とは、シリコン基板などの基板の上に微細加工技術によって素子構成要素の少なくとも一部を集積化したデバイス構造のことを意味する。ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１は、ＭＥＭＳ構造を有することにより、コイル型の半導体式ガス検知素子と比べて、小型化が可能で、低消費電力での駆動が可能である。
【００１８】
ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１は、図１および図２に示されるように、基板２と、基板２上に設けられ、一方のリード線Ｌ１と他方のリード線Ｌ２との間に接続される電極３と、電極３に電気的に接続するように基板２上に設けられるガス感応部４とを備える。ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１は、任意で、ガス感応部４を被覆する機能層（図示せず）を備えていてもよい。なお、図２は、ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１の断面構造を説明するための説明図であり、図２に示される電極３の配線構造は、図１に示される電極３の配線構造には対応していない。
【００１９】
ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１は、たとえば、公知のブリッジ回路（図示せず）に組み込まれて、ガス感応部４の表面の吸着酸素と環境雰囲気中の検知対象ガスとの化学反応に伴う抵抗値の変化が検出される。ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１は、ガス感応部４の抵抗値の変化を検出するために、電極３を介してブリッジ回路に組み込まれる。ブリッジ回路は、ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１における抵抗値の変化によって生じる回路内の電位差の変化を電位差計によって測定して、その電位差の変化を検知対象ガスの検知信号として出力する。ただし、ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１は、ガス感応部４の表面の吸着酸素と検知対象ガスとの化学反応に伴って生じる抵抗値の変化を検出することができれば、ブリッジ回路に限定されることはなく、ブリッジ回路とは異なる回路に組み込まれて使用されてもよい。
【００２０】
基板２は、基板２に対して電気的に絶縁状態となるように、電極３およびガス感応部４（機能層が設けられる場合は機能層も含む、以下、まとめて「集積部Ａ」ともいう）を支持する部材である。基板２は、基板２に対して電気的に絶縁状態で積層体Ａを支持することができればよく、その構成は特に限定されることはない。基板２は、本実施形態では、図１および図２に示されるように、基板本体２１と、基板本体２１に支持される絶縁支持膜２２と、基板本体２１と絶縁支持膜２２との間に設けられる空洞部２３とを備えている。
【００２１】
基板本体２１は、絶縁支持膜２２を支持し、絶縁支持膜２２を介して集積部Ａを支持する部材である。基板本体２１は、図２に示されるように、絶縁支持膜２２の下方（集積部Ａが設けられる側の反対側）に設けられ、下方から絶縁支持膜２２を支持する。基板本体２１は、絶縁支持膜２２との間に空洞部２３を形成するために、凹部２１ａが形成されている。基板本体２１は、絶縁支持膜２２を支持することができれば、特に限定されることはなく、たとえばシリコンなどにより形成される。
【００２２】
絶縁支持膜２２は、集積部Ａと基板本体２１との間が電気的に絶縁状態となるように、集積部Ａを支持する部材である。絶縁支持膜２２は、図２に示されるように、基板本体２１に設けられて、基板本体２１により支持される。絶縁支持膜２２は、絶縁物により膜状に形成される。絶縁支持膜２２は、本実施形態では、基板本体２１に接続される酸化シリコン膜２２ａと、酸化シリコン膜２２ａ上に設けられる窒化シリコン膜２２ｂと、窒化シリコン膜２２ｂ上に設けられる酸化シリコン膜２２ｃとを備え、これらの３層が積層されて形成される。絶縁支持膜２２は、たとえばＣＶＤなどの公知の成膜技術により形成することができる。
【００２３】
絶縁支持膜２２は、基板本体２１との間を電気的に絶縁するように集積部Ａを支持することができればよく、その層構造、構成材料、膜厚は特に限定されない。たとえば、絶縁支持膜２２は、本実施形態では３層構造を有しているが、単層構造や３層以外の複層構造を有していてもよい。また、絶縁支持膜２２は、本実施形態では酸化シリコン膜や窒化シリコン膜により形成されているが、酸化アルミニウムなどの他の絶縁物により形成されてもよい。また、絶縁支持膜２２の膜厚は、特に限定されることはなく、基板本体２１との間を電気的に絶縁して集積部Ａを支持することができるように適宜設定することができる。
【００２４】
絶縁支持膜２２は、本実施形態では、図１および図２に示されるように、集積部Ａを支持する本体部２２１と、基板本体２１上に設けられる基部２２２と、本体部２２１と基部２２２とを接続する接続部２２３とを備えている。絶縁支持膜２２は、基部２２２を介して基板本体２１に支持され、本体部２２１を介して集積部Ａを支持する。本体部２２１、基部２２２および接続部２２３は、たとえば、均一な絶縁支持膜２２を形成した後に、公知のエッチング加工技術により形成することができる。
【００２５】
本体部２２１は、接続部２２３を介して基部２２２に接続され、接続部２２３および基部２２２を介して基板本体２１に支持される。本体部２２１は、基板本体２１との間に形成された空洞部２３を介して基板本体２１から離間して設けられる。ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１では、基板本体２１から離間して設けられる本体部２２１に集積部Ａが設けられることで、集積部Ａに加えられる熱が基板本体２１に伝導するのを抑制することができる。それによって、ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１では、集積部Ａをより効率よく加熱することができ、低消費電力の駆動が可能になる。本体部２２１は、本実施形態では、図１に示されるように、上面視で略円形状に形成されている。しかし、本体部２２１は、基板本体２１から離間して設けられ、集積部Ａを支持することができれば、特に限定されることはなく、上面視で略矩形状など他の形状に形成されてもよい。
【００２６】
基部２２２は、図１および図２に示されるように、基板本体２１上に設けられ、基板本体２１に支持される。また、基部２２２は、接続部２２３を介して本体部２２１に接続され、接続部２２３を介して本体部２２１を支持する。基部２２２は、本実施形態では、中央部分が略矩形状にくり抜かれた枠状に形成され、その枠内に空洞部２３が形成されている。しかし、基部２２２は、基板本体２１上に設けられて、接続部２２３を介して本体部２２１を支持することができれば、特に限定されることはなく、略円形状など他の形状でくり抜かれた枠状に形成されてもよい。
【００２７】
接続部２２３は、図１に示されるように、本体部２２１と基部２２２とに接続されて、基部２２２に支持されながら本体部２２１を支持する。接続部２２３は、基板本体２１との間に形成された空洞部２３を介して基板本体２１から離間して設けられる。本体部２２１を基部２２２に接続する接続部２２３が基板本体２１から離間して設けられることにより、集積部Ａに加えられる熱が基板本体２１に伝導するのを抑制することができる。接続部２２３は、基部２２２の枠の内側面に接続され、基部２２２の枠の内側面から、基部２２２の枠の内側の略中央に位置する本体部２２１に向かって延びるように形成される。接続部２２３は、本実施形態では、基部２２２の枠の４つの内側面のそれぞれに接続され、本体部２２１を４方向から支持している。したがって、接続部２２３は、本体部２２１をバランスよく支持することができる。ただし、接続部２２３は、本体部２２１と基部２２２とを接続し、本体部２２１を支持することができればよく、図示された例に限定されることはない。
【００２８】
電極３は、ガス感応部４の抵抗値変化を検出するための部材である。電極３は、図１および図２に示されるように、基板２の絶縁支持膜２２の本体部２２１上に設けられ、その少なくとも一部がガス感応部４に被覆される。電極３は、第１の端部３ａが一方のリード線Ｌ１に接続され、第２の端部３ｂが他方のリード線Ｌ２に接続される。リード線１、２は、電極３と比べて低い電気抵抗を有するように形成される。一方および他方のリード線Ｌ１、Ｌ２を、たとえば公知のブリッジ回路（図示せず）に接続して、電極３の第１の端部３ａと第２の端部３ｂとの間の抵抗値を測定することにより、電極３とガス感応部４との合成抵抗値を測定することができる。そして、電極３とガス感応部４との合成抵抗値の変化を測定することにより、ガス感応部４の抵抗値変化を検出することができる。
【００２９】
電極３は、図１に示されるように、一方のリード線Ｌ１に接続される第１の端部３ａを含む第１の端部領域３１と、他方のリード線Ｌ２に接続される第２の端部３ｂを含む第２の端部領域３２と、第１の端部領域３１と第２の端部領域３２との間に延び、第１の端部領域３１と第２の端部領域３２とを接続する本体領域３３とを備えている。電極３は、第１の端部領域３１、第２の端部領域３２および本体領域３３を備え、単一の電極として構成される。
【００３０】
電極３は、本実施形態では、通電により発熱して、ガス感応部４を（機能層が設けられる場合は機能層も）加熱するヒータとしても機能する。したがって、電極３は、通電によって、ガス感応部４を、検知対象ガスの検知に適した温度に加熱することができる。ただし、電極３は、少なくともガス感応部４の抵抗値変化を検出することができればよく、ガス感応部４を加熱するためのヒータとは別に設けられてもよい。
【００３１】
電極３は、ガス感応部４の抵抗値変化を検出することができればよく、その構成材料は特に限定されない。電極３は、たとえば白金、白金−ロジウム合金などの貴金属などにより形成することができる。電極３は、たとえば、電極３用材料により均一な膜を形成した後に、公知のエッチング加工技術により形成することができる。なお、電極３は、たとえば図２に示されるように、任意で、基板２の絶縁支持膜２２の本体部２２１との密着性を高めるために、酸化タンタルなどにより形成される接着層５を介して本体部２２１に設けられてもよい。
【００３２】
第１の端部領域３１は、第１の端部３ａを含む、第１の端部３ａに隣接する電極３の一部の領域である。第１の端部領域３１は、第１の端部３ａから所定の長さの範囲の電極３の一部により構成される。本実施形態では、第１の端部領域３１は、図１に示されるように、基板２（本体部２２１）の端部近傍に配置された第１の端部３ａと、第１の端部３ａから基板２の中心に向かって延び、基板２の中心に最も近づいた部位である第１の近接部３ｃとの間の領域である。第１の端部領域３１は、本実施形態では、第１の端部３ａから基板２の中心に向かって略直線的に略最短距離で延びている。ただし、第１の端部領域３１は、第１の端部３ａから、少なくとも基板２の中心から遠ざかることなく、基板２の中心に近づくように延びていれば、図示された例に限定されることはなく、湾曲して延びていてもよい。また、第１の端部領域３１は、基板２の中心近傍に第１の端部３ａが配置されて、第１の端部３ａから、基板２の中心から離れる方向に延びる電極３の一部により構成されてもよい。
【００３３】
第１の端部領域３１は、第１の端部３ａから所定の長さの範囲の電極３の一部により構成されていればよく、その長さは特に限定されることはない。第１の端部領域３１の所定の長さとしては、後にも詳しく述べるように、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制するという観点から、たとえば、電極３全体の長さの１５％以下であることが好ましく、電極３全体の長さの１０％以下であることがより好ましく、電極３全体の長さの６％以下であることがよりさらに好ましい。あるいは、第１の端部領域３１の所定の長さとしては、たとえば、電極３全体の電気抵抗値の１５％以下の電気抵抗値となる長さであることが好ましく、電極３全体の電気抵抗値の１０％以下の電気抵抗値となる長さであることがより好ましく、電極３全体の電気抵抗値の６％以下の電気抵抗値となる長さであることがよりさらに好ましい。
【００３４】
第２の端部領域３２は、第２の端部３ｂを含む、第２の端部３ｂに隣接する電極３の一部の領域である。第２の端部領域３２は、第２の端部３ｂから所定の長さの範囲の電極３の一部により構成される。第２の端部領域３２は、本実施形態では、図１に示されるように、基板２（本体部２２１）の端部近傍に配置された第２の端部３ｂと、第２の端部３ｂから基板２の中心に向かって延び、基板２の中心に最も近づいた部位である第２の近接部３ｄとの間の領域である。第２の端部領域３２は、本実施形態では、第２の端部３ｂから基板２の中心に向かって略直線的に略最短距離で延びている。ただし、第２の端部領域３２は、第２の端部３ｂから、少なくとも基板２の中心から遠ざかることなく、基板２の中心に近づくように延びていれば、本実施形態に限定されることはなく、湾曲して延びていてもよい。また、第２の端部領域３２は、本実施形態では第１の端部領域３１と略平行かつ略一直線上に延び、第１の端部領域３１と略同一の長さを有しているが、第１の端部領域３１に対して傾斜して設けられていてもよく、第１の端部領域３１とは異なる長さを有していてもよい。また、第２の端部領域３２は、基板２の中心近傍に第２の端部３ｂが配置されて、第２の端部３ｂから、基板２の中心から離れる方向に延びる電極３の一部により構成されてもよい。
【００３５】
第２の端部領域３２は、第２の端部３ｂから所定の長さの範囲の電極３の一部により構成されていればよく、その長さは特に限定されることはない。第２の端部領域３２の所定の長さとしては、後にも詳しく述べるように、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制するという観点から、たとえば、電極３全体の長さの１５％以下であることが好ましく、電極３全体の長さの１０％以下であることがより好ましく、電極３全体の長さの６％以下であることがよりさらに好ましい。あるいは、第２の端部領域３２の所定の長さとしては、たとえば、電極３全体の電気抵抗値の１５％以下の電気抵抗値となる長さであることが好ましく、電極３全体の電気抵抗値の１０％以下の電気抵抗値となる長さであることがより好ましく、電極３全体の電気抵抗値の６％以下の電気抵抗値となる長さであることがよりさらに好ましい。
【００３６】
第１の端部領域３１および第２の端部領域３２は、基板２（本体部２２１）上に設けられていればよく、その配置は特に限定されることはない。本実施形態では、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２の少なくとも一部は、図１に示されるように、本体領域３３が設けられる基板２上の範囲の外縁Ｅよりも内側に設けられている。つまり、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２の少なくとも一部は、基板２の中心から最も離間して配置された本体領域３３の部分の、基板２の中心からの距離よりも短い距離内に設けられている。したがって、後述するように、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２に電気的に接続するように設けられるガス感応部４を本体領域３３の外縁Ｅの内側に形成することができるので、ガス感応部４を、基板２の大きさに対して、より小さく形成することができる。さらに、図示されるように、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２の両方の全体が、本体領域３３の外縁Ｅの内側に設けられてもよい。それによって、ガス感応部４をさらに小さく形成することができる。ただし、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２は、そのいずれかの少なくとも一部が本体領域３３の外縁Ｅの内側に設けられていてもよい。
【００３７】
また、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２は、本実施形態では、図１に示されるように、互いに接近して設けられている。より具体的には、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２は、第１の端部領域３１と第２の端部領域３２との間の距離が、基板２の中心から本体領域３３の外縁Ｅまでの距離の１／２の距離よりも短くなるように、互いに接近して設けられている。したがって、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２に電気的に接続するように設けられるガス感応部４をより小さく形成することができる。ガス感応部４をより小さく形成するという観点から、第１の端部領域３１と第２の端部領域３２との間の距離は、たとえば、基板２の中心から本体領域３３の外縁Ｅまでの距離の２／３以下であることが好ましく、基板２の中心から本体領域３３の外縁Ｅまでの距離の１／２以下であることがより好ましく、基板２の中心から本体領域３３の外縁Ｅまでの距離の１／３以下であることがよりさらに好ましい。
【００３８】
また、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２は、本実施形態では、図１に示されるように、基板２（本体部２２１）の中心近傍まで延びている。より具体的には、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２は、本体領域３３の外縁Ｅまでの距離の１／２の距離よりも近い距離まで、基板２の中心に接近して延びている。したがって、ガス感応部４は、基板２の中心近傍において、より小さく形成することができる。さらに、図示されるように、ガス感応部４が基板２の中心近傍にだけ設けられることで、ガス感応部４の端部の全体において保護層を十分な厚さで形成することができるので、機能層の機能をより高めることができる。ガス感応部４を基板２の中心近傍に設けるという観点から、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２のそれぞれと基板２の中心との間の距離は、たとえば、基板２の中心から本体領域３３の外縁Ｅまでの距離の２／３以下であることが好ましく、基板２の中心から本体領域３３の外縁Ｅまでの距離の１／２以下であることがより好ましく、基板２の中心から本体領域３３の外縁Ｅまでの距離の１／３以下であることがよりさらに好ましい。
【００３９】
本体領域３３は、第１の端部領域３１と第２の端部領域３２とを接続する電極３の一部の領域である。本体領域３３は、第１の端部領域３１と第２の端部領域３２とを接続するように第１の端部領域３１と第２の端部領域３２との間に延びていれば、その配置は特に限定されることはない。本体領域３３は、本実施形態では、図１に示されるように、基板２（本体部２２１）上の第１の端部３ａと第２の端部３ｂとを結ぶ直線Ｓに対して垂直方向の一方側（第１の領域２２１ａ）と、基板２上の第１の端部３ａと第２の端部３ｂとを結ぶ直線Ｓに対して垂直方向の他方側（第２の領域２２１ｂ）とに延びている。本体領域３３が、基板２（本体部２２１）上の対向する２つの領域２２１ａ、２２１ｂに設けられることにより、ガス感応部４を加熱するために電極３を昇温しても、基板２がより均一に加熱されるので、基板２が熱により湾曲することが抑制される。
【００４０】
本体領域３３は、本実施形態では、図１に示されるように、基板２（本体部２２１）の第１の領域２２１ａに設けられる第１の本体領域３３１と、基板２の第２の領域２２１ｂに設けられる第２の本体領域３３２と、第１の本体領域３３１と第２の本体領域３３２との間の中間領域３３３とを備えている。
【００４１】
第１の本体領域３３１は、図１に示されるように、基板２（本体部２２１）の第１の領域２２１ａ上において、第１の端部領域３１の一方側の端部である第１の端部３ａとは反対側の他方側の端部（第１の近接部３ｃ）から中間領域３３３まで延びている。より具体的には、第１の本体領域３３１は、第１の端部領域３１の他方側の端部から、第１の端部領域３１に対して略垂直に第１の領域２２１ａ側に延び、その後、基板２の端部に（図中、上側に）向かって蛇行しながら延び、基板２の端縁に沿って延びた後、基板２の中心に向かって延び、中間領域３３３にまで延びている。それによって、第１の本体領域３３１は、第１の領域２２１ａ内において高い密度で配置されるので、長い配線長さを確保し、高い電気抵抗値を確保することができる。
【００４２】
第２の本体領域３３２は、図１に示されるように、基板２（本体部２２１）の第２の領域２２１ｂ上において、第２の端部領域３２の一方側の端部である第２の端部３ｂとは反対側の他方側の端部（第２の近接部３ｄ）から中間領域３３３まで延びている。より具体的には、第２の本体領域３３２は、第２の端部領域３２の他方側の端部から、第２の端部領域３２に対して略垂直に第２の領域２２１ｂ側に延び、その後、基板２の端部に（図中、下側に）向かって蛇行しながら延び、基板２の端縁に沿って延びた後、基板２の中心に向かって延び、中間領域３３３にまで延びている。それによって、第２の本体領域３３２は、第２の領域２２１ｂ内において高い密度で配置されるので、長い配線長さを確保し、高い電気抵抗値を確保することができる。
【００４３】
第１の本体領域３３１および第２の本体領域３３２は、本実施形態では、図１に示されるように、互いに略同一の長さに形成され、互いに略同一の電気抵抗を有している。それにより、ガス感応部４を加熱するために電極３を昇温しても、基板２がより均一に加熱されるので、基板２が熱により湾曲するのが抑制される。また、第１の本体領域３３１および第２の本体領域３３２は、基板２の中心を略中心として、互いに略点対象に配置されている。それにより、電極３を昇温した際に、基板２がよりさらに均一に加熱されるので、基板２が熱により湾曲するのがよりさらに抑制される。
【００４４】
中間領域３３３は、図１に示されるように、第１の本体領域３３１と第２の本体領域３３２とを接続する。中間領域３３３は、基板２（本体部２２１）の第１の領域２２１ａと第２の領域２２１ｂとの間の境界において、第１の端部３ａと第２の端部３ｂとを結ぶ直線Ｓと交差（図示された例では直交）して、第１の領域２２１ａと第２の領域２２１ｂとの間に延びるように設けられている。本実施形態では、中間領域３３３の両側に設けられる第１の本体領域３３１および第２の本体領域３３２が互いに略同一の長さに形成されているので、中間領域３３３は、本体領域３３の延びる方向における本体領域３３の略中間の長さの位置にある。中間領域３３３は、基板２の略中心において、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２の間に設けられている。第１の端部領域３１および第２の端部領域３２の間には、第１の本体領域３３１および第２の本体領域３３２が設けられることなく、中間領域３３３のみが設けられている。
【００４５】
ガス感応部４は、金属酸化物半導体を主成分とし、表面の吸着酸素と検知対象ガスとの化学反応に伴って電気抵抗が変化する部位である。ガス感応部４は、図１および図２に示されるように、電極３に電気的に接続するように基板２上に設けられる。ガス感応部４が電極３に電気的に接続するように設けられることで、電極３を介してガス感応部４の電気抵抗の変化を検出することができる。ガス感応部４の基板２上での詳細な配置については、以下で詳しく述べる。
【００４６】
ガス感応部４は、基板２上において、電極３によって抵抗変化を検出できるように設けられればよく、その形成方法は特に限定されない。ガス感応部４は、たとえば、金属酸化物半導体の微粉体を溶媒に混ぜてペースト状としたものを、予め電極３が設けられた基板２上に塗布して乾燥させることにより形成することが可能である。あるいは、ガス感応部４は、スパッタリングなどの公知の成膜技術を用いて形成することも可能である。
【００４７】
ガス感応部４の金属酸化物半導体としては、吸着酸素と検知対象ガスとの化学反応に伴って電気抵抗が変化するものであれば、特に限定されることはない。たとえば、ガス感応部４の金属酸化物半導体としては、酸素吸着、および吸着酸素とガス成分との化学反応を促進し、ガス検知感度を向上させるという観点から、ｎ型半導体を用いることが好ましく、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および酸化タングステンの中から選択される少なくとも１種を含む金属酸化物半導体を用いることがさらに好ましく、酸化スズおよび酸化インジウムの中から選択される少なくとも１種を含む金属酸化物半導体を用いることがよりさらに好ましい。
【００４８】
ガス感応部４の金属酸化物半導体は、電気抵抗を調整するために、ドナーとして金属元素が添加されていてもよい。添加される金属元素としては、金属酸化物半導体中にドナーとして添加可能であり、金属酸化物半導体の電気抵抗を調整することが可能であれば、特に限定されることはないが、たとえば、アンチモン、ニオブおよびタングステンの中から選択される少なくとも１種が例示される。また、ガス感応部４の金属酸化物半導体は、電気抵抗を調整するために、金属酸化物半導体中に酸素欠損が導入されてもよい。金属元素濃度や酸素欠損濃度は、要求される電気抵抗に応じて、適宜設定することができる。
【００４９】
ガス感応部４は、図１に示されるように、電極３の第１の端部領域３１および第２の端部領域３２に電気的に接続し、電極３の本体領域３３の延びる方向における少なくとも一部の長さに亘って、本体領域３３に電気的に接続しないように設けられる。ガス感応部４は、電極３の本体領域３３の少なくとも一部に電気的に接続しないように設けられて、基板２（本体部２２１）の一部に設けられることで、基板２の全体に設けられる場合と比べて小さく形成される。そして、そのような場合でも、ガス感応部４は、電極３の第１の端部領域３１および第２の端部領域３２に電気的に接続しているので、以下で詳しく説明するように、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制することができる。さらに、ガス感応部４が基板２の一部に設けられることで、ガス感応部４を被覆するように機能層を設ける場合においても、機能層がガス感応部４の端部においても十分な厚さで形成されるので、ガス感応部４のガス検知特性を向上させるという、機能層が有する機能を十分に発揮することができる。
【００５０】
なお、ガス感応部４は、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制するという目的のために、電極３の第１の端部領域３１および第２の端部領域３２に電気的に接続されるが、その目的のためには、必ずしも第１の端部領域３１および第２の端部領域３２の全体に電気的に接続されていなくてもよく、図１に示されるように、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２のそれぞれの少なくとも一部に電気的に接続されていればよい。
【００５１】
ここで、上述したように、ガス感応部４の表面の吸着酸素と検知対象ガスとの化学反応に伴うガス感応部４の電気抵抗変化は、電極３を介して検出される。このとき、電極３の第１の端部３ａと第２の端部３ｂとの間の合成抵抗値Ｒは、図３に示されるように、電極３の電気抵抗値Ｒｃとガス感応部４の電気抵抗値Ｒｖとの合成抵抗値として表わされる。ガス感応部４の電気抵抗値Ｒｖの変化は、この合成抵抗値Ｒの変化として間接的に検出される。
【００５２】
たとえば、図９に示されるように、電極の全体にガス感応部が電気的に接続されている場合には、電極の全体とガス感応部の全体とが並列回路を形成し、合成抵抗値Ｒは、電極の全体の電気抵抗値Ｒｃとガス感応部の全体の電気抵抗値Ｒｖとの並列合成抵抗値として表わされる。この場合、合成抵抗値Ｒは、ガス感応部の電気抵抗値Ｒｖの変化に応じて大きく変化するので、検知対象ガスに対して高い感度を得ることができる。
【００５３】
一方、図１０に示されるように、電極の一部にだけガス感応部が電気的に接続している場合には、電極の一部だけがガス感応部の全体と並列回路を形成し、合成抵抗値Ｒは、電極の一部の電気抵抗値Ｒｃとガス感応部の全体の電気抵抗値Ｒｖとの並列合成抵抗値と、電極のその他の部分の電気抵抗値Ｒｃとの直列合成抵抗値として表わされる。この場合、合成抵抗値Ｒは、ガス感応部の電気抵抗値Ｒｖが変化しても、ガス感応部が電気的に接続されていない電極のその他の部分の端部間の抵抗値が変化せず、全体として大きく変化しないため、検知対象ガスに対して高い感度を得ることができない。
【００５４】
それに対して、本実施形態では、図１に示されるように、ガス感応部４が、電極３の本体領域３３の少なくとも一部に電気的に接続していないものの、電極３の第１の端部領域３１および第２の端部領域３２に電気的に接続している。したがって、図３に示されるように、合成抵抗値Ｒは、電極３のほぼ全体の電気抵抗値Ｒｃとガス感応部４の全体の電気抵抗値Ｒｖとの並列合成抵抗値として表わされる。この場合、合成抵抗値Ｒは、電極３の全体にガス感応部４が電気的に接続されている場合と比べて同程度か、またはそれに近い程度で、ガス感応部４の電気抵抗値Ｒｖの変化に応じて変化する。したがって、ガス感応部４の大きさを小さくすることで、電極３の本体領域３３の一部にガス感応部４が電気的に接続されていなくても、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制することができる。
【００５５】
電極３の全体にガス感応部４が電気的に接続されている場合と同程度か、またはそれに近い程度で、電極３の端部３ａ、３ｂ間の合成抵抗値Ｒがガス感応部４の電気抵抗値Ｒｖの変化に応じて変化するようにするためには、ガス感応部４は、電極３の第１の端部３ａおよび第２の端部３ｂにできるだけ近い部分に電気的に接続されることが好ましい。ガス感応部４が電気的に接続される電極３の部分の第１の端部３ａおよび第２の端部３ｂからの距離、または、その距離を画定する、電極３の第１の端部領域３１および第２の端部領域３２のそれぞれの所定の長さは、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制することができれば、特に限定されることはなく、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制することが要求されるレベルに応じて適宜決定することができる。第１の端部領域３１および第２の端部領域３２の所定の長さとしては、検知対象ガスに対する感度の低下を抑制するという観点から、たとえば、電極３全体の長さの１５％以下であることが好ましく、電極３全体の長さの１０％以下であることがより好ましく、電極３全体の長さの６％以下であることがよりさらに好ましい。あるいは、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２の所定の長さとしては、たとえば、電極３全体の電気抵抗値の１５％以下の電気抵抗値となる長さであることが好ましく、電極３全体の電気抵抗値の１０％以下の電気抵抗値となる長さであることがより好ましく、電極３全体の電気抵抗値の６％以下の電気抵抗値となる長さであることがよりさらに好ましい。
【００５６】
本実施形態では、ガス感応部４は、図１に示されるように、本体領域３３の延びる方向における本体領域３３の略中間の長さの位置にある中間領域３３３に電気的に接続し、第１の端部領域３１と中間領域３３３との間の本体領域３３（第１の本体領域３３１）の延びる方向の少なくとも一部の長さに亘って、および中間領域３３３と第２の端部領域３２との間の本体領域３３（第２の本体領域３３２）の延びる方向の少なくとも一部の長さに亘って、本体領域３３に電気的に接続しないように設けられている。図示された例では、ガス感応部４は、実質的に第１の端部領域３１、第２の端部領域３２および中間領域３３３のみに電気的に接続するように設けられている。
【００５７】
また、本実施形態では、図１に示されるように、電極３の第１の端部領域３１および第２の端部領域３２の少なくとも一部が、電極３の本体領域３３が設けられる基板２上の範囲の外縁Ｅよりも内側に設けられている。したがって、ガス感応部４は、本体領域３３の外縁Ｅの内側に形成することができるので、基板２の大きさに対して、より小さく形成することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、図１に示されるように、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２が、互いに接近して設けられている。したがって、ガス感応部４は、基板２の大きさに対して、より小さく形成することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、図１に示されるように、第１の端部領域３１および第２の端部領域３２が、基板２（本体部２２１）の中心近傍まで延びている。したがって、ガス感応部４は、基板２の中心近傍において、より小さく形成することができる。
【００６０】
ガス感応部４に任意で被覆するように設けられる機能層は、ガス感応部４における検知対象ガスの選択性を向上させる機能や、ガス感応部４の劣化を抑制する機能など、ガス感応部４のガス検知特性を向上させる機能を有する層である。機能層は、ガス感応部４を被覆するようにガス感応部４上に設けられる。本実施形態のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１では、ガス感応部４が、基板２の一部に設けられている。それにより、ガス感応部４上に設けられる機能層は、ガス感応部４の端部領域においても、必要な厚さで形成することができるので、機能の低下を抑制することができる。したがって、本実施形態のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１では、ガス感応部４が基板２の全体に設けられる場合と比べて、機能層の全体の機能を向上させることができる。
【００６１】
本実施形態では、機能層として、ガス感応部４の劣化を抑制し、ガス感応部４を保護する機能を有する２種類の層（以下、第１機能層、第２機能層という）が例示される。ただし、機能層としては、ガス感応部４のガス検知特性を向上させる機能を有するものであれば、特に限定されることはなく、半導体式ガス検知素子において、金属酸化物半導体を主成分とするガス感応部を被覆することでガス感応部のガス検知特性を向上させる機能を有する公知の層を採用することができる。
【００６２】
第１の例である第１機能層は、環境雰囲気中に含まれる検知対象ガス以外の特定のガス成分（たとえば有機シリコーンガス）からガス感応部４を保護し、ガス感応部４の耐久性を向上させる。第１機能層は、たとえば、環境雰囲気中に含まれる有機シリコーンガス（たとえば、ヘキサメチルジシロキサンなど）がガス感応部４に付着することによってガス感応部４が被毒する（ガス感応部４の検知感度が変化してＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１が誤作動する）のを抑制する。
【００６３】
第１機能層は、ガス感応部４を保護し、ガス感応部４の耐久性を向上させるという目的のために、金属酸化物半導体に金属酸化物が担持されて形成される。金属酸化物半導体としては、特に限定されることはなく、たとえば、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および酸化タングステンの中から選択される少なくとも１種を含む金属酸化物半導体を用いることができる。金属酸化物としては、特定のガス成分からガス感応部４を保護し得る金属酸化物であり、たとえば、酸化クロム、酸化パラジウム、酸化コバルト、酸化鉄、酸化ロジウム、酸化銅、酸化セリウム、酸化白金、酸化タングステンおよび酸化ランタンの中から選択される少なくとも１種を用いることができる。金属酸化物は、上に例示された中でも、ガス感応部４の劣化をよりさらに抑制する観点から、酸化クロムおよび酸化パラジウムの中から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００６４】
第１機能層は、特定のガス成分からガス感応部４を保護し、ガス感応部４の耐久性を向上させることができれば、その形成方法は特に限定されない。第１機能層は、たとえば、金属酸化物半導体の微粉体と金属酸化物の微粉体との混合物を溶媒に混ぜてペースト状としたものをガス感応部４に塗布して乾燥させることによって形成することができる。
【００６５】
第２の例である第２機能層は、第１機能層と同様の目的のために、絶縁性金属酸化物により構成される。第２機能層は、絶縁性金属酸化物により特定のガス成分を捕捉することで、ガス感応部４を保護する。また、第２機能層が絶縁性金属酸化物により構成されることで、第２機能層中に電流が流れることが抑制され、検知対象ガス検知時のガス感応部４の抵抗値変化に及ぼす影響を抑えることができるので、検知対象ガスの検知感度が低下するのを抑えることができる。絶縁性金属酸化物としては、特に限定されることはないが、たとえば酸化アルミニウムおよび酸化シリコンの中から選択される少なくとも１種が例示される。
【００６６】
第２機能層は、絶縁性金属酸化物に、酸化活性を有する金属酸化物が担持されて形成されてもよい。第２機能層は、酸化活性を有する金属酸化物が絶縁性金属酸化物に担持されて形成されることにより、ガス感応部４の劣化をより抑制することができる。酸化活性を有する金属酸化物としては、たとえば、酸化クロム、酸化パラジウム、酸化コバルト、酸化鉄、酸化ロジウム、酸化銅、酸化セリウム、酸化白金、酸化タングステンおよび酸化ランタンの中から選択される少なくとも１種が例示される。金属酸化物は、上に例示された中でも、ガス感応部４の劣化をよりさらに抑制する観点から、酸化クロムおよび酸化パラジウムの中から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００６７】
第２機能層は、特定のガス成分からガス感応部４を保護し、ガス感応部４の耐久性を向上させることができれば、その形成方法は特に限定されない。第２機能層５は、たとえば、絶縁性金属酸化物の微粉体と金属酸化物の微粉体との混合物を溶媒に混ぜてペースト状としたものをガス感応部４に塗布して乾燥させることによって形成することができる。
【実施例】
【００６８】
以下において、実施例をもとに本実施形態のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子の優れた効果を説明する。ただし、本発明のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）
図１に示されるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１を以下の手順で作製した。まず、公知の微細加工技術により、基板２を作成し、基板２上に電極３を配線した。その際、電極３としては、白金を用い、接着層５としては、酸化タンタルを用いた。つぎに、アンチモンをドナーとして０．１ｗｔ％添加した酸化スズ半導体の微粉体のペーストを、基板２上の電極３の一部を覆って最大厚さが２０μｍになるように塗布して、乾燥後、電気炉にて６５０℃で２時間加熱して焼結することにより、ガス感応部４を形成した。このとき、ガス感応部４の直径は、４０μｍであった。引き続いて、作製されたＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１において、ガス感応部４を被覆するように機能層を設けた。機能層は、酸化クロムおよび酸化パラジウムの微粉体を混ぜた酸化スズ半導体の微粉体のペーストを、ガス感応部４を被覆して最大厚さが３０μｍになるように塗布して、乾燥後、電気炉にて６５０℃で２時間加熱して焼結することにより形成した。
【００７０】
（比較例１）
図８および図９に示されるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子１００を、電極の配置が異なること、およびガス感応部が基板の全体を覆って基板の端部にまで及んでいることを除いて、実施例１と同じ方法で作製した。このとき、ガス感応部の直径は、１３０μｍであった。また、比較例１の電極の電気抵抗値は、実施例１の電極と同じ電気抵抗値になるように調整した。
【００７１】
（検出感度試験）
実施例１および比較例１のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子を、公知のブリッジ回路に組み込んで、検知対象ガスを含む大気環境下でセンサ出力を測定した。検知対象ガスとしては、メタン、エタノール、水素を用いた。
【００７２】
（シロキサン曝露試験）
実施例１および比較例１のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子について、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）が１０ｐｐｍだけ含まれる大気に曝露したあとに、センサ出力がどのように変化するかを評価した。センサ出力は、検出感度試験と同じ方法で、検知対象ガスを含まない大気環境下および検知対象ガスを含む大気環境下において測定した。検知対象ガスとしては、メタン（３０００ｐｐｍ）、エタノール（１００ｐｐｍ）、水素（１０００ｐｐｍ）を用いた。
【００７３】
（検出感度試験結果）
実施例１および比較例１のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子について、メタン、エタノール、水素の濃度を変化させたときのセンサ出力の変化を調べた結果を図４および図５に示す。
【００７４】
図４および図５を見ると、実施例１および比較例１のいずれにおいても、メタン、エタノール、水素の濃度の増加に伴ってセンサ出力が増加している。そして、それぞれの濃度のメタン、エタノール、水素のセンサ出力は、実施例１と比較例１とで大きな違いはない。このことから、実施例１のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子では、比較例１のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子と比べてガス感応部の大きさを小さくしても、検知対象ガスに対する感度の低下が抑制されていることが分かる。
【００７５】
（シロキサン曝露試験結果２）
実施例１および比較例１のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子についてシロキサン曝露試験を行なった後のセンサ出力の変化を調べた結果を図６および図７に示す。図６および図７においては、センサ出力は、シロキサン曝露時間が０分における、メタンを含む大気環境下で得られたセンサ出力を１００として規格化している。
【００７６】
図７の比較例１を見ると、検知対象ガスを含まない大気環境下も含めて、メタン、エタノール、水素を含む大気環境下において得られたセンサ出力はいずれも、シロキサン曝露試験における曝露時間の増加に伴って増加している。このことから、比較例１では、シロキサンの曝露によってガス感応部が劣化していることが分かる。
【００７７】
それに対して、図６の実施例１を見ると、シロキサン曝露試験における曝露時間の増加に伴うセンサ出力の変化は、比較例１の結果と比べると、エタノールについてはわずかに抑えられ、メタン、水素および大気については大きく抑えられている。このことから、ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子のガス感応部を小さくすることで、シロキサンの曝露によるガス感応部の劣化を抑制するという機能を向上させることができていることが分かる。
【符号の説明】
【００７８】
１  ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子
２  基板
２１  基板本体
２１ａ  凹部
２２  絶縁支持膜
２２ａ  酸化シリコン膜
２２ｂ  窒化シリコン膜
２２ｃ  酸化シリコン膜
２２１  本体部
２２１ａ  第１の領域
２２１ｂ  第２の領域
２２２  基部
２２３  接続部
２３  空洞部
３  電極
３ａ  第１の端部
３ｂ  第２の端部
３ｃ  第１の近接部
３ｄ  第２の近接部
３１  第１の端部領域
３２  第２の端部領域
３３  本体領域
３３１  第１の本体領域
３３２  第２の本体領域
３３３  中間領域
４  ガス感応部
５  接着層
Ａ  集積部
Ｅ  電極の本体領域の外縁
Ｌ１  一方のリード線
Ｌ２  他方のリード線
Ｒ  合成抵抗値
Ｒｃ  電極の電気抵抗値
Ｒｖ  ガス感応部の電気抵抗値
Ｓ  第１の端部と第２の端部とを結ぶ直線
【図１】
2020165896.tif 000003
【図２】
2020165896.tif 000004
【図３】
2020165896.tif 000005
【図４】
2020165896.tif 000006
【図５】
2020165896.tif 000007
【図６】
2020165896.tif 000008
【図７】
2020165896.tif 000009
【図８】
2020165896.tif 000010
【図９】
2020165896.tif 000011
【図１０】
2020165896.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月22日(2020.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、一方のリード線と他方のリード線との間に接続される電極と、
前記電極に電気的に接続するように前記基板上に設けられるガス感応部と
を備えるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子であって、
前記電極が、前記一方のリード線に接続される第１の端部を含む第１の端部領域と、前記他方のリード線に接続される第２の端部を含む第２の端部領域と、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域との間に延び、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域とを接続する本体領域とを備え、
前記本体領域が、
前記基板上の前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ直線に対して垂直方向の一方側のみにおいて前記第１の端部領域から延びる第１の本体領域と、
前記基板上の前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ直線に対して垂直方向の他方側のみにおいて前記第２の端部領域から延びる第２の本体領域と、
前記第１の本体領域と前記第２の本体領域とを接続し、前記基板上の前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ直線と１回のみ交差する中間領域とを備え、
前記ガス感応部が、前記第１の端部領域、前記第２の端部領域および前記中間領域に電気的に接続し、前記第１の本体領域および前記第２の本体領域の延びる方向における少なくとも一部の長さに亘って、前記第１の本体領域および前記第２の本体領域に電気的に接続しないように設けられる、
ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に設けられ、一方のリード線と他方のリード線との間に接続される電極と、
前記電極に電気的に接続するように前記基板上に設けられるガス感応部と
を備えるＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子であって、
前記電極が、前記一方のリード線に接続される第１の端部を含み、前記第１の端部から前記基板の略中心に向かって略直線状に延びる第１の端部領域と、前記他方のリード線に接続される第２の端部を含み、前記第２の端部から前記基板の略中心に向かって略直線状に延びる第２の端部領域と、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域との間に延び、前記第１の端部領域と前記第２の端部領域とを接続する本体領域とを備え、
前記ガス感応部が、前記第１の端部領域および前記第２の端部領域に電気的に接続し、前記本体領域の延びる方向における少なくとも一部の長さに亘って、前記本体領域に電気的に接続しないように設けられる、
ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【請求項３】
前記第１の端部領域および前記第２の端部領域の少なくとも一部が、前記本体領域が設けられる前記基板上の範囲の外縁よりも内側に設けられる、
請求項１または２に記載のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【請求項４】
前記ガス感応部が、前記本体領域の延びる方向における前記本体領域の略中間の長さの位置にある中間領域に電気的に接続し、前記第１の端部領域と前記中間領域との間の前記本体領域の延びる方向の少なくとも一部の長さに亘って、および前記中間領域と前記第２の端部領域との間の前記本体領域の延びる方向の少なくとも一部の長さに亘って、前記本体領域に電気的に接続しないように設けられる、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【請求項５】
前記本体領域が、前記基板上の前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ直線に対して垂直方向の一方側と、前記基板上の前記第１の端部と前記第２の端部とを結ぶ直線に対して垂直方向の他方側とに延びる、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子が、前記ガス感応部を被覆する機能層を備える、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ型半導体式ガス検知素子。