(57)【要約】【課題】ガスセンサに応用することが好適なサーミスタであって、検知用と参照用に兼用可能なサーミスタを提供する。【解決手段】サーミスタＲｄは、サーミスタ膜３０と、サーミスタ膜３０に接するサーミスタ電極３１〜３３を備える。サーミスタ電極３１，３２間の所定温度における抵抗値は、サーミスタ電極３１，３３間の所定温度における抵抗値と異なる。これによれば、サーミスタ電極３１，３２を使用する場合とサーミスタ電極３１，３３を使用する場合とで、測定条件が変化することから、複数の測定条件を１つのサーミスタによって実現することが可能となる。したがって、本発明によるサーミスタをガスセンサに応用すれば、サーミスタ電極３１，３３を使用して参照動作を行い、サーミスタ電極３１，３２を使用して検知動作を行うことができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーミスタ膜と、前記サーミスタ膜に接する複数のサーミスタ電極とを備え、
前記複数のサーミスタ電極のうち所定の２つのサーミスタ電極間の所定温度における抵抗値は、前記複数のサーミスタ電極のうち別の２つのサーミスタ電極間の前記所定温度における抵抗値と異なることを特徴とするサーミスタ。
【請求項２】
前記複数のサーミスタ電極は、第１、第２及び第３のサーミスタ電極を含み、
前記所定の２つのサーミスタ電極は、前記第１及び第２のサーミスタ電極からなり、
前記別の２つのサーミスタ電極は、前記第１及び第３のサーミスタ電極からなる、請求項１に記載のサーミスタ。
【請求項３】
前記所定の２つのサーミスタ電極間の第１の温度における抵抗値は、前記別の２つのサーミスタ電極間の前記第１の温度とは異なる第２の温度における抵抗値と同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーミスタ。
【請求項４】
請求項３に記載のサーミスタと、
前記サーミスタ膜を前記第１又は第２の温度に加熱するヒータ抵抗と、
前記所定の２つのサーミスタ電極又は前記別の２つのサーミスタ電極を一対の端子電極に接続する第１のスイッチ回路と、
前記一対の端子電極間の抵抗値に基づいて出力信号を生成する検出回路と、を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
前記ヒータ抵抗は、印加される電圧又は供給される電流が第１の値である場合に前記サーミスタ膜を前記第１の温度に加熱し、印加される電圧又は供給される電流が前記第１の値とは異なる第２の値である場合に前記サーミスタ膜を前記第２の温度に加熱することを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記ヒータ抵抗に含まれる第１及び第２の区間の接続関係を直列又は並列に切り替える第２のスイッチ回路をさらに備え、
前記ヒータ抵抗は、前記第２のスイッチ回路によって前記第１及び第２の区間が直列に接続されることによって前記サーミスタ膜を前記第１の温度に加熱し、前記第２のスイッチ回路によって前記第１及び第２の区間が並列に接続されることによって前記サーミスタ膜を前記第２の温度に加熱することを特徴とする請求項４に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーミスタに関し、特にガスセンサに応用することが好適なサーミスタに関する。また、本発明は、このようなサーミスタを備えるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスセンサは、雰囲気中に含まれる測定対象ガスの濃度を検出するものであり、中でも、ヒータ抵抗によってサーミスタを加熱するタイプのガスセンサは小型化に優れている。例えば、特許文献１に記載されたガスセンサは、ヒータ抵抗によって加熱される２つのサーミスタを備えている。２つのサーミスタの一方は、測定対象ガスの濃度に応じて抵抗値が変化する検知用のサーミスタであり、他方は、測定対象ガスの濃度によって抵抗値が変化しない参照用のサーミスタである。参照用のサーミスタは、外界雰囲気を温度補償するための温度センサとして用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されたガスセンサは、検知用のサーミスタと参照用のサーミスタが積層された構造を有していることから、製造プロセス数が増加するという問題があった。製造プロセス数を削減するためには、検知用のサーミスタと参照用のサーミスタを平面視で異なる位置にそれぞれ配置すればよいが、この場合、ガスセンサの平面サイズが大きくなるという問題が生じる。
【０００５】
したがって、本発明の一つの目的は、ガスセンサに応用することが好適なサーミスタであって、検知用と参照用に兼用可能なサーミスタを提供することである。
【０００６】
また、本発明の別の目的は、１つのサーミスタを用いて検知動作及び参照動作の両方を行うことが可能なガスセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるサーミスタは、サーミスタ膜と、サーミスタ膜に接する複数のサーミスタ電極とを備え、複数のサーミスタ電極のうち所定の２つのサーミスタ電極間の所定温度における抵抗値は、複数のサーミスタ電極のうち別の２つのサーミスタ電極間の所定温度における抵抗値と異なることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、サーミスタ膜に接する複数のサーミスタ電極のうち、どの２つを選択するかによって測定条件が変化することから、複数の測定条件を１つのサーミスタによって実現することが可能となる。したがって、本発明によるサーミスタをガスセンサに応用すれば、例えば、複数のサーミスタ電極のうち所定の２つを選択した状態で参照動作を行い、複数のサーミスタ電極のうち別の２つを選択した状態で検知動作を行うことが可能となる。
【０００９】
本発明において、複数のサーミスタ電極は第１、第２及び第３のサーミスタ電極を含み、所定の２つのサーミスタ電極は第１及び第２のサーミスタ電極からなり、別の２つのサーミスタ電極は第１及び第３のサーミスタ電極からなるものであっても構わない。これによれば、３つのサーミスタ電極を用いて２種類の測定条件を得ることが可能となる。
【００１０】
本発明において、所定の２つのサーミスタ電極間の第１の温度における抵抗値は、別の２つのサーミスタ電極間の第１の温度とは異なる第２の温度における抵抗値と同じであっても構わない。これによれば、サーミスタ膜を第１又は第２の温度に加熱するヒータ抵抗と、所定の２つのサーミスタ電極又は別の２つのサーミスタ電極を一対の端子電極に接続する第１のスイッチ回路と、一対の端子電極間の抵抗値に基づいて出力信号を生成する検出回路とを備えるガスセンサに応用することにより、製造プロセス数が少なく、且つ、平面サイズの小さいガスセンサを提供することが可能となる。
【００１１】
この場合、ヒータ抵抗は、印加される電圧又は供給される電流が第１の値である場合にサーミスタ膜を第１の温度に加熱し、印加される電圧又は供給される電流が第１の値とは異なる第２の値である場合にサーミスタ膜を第２の温度に加熱するものであっても構わない。或いは、ヒータ抵抗に含まれる第１及び第２の区間の接続関係を直列又は並列に切り替える第２のスイッチ回路をさらに備え、ヒータ抵抗は、第２のスイッチ回路によって第１及び第２の区間が直列に接続されることによってサーミスタ膜を第１の温度に加熱し、第２のスイッチ回路によって第１及び第２の区間が並列に接続されることによってサーミスタ膜を第２の温度に加熱するものであっても構わない。前者によれば、電圧源又は電流源を制御することによって、サーミスタ膜を第１又は第２の温度に加熱することができる。一方、後者によれば、電圧源又は電流源を制御することなく、第２のスイッチ回路によって、サーミスタ膜を第１又は第２の温度に加熱することができる。
【発明の効果】
【００１２】
このように、本発明によれば、ガスセンサの検知用と参照用に兼用可能なサーミスタを提供することが可能となる。また、本発明によれば、１つのサーミスタを用いて検知動作及び参照動作が可能なガスセンサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態によるガスセンサ１０の構造を透過的に示す略平面図である。
【図２】図２は、ガスセンサ１０をセラミックパッケージ２１に収容した状態を示す略断面図であり、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面に対応している。
【図３】図３は、ヒータ抵抗ＭＨの平面形状を説明するための模式図である。
【図４】図４は、サーミスタ電極３１〜３３の平面形状を説明するための模式図である。
【図５】図５は、外部回路の一部を示す回路図である。
【図６】図６は、ガスセンサ１０の回路図である。
【図７】図７は、ガスセンサ１０の動作を説明するためのタイミング図である。
【図８】図８は、変形例による外部回路の回路図である。
【図９】図９は、変形例によるヒータ抵抗ＭＨの平面形状を説明するための模式図である。
【図１０】図１０は、変形例によるヒータ抵抗ＭＨにスイッチ回路ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂを接続した状態を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の変形例によるサーミスタ電極３１〜３３の平面形状を説明するための模式図である。
【図１２】図１２は、第２の変形例によるサーミスタ電極３１〜３３の平面形状を説明するための模式図である。
【図１３】図１３は、第３の変形例によるサーミスタ電極３４〜３７の平面形状を説明するための模式図である。
【図１４】図１４は、第４の変形例によるサーミスタ電極３４〜３７の平面形状を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の好ましい実施形態によるガスセンサ１０の構造を透過的に示す略平面図である。また、図２は、ガスセンサ１０をセラミックパッケージ２１に収容した状態を示す略断面図であり、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面に対応している。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本実施形態によるガスセンサ１０は、基板１１と、基板上１１上に形成されたヒータ抵抗ＭＨ及びサーミスタＲｄを備えている。本実施形態によるガスセンサ１０は、図２に示すセラミックパッケージ２１に収容して使用することができる。セラミックパッケージ２１は、上部が開放された箱形のケースであり、上部にはリッド２２が設けられている。リッド２２は複数の通気口２３を有しており、これにより、雰囲気中の測定対象ガス（例えばＣＯ２ガスやＣＯガス）がセラミックパッケージ２１内に流入可能とされている。本実施形態によるガスセンサ１０は、端子電極Ｅ１〜Ｅ５に接続される外部回路をさらに備えている。外部回路の回路構成については後述する。
【００１７】
基板１１は、適度な機械的強度を有し、且つ、エッチングなどの微細加工に適した材質であれば特に限定されるものではなく、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、ガラス基板などを用いることができる。基板１１には、ヒータ抵抗ＭＨによる熱が基板１１へ伝導するのを抑制するため、平面視でヒータ抵抗ＭＨと重なる位置にキャビティ１１ａが設けられている。キャビティ１１ａにより基板１１が取り除かれた部分は、メンブレンと呼ばれる。メンブレンを構成すれば、基板１１を薄肉化した分だけ熱容量が小さくなるため、より少ない消費電力で加熱を行うことが可能となる。
【００１８】
基板１１の下面及び上面には、酸化シリコン又は窒化シリコンなどの絶縁材料からなる絶縁膜１２，１３がそれぞれ形成されている。絶縁膜１２，１３として例えば酸化シリコンを用いる場合には、熱酸化法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの成膜法を用いればよい。絶縁膜１２，１３の膜厚は、絶縁性が確保される限り特に限定されず、例えば０．１〜１．０μｍ程度とすればよい。特に、絶縁膜１３は、基板１１にキャビティ１１ａを形成する際のエッチング停止層としても用いられるため、当該機能を果たすのに適した膜厚とすればよい。
【００１９】
ヒータ抵抗ＭＨは、絶縁膜１３上に形成される。ヒータ抵抗ＭＨの平面形状は図３に示す通りであり、一筆書き可能な１本の導体パターンによって構成される。ヒータ抵抗ＭＨの一端及び他端は、基板１１に設けられた端子電極Ｅ４，Ｅ５にそれぞれ接続される。ヒータ抵抗ＭＨのパターン形状については図３に示すパターン形状に限定されず、サーミスタＲｄを構成するサーミスタ膜３０をできるだけ均一に加熱可能なパターン形状であれば、どのようなパターン形状であっても構わない。例えば、ヒータ抵抗ＭＨのパターン形状は、ミアンダ状又は平面スパイラル状であっても構わない。
【００２０】
ヒータ抵抗ＭＨは、温度によって抵抗率が変化する導電性物質からなり、比較的高融点の材料からなる金属材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。また、イオンミリングなどの高精度なドライエッチングが可能である導電材質であることが好ましく、特に、耐腐食性が高い白金（Ｐｔ）を主成分とすることがより好適である。また、絶縁膜１３との密着性を向上させるために、Ｐｔの下地にチタン（Ｔｉ）などの密着層を形成することが好ましい。
【００２１】
ヒータ抵抗ＭＨの上部には、ヒータ保護膜１４が形成される。ヒータ保護膜１４の材料としては、絶縁膜１３と同じ材料を用いることが望ましい。ヒータ抵抗ＭＨは、常温から例えば１５０℃或いは３００℃にまで上昇し、再び常温へ下がるという激しい熱変化を繰り返し生じるため、絶縁膜１３及びヒータ保護膜１４にも強い熱ストレスがかかり、この熱ストレスを継続的に受けると層間剥離やクラックといった破壊につながる。しかしながら、絶縁膜１３とヒータ保護膜１４を同じ材料によって構成すれば、両者の材料特性が同じであり、且つ、密着性が強固であることから、異種材料を用いた場合と比べて、層間剥離やクラックといった破壊が生じにくくなる。ヒータ保護膜１４の材料として酸化シリコンを用いる場合、熱酸化法やＣＶＤ法などの方法により成膜すればよい。ヒータ保護膜１４の膜厚は、サーミスタＲｄとの絶縁が確保される膜厚であれば特に限定されず、例えば０．１〜３．０μｍ程度とすればよい。
【００２２】
ヒータ保護膜１４上には、サーミスタＲｄが設けられる。サーミスタＲｄは、サーミスタ膜３０及びこれに接する複数のサーミスタ電極３１〜３３によって構成される。サーミスタ電極３１〜３３の平面形状は図４に示す通りである。
【００２３】
サーミスタ膜３０は、例えば、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなどの負の抵抗温度係数を持つ材料からなり、スパッタ法、ＣＶＤなどの薄膜プロセスを用いて形成することができる。サーミスタ膜３０の膜厚は、目標とする抵抗値に応じて調整すればよく、例えばＭｎＮｉＣｏ系酸化物を用いて室温での抵抗値（Ｒ２５）を２ＭΩ程度に設定するのであれば、０．２〜１μｍ程度の膜厚に設定すればよい。ここで、感温抵抗素子としてサーミスタ膜３０を用いているのは、また、白金測温体などに比べて抵抗温度係数が大きいことから、大きな検出感度を得ることができるためである。また、薄膜構造であることから、ヒータ抵抗ＭＨの発熱を効率よく検出することも可能となる。
【００２４】
サーミスタ電極３１〜３３は、サーミスタ膜３０の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質であって、比較的高融点の材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などからなる。図４に示すように、サーミスタ電極３１〜３３の一端はそれぞれ端子電極Ｅ１〜Ｅ３に接続され、サーミスタ電極３１〜３３の他端はいずれも開放されている。
【００２５】
特に限定されるものではないが、サーミスタ電極３１は、サーミスタ膜３０の外周に沿って約１ターン延在する共通電極である。そして、サーミスタ電極３１の外側にサーミスタ電極３２が配置され、サーミスタ電極３１の内側にサーミスタ電極３３が配置されている。サーミスタ電極３２は、ギャップＧ２を介し、サーミスタ電極３１に沿って配置されている。サーミスタ電極３１に沿ったサーミスタ電極３２の長さはＬ２である。同様に、サーミスタ電極３３は、ギャップＧ３を介し、サーミスタ電極３１に沿って配置されている。サーミスタ電極３１に沿ったサーミスタ電極３３の長さはＬ３である。そして、本実施形態においては、ギャップＧ２がギャップＧ３よりも狭く、且つ、サーミスタ電極３１に沿った長さＬ２が長さＬ３よりも長いことから、温度が一定であれば、サーミスタ電極３１，３２間の抵抗値は、サーミスタ電極３１，３３間の抵抗値よりも低くなる。尚、ギャップＧ２は長さＬ２に亘って一定幅であることが好ましく、ギャップＧ３は長さＬ３に亘って一定幅であることが好ましい。これは、ギャップＧ２，Ｇ３の幅が一定であれば、ギャップＧ２，Ｇ３を介して流れる電流の密度が一定となるからである。但し、本発明がこれに限定されるものではなく、位置によってギャップＧ２，Ｇ３の幅が変動しても構わない。
【００２６】
サーミスタＲｄは、サーミスタ保護膜１５で覆われる。尚、サーミスタ膜３０と還元性を持つ材料を接触させて高温状態にすると、サーミスタ膜３０から酸素を奪って還元を引き起こし、サーミスタ特性に影響を与えてしまう。これを防止するためには、サーミスタ保護膜１５の材料としては、シリコン酸化膜等の還元性を持たない絶縁性酸化膜であることが望ましい。
【００２７】
端子電極Ｅ１〜Ｅ５は、ボンディングワイヤ１６を介して、セラミックパッケージ２１に設けられたパッケージ電極１７に接続される。パッケージ電極１７は、セラミックパッケージ２１の裏面に設けられた外部端子１８を介して外部回路に接続される。
【００２８】
このように、本実施形態によるガスセンサ１０は、ヒータ抵抗ＭＨとサーミスタＲｄが基板１１上において積層された構成を有していることから、ヒータ抵抗ＭＨによって生じる熱がサーミスタＲｄに効率よく伝わる。
【００２９】
図５は、端子電極Ｅ１〜Ｅ３に接続される外部回路の一部を示す回路図である。
【００３０】
図５に示すように、端子電極Ｅ１にはグランド電位が与えられ、端子電極Ｅ２，Ｅ３はスイッチ回路ＳＷ１に接続される。スイッチ回路ＳＷ１は、接続ノードＮを端子電極Ｅ２，Ｅ３のいずれか一方に接続する回路である。これにより、スイッチ回路ＳＷ１によって端子電極Ｅ２が選択されると、接続ノードＮとグランドからなる一対の端子電極は、サーミスタ電極３１，３２を介して接続され、逆に、スイッチ回路ＳＷ１によって端子電極Ｅ３が選択されると、接続ノードＮとグランドからなる一対の端子電極は、サーミスタ電極３１，３３を介して接続される。これにより、スイッチ回路ＳＷ１を切り替えることにより、サーミスタＲｄの特性が変化することになる。
【００３１】
図６は、本実施形態によるガスセンサ１０の回路図である。
【００３２】
図６に示すように、接続ノードＮは基準抵抗４１を介して電源Ｖｃｃに接続される。また、ヒータ抵抗ＭＨには可変電圧源４２が接続されている。可変電圧源４２は、図５に示したスイッチ回路ＳＷ１の切り替えに同期して、制御回路４０によって出力電圧が２段階に切り替えられる。具体的には、制御回路４０によってスイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ２を選択している場合には、可変電圧源４２の出力電圧はＶ２に設定され、制御回路４０によってスイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ３を選択している場合には、可変電圧源４２の出力電圧はＶ３（＞Ｖ２）に設定される。これにより、スイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ２を選択している場合よりも、スイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ３を選択している場合の方が、ヒータ抵抗ＭＨによる加熱温度が高くなる。
【００３３】
さらに、接続ノードＮは、スイッチ回路ＳＷ０を介してサンプルホールド回路４３，４４のいずれか一方に接続される。スイッチ回路ＳＷ０の切り替えは、制御回路４０によりスイッチ回路ＳＷ１の切り替えに同期して行われる。具体的には、スイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ２を選択している場合には、スイッチ回路ＳＷ０はサンプルホールド回路４３を選択し、スイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ３を選択している場合には、スイッチ回路ＳＷ０はサンプルホールド回路４４を選択する。サンプルホールド回路４３，４４に保持された電圧レベルは、検出回路であるコンパレータ４５に供給され、その差分に基づいて出力信号Ｖｏｕｔが生成される。
【００３４】
図７は、本実施形態によるガスセンサ１０の動作を説明するためのタイミング図である。
【００３５】
図７に示す例では、期間Ｔ１においては、可変電圧源４２の出力電圧がＶ２に設定され、これにより、サーミスタ膜３０は例えば１５０℃に加熱される。一方、期間Ｔ２においては、可変電圧源４２の出力電圧がＶ３に設定され、これにより、サーミスタ膜３０は例えば３００℃に加熱される。期間Ｔ１と期間Ｔ２は、交互に繰り返される。ここで、測定対象ガスがＣＯ２ガスである場合、１５０℃の環境下ではＣＯ２ガスの熱伝導率は空気の熱伝導率と大きく異なる一方、３００℃の環境下ではＣＯ２ガスの熱伝導率は空気の熱伝導率とほとんど差がない。この場合、期間Ｔ１は、ＣＯ２ガスの濃度を検知可能な検知期間であり、期間Ｔ２は、ＣＯ２ガスの濃度にかかわらず環境温度を参照する参照期間である。
【００３６】
さらに、期間Ｔ１においては、スイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ２側に接続され、スイッチ回路ＳＷ０がサンプルホールド回路４３側に接続される。一方、期間Ｔ２においては、スイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ３側に接続され、スイッチ回路ＳＷ０がサンプルホールド回路４４側に接続される。ここで、可変電圧源４２の出力電圧がＶ２に設定され、これによりサーミスタ膜３０が例えば１５０℃に加熱された状態における端子電極Ｅ１，Ｅ２間の抵抗値と、可変電圧源４２の出力電圧がＶ３に設定され、これによりサーミスタ膜３０が例えば３００℃に加熱された状態における端子電極Ｅ１，Ｅ３間の抵抗値は、互いに同じ抵抗値となるよう設計される。
【００３７】
このような設計は、ギャップＧ２，Ｇ３の幅、並びに、長さＬ２，Ｌ３を調整することにより実現可能である。上述の通り、サーミスタ膜３０は負の抵抗温度係数を有しているため、可変電圧源４２の出力電圧がＶ２に設定され、これによりサーミスタ膜３０が例えば１５０℃に加熱されている状態におけるサーミスタ膜３０の抵抗値よりも、可変電圧源４２の出力電圧がＶ３に設定され、これによりサーミスタ膜３０が例えば３００℃に加熱されている状態におけるサーミスタ膜３０の抵抗値の方が低い。しかしながら、本実施形態においては、ギャップＧ２がギャップＧ３よりも狭く、且つ、サーミスタ電極３１に沿った長さＬ２が長さＬ３よりも長いことから、各温度（例えば１５０℃及び３００℃）におけるサーミスタＲｄの抵抗値をほぼ一致させることが可能となる。
【００３８】
そして、サーミスタ膜３０が例えば１５０℃に加熱されている期間Ｔ１においては接続ノードＮがサンプルホールド回路４３に接続され、サーミスタ膜３０が例えば３００℃に加熱されている期間Ｔ２においては接続ノードＮがサンプルホールド回路４４に接続される。サンプルホールド回路４３，４４には、制御回路４０からサンプリングクロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２がそれぞれ供給され、サンプルホールド回路４３，４４はこれに基づいてサンプリング動作を行う。その結果、サンプルホールド回路４３の出力レベルは、期間Ｔ１に活性化するサンプリングクロック信号ＣＬＫ１に同期して変化し、サンプルホールド回路４４の出力レベルは、期間Ｔ２に活性化するサンプリングクロック信号ＣＬＫ２に同期して変化する。そして、コンパレータ４５は、サンプリングクロック信号ＣＬＫ１に同期して出力信号Ｖｏｕｔを変化させる。
【００３９】
サンプルホールド回路４４の出力レベルは、サーミスタ膜３０が例えば３００℃に加熱されている状態における接続ノードＮのレベルに相当し、これは測定対象である例えばＣＯ２ガスの濃度に依存しない、現在の環境温度に対応した参照レベルＶｒｅｆである。これに対し、サンプルホールド回路４３の出力レベルは、サーミスタ膜３０が例えば１５０℃に加熱されている状態における接続ノードＮのレベルに相当し、これは測定対象である例えばＣＯ２ガスの濃度に応じた検知レベルＶｄｅｔである。したがって、これら参照レベルＶｒｅｆと検知レベルＶｄｅｔをコンパレータ４５によって比較し、その差分に基づいて出力信号Ｖｏｕｔを生成すれば、出力信号Ｖｏｕｔは、環境温度による影響が排除された状態における測定対象ガスの濃度を正確に示すことになる。
【００４０】
このように、本実施形態によるガスセンサ１０は、ヒータ抵抗ＭＨによる加熱温度を２段階（例えば１５０℃及び３００℃）に切り替えるとともに、各温度（例えば１５０℃及び３００℃）におけるサーミスタＲｄの抵抗値がほぼ一致するよう、複数のサーミスタ電極３１〜３３及びこれに接続されたスイッチ回路ＳＷ１を備えていることから、一つのサーミスタＲｄによって参照動作と検知動作の両方を時分割で実行することができる。これにより、１つのガスセンサ内に複数のサーミスタを形成する必要がなくなることから、製造プロセスを簡素化することができるとともに、ガスセンサの平面サイズを小型化することが可能となる。
【００４１】
尚、図７に示す動作では、期間Ｔ１と期間Ｔ２の間にインターバルが存在しないが、実際には、期間Ｔ１と期間Ｔ２の間にヒータ抵抗ＭＨを加熱しないインターバル期間を設けることによって、消費電力を削減することが好ましい。
【００４２】
また、図６に示す回路例では、ヒータ抵抗ＭＨを可変電圧源４２に接続しているが、図８に示すように、ヒータ抵抗ＭＨを可変電流源４６に接続しても構わない。可変電流源４６は、図５に示したスイッチ回路ＳＷ１の切り替えに同期して、制御回路４０によって出力電流が２段階に切り替えられる。具体的には、制御回路４０によってスイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ２を選択している場合には、可変電流源４６の出力電流はＩ２に設定され、制御回路４０によってスイッチ回路ＳＷ１が端子電極Ｅ３を選択している場合には、可変電流源４６の出力電流はＩ３（＞Ｉ２）に設定される。これにより、期間Ｔ１において可変電流源４６の出力電流をＩ２に設定すれば、サーミスタ膜３０を例えば１５０℃に加熱することができ、期間Ｔ２において可変電流源４６の出力電流をＩ３に設定すれば、サーミスタ膜３０を例えば３００℃に加熱することができる。このように、ヒータ抵抗ＭＨによる加熱温度の切り替えは、印加する電圧を変化させることにより行っても構わないし、供給する電流を変化させることにより行っても構わない。
【００４３】
さらに、ヒータ抵抗ＭＨに印加する電圧又は供給する電流を変化させるのではなく、ヒータ抵抗ＭＨを構成する電流パスを切り替えることによって加熱温度の切り替えを行うことも可能である。例えば、図９に示すヒータ抵抗ＭＨは、一筆書き可能なヒータ抵抗ＭＨの中間点ＭＨ０を端子電極Ｅ６に接続している。これにより、ヒータ抵抗ＭＨは、端子電極Ｅ４，Ｅ６間に接続された第１の区間ＭＨ１と、端子電極Ｅ５，Ｅ６間に接続された第２の区間ＭＨ２に分けられる。そして、図１０に示すように、可変電流源４６を端子電極Ｅ５，Ｅ６のいずれか一方に接続するスイッチ回路ＳＷ２ａを設けるとともに、端子電極Ｅ４，Ｅ５を短絡するスイッチ回路ＳＷ２ｂを設け、制御回路４０によってこれらスイッチ回路ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂを切り替えれば、加熱温度を切り替えることができる。つまり、スイッチ回路ＳＷ２ａを端子電極Ｅ５側に接続するとともにスイッチ回路ＳＷ２ｂをオフにすれば、第１の区間ＭＨ１と第２の区間ＭＨ２が直列に接続され、逆に、スイッチ回路ＳＷ２ａを端子電極Ｅ６側に接続するとともにスイッチ回路ＳＷ２ｂをオンにすれば、第１の区間ＭＨ１と第２の区間ＭＨ２が並列に接続される。これにより、ヒータ抵抗ＭＨの抵抗値が変化することから、ヒータ抵抗ＭＨに流れる電流量が一定であっても、加熱温度を切り替えることが可能となる。
【００４４】
また、サーミスタ電極３１〜３３のレイアウトについても図４及び図５に示すレイアウトに限定されるものではなく、図１１に示すレイアウトであっても構わない。図１１に示すレイアウトは、サーミスタ電極３２の外側にサーミスタ電極３１を配置し、サーミスタ電極３２の内側にサーミスタ電極３３を配置するものである。このように、本発明において、共通電極であるサーミスタ電極３１が平面視でサーミスタ電極３２，３３に挟まれていることは必須でない。
【００４５】
さらに、本発明において、ギャップＧ２とギャップＧ３の幅が相違している点も必須ではなく、図１２に示す例のように、ギャップＧ２とギャップＧ３の幅が同じであっても構わない。図１２に示す例では、ギャップＧ２とギャップＧ３の幅が同じであるが、サーミスタ電極３１に沿ったサーミスタ電極３２の長さがＬ２であり、サーミスタ電極３１に沿ったサーミスタ電極３３の長さがＬ３（＜Ｌ２）であることから、所定温度における端子電極Ｅ１，Ｅ２間の抵抗値は、所定温度における端子電極Ｅ１，Ｅ３間の抵抗値よりも低くなる。
【００４６】
また、本発明において、共通電極であるサーミスタ電極３１を用いることは必須でなく、図１３に示す例のように、４つのサーミスタ電極３４〜３７を用い、これらをそれぞれ端子電極Ｅ７〜Ｅ１０に接続しても構わない。この場合、例えば端子電極Ｅ８，Ｅ１０にグランド電位を与え、スイッチ回路ＳＷ１を用いて端子電極Ｅ７，Ｅ９のいずれか一方を接続ノードＮに接続すればよい。さらに、図１４に示す例のように、サーミスタ電極３４，３５を櫛歯状に分岐させ、これらが噛み合うようレイアウトしても構わない。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、サーミスタが２種類の測定条件を有する例を説明したが、切り替え可能な測定条件が２種類に限られるものではなく、３種類以上の測定条件に切り替え可能に構成することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    ガスセンサ
１１    基板
１１ａ    キャビティ
１２，１３    絶縁膜
１４    ヒータ保護膜
１５    サーミスタ保護膜
１６    ボンディングワイヤ
１７    パッケージ電極
１８    外部端子
２１    セラミックパッケージ
２２    リッド
２３    通気口
３０    サーミスタ膜
３１〜３７    サーミスタ電極
４０    制御回路
４１    基準抵抗
４２    可変電圧源
４３，４４    サンプルホールド回路
４５    コンパレータ
４６    可変電流源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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