(57)【要約】【課題】感応層の亀裂や絶縁基板および感応層からの剥離が生じ難く、より高い検知感度を備えた抵抗変化型ガス検知素子を提供する。【解決手段】絶縁基板１の面に形成された一対の電極２ａ，２ｂと、一対の電極２ａ，２ｂどうしの間隙を接続するように配置された感応部３とを備え、感応部３が、絶縁基板１に設けられた凹部１ａに係入されたアンカー部３ａを有する抵抗変化型ガス検知素子とした。【選択図】図２
2010002336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の面に形成された一対の電極と、
前記一対の電極どうしの間隙を接続するように配置された感応部と、を備え、
前記感応部が、前記絶縁基板に設けられた凹部に係入されたアンカー部を有する抵抗変化型ガス検知素子。
【請求項２】
前記凹部は前記絶縁基板に対するレーザービームの照射によって形成されている請求項１に記載の抵抗変化型ガス検知素子。
【請求項３】
絶縁基板の面に形成された一対の電極と、前記一対の電極どうしの間隙を接続するように配置された感応部とを備えた抵抗変化型ガス検知素子の製造方法であって、
前記絶縁基板の面に、電極用の金属薄膜を設置する工程、
前記金属薄膜を一対の電極に分割すると同時に前記絶縁基板に凹部を形成する工程、
前記感応層を構成する組成を含むペーストを、前記一対の電極どうしの間隙部及び前記凹部に充填する工程、
前記感応層を構成する組成を、乾燥させた後に前記絶縁基板と共に焼成する工程、を備えた抵抗変化型ガス検知素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基板の面に形成された一対の電極と、前記一対の電極どうしの間隙を接続するように配置された感応部とを備える抵抗変化型ガス検知素子、及び、同素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の抵抗変化型ガス検知素子に関連する先行技術文献情報としては、下記に示す特許文献１がある。この特許文献１に記された抵抗変化型ガス検知素子は、アルミナ製の絶縁基板の上に金製櫛型電極が蒸着によって設けられ、金属酸化物半導体を主成分とする薄膜状の感応層が、電極の上面及び電極間の間隙をも含めた一対の電極の全体を覆うように配置されている。被検知ガスの分子が電極と感応層との界面に達した時の反応に伴って、感応層の見掛け抵抗が変化するのを検出することによりガスが検知される。また、ガス選択性や感度を向上させる目的で、感応層中の電極間通電領域に、被検知ガスの反応を触媒する白金薄膜からなる触媒部がスパッタリングによって設けられている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９４３６４号公報（要約、段落番号００１６、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成の抵抗変化型ガス検知素子では、被検知ガスが電極と感応層との界面に到達して検知されるには、先ず被検知ガスの分子が電極を覆うように配置された感応層を貫通して電極に近づく必要がある。このため、感応層は薄い方が検知感度は高くなる。感応層としてＣｅＯ2などの高抵抗の酸化物を用いる場合は特にこの傾向が高くなる。しかし、感応層を薄くするほど感応層の亀裂や絶縁基板および感応層からの剥離を生じ易いという問題があった。感応層の剥離が生じると検知特性が著しく不安定となる。したがって、上記構成の抵抗変化型ガス検知素子では、感応層の亀裂や絶縁基板および感応層からの剥離を防ぐために、感応部に一定の厚さを確保する必要があり、結果的に十分に高い検知感度を具備させることが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上に例示した従来技術による抵抗変化型ガス検知素子の持つ欠点に鑑み、感応層の亀裂や絶縁基板および感応層からの剥離が生じ難く、より高い検知感度を備えた抵抗変化型ガス検知素子及び同素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴構成による抵抗変化型ガス検知素子は、
絶縁基板の面に形成された一対の電極と、
前記一対の電極どうしの間隙を接続するように配置された感応部と、を備え、
前記感応部が、前記絶縁基板に設けられた凹部に係入されたアンカー部を有する。
【０００７】
本発明の第１の特徴構成による抵抗変化型ガス検知素子では、感応部が絶縁基板の凹部にアンカー状に係入されているので、感応層をより薄く形成しても、電極からの離脱や剥離が生じなくなる。その結果、より薄い感応層を用いることで、高い検知感度を安定的に備えた抵抗変化型ガス検知素子が得られる。
【０００８】
本発明の他の特徴構成は、前記凹部は前記絶縁基板に対するレーザービームの照射によって形成されている点にある。
【０００９】
本構成であれば、レーザービームの照射によって凹部の形状（絶縁基板の面に対して垂直な平面視における形状）を自在に制御できるので、櫛歯状などの比較的複雑なパターンの電極配置を備えた抵抗変化型ガス検知素子にも十分に適用できる。因みに、基板上の凹部はＳｉＣ砥粒のレジン結合などによって作られた高速回転するディスクなどによっても形成できる。一方、絶縁基板に設けた電極膜をドライエッチングによって分割することで一対の電極を形成する場合には、意識的にオーバーエッチングを生じさせることによって凹部を形成してもよい。
【００１０】
本発明による製造方法の特徴構成は、
絶縁基板の面に形成された一対の電極と、前記一対の電極どうしの間隙を接続するように配置された感応部とを備えた抵抗変化型ガス検知素子の製造方法であって、
前記絶縁基板の面に、電極用の金属薄膜を設置する工程、
前記金属薄膜を一対の電極に分割すると同時に前記絶縁基板に凹部を形成する工程、
前記感応層を構成する組成を含むペーストを、前記一対の電極どうしの間隙部及び前記凹部に充填する工程、
前記感応層を構成する組成を、乾燥させた後に前記絶縁基板と共に焼成する工程、を備えている点にある。
【００１１】
本構成であれば、感応部が絶縁基板の凹部にアンカー状に係入され、薄い感応層でも電極や絶縁基板からの離脱や剥離が生じ難い抵抗変化型ガス検知素子が得られる。しかも、金属薄膜を一対の電極に分割する操作と絶縁基板に凹部を形成する操作とを同時に完了させることができるので工程数が少なくて済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明による最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明による抵抗変化型ガス検知素子の概略的な外観である。但し、内部構造の説明のために、感応層３の一部を取り除いた状態を示す。
図１の抵抗変化型ガス検知素子５０は、アルミナ製などの絶縁基板１と、絶縁基板１の上面に蒸着などによって形成された一対の白金製などの櫛型電極２ａ，２ｂと、これら櫛型電極２ａ，２ｂが設けられた絶縁基板１の全体を覆うように配置された感応層３（感応部の一例）とを備える。感応層３は酸化物半導体からなる。
【００１３】
ここでは、感応層３を構成する酸化物半導体はＣｅＯ2を主体とする組成からなり、被検知ガスがこの感応層３と櫛型電極２ａ，２ｂの界面付近に到達すると、同界面で電気的反応が生じるため、櫛型電極２ａ，２ｂ間の電気抵抗が被検知ガスの濃度に応じて変化する。
絶縁基板１の下面には、抵抗変化型ガス検知素子５０をその動作に適した温度に保持するための白金薄膜ヒータ６が配置されている。
また、被検知ガスが感応層３と櫛型電極２ａ，２ｂの界面付近に到達して電気的反応が生じた時に生じる、櫛型電極２ａ，２ｂ間の電気抵抗の変化を電気信号として取り出すためのリード線５が櫛型電極２ａ，２ｂから延出されている。
【００１４】
図１の抵抗変化型ガス検知素子５０の縦断面の一部を示す図２から理解されるように、絶縁基板１の上面には、係止溝１ａ（凹部の一例）が形成されている。係止溝１ａは隣接する２つの櫛型電極２ａ，２ｂの間に延出されている。感応層３は、櫛型電極２ａ，２ｂの上面を全体的に覆う概して平坦な膜状部３ｆと、膜状部３ｆから一体的に垂直に延出され、櫛型電極２ａ，２ｂどうしの間隙部および係止溝１ａの内部に係入されたアンカー部３ａとからなる。
【００１５】
（製造過程の例）
（１）図３（ａ）に示すように、表面を調製されたアルミナ製の絶縁基板１を適宜調達する。絶縁基板１の下面には予め白金薄膜ヒータ６が設けられている。
（２）図３（ｂ）に示すように、絶縁基板１の上面全体に、電極用の白金薄膜２を蒸着によって形成する。
（３）白金薄膜２を備えた絶縁基板１の上面に一定の径のレーザービームを照射し、同レーザービームを一定速度で相対移動させることで、図３（ｃ）に示すように、係止溝１ａを絶縁基板１に形成する。このレーザービームの照射による係止溝１ａの形成に際しては、白金薄膜２の該当箇所も除去される結果、ジグザグ状の間隙を挟んで互いに対向する２つの櫛型電極２ａ，２ｂに分割される。したがって、係止溝１ａは、完成した抵抗変化型ガス検知素子５０において、２つの櫛型電極２ａ，２ｂの間に形成されている間隙部と対応した、平面視でジグザグ状の形状を呈する。係止溝１ａの深さは約１μｍ以上とすれば良い。
【００１６】
（４）図３（ｄ）に示すように、感応層３を構成する組成を含むペースト３Ｐを、櫛型電極２ａ，２ｂの上面や櫛型電極２ａ，２ｂどうしの間隙部を含めた絶縁基板１の全体に一定の厚さで層状に設ける。このペースト層の配置によって係止溝１ａの内部もペーストによって充填される。
（５）絶縁基板１を含めた全体を、乾燥工程の後に、大気雰囲気中で６００℃〜９５０℃×２時間焼成する。焼成後の感応層３の厚さは約１〜１０μｍ、より好ましくは約３〜５μｍとなる。
（６）櫛型電極２ａ，２ｂの一部を露出させて一対のリード線５を溶接する。
【００１７】
感応層３のためのペースト３ＰはＣｅＯ2と有機バインダとで構成される。有機バインダとしてはエチルセルロースとテルピネオールを混合したビヒクルなどを用いることができる。ペースト層の配置には弾性ローラを用いた塗布、スクリーン印刷などの一般的な方法を用いることができる。
【００１８】
ペースト３Ｐを構成するＣｅＯ2としては、粒径が約１０〜６０ｎｍ、ＢＥＴが約１０〜５０ｍ2／ｇの粉末を用いることができ、上記焼成後にＣｅＯ2の粒径は約１０〜２００μｍ、感応層３の空孔率は約５〜３０％になる。感応層３を構成する酸化物半導体としては、特に制限はなく、被検知ガスの種類に応じて適宜選択可能である。本発明に係る抵抗変化型ガス検知素子５０では、ＣｅＯ2、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの高抵抗の酸化物半導体を用いた場合でも良好なガス検知素子とすることができる。
【００１９】
〔別実施形態〕
〈１〉凹部及びアンカー部が、絶縁基板の下面に近づくほど幅の広がった形状を備える構成とすればアンカー部による係止効果が増す。このためには係止溝１ａを形成する際に、例えば、レーザービームを絶縁基板に対して斜めに照射しながら係止溝１ａを形成し、引き続き、反対方向から斜めに照射しながら再度係止溝１ａをなぞればよい。
【００２０】
〈２〉係止溝１ａを上記の実施形態のような１本の係止溝ではなく、互いに平行に延びた、より幅の狭い複数条の係止溝とすることも可能である。
【００２１】
〈３〉絶縁基板上の凹部をレーザ照射以外の物理的加工方法で形成しても良い。他の方法として、ＳｉＣ砥粒のレジン結合などによって作られた高速回転するディスクなどを用いた機械加工による形成や、凹部に対応した凸部を底面に備えたモールドを用いてアルミナ基板を型成形する方法などが適用可能である。
【００２２】
〈４〉図３（ｄ）の工程で、ペースト３Ｐを係止溝１ａと櫛型電極２ａ，２ｂどうしの間隙部のみに設けることで、平坦な膜状部３ｆがなく、感応部３が櫛型電極２ａ，２ｂどうしの間隙部および係止溝１ａの内部に係入されたアンカー部３ａのみからなる構成としても良い。
【００２３】
〈５〉アンカー部を構成させるための凹部は、必ずしも電極に沿って連続的に延びた溝状である必要はなく、互いに離間しつつ電極に沿って並設された互いに独立した複数の孔状凹部であっても良い。この場合、凹部を形成する前に一対の電極に分割する操作を行うと良い。
【００２４】
〈６〉アンカー部を構成させるための凹部は、必ずしも図２に例示されるような矩形断面を備えた溝状である必要はなく、例えばレーザ照射や他のサンドブラストなどの機械的な加工によって表面に、摩擦係数を高められた粗面部位を形成しても良い。
【００２５】
〈７〉一対の電極は櫛型に限らず、例えば同心円状の電極など、適宜の形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による抵抗変化型ガス検知素子の外観を示す斜視図
【図２】図１の抵抗変化型ガス検知素子の要部を示す縦断面図
【図３】図１の抵抗変化型ガス検知素子の製造工程を示す略図
【図４】絶縁基板の係止溝に係入された感応層を示すＳＥＭ写真像
【符号の説明】
【００２７】
１  絶縁基板
１ａ  係止溝
２  白金薄膜
２ａ，２ｂ  櫛型電極
３  感応層
３ｆ  膜状部
３ａ  アンカー部
３Ｐ  ペースト
５  リード線
６  白金薄膜ヒータ
５０  抵抗変化型ガス検知素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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