(57)【要約】      （修正有）【課題】櫛歯電極上や櫛歯電極間の伝搬領域上に感応膜を形成しない構造を有する高感度な表面弾性波型ガスセンサを提供する。【解決手段】櫛歯電極１１は、検知対象ガスと化学反応することで電気抵抗が増加する材質から成り、前記櫛歯電極１１はＡｇあるいはＣｕから成り、前記検知対象ガスは硫化水素である。櫛歯電極１１上や櫛歯電極間の伝搬領域上に感応膜を形成しない構造を成すために、より高感度な表面弾性波型ガスセンサが実現される。加えて、櫛歯電極をＡｇあるいはＣｕで形成することで、硫化水素ガスに対する選択性を高めることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板上に形成された櫛歯電極から成る表面弾性波型ガスセンサであって、
前記櫛歯電極は、検知対象ガスと化学反応することで電気抵抗が増加する材質から成ることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサ。
【請求項２】
圧電基板上に形成された第１の櫛歯電極と、第２の櫛歯電極から成る表面弾性波型ガスセンサであって、
前記第１の櫛歯電極あるいは前記第２櫛歯電極は、検知対象ガスと化学反応することで電気抵抗が増加する材質から成ることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサ。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載の表面弾性波型ガスセンサにおいて、前記櫛歯電極はＡｇあるいはＣｕから成り、検知対象ガスが硫化水素であることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサ。
【請求項４】
請求項１あるいは請求項２に記載の表面弾性波型ガスセンサであって、前記櫛歯電極は、前記圧電基板上に形成された検知対象ガスに対して化学的に安定で且つ電気抵抗が常に一定の導電層と、該導電層上に積層された検知対象ガスと化学反応することで電気抵抗が増加する反応層から成ることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載の表面弾性波型ガスセンサにおいて、前記導電層はＡｕから成り、前記反応層はＡｇあるいはＣｕから成り、検知対象ガスは硫化水素であることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体などのガス種や濃度を検知するための表面弾性波型ガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の表面弾性波型ガスセンサの一例が特許文献１に開示されている。このセンサは、表面弾性波を励振させるための櫛歯電極上に感応膜(フタロシアニン)を形成しており、感応膜へのガス吸着、例えば窒素酸化物（ＮＯX）に伴う電気特性の変化を発振周波数の変化に変換して検出するものである。
【０００３】
一方、特許文献２には、櫛歯電極対の間にパラジウムと銀の合金薄膜からなる反応膜を形成し、ガス吸着による反応膜の重量変化(質量負荷効果)を利用する表面弾性波型ガスセンサが開示されている。更に、特許文献３では、質量負荷効果を利用したガスセンサの感度を向上させるために、実行的に長い表面弾性波の行路長を設けたセンサ構造が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２００３９号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０５０８号公報
【特許文献３】特開２００５−２６５４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上、従来の表面弾性波型ガスセンサは、いずれのセンサにおいても、感応膜の電気特性の変化による電極間の抵抗の変化を利用しており、構造上、櫛歯電極上や櫛歯電極間の伝搬領域上に感応膜を必要とするために、感応膜の膜圧が厚くなりやすい構造のため感応膜自体の付加によって重量増加による機械エネルギーロスが増加し、表面弾性波の本来の電気機械結合係数ｋ2が低下することになり、それ故に、より高感度な表面弾性波型ガスセンサの実現が困難といった課題があった。
【０００６】
本発明の技術的課題は、櫛歯電極上や櫛歯電極間の伝搬領域上に感応膜を形成しない構造を有する高感度な表面弾性波型ガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、櫛歯電極上や櫛歯電極間の伝搬領域上に感応膜を形成しない構造を成すために、より高感度な表面弾性波型ガスセンサが実現される構造である。加えて、櫛歯電極をＡｇあるいはＣｕで形成することで、硫化水素ガスに対する選択性を高めるように構成する。
【０００８】
本発明によれば、圧電基板上に形成された櫛歯電極から成る表面弾性波型ガスセンサであって、前記櫛歯電極は、検知対象ガスと化学反応することで電気抵抗が増加する材質から成ることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサが得られる。
【０００９】
本発明によれば、圧電基板上に形成された第１の櫛歯電極と、第２の櫛歯電極から成る表面弾性波型ガスセンサであって、前記第１の櫛歯電極あるいは第２の櫛歯電極は、検知対象ガスと化学反応することで電気抵抗が増加する材質から成ることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサ得られる。
【００１０】
本発明によれば、前記櫛歯電極は、ＡｇあるいはＣｕから成り、検知対象ガスが硫化水素であることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサが得られる。
【００１１】
本発明によれば、前記櫛歯電極は、前記圧電基板上に形成された検知対象ガスに対して化学的に安定で且つ電気抵抗が常に一定の導電層と、該導電層上に積層された検知対象ガスと化学反応することで電気抵抗が増加する反応層から成ることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサが得られる。
【００１２】
本発明によれば、前記導電層はＡｕから成り、前記反応層はＡｇあるいはＣｕから成り、検知対象ガスは硫化水素であることを特徴とする表面弾性波型ガスセンサが得られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のガスセンサにおいては、櫛歯電極上や櫛歯電極間の伝搬領域上に感応膜を形成しない構造を成すために、より高感度な表面弾性波型ガスセンサが実現される。加えて、櫛歯電極をＡｇあるいはＣｕで形成することで、硫化水素ガスに対する選択性を高めることが可能となる。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明における表面弾性波型ガスセンサについて図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第一の表面弾性波型ガスセンサの構成図を示す。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）はａ−ａ'切断面の断面図。本実施の形態１の表面弾性波型ガスセンサは、圧電性を有する圧電基板１２上に公知の薄膜形成技術によって形成された櫛歯電極１１からガスセンサ素子１３が構成されている。尚、この櫛歯電極１１は、検知対象ガスとの化学反応によって、その電気抵抗が増加する材質から形成されている。櫛歯電極１１の共振周波数をインピーダンスアナライザー等により測定して、検知対象ガスにより変化した櫛歯電極１１の共振周波数の変動を測定する。
【００１６】
図２は、本発明の表面弾性波型ガスセンサ櫛歯電極断面の拡大図示す。例えば、圧電基板２３上に、銀（Ａｇ）薄膜で形成された櫛歯電極２１は、硫化水素（Ｈ2Ｓ）に触れることによって、下記の式（１）に従がって、電極表面から高抵抗層２２の硫化銀（Ａｇ2Ｓ）に変化する。           
【００１７】
４Ａｇ＋２Ｈ2Ｓ＋Ｏ2    →  ２Ａｇ2Ｓ＋２Ｈ2Ｏ   ・・・・・・（１）
【００１８】
この硫化銀の電気抵抗は、銀に比べて数桁高い性質を有する。従がって、Ａｇからなる櫛歯電極の表面が上記の硫化反応によってＡｇ2Ｓに変化することで、高抵抗層２２が形成され電気抵抗が増加するため、実効的な電気機械結合係数ｋ2が減少し、表面弾性波の共振周波数や振幅が変化する。この効果を積極的に利用することで高感度な化学センサが実現できる。加えて、表面弾性波は、１０ＭＨｚ以上の高周波帯で駆動されるため、表皮効果による金属導体表面の電気抵抗に大きく影響を受けるので、本発明の化学センサは原理上、高感度化に好適である。
【００１９】
具体的には、圧電基板としてタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）基板上に、公知のマグネトロンスパッタ装置により厚み１，２００Åの銀（Ａｇ）薄膜を形成し、その後、フォトリソ技術により櫛歯電極の幅とギャップを各々３μｍとした表面弾性波型ガスセンサを製作した。この場合の共振周波数は、約３３０ＭＨｚであった。また、製作したセンサの発振周波数は、硫化水素（Ｈ2Ｓ）１００ｐｐｍに対して約１ＭＨｚの周波数変動が確認され、約１×１０-4ｐｐｍ／Ｈｚの高い感度を有する表面弾性波型ガスセンサが実現できた。櫛歯電極の材質としては、Ａｇの代わりにＣｕを用いても同様の効果が期待できる。
【００２０】
(実施の形態２)
図３は、本発明の第二の表面弾性波型ガスセンサの構成図を示す。図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）はａ−ａ'切断面の断面図。本実施の形態２の表面弾性波型ガスセンサは、圧電基板３２上に形成された第１の櫛歯電極３１と、第２の櫛歯電極３３からガスセンサ素子３４が構成されている。尚、実施の形態１と同様に、前記第１の櫛歯電極３１あるいは第２の櫛歯電極３３は、検知対象ガスと化学反応することで電気抵抗が増加する材質から形成されている。
【００２１】
前述と同様の原理で、検知対象ガスにより、第１の櫛歯電極３１と第２の櫛歯電極３３の高抵抗層２２の電気抵抗が増加して、第１の櫛歯電極３１の励振周波数が変化し、前記第１の櫛歯電極３１からの表面弾性波を、高抵抗層２２の電気抵抗が変化した第２の櫛歯電極３３で、前記第１の櫛歯電極３１の表面弾性波を受信し、前記第２の櫛歯電極３３の共振周波数変化をインピーダンスアナライザー等により共振周波数の変化として検出することによって、伝送型構成のガスセンサを実現することができる。
【００２２】
また、第１の櫛歯電極３１の共振周波数を基準として、前述と同様の原理で、検知対象ガスにより第２の櫛歯電極３３の高抵抗層２２の電気抵抗が増加し、変化した第２の櫛歯電極３３の共振周波数をインピーダンスアナライザー等により測定し、第１の櫛歯電極３１の測定した共振周波数と比較することによって、温度、ノイズ等の変化に対して安定した測定値を検出することができる伝送型構成のガスセンサも実現することができる。
【００２３】
具体的には、圧電基板としてタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）基板上に、公知のマグネトロンスパッタ装置により厚み１，２００Åの銀（Ａｇ）薄膜を形成し、その後、フォトリソ技術により第１の櫛歯電極と第２の櫛歯電極の幅とギャップを各々３μｍとし、第１の櫛歯電極と第２の櫛葉電極との電極間隔を約６００μｍとした伝送型構成の表面弾性波型ガスセンサを製作した。この場合の共振周波数は、約３３０ＭＨｚであった。また、製作したセンサの発振周波数は、硫化水素（Ｈ2Ｓ）１００ｐｐｍに対して約０．１ＭＨｚの周波数変動が確認され、約１×１０-3ｐｐｍ／Ｈｚの高い感度を有する伝送型構成の表面弾性波型ガスセンサが実現できた。櫛歯電極の材質としては、Ａｇの代わりにＣｕを用いても同様の効果が期待できる。
【００２４】
(実施の形態３)
図４は、本発明の表面弾性波型ガスセンサ櫛歯電極断面の拡大図示す。全体構成は、前述の実施の形態１、２で示したものと同様である。この櫛歯電極は、圧電基板４５上に導電層４４と反応層４３が積層化され櫛歯電極４１が構成されている。尚、導電層４４は検知対象ガスに対して化学的、電気的に常に安定であり、反応層４３は実施の形態１、２と同様に検知対象ガスと化学反応することで電気抵抗が増加する材質から形成されており、反応して高抵抗層４２が形成される。このような積層構造をとることによって、検知対象ガスによる櫛歯電極の化学反応を導電層４４で止めることができ、例えば、反応層には金（Ａｕ）、導電層には銀（Ａｇ）を用いることが、検知対象ガス硫化水素（Ｈ2Ｓ）に対しては好適である。これにより、精度良く検知対象ガスを検出することが可能になる。
【００２５】
具体的には、前述同様に、圧電基板としてタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）基板上に、公知のマグネトロンスパッタ装置により、厚み７００Åの金（Ａｕ）、厚み１，２００Åの銀（Ａｇ）薄膜を形成し、その後、フォトリソ技術により櫛歯電極の幅とギャップを各々３μｍとした表面弾性波型ガスセンサを製作した。この場合の共振周波数は、約３３０ＭＨｚであった。また、製作したセンサの発振周波数は、硫化水素（Ｈ2Ｓ）１００ｐｐｍに対して約０．８ＭＨｚの周波数変動が確認され、約１×１０-3ｐｐｍ／Ｈｚの前述と同様に高い感度を有する表面弾性波型ガスセンサが実現できた。また、櫛歯電極の材質としては、Ａｇの代わりにＣｕを用いても同様の効果が期待できる。
【００２６】
また、同様に伝送型構成の表面弾性波型ガスセンサを製作した時は、共振周波数は、約３１０ＭＨｚであった。また、製作したセンサの発振周波数は、硫化水素（Ｈ2Ｓ）１００ｐｐｍに対して約０．２ＭＨｚの周波数変動が確認され、約５×１０-4ｐｐｍ／Ｈｚの前述と同様に高い感度を有する表面弾性波型ガスセンサが実現できた。また、櫛歯電極の材質としては、Ａｇの代わりにＣｕを用いても同様の効果が期待できる。
【００２７】
以上、説明した実効的な電気機械結合係数ｋ2は、一般的に櫛歯電極の種類と膜厚とに関係し、最大値をとる条件がある。本発明で提案するガスセンサでは、圧電基板とその上に形成される櫛歯電極の種類、膜厚との関係において、ｋ2が最大値をとる条件に設計することが望ましい。
【００２８】
以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然成しえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の表面弾性波型ガスセンサを用いることにより、ガス濃度やガスの種類を高感度に検出するシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明第一の表面弾性波型ガスセンサの構成図、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）はａ−ａ'切断面の断面図。
【図２】本発明の表面弾性波型ガスセンサ櫛歯電極断面の拡大図。
【図３】本発明の第二の表面弾性波型ガスセンサの構成図、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）はａ−ａ'切断面の断面図。
【図４】本発明の表面弾性波型ガスセンサ櫛歯電極断面の拡大図。
【符号の説明】
【００３１】
１１    櫛歯電極
１２    圧電基板
１３    ガスセンサ素子
２１    櫛歯電極
２２    高抵抗層
２３    圧電基板
３１    第１の櫛歯電極
３２    圧電基板
３３    第２の櫛歯電極
３４    ガスセンサ素子
４１    櫛歯電極
４２    高抵抗層
４３    反応層
４４    導電層
４５    圧電基板
【図１】
2010048696.tif 000003
【図２】
2010048696.tif 000004
【図３】
2010048696.tif 000005
【図４】
2010048696.tif 000006