(57)【要約】【課題】薄膜熱感知体に発生する熱応力を分散させて薄膜熱感知体を搭載する絶縁膜なる保持部材のクラック発生を防止する。【解決手段】絶縁膜で構成する保持部材上に搭載する薄膜熱感知体４６を、湾曲した折り返し部Ｄを有する九十九折りのパターン形状に形成し、そのパターン幅ｗの断面を、両端に傾斜面４６ｄをもたせた台形形状に形成する。九十九折りの折り返し部やパターンの幅の両端部に直角や鋭角なる角部がなくなり、熱応力が分散して小さくなり、保持部材への熱の影響を抑制して、保持部材のクラック発生を抑える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠形状をなす支持基板の内側をセンサ領域とし、該センサ領域に前記支持基板から延設して保持部材を設け、該保持部材上に薄膜熱感知体を備えた薄膜型ガスセンサにおいて、
前記薄膜熱感知体は、平面視で湾曲した形状を有する折り返し部を備える九十九折りの形状をなすと共に、その断面が台形形状をなしていることを特徴とする薄膜型ガスセンサ。
【請求項２】
前記薄膜熱感知体の断面は、その両端面が傾斜面の形状をなすことで前記台形形状を構成することを特徴とする請求項１に記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項３】
前記保持部材は、メンブレン構造を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項４】
前記メンブレン構造は複数の貫通孔を有し、
前記貫通孔は、前記センサ領域に所定の間隔をなして分散して設けていることを特徴とする請求項３に記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項５】
隣り合う前記貫通孔は、その中心間距離が同一であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項６】
前記貫通孔は、円形または多角形であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項７】
前記保持部材は、応力特性の異なる複数の膜を積層してなる積層構造であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種のガス漏れを検知する接触燃焼式ガスセンサに関し、特に薄膜型ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水素ガスやメタンガス等の可燃性ガスを検知するセンサとして、ガスセンサが用いられている。ガスセンサは、検知素子の検知面にガスが到来することによる相互作用で検知素子の電気信号の変化を捉えるものである。なお、以降の説明では、可燃性ガスを単にガスと表現する。
【０００３】
ガスセンサの構成に関しては多くの提案をみるが、中でも接触燃焼式ガスセンサが広く知られている。この接触燃焼式ガスセンサは、ガスが検知面の触媒と接触して発熱反応を起こすことでガスの到来を検知するものである。
【０００４】
このような接触燃焼式ガスセンサは、家庭用、産業用等において、ガスを使用する各種の機器内や、それが設置された室内等におけるガス漏れ検知装置として多用されている。
【０００５】
近年では、接触燃焼式ガスセンサの中でもバルク型と呼ばれるタイプが広く用いられているが、一方でシリコンウエハ上に薄膜状の熱伝膜、触媒膜、電極、配線、ヒータを形成するマイクロセンサ素子製造技術を利用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械素子）によるセンサチップを用いた薄膜型ガスセンサも用いられるようになってきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に示された従来技術を図６を用いて説明する。図６は、説明しやすいようにその主旨を逸脱しないように書き直した図である。
図６において、１０は基板、１１は基板１０に設けた凹部、１２は薄膜絶縁体、１２ａは架橋部、１２ｂは中央部、１３は発熱抵抗体、１３ａはパッド部、１３ｂはリード部である。
【０００７】
特許文献１に示された雰囲気センサは、図６に示されるように、基板１０には凹部１１を設けている。基板１０の上部に薄膜絶縁体１２を設け、これを凹部１１の上部まで延長して架橋部１２ａと中央部１２ｂとを設ける架橋構造を有している。この中央部１２ｂの上部に白金（Ｐｔ）などからなる発熱抵抗体１３を設けた構成をなしている。
【０００８】
また、発熱抵抗体１３はリード部１３ｂより狭小な幅の連続した線状で、折り返し部Ｄを有する九十九折りの形状をなしていて、凹部１１の上部に位置する薄膜絶縁体１２の中央部１２ｂのほぼ全面積に形成した構造を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−１０２２２７号公報（第３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１によれば、発熱抵抗体１３を凹部１１の上部に位置する中央部１２ｂのほぼ全面積に、連続した細線状で形成しているので高抵抗が得られるとされている。
【００１１】
しかしながら、特許文献１に示された発熱抵抗体１３の形状は、折り返し部Ｄを有する九十九折りの形状をなして、その折り返し部Ｄの形状は直角に折り返しした形状をなしている。つまり、折り返し部Ｄの外側の形状も内側の形状も、直角に曲がった形状をなしている。
【００１２】
発熱抵抗体１３には白金（Ｐｔ）などの金属が用いられるが、白金（Ｐｔ）などの金属は膜応力、即ち、平面なる膜をなすところは応力には強い特性を持つが、角状になったエッジ部には特に熱応力が集中する特性を有する。
このため、特許文献１に示した従来技術の発熱抵抗体１３の直角に折り返し部Ｄを有する九十九折りの形状は、その部分に熱応力が集中してしまうのである。
【００１３】
発熱抵抗体１３の折り返し部Ｄに集中する熱応力は、薄膜絶縁体１２にも影響を与え、薄膜抵抗体１２に熱応力の歪みが大きく現れる。つまり、中央部１２ｂから架橋部１２ａにその歪みは伝播するのである。
発熱抵抗体１３は、それを搭載する中央部１２ｂのほぼ全面積に形成していることから、折り返し部Ｄに生じる熱応力は分散して逃げる場所が少なく、熱応力は溜まった状態になるからである。
このようなことから、薄膜絶縁体１２に熱応力の歪みが大きく現れ、薄膜絶縁体１２にクラックなどの熱応力破壊を発生させると言う問題が現れる。
【００１４】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、絶縁膜にクラックなどの損壊が生じない構成を提供すると共に、寿命の長い薄膜型ガスセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するための手段として、本発明の薄膜型ガスセンサは、以下に示す構成を採用するものである。
【００１６】
枠形状をなす支持基板の内側をセンサ領域とし、センサ領域に支持基板から延設して保持部材を設け、保持部材上に薄膜熱感知体を備えた薄膜型ガスセンサにおいて、
薄膜熱感知体は、平面視で湾曲した形状を有する折り返し部を備える九十九折りの形状をなすと共に、その断面が台形形状をなしていることを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、九十九折りの形状に直角なる鋭角のエッジ部がなくなり、発生する熱応力は分散して小さくなる。このため、薄膜熱感知体を搭載する保持部材への熱応力の影響は緩和され、保持部材のクラックなどの熱応力破壊の発生が抑えられる。
【００１８】
薄膜熱感知体の断面は、その両端面が傾斜面の形状をなすことで台形形状を構成するようにしてもよい。
【００１９】
このような構成にすれば、断面が均等な台形形状となり、熱応力が集中する部分がなくなる。
【００２０】
また、保持部材がメンブレン構造を有する方が好ましい。
【００２１】
これにより、薄膜熱感知体から受ける熱応力はメンブレン（膜）の四方に分散するようになり、全体的に歪みの影響は小さくなる。また、保持部材の強度も強くなることから、保持部材のクラック発生をなお一層抑えることができる。
【００２２】
また、メンブレン構造は複数の貫通孔を有し、この貫通孔は、センサ領域に所定の間隔
をなして分散しているのが好ましい。
【００２３】
これによって、ガスが貫通孔を通って保持部材の上面側と下面側に回り込み、ガス検知の感度特性や反応速度特性を良くすることができる。また、貫通孔が所定の間隔で分散していることで、ガス流圧の負荷が分散される。このため、ガス流圧による保持部材の撓みを小さく抑えることができる。
【００２４】
また、隣り合う貫通孔は、その中心間距離が同一であるのが好ましい。
【００２５】
これによって、ガスの流れが均一に分散して流れ、また、保持部材にかかるガスの流圧による負荷も分散して均一になる。
【００２６】
また、貫通孔は、円形または多角形であるのが好ましい。
【００２７】
このようにすれば、使用する環境やガスに応じて、対応可能であり便利である。
【００２８】
また、保持部材は、応力特性の異なる複数の膜を積層してなる積層構造であってもよい。
【００２９】
このようにすれば、保持部材にかかる応力を緩和することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の薄膜型ガスセンサは、九十九折り形状をなす薄膜熱感知体に熱応力の集中がなくなり、薄膜熱感知体を搭載する保持部材の熱応力の歪みも小さく抑えられて、クラックの発生を防止する。そして、寿命の長い薄膜型ガスセンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の薄膜型ガスセンサの第１実施形態に係るガス検知素子の構造を模式的に示した平面図と断面図である。
【図２】図１における薄膜熱感知体の要部拡大平面図と断面図である。
【図３】図１における薄膜感知体の断面、台形形状の他の形状を示した断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るガス検知素子の構造を模式的に示した平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るガス検知素子の構造を模式的に示した平面図と断面図である。
【図６】特許文献１に示された雰囲気センサの構造を説明する平面図と断面図で、図６（ａ）はその平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）における切断線ｂ−ｂ′での断面を表した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の薄膜型ガスセンサは、ガスを検知するための薄膜熱感知体の形状を、平面視で、湾曲した折り返しをもつ九十九折りの形状にし、その断面を台形形状に形成するものである。
【００３３】
なお、本発明の薄膜型ガスセンサのガスの検知手順であるが、薄膜熱感知体に電流を流
し、通電による発熱で所定の温度に達した状態でガスが到来するまで待機する。ガスが到来し、薄膜熱感知体の上部のガス検知体にガスが接触することでガス検知体が燃焼し、薄膜熱感知体はより発熱する。これにより、薄膜熱感知体に流れる電流値が変化するので、それを検出するものである。
このような検出手順はすでに知られているものであるから、詳細な説明は省略するものとする。
以下、図面を用いて実施形態の詳細を説明する。
【実施例１】
【００３４】
［第１の実施形態の説明：図１、図２］
本発明の薄膜型ガスセンサの第１の実施形態を図１、図２を用いて説明する。図１は、第１の実施形態の構造を模式的に示す図である。図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の切断線Ｘ−Ｘ′における断面を模式的に示す断面図である。図２は、図１（ａ）に示す薄膜熱感知体の要部を拡大した拡大図で、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の切断線Ｙ−Ｙ′における断面を模式的に示した断面図である。
【００３５】
図１において、４１は枠形状の支持基板、４１ｃは支持基板４１の内壁、４２は絶縁膜、４２ｈは貫通孔である。４３は梁部である。また、４４ａ，４４ｂは電極パッド、４５ａ，４５ｂは金属薄膜抵抗体、４６ａは薄膜熱感知体である。また、４８はガス感知体である。そして、これらでガス検知素子４０を構成している。
【００３６】
同様に、記号Ｒは、センサ領域を表している。このようにセンサ領域Ｒは、ガスの検出を行う構成が設けられる領域であり、支持基板４１の４つの内壁４１ｃの内側がセンサ領域Ｒである。
また、記号Ｃは、センサ領域Ｒの中心点を表している。図１では「＋」で示している。
【００３７】
図２において、記号Ｄは、薄膜熱感知体４６の折り返し部である。矢印で示したごとく、九十九折り形状の折り返し部を示している。また、４６ａは折り返し部Ｄでの外形部、４６ｂは内形部、４６ｃは直線部である。また、ｗは薄膜熱感知体４６の幅を表している。
【００３８】
［外形形状の説明：図１］
まず、外形形状を説明する。
図１に示すように、支持基板４１の形状は、平面的に枠形状をなしている。支持基板４１は、絶縁性を有し、熱伝導率が低く、耐熱性に優れている材質が適している。さらに、加工のし易さを鑑みると、知られている半導体素子の製造方法を適用できることから、例えば、シリコン（Ｓｉ）が好適である。もちろん、その他の材質を用いてもかまわない。
【００３９】
図１（ｂ）に示すように、支持基板４１の表面には、絶縁膜４２が形成されている。絶縁膜４２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成している。もちろん、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）なども用いることができる。また、これらを積層した積層膜としてもよい。
【００４０】
絶縁膜４２の形状は、図１（ａ）に示すように、支持基板４１の枠形状の上部に設けた絶縁膜と、枠形状の対向する２辺から所定の幅を持って橋渡しするように設けた梁部４３をなす絶縁膜とから構成している。図１に示す例では、梁部４３は、その裏側に支持基板４１はなく、絶縁膜４２のみで構成している。梁部４３は、薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体を搭載する保持部材である。
【００４１】
また、梁部４３はセンサ領域Ｒの中心点Ｃを通って直線状に設けている。梁部４３の上部には薄膜熱感知体４６や金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｂ、ガス感知体４８が搭載されるので、全体での重量バランスを配慮する必要がある。重量バランスの均衡を考えると、梁部４３をセンサ領域Ｒの中心点Ｃを通るようにするのが好ましい。
【００４２】
ところで、このように、支持基板を橋渡しするように梁部が設けてある構成を、両持ち梁構造という。なお、支持基板から梁部が延在し、その端部が開放端となっている構成を、片持ち梁構造という。
どちらの梁構造であっても、ガスが到来して、そのガスの圧力により生じる力が梁部４３にかかり、機械的応力が発生したとしても、梁部が損壊しないような強度を備える必要がある。
【００４３】
絶縁膜４２を積層膜とするとき、積層する膜の応力特性を変えるようにしてもよい。例えば、２つの膜を積層するとき、下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とするのである。
このようにすれば、双方の膜の応力を打ち消すことができる。そうすると、ガスの到来により生じる力が梁部４３にかかったとしても、梁部に発生する撓みに絶縁膜４２自体の応力特性は関与しないから、梁部の設計がし易くなる。
【００４４】
図１（ａ）に示すように、支持基板４１が中央の梁部４３により２つに分割された領域が、ガスの流通部となる貫通孔４２ｈとなっている。図１に示す例では、梁部４３が１つであるため、この貫通孔４２ｈは２つある。この貫通孔４２ｈは、いわゆるエアホールと呼ばれ、ガスが流通する部分となっている。
【００４５】
貫通孔４２ｈを有することで、貫通孔を通ってガスが保持部材である梁部４３の上面側と裏面側とに流通する。そうすると、センサ領域Ｒに到来したガスが留まることがないため、ガスの流入を阻害することがない。
【００４６】
［薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドの説明：図１］
次に、梁部２３に設ける薄膜熱感知体４６よび金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｂ、そしてこれらに接続する電極パッド４４ａ，４４ｂについて説明する。
絶縁膜４２で構成している保持部材である梁部４３の上部には、薄膜熱感知体４６、金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｂが設けてある。支持基板４１上の絶縁膜４２の上部には、電極パッド４４ａ，４４ｂが設けてある。
電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図１に示す例では、図１（ａ）の平面視して時計の文字板に例えると、電極パッド４４ａは９時方向、同じく、電極パッド４４ｂは３時方向にそれぞれ設けている。
【００４７】
薄膜熱感知体４６は、支持基板４１上の電極パッド４４ａと金属薄膜抵抗体４５ａを介して接続しており、電極パッド４４ｂとは金属薄膜抵抗体４５ｂを介して接続している。
図１（ａ）に示すように、薄膜熱感知体４６のほぼ中心を中心点Ｃ上に重ねると共に、梁部４３の幅方向の中央にも重ねるようにし、電極パッド４４ａから、金属薄膜抵抗体４５ａ、薄膜熱感知体４６、金属薄膜抵抗体４５ｂ、金属パッド４４ｂの順に直線的に設けている。このような構成とすることにより、重量的にバランスの取れた配置構造が形成されることになる。
【００４８】
薄膜熱感知体４６の上部にはガス感知体４８を設けている。このような構成にすれば、ガスの到来によってガス検知体４８は発熱し、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度を向上することができる。
【００４９】
ところで、ガスを検知する際の反応速度特性とは、ガスが到来して薄膜熱感知体が発熱したとき、薄膜熱感知体が、ガスが到来したと感知する所定の温度に達するまでの速度を示すものである。
また、感度特性とは、ガスが到来して発熱し、薄膜熱感知体の抵抗値が変化する変化量のことをいう。
すなわち、センサとしては、ガスが到来したときに所定の温度まで素早く変化し、その抵抗値の変化量が大きいほど感度がよいとされているのである。
【００５０】
［薄膜熱感知体の形状説明：図１、図２］
次に、薄膜熱感知体の形状を説明する。
薄膜熱感知体４６は、複数の折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなしている。図１に示す例では、薄膜熱感知体の折り返し部は１０個設けている。
【００５１】
ところで、薄膜熱感知体４６の抵抗値は、適する値が存在する。もちろん、高抵抗である方が、ガス検知の感度特性や反応速度特性が向上して好ましいのである。抵抗値を高くするためには、加工が難しくなるものの、薄膜熱感知体を細く、薄く形成すればよい。
【００５２】
しかしながら、薄膜熱感知体のパターンの幅などを小さくすると、電力密度が増して、エレクトロマイグレーションの影響を受けやすくなる。
エレクトロマイグレーションとは、電気伝導体の中で移動する電子が金属原子と衝突し、これらの間で運動量の交換が行われるために、金属原子が徐々に移動する現象である。このため、金属原子が欠乏した部分に、欠損が生じるのである。
エレクトロマイグレーションが発生すると、薄膜熱感知体の断線が発生し、ガスセンサとしての寿命が短くなってしまう。
【００５３】
このような事情から、薄膜熱感知体の抵抗値には、ガスセンサとして十分な感度とエレクトロマイグレーションなどへの耐性とを両立する値が存在するのである。
このような事情を鑑みて、薄膜熱感知体４６の形状を決めるのであるが、一般に、薄膜熱感知体４６のパターンの幅を小さくすると、折り返し部も数多く設けることができ、実質的にパターンの全長を長くすることができて高抵抗が得られる。このため、薄膜熱感知体のパターンの幅や膜厚などのほか、折り返し部の個数なども考慮に入れて、抵抗値を決めるのである。
【００５４】
薄膜熱感知体４６の九十九折りパターン形状は、図１に示す例では、梁部４３の短手方向（幅方向）に折り返し部を有しているが、もちろんこれに限定するものではない。図示はしないが、長手方向（長さ方向）に折り返し部を有してもよいのである。いずれにしても、九十九折りパターン形状は、薄膜熱感知体の配設スペースを小さくすることができるのでセンサ領域Ｒを小型化でき、その結果、薄膜型ガスセンサ自体も小型化することができるという効果も奏するのである。
【００５５】
［薄膜熱感知体の詳細説明：図２］
薄膜熱感知体４６の九十九折りのパターン形状については、更に詳しく図２を用いて説明する。
九十九折りのパターン形状は、具体的には、図２（ａ）に示すように、折り返し部Ｄが湾曲した形状に形成している。つまり、折り返し部Ｄにおいて、外形部４６ａおよび内形部４６ｂを円弧状に湾曲させている。そして、折り返し部Ｄの部分のパターンの幅は直線部４６ｃの部分の幅と概ね同じ幅に形成している。
【００５６】
また、九十九折りのパターン形状の断面は、図２（ｂ）に示すように、台形形状に形成している。つまり、幅ｗの部分の両端面は、傾斜面４６ｄを有して形成している。そして
、傾斜面４６ｄと上面の平坦面との角度θは、例えば、１４０度〜１５０度である。このように角度θは、かなりの鈍角になるように形成している。
この台形形状は、直線部４６ｃと折り返し部Ｄの部分の全てにおいて台形形状をとっており、九十九折りのパターンの全長にわたって台形形状をなしている。
【００５７】
このような形状にすることにより、九十九折りのパターンは、折り返し部Ｄに直角なる角部がなくなり、また、厚みにおける断面での直角や鋭角なる角部がなくなる。
熱応力は鋭角な角部に集中しやすいから、このように直角の角部をなくすことで、熱応力の集中を防止することができる。
【００５８】
薄膜熱感知体４６に生じる熱応力は、薄膜熱感知体４６を搭載する梁部４３を構成する絶縁膜４２に影響を及ぼす。このように、薄膜熱感知体４６に生じる熱応力を小さくすることによって、絶縁膜４２に生じる熱応力の歪みも小さくなり、絶縁膜４２にクラックが発生するなどの損壊を防止することができる。
【００５９】
［薄膜熱感知体の異なる断面形状の説明：図３］
薄膜熱感知体４６の断面形状は、図２（ｂ）に示す形状に限定するものではない。図３に示す形状にすることも可能である。図３は、図２（ｂ）と同様な方向から見た断面図である。
図３に示すように、傾斜面４６ｄがなだらかなカーブを描いて外側に膨らんだ形状をなしている。図２（ｂ）に示す傾斜面４６ｄと上面の平坦面とのθの角部は殆どついておらす、なだらかなカーブを描いた傾斜面をなしている。
このような断面形状を有することで、薄膜熱感知体４６は、さらに角部がなくなるので、熱応力の集中もさらになくなるのである。
【００６０】
［梁部を構成する絶縁膜の説明：図１］
次に、梁部の構造の特徴を説明する。
保持部材である梁部４３は、その上面側に薄膜熱感知体４６と、それに接続する金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｂ、および薄膜熱感知体４６の上部にガス感知体４８を設けるので、それらの部材を保持するに耐えうる強度を必要とする。そのため、梁部４３を構成する絶縁膜４２の膜厚は、所定の厚みを必要とする。
しかしながら、到来するガスの検知性能を向上させるためには、薄膜熱感知体４６を搭載する部分（梁部４３）の熱容量を小さくする方が望ましい。なぜならば、熱容量が大きいと、ガスの到来により生じた熱が梁部に吸収されてしまうからである。この状態では、薄膜熱感知体の熱が上昇しきれず（つまり、抵抗値が変化しきれず）、ガスが到来してもそれを感知することができなくなってしまう。
【００６１】
このように、梁部４３の強度とガスを検知するための性能とは、トレードオフの関係にあるから、梁部４３を構成する絶縁膜４２の膜厚は、それを鑑みて適宜に設定する。到来するガスの種類、薄膜熱感知体やガス検知体の材質によっても発熱温度が異なるから、例えば、実験を繰り返してデータを取るなどして、絶縁膜４２の膜厚を設定してもよい。
【００６２】
また、梁部４３の薄膜熱感知体４６を搭載する部位の幅も同様である。この幅が広ければ、梁部の強度は向上する。
発明者が検討したところ、梁部４３の薄膜熱感知体４６を搭載する部位の幅とその膜厚とは、「膜厚＜幅」とすることがよいことを見出した。その理由は、薄膜熱感知体４６が搭載されている部位の直下が最も熱伝導性が高いからである。そのため、梁部４３を構成する絶縁膜４２の膜厚を薄くして熱容量を小さくし、幅を大きくして強度を維持するとよいのである。
【００６３】
図１に示す例では、例えば、電極パッド４４ａと電極パッド４４ｂとを外部の基板上などで電気的に接続し、それらに電源および電流計を接続すると、薄膜熱感知体４６に電流を流すことができると共に、電流量を計測することができる。具体的には、電極パッド４４ａと電極パッド４４ｂとの間に図示しない電源から電圧を印加しておき、薄膜熱感知体４６に通電しておく。その後、ガスが到来するとガス検知体４８がガスに反応して発熱し、薄膜熱感知体４６の温度も上昇し、その電流量に変化が起きる。この電流量の変化を捉えることで、ガスの到来を知り得ることができるのである。
なお、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で、薄膜熱感知体４６の上部には、ガス検知体４８を設けているが、その材質などの詳細については、後述する。
【００６４】
ところで、ガスの到来により薄膜熱感知体４６が発熱することで、そのガスの到来を知り得るわけであるから、各々の薄膜熱感知体にどのように電流を流し、その電流を計測するかは、図１に示す例に限定するものではないのは明らかである。
【００６５】
これら薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、同一の金属で構成することができる。これらは、高融点貴金属を用いる場合が多く、例えば、白金（Ｐｔ）である。
【００６６】
このような高融点貴金属を用いる理由は、温度である。すなわち、薄膜熱感知体４６の上部にはガス感知体４８が設けてあり、このガス検知体４８は、触媒として機能するものであって、ガスが到来したときに発熱し、検出感度を向上させる効果がある。ガス検知体４８は、薄膜熱感知体４６上に焼結させている。しかし、このガス検知体４８の焼結温度は高く、用いる触媒の材質にもよるが、例えば、６００〜７００度程度である。そして、ガスが到来したときに生じる温度を、いわゆる燃焼温度と呼び、その温度は、例えば、４００度を超える。
このように、薄膜熱感知体４６や金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｂは高温に晒されるため、高融点貴金属を用いるのである。
【００６７】
薄膜熱感知体４６、金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｂ、電極パッド４４ａ，４４ｂは、保持部材である絶縁膜４２との密着性を良くするために、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）、あるいは、これらの合金からなる金属膜を下地層として設け、その上に白金（Ｐｔ）を形成して構成してもよい。例えば、白金（Ｐｔ）は、スパッタリング法などの知られている形成方法で形成することができる。
なお、薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、白金（Ｐｔ）以外の材料としては、ロジウム（Ｒｄ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）などの高融点貴金属、あるいは、これらの合金金属などを用いることができる。
【００６８】
［ガス検知体の説明］
薄膜熱感知体４６の上面に設けるガス感知体４８は、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で設ける触媒である。特に限定するものではないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる熱伝導層と、この熱伝導層の表面に燃焼触媒層を重ねた構成を有している。
燃焼触媒層は、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ２）を主成分にして、白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）なる燃焼触媒の微粉末を溶媒に混ぜ合わせてスラリー状にし、それを熱伝導層の表面に塗布して６００°Ｃの温度で焼結したものである。
【００６９】
図１に示す例では、ガス検知体４８は、センサ領域Ｒにて、梁部４３の上部に図面上横長に薄膜熱感知体４６を覆うように設けている。
もちろん、薄膜熱感知体４６ａの抵抗値、到来するガスの種類などに応じて、ガス検知体４８を設けない場合もある。
【００７０】
また、図１（ｂ）に示すように、ガス感知体４８は、薄膜熱感知体４６の上面側にのみ設ける例を示したが、もちろんこれに限定するものではない。到来するガスは貫通孔４２ｈを通って流通するので、図示はしないが、保持部材である梁部４３を挟んでその裏面側にも設けてもよい。つまり、ガス感知体４８で梁部４３を上下から包むようにしてもよいのである。
このような構造をとると、燃焼触媒層の表面面積が増してガスとの接触面積が増え、より速く燃焼することができる。そして、ガス検知の反応速度を更に速める効果を得る。
【実施例２】
【００７１】
［第２の実施形態の説明：図４］
次に、第２の実施形態のガス検知素子について図４を用いて説明する。なお、図４は第２の実施形態の検知素子の模式的に示した平面図である。また、前述の第１の実施形態で説明した同一構成の部品は同一符号を付与し、詳細な説明は省略する。
【００７２】
第２の実施形態のガス検知素子は、前述の第１の実施形態のガス検知素子の構成と対比すると、第１の実施形態の薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体は絶縁膜である梁部の上部に設ける構成に対して、第２の実施形態では、絶縁膜であるメンブレン構造体の上部に設ける構成をなしているところが異なっている。
以下、詳細に第２の実施形態のガス検知素子について説明する。
【００７３】
図４において、５２は絶縁膜である。５２ａは絶縁膜５２で構成したメンブレン構造体である。５２ｉ，５２ｊ，５２ｋ，５２ｌ，５２ｍ，５２ｎは貫通孔である。貫通孔５２ｉ〜５２ｎは、メンブレン構造体５２ａに設けている。５２ｋｃは貫通孔５２ｋの中心点であり、同様に、５２ｌｃは貫通孔５２ｌの、５２ｍｃは貫通孔５２ｍの、それぞれ中心点であり、「＋」で示している。そして、これらでガス検知素子５０を構成している。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は貫通孔同士の距離を示している。
【００７４】
図４に示す第２の実施形態のガス検知素子５０の特徴は、保持部材をメンブレン構造とした点である。すでに説明した第１の実施形態は、支持基板の上部に絶縁膜を設け、この絶縁膜で枠形状の支持基板を所定の幅を持って橋渡しするように梁部を構成していた。図４に示す第２の実施形態では、保持部材を梁部で構成せず、メンブレン構造体５２ａとしたものである。
【００７５】
メンブレン構造体５２ａは、支持基板４１の上部に設ける絶縁膜５２をセンサ領域Ｒの方向に一様な薄膜で構成したものである。メンブレンとは「膜」を意味するものであり、メンブレン構造とは、膜による構造そのものを意味するものであるが、本発明の実施形態では、説明しやすいように絶縁膜５２のうち、センサ領域Ｒの部分をメンブレン構造体５２ａとしている。
【００７６】
メンブレン構造体５２ａの上部には、センサ領域Ｒの中心点Ｃを含む中心領域に薄膜熱感知体４６を設けている。そして、薄膜熱感知体４６の両端を２つの金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｂを介して支持基板４１の上部の一対の電極パッド４４ａ，４４ｂに接続している。
図４に示すように、薄膜熱感知体４６のほぼ中心を中心点Ｃ上にし、電極パッド４４ａから、金属薄膜抵抗体４５ａ、薄膜熱感知体４６、金属薄膜抵抗体４５ｂ、金属パッド４４ｂの順に直線的に設けている。このような構成とすることにより、重量的にバランスの取れた配置構造が形成されている。
【００７７】
［絶縁膜の形状説明：図４］
メンブレン構造体５２ａは、保持部材の働きをなすことから、保持するに耐えうる強度を備える必要がある。また、ガスが到来して、そのガスの圧力によりメンブレン構造体５２ａが撓んでもメンブレン構造体５２ａが損壊しないような強度を備える必要がある。絶縁膜５２の膜厚は、例えば、１μｍ位の薄膜である。しかしながら、特には限定するものではなく、上記のことを考慮して適宜に設定すると良い。また、絶縁膜５２は、第１の実施形態と同様に、積層膜とすることもできる。このとき、積層する膜の応力特性を変えるようにしてもよいことは、すでに説明した通りである。
【００７８】
メンブレン構造体５２ａには、薄膜熱感知体４６と金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｂとガス感知体４８とを有していない部分に、複数の貫通孔を設けている。図４に示す例では、６つの貫通孔５２ｉ〜５２ｎを設けている。
貫通孔５２ｉ〜５２ｎは、同一の同じ大きさをなしており、図４に示す例では円形である。そして、センサ領域Ｒに所定の間隔をなして分散して設けてある。
ようするに、隣り合う貫通孔同士が所定の距離だけ離間して配置しており、センサ領域Ｒを全体視すると、概ね分散して配置しているのである。
【００７９】
隣り合う貫通孔とは、図４に示す例では、例えば、貫通孔５２ｉと貫通孔５２ｊ、貫通孔５２ｉと貫通孔５２ｎであり、貫通孔５２ｌと貫通孔５２ｋ、貫通孔５２ｌと貫通孔５２ｍである。そして、隣り合う貫通孔同士は、同一の距離で離間している。
図４において、距離Ｌ１と距離Ｌ２とは同一であり、距離Ｌ３と距離Ｌ４とは同一である。なお、距離Ｌ３は、貫通孔の中心点５２ｋｃと中心点５２ｌｃとの距離であり、距離Ｌ４は、貫通孔の中心点５２ｌｃと中心点５２ｍｃとの距離を示している。
【００８０】
つまり、メンブレン構造体５２ａに開口した貫通孔のエッジ間の距離である距離Ｌ１と距離Ｌ２とが同じであっても、貫通孔の中心間距離である距離Ｌ３と距離Ｌ４とが同じであってもよいのである。大切なことは、センサ領域Ｒにおいて、貫通孔がバランスよく配置されているという点である。
【００８１】
なお、貫通孔５２ｉ〜５２ｎは、図４に示す例では、円形の形状を有しているが、もちろん、その形状は一例であって、多角形で構成してもよい。例えば、正六角形、正八角形などである。また、多角形と円形とを組み合わせてもよく、自由に変更が可能である。
なお、図４に示す貫通孔５２ｉ〜５２ｎは、円形の形状を有しているが、この円形とは、楕円形も含むものであって、また、多角形の角部を面取りして滑らかにした形状も、広義で円形と定義するものである。
【００８２】
［発明の効果の説明］
ここで、第２の実施形態の効果についてまとめる。すでに説明した第１の実施形態の効果と同様な点は省略すると、次のようになる。
保持部材であるメンブレン構造体５２ａは、支持基板４１から延設して一様に形成しているため、機械的応力が発生したとしても、膜全体で分散し、応力集中する部分がない。このため、メンブレン構造体５２ａにクラックなどを発生することはないのである。
更に、薄膜熱感知体４６が発熱した熱はメンブレン構造体５２ａに伝わるが、メンブレン構造体５２ａに伝わった熱は広い面積をもつメンブレン（膜）の四方に分散する。このため、メンブレン構造体５２ａに生じる熱応力の歪みは小さいものとなって、一層、クラックの発生を抑制するのである。
【００８３】
また、貫通孔５２ｉ〜５２ｎが所定の間隔で、しかも、中心間距離が同一で分散した配置をなしているため、ガスが到来しても、その流れる流量に偏りが生じない。このため、ガス感知体４８にガスが均一な状態でもって接触するようになり、その結果としてガスの燃焼効率をより向上させることができるのである。
【実施例３】
【００８４】
［第３の実施形態の説明：図５］
次に、本発明の第３の実施形態に係るガス検知素子を図５を用いて説明する。なお、図５は、本発明の薄膜型ガスセンサの第３の実施形態の構造を模式的に示す図である。図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の切断線Ｚ−Ｚ′における断面を模式的に示す断面図である。また、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【００８５】
図５において、５２ｏ，５２ｐ，５２ｑ，５２ｒ，５２ｓ，５２ｔは貫通孔を示しており、メンブレン構造体５２ａに設けられた貫通孔である。また、６０はガス検知素子である。
【００８６】
図５に示す第３の実施形態のガス検知素子６０の特徴は、保持部材を梁部とメンブレン構造体とにした点である。図１を用いて説明した第１の実施形態と図４を用いて説明した第２の実施形態とを合わせた構成であって、下側に第１の薄膜としてのメンブレン構造体５２ａを設け、その上側に第２の薄膜としての梁部４３を重ねている構成である。
【００８７】
貫通孔５２ｏ〜５２ｔは、図５に示す例では、正六角形の形状を有している。これら６つの貫通孔は、図５（ａ）に示すように、梁部４３を挟み、対向して配置している。なお、隣り合う貫通孔同士が所定の距離だけ離間して配置しており、センサ領域Ｒを全体視すると、概ね分散して配置している点は、すでに説明した実施形態と同様である。
なお、第３の実施形態においては、貫通孔は正六角形の形状をなしたが、正六角形に限るものではなく、ガスの種類や使用環境などに応じて適宜な形状を選ぶと良い。
【００８８】
第３実施形態のガス検知素子６０は、メンブレン構造体５２ａと梁部４３とで保持部材を構成しているから、その強度が増し、保持部材の撓みや機械的応力、熱応力に対する抗力は更に向上し、ガスセンサの耐久性能は更に向上する。
【００８９】
なお、図５に示す例では、メンブレン構造体５２ａの上部に梁部４３を設ける構成を説明したが、図示はしないが、梁部４３の上部にメンブレン構造体５２ａを設ける構成とすることもできる。もちろん、貫通孔５２ｏ〜５２ｔの形状も六角形とは異なる形状であってもかまわなく、適宜変更可能である。
【００９０】
以上、すでに説明した実施形態では、薄膜熱感知体の上部にガス感知体を設ける構成を例示したが、もちろんこれに限定するものではない。薄膜熱感知体を半導体で構成すれば、ガス感知体は不要になる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の薄膜型ガスセンサは、機械的応力や熱応力に対する耐久性が向上しているため、ガスの流速が高く、より高温になる環境用のガスセンサとして好適である。
【符号の説明】
【００９２】
４０、５０、６０  ガス検知素子
４１  支持基板
４１ｃ  内壁
４２、５２  絶縁膜
４２ｈ  貫通孔
４３  梁部
４４ａ、４４ｂ  電極パッド
４５ａ、４５ｂ  金属薄膜抵抗体
４６    薄膜熱感知体
４６ａ    外形部
４６ｂ    内形部
４６ｃ    直線部
４６ｄ    傾斜面
４８    ガス感知体
５２ｉ〜５２ｔ  貫通孔
５２ａ    メンブレン構造体
Ｄ    折り返し部
Ｒ    センサ領域
Ｃ    中心点
【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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