(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス感知層と、吸着層とを有するガス検出部と、
前記ガス検出部を加熱するヒーター層と、
前記ヒーター層を通電駆動し、また、前記ガス感知層からセンサ抵抗値を取得する駆動処理部と、
を備え、前記駆動処理部は、
前記吸着層がクリーニングされるとともに前記ガス感知層に酸素が吸着される酸素吸着温度Ｔ０で酸素吸着時間ｔ０にわたり前記ヒーター層を駆動する酸素吸着部と、
前記酸素吸着時間ｔ０の経過後に、前記吸着層に目的ガスが吸着される目的ガス吸着温度Ｔ１で、前記目的ガスの前記吸着層への吸着量が平衡に近くなるまで濃縮されつつ吸着し、かつ、前記ガス感知層から酸素が多く脱離しない目的ガス吸着時間ｔ１にわたり前記ヒーター層を駆動する目的ガス吸着部と、
前記目的ガス吸着時間ｔ１の経過後に、前記吸着層に吸着された目的ガスが脱離して前記ガス感知層に移動する目的ガス脱離温度Ｔ２で目的ガス脱離時間ｔ２にわたり前記ヒーター層を駆動する目的ガス脱離部と、
前記目的ガス脱離時間ｔ２の経過後に、前記ガス感知層のセンサ抵抗値から目的ガスのガス濃度を算出する目的ガス濃度算出部と、
からなることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記目的ガス吸着時間ｔ１は、前記酸素吸着時間ｔ０、前記目的ガス脱離時間ｔ２よりも長い時間であることを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記酸素吸着温度Ｔ０、前記目的ガス吸着温度Ｔ１、前記目的ガス脱離温度Ｔ２は、Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔ０の関係があることを特徴とする請求項１または２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記目的ガス濃度算出部は、前記目的ガス脱離時間ｔ２の経過後に、前記ガス感知層で目的ガスが検出される目的ガス検出温度Ｔ３で目的ガス検出時間ｔ３にわたり前記ヒーター層を駆動し、前記目的ガス検出時間ｔ３における前記ガス感知層のセンサ抵抗値から目的ガスのガス濃度を算出することを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記目的ガス吸着時間ｔ１は、前記酸素吸着時間ｔ０、前記目的ガス脱離時間ｔ２および前記目的ガス検出時間ｔ３よりも長い時間であることを特徴とする請求項４に記載のガス検出装置。
【請求項６】
前記酸素吸着温度Ｔ０、前記目的ガス吸着温度Ｔ１、前記目的ガス脱離温度Ｔ２、および、前記目的ガス検出温度Ｔ３は、Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２≦Ｔ０またはＴ１＜Ｔ２≦Ｔ３≦Ｔ０の関係があることを特徴とする請求項４または５に記載のガス検出装置。
【請求項７】
ガス感知層と吸着層とからなるガス検出部を、前記吸着層がクリーニングされるとともに前記ガス感知層に酸素が吸着される酸素吸着温度Ｔ０で酸素吸着時間ｔ０にわたり加熱する酸素吸着工程と、
前記酸素吸着工程の終了後に、前記吸着層に目的ガスが吸着される目的ガス吸着温度Ｔ１で、前記目的ガスの前記吸着層への吸着量が平衡に近くなるまで濃縮されつつ吸着し、かつ、前記ガス感知層から酸素が多く脱離しない目的ガス吸着時間ｔ１にわたり前記ガス検出部を加熱する目的ガス吸着工程と、
前記目的ガス吸着工程の終了後に、前記吸着層に吸着された目的ガスが脱離して前記ガス感知層に移動する目的ガス脱離温度Ｔ２で目的ガス脱離時間ｔ２にわたり前記ガス検出部を加熱する目的ガス脱離工程と、
前記目的ガス脱離工程の終了後に、前記ガス感知層のセンサ抵抗値から目的ガスのガス濃度を算出する目的ガス濃度算出工程と、
からなることを特徴とするガス検出方法。
【請求項８】
前記目的ガス吸着時間ｔ１は、前記酸素吸着時間ｔ０、前記目的ガス脱離時間ｔ２よりも長い時間であることを特徴とする請求項７に記載のガス検出方法。
【請求項９】
前記酸素吸着温度Ｔ０、前記目的ガス吸着温度Ｔ１、前記目的ガス脱離温度Ｔ２は、Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔ０の関係があることを特徴とする請求項７または８に記載のガス検出方法。
【請求項１０】
前記目的ガス濃度算出工程は、前記目的ガス脱離時間ｔ２の経過後に、前記ガス感知層で目的ガスが検出される目的ガス検出温度Ｔ３で目的ガス検出時間ｔ３にわたり前記ガス検出部を加熱し、前記目的ガス検出時間ｔ３における前記ガス感知層のセンサ抵抗値から目的ガスのガス濃度を算出することを特徴とする請求項７または８に記載のガス検出方法。
【請求項１１】
前記目的ガス吸着時間ｔ１は、前記酸素吸着時間ｔ０、前記目的ガス脱離時間ｔ２および前記目的ガス検出時間ｔ３よりも長い時間であることを特徴とする請求項１０に記載のガス検出方法。
【請求項１２】
前記酸素吸着温度Ｔ０、前記目的ガス吸着温度Ｔ１、前記目的ガス脱離温度Ｔ２、および、前記目的ガス検出温度Ｔ３は、Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２≦Ｔ０またはＴ１＜Ｔ２≦Ｔ３≦Ｔ０の関係があることを特徴とする請求項１０または１１に記載のガス検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐｐｂレベルの低濃度のガスを検出するガス検出装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体式のガスセンサは、ある特定ガス、例えば、メタンガス(ＣＨ４)、プロパンガス(Ｃ３Ｈ８)、ブタンガス（Ｃ４Ｈ１０）、一酸化炭素(ＣＯ)等に選択的に感応するデバイスである。半導体式のガスセンサは、その原理・構造が比較的単純であり、量産性が高く安価である。【０００３】
このような半導体式のガスセンサは、ガス漏れや不完全燃焼の検出に広く用いられている。ガス漏れの場合は、爆発下限界より下の１０００〜１００００ｐｐｍオーダで検出される。また、不完全燃焼の場合は、人がＣＯ中毒にならないように１０ｐｐｍ〜１００ｐｐｍオーダで検出される。【０００４】
半導体式のガスセンサの他の用途としては、揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、以下、単にＶＯＣという）の分析が検討されている。例えば、シックハウス症候群の防止目的のため室内環境におけるＶＯＣの分析や、体調管理目的のため人の呼気に含まれるＶＯＣの分析、などである。【０００５】
ＶＯＣは、例えば、塗料、印刷インキ、接着剤、洗浄剤、ガソリン、シンナーなどに含まれるエタノール、メタノール、アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、クロロホルムまたはパラジクロロベンゼンなどである。このような分析を実現するため、０．００１〜１ｐｐｍオーダのＶＯＣを検出する必要がある。しかしながら、従来技術のガス漏れや不完全燃焼の検出に使用される半導体式のガスセンサでは、感度が不十分なため、低濃度であるＶＯＣの検出は困難であった。【０００６】
なお、低濃度ガスを検出する半導体式のガスセンサの他の先行技術が、例えば、特許文献１，２に開示されている。【０００７】
特許文献１，２には、何れも半導体式のガスセンサの構造が開示されている。また、特許文献１，２には、何れもガス感知膜に吸着した雑ガスをクリーニングするため、センサを高温状態に加熱した後、低温状態にすることが開示されている。これにより目的ガスの感知能力を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２７７５２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１，２に記載の半導体式のガスセンサは、０．００１〜１ｐｐｍオーダの低濃度ガスの検知まで考慮したものではなかった。【００１０】
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体式のガスセンサを高感度で検出できるように駆動して目的ガスの検出濃度範囲を低濃度側へ拡大するようなガス検出装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決する本発明は、
ガス感知層と、吸着層とを有するガス検出部と、
前記ガス検出部を加熱するヒーター層と、
前記ヒーター層を通電駆動し、また、前記ガス感知層からセンサ抵抗値を取得する駆動処理部と、
を備え、前記駆動処理部は、
前記吸着層がクリーニングされるとともに前記ガス感知層に酸素が吸着される酸素吸着温度Ｔ０で酸素吸着時間ｔ０にわたり前記ヒーター層を駆動する酸素吸着部と、
前記酸素吸着時間ｔ０の経過後に、前記吸着層に目的ガスが吸着される目的ガス吸着温度Ｔ１で、前記目的ガスの前記吸着層への吸着量が平衡に近くなるまで濃縮されつつ吸着し、かつ、前記ガス感知層から酸素が多く脱離しない目的ガス吸着時間ｔ１にわたり前記ヒーター層を駆動する目的ガス吸着部と、
前記目的ガス吸着時間ｔ１の経過後に、前記吸着層に吸着された目的ガスが脱離して前記ガス感知層に移動する目的ガス脱離温度Ｔ２で目的ガス脱離時間ｔ２にわたり前記ヒーター層を駆動する目的ガス脱離部と、
前記目的ガス脱離時間ｔ２の経過後に、前記ガス感知層のセンサ抵抗値から目的ガスのガス濃度を算出する目的ガス濃度算出部と、
からなることを特徴とするガス検出装置とした。
【００１２】
また、本発明は、
前記目的ガス吸着時間ｔ１は、前記酸素吸着時間ｔ０、前記目的ガス脱離時間ｔ２よりも長い時間であることを特徴とするガス検出装置とした。【００１３】
また、本発明は、
前記酸素吸着温度Ｔ０、前記目的ガス吸着温度Ｔ１、前記目的ガス脱離温度Ｔ２は、Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔ０の関係があることを特徴とするガス検出装置とした。【００１４】
また、本発明は、
前記目的ガス濃度算出部は、前記目的ガス脱離時間ｔ２の経過後に、前記ガス感知層で目的ガスが検出される目的ガス検出温度Ｔ３で目的ガス検出時間ｔ３にわたり前記ヒーター層を駆動し、前記目的ガス検出時間ｔ３における前記ガス感知層のセンサ抵抗値から目的ガスのガス濃度を算出することを特徴とするガス検出装置とした。【００１５】
また、本発明は、
前記目的ガス吸着時間ｔ１は、前記酸素吸着時間ｔ０、前記目的ガス脱離時間ｔ２および前記目的ガス検出時間ｔ３よりも長い時間であることを特徴とするガス検出装置とした。【００１６】
また、本発明は、
前記酸素吸着温度Ｔ０、前記目的ガス吸着温度Ｔ１、前記目的ガス脱離温度Ｔ２、および、前記目的ガス検出温度Ｔ３は、Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２≦Ｔ０またはＴ１＜Ｔ２≦Ｔ３≦Ｔ０の関係があることを特徴とするガス検出装置とした。【００１７】
また、本発明は、
ガス感知層と吸着層とからなるガス検出部を、前記吸着層がクリーニングされるとともに前記ガス感知層に酸素が吸着される酸素吸着温度Ｔ０で酸素吸着時間ｔ０にわたり加熱する酸素吸着工程と、
前記酸素吸着工程の終了後に、前記吸着層に目的ガスが吸着される目的ガス吸着温度Ｔ１で、前記目的ガスの前記吸着層への吸着量が平衡に近くなるまで濃縮されつつ吸着し、かつ、前記ガス感知層から酸素が多く脱離しない目的ガス吸着時間ｔ１にわたり前記ガス検出部を加熱する目的ガス吸着工程と、
前記目的ガス吸着工程の終了後に、前記吸着層に吸着された目的ガスが脱離して前記ガス感知層に移動する目的ガス脱離温度Ｔ２で目的ガス脱離時間ｔ２にわたり前記ガス検出部を加熱する目的ガス脱離工程と、
前記目的ガス脱離工程の終了後に、前記ガス感知層のセンサ抵抗値から目的ガスのガス濃度を算出する目的ガス濃度算出工程と、
からなることを特徴とするガス検出方法とした。
【００１８】
また、本発明は、
前記目的ガス吸着時間ｔ１は、前記酸素吸着時間ｔ０、前記目的ガス脱離時間ｔ２よりも長い時間であることを特徴とするガス検出方法とした。【００１９】
また、本発明は、
前記酸素吸着温度Ｔ０、前記目的ガス吸着温度Ｔ１、前記目的ガス脱離温度Ｔ２は、Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔ０の関係があることを特徴とするガス検出方法とした。【００２０】
また、本発明は、
前記目的ガス濃度算出工程は、前記目的ガス脱離時間ｔ２の経過後に、前記ガス感知層で目的ガスが検出される目的ガス検出温度Ｔ３で目的ガス検出時間ｔ３にわたり前記ガス検出部を加熱し、前記目的ガス検出時間ｔ３における前記ガス感知層のセンサ抵抗値から目的ガスのガス濃度を算出することを特徴とするガス検出方法とした。【００２１】
また、本発明は、
前記目的ガス吸着時間ｔ１は、前記酸素吸着時間ｔ０、前記目的ガス脱離時間ｔ２および前記目的ガス検出時間ｔ３よりも長い時間であることを特徴とするガス検出方法とした。【００２２】
また、本発明は、
前記酸素吸着温度Ｔ０、前記目的ガス吸着温度Ｔ１、前記目的ガス脱離温度Ｔ２、および、前記目的ガス検出温度Ｔ３は、Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２≦Ｔ０またはＴ１＜Ｔ２≦Ｔ３≦Ｔ０の関係があることを特徴とするガス検出方法とした。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、半導体式のガスセンサを高感度で検出できるように駆動して目的ガスの検出濃度範囲を低濃度側へ拡大するようなガス検出装置およびその方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を実施するための形態のガス検出装置の要部の回路ブロック図である。
【図２】ガスセンサを概略的に示す縦断面図である。
【図３】ガス感知層の温度−センサ抵抗値特性図である。
【図４】ヒーター層の温度とセンサ抵抗値との関係の説明図であり、図４（ａ）はヒーター層の駆動方式を説明する駆動パターン図、図４（ｂ）はヒーター層の駆動に対応するセンサ抵抗値を説明するセンサ抵抗値特性図である。
【図５】センサ抵抗値特性のＡ部拡大図である。
【図６】吸着層とガス感知層の温度による状況説明図である。
【図７】本発明を実施するための他の形態のガス検出装置のガスセンサの説明図であり、図７（ａ）はガスセンサの平面図、図７（ｂ）はガスセンサのＡ−Ａ断面図、図７（ｃ）はガスセンサのＢ−Ｂ断面図である。
【図８】表１のヒーター層の駆動方式を説明する駆動パターン図である。
【図９】ガス感度のエタノール濃度依存性を示す特性図である。
【図１０】ガス検出装置によるガス濃度−ガス感度特性図である。
【図１１】ガス検出装置によるガス濃度−ガス吸着量特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
続いて、本発明を実施するためのガス検出装置およびその方法について図を参照しつつ説明する。ガス検出装置１００は、図１で示すように、ガスセンサ１０、駆動処理部２０を少なくとも備えている。なお、駆動処理部２０には操作入力部、目的ガスのガス濃度を表示する表示部等を備える形態としても良い。
【００２６】
ガスセンサ１０は、半導体式のセンサであり、図２で示すように、さらにシリコン基板（以下Ｓｉ基板）１、熱絶縁支持層２、ヒーター層３、電気絶縁層４、ガス検出部５を備える。なお、図２は薄膜型半導体式のガスセンサの構成をあくまで概念的に見やすく示したもので、各部の大きさや厚さ等は厳密なものではない。
【００２７】
ガス検出部５は、詳しくは、接合層５ａ、感知層電極５ｂ、ガス感知層５ｃ、吸着層５ｄを備える。このガス感知層５ｃは本形態では二酸化スズ層（以下、ＳｎＯ２層）を例に挙げる。また、吸着層５ｄは本形態では酸化パラジウム（ＰｄＯ）を触媒として担持したアルミナ焼結材（以下、触媒担持Ａｌ２Ｏ３焼結材）を例に挙げる。
【００２８】
電気絶縁層４、接合層５ａ、一対の感知層電極５ｂ、および、ガス感知層５ｃの表面を、吸着層５ｄが覆う構造としている。そして、図１で示すように、ヒーター層３は駆動処理部２０と電気的に接続されており、駆動処理部２０がヒーター層３をヒーター駆動する。また、ガス検出部５（詳しくは感知層電極５ｂを介してガス感知層５ｃ）は駆動処理部２０と電気的に接続されており、駆動処理部２０がガス感知層５ｃのセンサ抵抗値を読み出す。
【００２９】
続いて各部構成について説明する。
Ｓｉ基板１はシリコン（Ｓｉ）により形成され、ガス検出部５が直上に位置する箇所に貫通孔が形成される。
熱絶縁支持層２はこの貫通孔の開口部に張られてダイアフラム様に形成されており、Ｓｉ基板１の上に設けられる。
【００３０】
熱絶縁支持層２は、詳しくは、熱酸化ＳｉＯ２層２ａ、ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層２ｂ、ＣＶＤ−ＳｉＯ２層２ｃの三層構造となっている。
熱酸化ＳｉＯ２層２ａは、熱絶縁層として形成され、ヒーター層３で発生する熱をＳｉ基板１側へ熱伝導しないようにして熱容量を小さくする機能を有する。また、この熱酸化ＳｉＯ２層２ａは、プラズマエッチングに対して高い抵抗力を示し、後述するがプラズマエッチングによるＳｉ基板１への貫通孔の形成を容易にする。
ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層２ｂは、熱酸化ＳｉＯ２層２ａの上側に形成される。
ＣＶＤ−ＳｉＯ２層２ｃは、ヒーター層３との密着性を向上させるとともに電気的絶縁を確保する。ＣＶＤ（化学気相成長法）によるＳｉＯ２層は内部応力が小さい。
【００３１】
ヒーター層３は、薄膜状のＰｔ−Ｗ膜であって、熱絶縁支持層２のほぼ中央の上面に設けられる。また、電源供給ラインも形成される。この電源ラインは、図１で示すように駆動処理部２０に接続される。
電気絶縁層４は、電気的に絶縁を確保するスパッタＳｉＯ２層であり、熱絶縁支持層２およびヒーター層３を覆うように設けられる。電気絶縁層４は、ヒーター層３と感知層電極５ｂとの間に電気的な絶縁を確保する。また、電気絶縁層４は、ガス感知層５ｃとの密着性を向上させる。
【００３２】
接合層５ａは、例えば、Ｔａ膜（タンタル膜）またはＴｉ膜（チタン膜）であり、電気絶縁層４の上に左右一対に設けられる。この接合層５ａは、感知層電極５ｂと電気絶縁層４との間に介在して接合強度を高めている。
感知層電極５ｂは、例えば、Ｐｔ膜（白金膜）またはＡｕ膜（金膜）であり、ガス感知層５ｃの感知電極となるように左右一対に設けられる。
ガス感知層５ｃは、ＳｎＯ２層であり、一対の感知層電極５ｂを渡されるように電気絶縁層４の上に形成される。ガス感知層５ｃは、本形態ではＳｎＯ２層として説明したが、ＳｎＯ２以外にも、Ｉｎ２Ｏ３、ＷＯ３、ＺｎＯ、または、ＴｉＯ２という金属酸化物を主成分とする薄膜の層としても良い。
【００３３】
吸着層５ｄは、酸化パラジウム（ＰｄＯ）を担持した焼結体であり、先に説明したように触媒担持Ａｌ２Ｏ３焼結材である。Ａｌ２Ｏ３は多孔質体であるため、孔を通過するガスがＰｄＯに接触する機会が増加する。そして、検知する目的ガスよりも酸化活性の強い還元性ガス（妨害ガス）の燃焼反応を促進し、目的ガス（特に呼気や、室内環境に含まれるＶＯＣ。ＶＯＣは例えばエタノールやアセトン）の選択性が高まる。つまり、目的ガス（ＶＯＣ）に対して妨害ガスを酸化除去できる。
【００３４】
なお、吸着層５ｄは、このＡｌ２Ｏ３以外にも、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、または、ゼオライトという金属酸化物を主成分としても良い。吸着層５ｄは、電気絶縁層４、接合層５ａ、一対の感知層電極５ｂ、および、ガス感知層５ｃの表面を覆うように設けられる。
【００３５】
このようなガスセンサ１０は、ダイアフラム構造を採用して高断熱，低熱容量の構造としている。また、ガスセンサ１０は、感知電極層５ｂ、ガス感知層５ｃ、吸着層５ｄ、ヒーター層３の各構成要素をＭＥＭＳ（微小電気機械システム）等の技術により熱容量を小さくしている。これにより、後述するが、Ｔ１からＴ２へという温度の時間変化が速くなり、熱脱離がごく短時間で起こる。したがって、ガス感知層５ｃへ達する目的ガスのガス濃度が高まり、より高感度なガスセンサ１０が得られる。
【００３６】
続いて、本形態のガスセンサ１０、および、ガス検出装置１００の製造方法について概略説明する。
まず、板状のシリコンウェハー（図示せず）に対して熱酸化法によりその片面（または表裏両面）に熱酸化を施し、熱酸化ＳｉＯ２膜たる熱酸化ＳｉＯ２層２ａを形成する。そして、熱酸化ＳｉＯ２層２ａを形成した上面に、支持膜となるＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４膜をプラズマＣＶＤ法にて堆積させ、ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層２ｂを形成する。そして、このＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層２ｂの上面に、熱絶縁膜となるＣＶＤ−ＳｉＯ２膜をプラズマＣＶＤ法にて堆積させ、ＣＶＤ−ＳｉＯ２層２ｃを形成する。
【００３７】
さらに、ＣＶＤ−ＳｉＯ２層２ｃの上面に、Ｐｔ−Ｗ膜をスパッタリング法により蒸着させ、ヒーター層３を形成する。そして、このＣＶＤ−ＳｉＯ２層２ｃとヒーター層３との上面に、スパッタＳｉＯ２膜をスパッタリング法により蒸着させ、スパッタＳｉＯ２層である電気絶縁層４を形成する。
【００３８】
この電気絶縁層４の上に、接合層５ａ、感知層電極５ｂを形成する。成膜はＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、通常のスパッタリング法により行う。成膜条件は接合層（ＴａあるいはＴｉ）５ａ、感知層電極（ＰｔあるいはＡｕ）５ｂとも同じで、Ａｒガス（アルゴンガス）圧力１Ｐａ、基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ２、膜厚は接合層５ａ／感知層電極５ｂ＝５００Å／２０００Åである。
【００３９】
一対の感知層電極５ｂに渡されるとともに、電気絶縁層４の上に、ＳｎＯ２膜がスパッタリング法により蒸着され、ガス感知層５ｃが形成される。この成膜はＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、反応性スパッタリング法によって行う。ターゲットにはＳｂを０．１ｗｔ％含有するＳｎＯ２を用いる。成膜条件はＡｒ＋Ｏ２ガス圧力２Ｐａ、基板温度１５０〜３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ２、膜厚４００ｎｍである。ガス感知層５ｃは、平面視で一辺が５０μｍ程度の角状に形成される。
【００４０】
続いて吸着層５ｄを形成する。吸着層５ｄは、ＰｄＯを７．０ｗｔ％添加したγ−アルミナ（平均粒径２〜３μｍ）にジエチレングリコールモノエチルエーテルを同重量、さらにシリカゾルバインダを５〜２０ｗｔ％添加してペーストを生成する。そして、厚さ約３０μｍでスクリーン印刷により形成する。その後この膜を５００℃で１２時間焼成する。ただし吸着層５ｄは、ガス感知層５ｃを十分覆い尽くすように、直径をガス感知層５ｃの外周部よりも大きくする。吸着層５ｄは、平面視で直径２００μｍ程度の円状に形成される。
【００４１】
最後にシリコンウェハー（図示せず）の裏面からエッチングによりシリコンを除去する微細加工プロセスを行い、貫通孔を有するＳｉ基板１を形成する。最終的にダイアフラム構造のガスセンサ１０になる。さらにヒーター層３および感知層電極５ｂが、駆動処理部２０に電気的に接続される。ガスセンサ１０およびガス検出装置１００の製造方法はこのようになる。
【００４２】
続いて、本発明のガス検出装置１００およびその方法による低濃度ガスの検出原理について説明する。まず、本願発明者は、実験結果等に基づいて、ガス感知層５ｃのセンサ抵抗値（電圧Ｖ１）と、ヒーター層３の温度と、に図３に示すような対応関係があることを知見した。
【００４３】
図３に示すグラフは、通常の空気中すなわち周囲に目的ガスが無い環境における、ガス感知層５ｃの抵抗値（センサ抵抗値；縦軸）と、ヒーター層３の温度（横軸）との関係を示す。
温度プロファイルである。さらに図３において、破線は酸素飽和する前の定常状態の温度プロファイルであり、また、実線は酸素飽和した後の瞬時の温度プロファイルである。
【００４４】
ヒーター層３の温度が周囲温度から温度Ｔａまで上昇していくと、図３の破線に示すように、温度上昇に応じてＳｎＯ２薄膜であるガス感知層５ｃのセンサ抵抗値が低下する。この温度Ｔａまで上昇する温度領域にあるガス感知層５ｃのセンサ抵抗値が低下する理由は、温度上昇に伴う「酸素脱離」が生じるためである。「酸素脱離」では、ＳｎＯ２薄膜に付着するイオン（Ｏ２−）がＳｎＯ２薄膜から離脱する際にＳｎＯ２薄膜へ電子を与える。つまり、電子の増大によりセンサ抵抗値が減少する。
【００４５】
そして、ヒーター層３の温度が温度Ｔａを超えて更に上昇していくと、今度は温度上昇に応じてガス感知層５ｃのセンサ抵抗値が増加していく。温度Ｔａから温度Ｔｂまで上昇する温度領域でセンサ抵抗値が増加する理由は、ＳｎＯ２薄膜に「酸素吸着」（負電荷吸着）が生じる為であり、上記「酸素脱離」と逆の現象である。負電荷吸着は、ＳｎＯ２薄膜にＯ２が吸着する際にＳｎＯ２薄膜から電子を奪ってイオン（Ｏ２−）の形で付着し、これによりＳｎＯ２薄膜の抵抗値が増加する。つまり、電子の減少によりセンサ抵抗値が増加する。
【００４６】
そして、「酸素吸着」は温度Ｔｂで完了し、ヒーター層３の温度が温度Ｔｂを超えて更に上昇していくと、図３の破線と実線との重ね合わせ部に示すように、今度は温度上昇に応じてガス感知層５ｃのセンサ抵抗値が低下していく。温度Ｔｂよりも高い温度領域でセンサ抵抗値が低下する理由は、温度Ｔｂより上の温度領域では吸着により酸素飽和しているが半導体（ＳｎＯ２）の特性により温度上昇に応じてセンサ抵抗値が低下していくものと考えられる。これまでが破線の温度プロファイルの挙動となる。そして、目的ガスであるＶＯＣがないためガス感知層５ｃにおいて酸素が消費されず、これ以降の温度の変化時にはセンサ抵抗値が図３の実線の温度プロファイル上を変化することになる。図３の目的ガスが無い環境における温度プロファイルはこのようなものとなる。
【００４７】
なお、目的ガスであるＶＯＣがある場合には、ＶＯＣによってＳｎＯ２薄膜であるガス感知層５ｃから酸素が消費されて「酸素脱離」が起こり、ガス感知層５ｃ内に自由電子が増える。そして、目的ガスであるＶＯＣのガス濃度に応じてセンサ抵抗値が低下する。
【００４８】
このような本発明では、以下の原理で低濃度のガスを検出する。図４は、ヒーター層の温度とセンサ抵抗値との関係の説明図であり、図４（ａ）はヒーター層の駆動方式を説明する駆動パターン図、図４（ｂ）はヒーター層の駆動に対応するセンサ抵抗値を説明するセンサ抵抗値特性図である。ガスセンサ１０は目的ガスのＶＯＣを含む雰囲気にあるものとする。この図４（ｂ）のＡ部については図５で拡大図として図示している。ここで先に説明した図３の温度プロファイルの（１），（２），（３），（４），（５），（６）と図４（ｂ）の（１ａ），（２ａ），（３ａ），（４ａ），（５ａ），（６ａ）とが対応するが、図３では目的ガスのＶＯＣがない場合の挙動であるのに対し、図４（ｂ）では、先の図３を用いた説明とは異なり、目的ガスのＶＯＣがある場合の挙動を実線で表している点で相違している。
【００４９】
ヒーター層３が、図４（ａ）で示すように、酸素吸着温度Ｔ０、目的ガス吸着温度Ｔ１、目的ガス脱離温度Ｔ２、目的ガス検出温度Ｔ３となるように順次駆動することで、感知層５ｃおよび吸着層５ｄでは、図６で示すような現象が起こる。以下、温度別に説明する。
【００５０】
まず、図４（ａ）で示すように、周囲温度から酸素吸着温度Ｔ０まで温度上昇させ、この酸素吸着温度Ｔ０を酸素吸着時間ｔ０にわたり維持するようにヒーター駆動する。図４（ｂ）で示すように、周囲温度から酸素吸着温度Ｔ０まで温度上昇すると、ガス感知層５ｃのセンサ抵抗値は、図４（ｂ）の（１ａ）から曲線のような挙動で（２ａ）まで変化する。酸素吸着温度Ｔ０は、ＳｎＯ２薄膜に充分な「酸素吸着」（負電荷吸着）が生じる温度であり、例えば、３２０℃という温度Ｔｂ付近の温度である。
【００５１】
このとき、図６で説明するように、ガス感知層５ｃでは、酸素吸着反応が起こって酸素がガス感知層５ｃに吸着され、センサ抵抗値が上昇する。さらに吸着層５ｄにおいても触媒の酸化作用により、吸着層５ｄの表面に付着したガスを一旦燃焼させてクリーニングする。酸素吸着時間ｔ０の経過後では、吸着層５ｄにはガスが吸着されておらず、また、ガス感知層５ｃには十分な酸素が吸着された状態となる。
【００５２】
続いて、図４（ａ）で示すように、この酸素吸着温度Ｔ０より十分に低い目的ガス吸着温度Ｔ１まで温度を低下させ、この目的ガス吸着温度Ｔ１を目的ガス吸着時間ｔ１にわたり維持するようにヒーター駆動する。図４（ａ）で示すように、酸素吸着温度Ｔ０から瞬時に目的ガス吸着温度Ｔ１まで温度下降すると、センサ抵抗値は、図４（ｂ）の（２ａ）から直線のような挙動で（３ａ）まで変化する。そして、目的ガス吸着時間ｔ１の間は同じセンサ抵抗値を維持しつつ（３ａ’）まで移動する。目的ガス吸着温度Ｔ１では、特に目的ガスが燃焼することなく吸着層５ｄに目的ガスが吸着される温度であり、例えば２０℃という周囲温度付近の温度である。この際に、吸着層５ｄでは毛管凝縮等により目的ガス成分の濃縮が起こる。
【００５３】
なお、目的ガス吸着時間ｔ１を長くすれば、吸着層５ｄにはより多くの目的ガスが吸着されるが、目的ガス吸着温度Ｔ１ではガス感知層５ｃから酸素が脱離していくため、目的ガス吸着時間ｔ１を無制限に長くできない。そこで、目的ガスの吸着層５ｄへの吸着量が平衡に近くなるまで吸着し、かつ、ガス感知層５ｃから酸素が多く脱離しない目的ガス吸着時間ｔ１を選択する。
【００５４】
このようにヒーター層３を目的ガス吸着温度Ｔ１まで温度下降させ、吸着層５ｄに目的ガスが吸着される目的ガス吸着時間ｔ１にわたりこの目的ガス吸着温度Ｔ１の状態を維持すると、図６で説明するように、ガス感知層５ｃでは、センサ抵抗値が高い状態、すなわち、ガス感知層５ｃは十分な酸素が吸着された状態を維持したまま、高濃度の目的ガスが吸着層５ｄへ吸着される。
【００５５】
続いて、図４（ａ）で示すように、この目的ガス吸着温度Ｔ１より十分に高い目的ガス脱離温度Ｔ２に温度を上昇させ、この目的ガス脱離温度Ｔ２を目的ガス脱離時間ｔ２にわたり維持するようにヒーター駆動する。この目的ガス脱離温度Ｔ２は、例えばＴ０と同じ３２０℃程度の温度である。図４（ｂ）で示すように、目的ガス吸着温度Ｔ１から瞬時に目的ガス脱離温度Ｔ２まで温度上昇すると、センサ抵抗値は、図４（ｂ）の（３ａ’）から直線のような挙動で（４ａ）まで変化する。すると、図６で説明するように、目的ガス脱離温度Ｔ２では、吸着層５ｄに濃縮された目的ガス成分の熱脱離が起こり、元々の気相中のガス濃度より高い濃度でガス感知層５ｃに達する。そして、ガス感知層５ｃにおいて目的ガスと酸素とが反応し、酸素が離脱しセンサ抵抗値が低下していくことになり、図４（ｂ）の（４ａ）から曲線αのような挙動で（４ｂ）まで変化していく。
【００５６】
その後、図４（ａ）で示すように、ガス感知層５ｃを目的ガス検出温度Ｔ３に目的ガス検出時間ｔ３にわたり維持するようにヒーターを駆動する。図４（ｂ）で示すように、目的ガス脱離温度Ｔ２から瞬時に目的ガス検出温度Ｔ３まで温度下降させると、センサ抵抗値は、図４（ｂ）の（４ｂ）から直線のような挙動で（５ａ）まで変化する。そして、目的ガス検出時間ｔ３の間はセンサ抵抗値が曲線のように一定値に収束しつつ（５ａ’）まで移動する。この曲線では最初は目的ガスと酸素との反応により酸素が離脱してセンサ抵抗値が低下していき、しばらくして目的ガスがなくなって酸素の脱離が停止し、センサ抵抗値が一定値になった状態を示している。そして、図６で説明するように、この目的ガス検出時間ｔ３の経過後にガス検出が開始される。このようにして、低濃度のＶＯＣを検出する場合であってもガス検出が可能となる。
【００５７】
そして、図４（ａ）で示すように、ガス検出後に周囲温度まで温度を低下させるようにヒーター駆動する。図４（ｂ）で示すように、目的ガス検出温度Ｔ３からに瞬時に周囲温度まで温度下降すると、センサ抵抗値は、図４（ｂ）の（５ａ’）から直線のような挙動で（６ａ）まで変化する。そして、センサ抵抗値は降下し続け（１ｂ）まで移動する。
【００５８】
次に周囲温度から酸素吸着温度Ｔ０まで温度上昇させると、センサ抵抗値は、図４（ｂ）の（１ｂ）から曲線のような挙動で（２ａ）まで変化する。そして、この図４（ａ）の駆動パターンが繰り返し行われると、センサ抵抗値は図４（ｂ）の実線上に沿って変化する。以下、同様の挙動を繰り返すことになる。このように目的ガスがある時は、矢印αで示す（４ａ）から（４ｂ）までの挙動のように、センサ抵抗値が下がることを利用して目的ガスを検知する。なお、（６ａ）に到達（つまり駆動停止）してからヒーター駆動を行わないで十分に時間が経つと、センサ抵抗値は（１ｂ）の値ではなく（１ａ）の値まで戻る。
【００５９】
ここに吸着層５ｄでの目的ガスの吸着量は、気相中の目的ガスとの吸着平衡により決まるので、気相中のガス濃度と一定関係にある。したがって、上述の機構による高感度化でも、気相中のガス濃度とガスセンサの出力との間には、一定の関係が得られる。このような挙動を利用してＶＯＣのガスを検出する。
【００６０】
続いて、ガス検出方法について、ヒーター層３の特別駆動方式の詳細について図４〜図６を参照しつつ説明する。本発明のガス検出装置１００は、ＶＯＣを検出用の特別駆動方式で駆動し、ＶＯＣの濃度検出感度を改善する。
駆動処理部２０は、ガス感知層５ｃに酸素が吸着される酸素吸着温度Ｔ０で酸素吸着時間ｔ０にわたりヒーター層３を駆動する酸素吸着工程として機能する。駆動処理部２０は、電流による駆動信号を流してヒーター層３のヒーター温度を一定時間（例えば０．６ｓ）にわたり、高温状態（例えば３２０℃）に保持すると、図６で説明するように、ガス感知層５ｃに酸素を吸着させる。さらに吸着層５ｄにおいても触媒の酸化作用により、吸着層５ｄの表面に付着したガスを一旦燃焼させてクリーニングする。
【００６１】
続いて、駆動処理部２０は、吸着層５ｄに目的ガスが吸着される目的ガス吸着温度Ｔ１で目的ガス吸着時間ｔ１にわたりヒーター層３を駆動する目的ガス吸着工程として機能する。目的ガス吸着温度Ｔ１とは、測定時の外部雰囲気温度であり、例えば２０℃というような周囲温度である。駆動処理部２０は、一定時間（例えば２０ｓ）にわたりヒーター層３に駆動信号を流さない状態または僅かに駆動信号を流す状態とすると、図６で説明するように、センサ温度がほぼ常温になっている間に吸着層５ｄにＶＯＣを付着させる。目的ガス吸着時間ｔ１が長時間であっても電流が流れない、または、少ないため消費電力はほとんど増大しない。
【００６２】
続いて、駆動処理部２０は、吸着層５ｄから目的ガスが脱離してガス感知層５ｃへ移動する目的ガス脱離温度Ｔ２で目的ガス脱離時間ｔ２にわたりヒーター層３を駆動する目的ガス脱離工程として機能する。駆動処理部２０は、電流による駆動信号を流してヒーター層３のヒーター温度を一定時間（例えば０．６ｓ）にわたり、高温状態（例えば３２０℃、または、例えば３００℃）に保持すると、図６で説明するように、吸着層５ｄからのＶＯＣを、ガス感知層５ｃが吸着している酸素に反応させることで、ガス感知層５ｃから酸素を離脱させ、ガス感知層５ｃのセンサ抵抗値を変化させる。
【００６３】
続いて、駆動処理部２０は、所定時間ｔ３の経過後、目的ガス検出温度Ｔ３におけるガス感知層５ｃのセンサ抵抗値を検出し、このセンサ抵抗値からガス濃度を算出する目的ガス検出工程として機能する。これにより、図６で説明するように、低濃度であるＶＯＣのガス濃度を検出する。なお、これら酸素吸着工程、目的ガス吸着工程、目的ガス脱離工程、目的ガス検出工程を繰り返し行って変動が少ない安定したセンサ抵抗値が得られるようになった後にＶＯＣの濃度を検出するようにしても良い。ガス検出装置１００によるガス検出方法はこのようなものとなる。
【００６４】
ここに、酸素吸着温度Ｔ０、目的ガス吸着温度Ｔ１、目的ガス脱離温度Ｔ２、および、目的ガス検出温度Ｔ３は、Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２≦Ｔ０の関係となっている。しかしながら、Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔ３≦Ｔ０の関係になることもある。この決定手法について説明する。図４（ｂ）のＡ部の拡大図である図５では、目的ガスがある場合のセンサ抵抗値の挙動を実線で表し、また、目的ガスがない場合のセンサ抵抗値の挙動を破線で表している。特に目的ガス脱離時間ｔ２と目的ガス検出時間ｔ３とにおいては目的ガスの有無で抵抗値に差が生じている。
【００６５】
そして、この図５で示すように、目的ガス検出時間ｔ３において目的ガスがある場合（実線）とない場合（破線）の抵抗値の変化率Ｒ３（Ｒ３＝Ｒａｉｒ／Ｒｇａｓ）を算出する（なお、ここでは目的ガス脱離時間ｔ２における抵抗値の変化率Ｒ２は考慮しない）。抵抗値の変化率Ｒ３が大きいということはガス感度が高いということであり、できるだけ高いガス感度で測定することで低濃度のガスの検出が確実になる。そして、Ｔ１＜Ｔ３≦Ｔ２≦Ｔ０としたときのＲ３と、Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔ３≦Ｔ０としたときのＲ３と、を比較し、抵抗値の変化率Ｒ３が大きい値になる温度関係を選択する。大きい抵抗値の変化率Ｒ３を得られる温度関係を採用することで高い感度で検出できる。本形態ではＴ１＜Ｔ３≦Ｔ２≦Ｔ０の関係が採用されたものである。この温度関係は、ガス感知層の種類によって変化する。
【００６６】
さらには、目的ガス脱離時間ｔ２において目的ガスがある場合（実線）とない場合（破線）の抵抗値の変化率Ｒ２（Ｒ２＝Ｒａｉｒ／Ｒｇａｓ）も算出し、目的ガス検出温度Ｔ３によらず、常にＲ３≦Ｒ２であるならば目的ガス検出温度Ｔ３を採用する意味はなく、目的ガス脱離時間ｔ２に目的ガス検出時間ｔ３を含めたもの（後述する実施例１）とすれば良く、この場合、一番大きい抵抗値の変化率Ｒ２を用いることで高い感度で検出できる。この場合ではＴ１＜Ｔ２≦Ｔ０の関係が採用されたものである。この温度関係も、ガス感知層の種類によって変化する。これらのようなガス検出装置１００とすることができる。
【００６７】
以上説明したガス検出装置１００では、特に酸素吸着温度Ｔ０を高くして酸素の吸着量を最大とする。そして、目的ガス吸着温度Ｔ１を充分低くするとともに目的ガス吸着時間ｔ１を、酸素吸着時間ｔ０、目的ガス脱離時間ｔ２および目的ガス検出時間ｔ３よりも長くして目的ガスを吸着層５ｄにより多く吸着させる。これにより目的ガスによる酸素の消費量が多くなり、センサ抵抗値の変化が大きくなり、検出感度を高めることができる。
【００６８】
続いて本発明の他の形態について図を参照しつつ説明する。先に説明した形態と比較すると、本形態はガスセンサとして図７で示すようなブリッジ構造のガスセンサ１０’を採用したものである。この図７もガスセンサの構成をあくまで概念的に見やすく示したもので、各部の大きさや厚さ等は厳密なものではない。このブリッジ構造でもダイアフラム構造と同様に高断熱，低熱容量の構造となり、ガスセンサとして採用できる。ガスセンサ１０’は、Ｓｉ基板１、熱絶縁支持層２、ヒーター層３、電気絶縁層４、ガス検出部５、貫通孔６、キャビティ７を備える。なお、先の図２を用いて説明したガスセンサ１０と同じ構成であるＳｉ基板１、熱絶縁支持層２、ヒーター層３、電気絶縁層４、ガス検出部５については、同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。
【００６９】
ガスセンサ１０’は、先に説明したようなＳｉ基板１、熱絶縁支持層２、ヒーター層３、電気絶縁層４、ガス検出部５を形成し、その後に４本のブリッジと中央のステージを残すように上側からウェットエッチングを行い、図７（ｂ）のＡ−Ａ断面図、図７（ｃ）のＢ−Ｂ断面図で示すように、四角錐または図示しないが四角錐台形のキャビティ７を形成する。このようなガスセンサ１０’に対して、先に説明したようなヒーター駆動を行って、ｐｐｂレベルの低濃度のガスを検出するガス検出装置としても良い。
【実施例１】
【００７０】
続いて、本発明のガス検出装置およびその方法について駆動条件を変更して特性を調べた。次表に特性を示す。【００７１】
【表１】
0005946004.tif 000002
【００７２】
また、図８には、表１のヒーター層の駆動方式を説明する駆動パターン図を示す。実施例Ａ〜Ｈの場合、先に説明したように目的ガス脱離工程と目的ガス検出工程が並行して行われ、Ｔ１＜Ｔ２≦Ｔ０のパターンで比較考察したものである。吸着層５ｄやガス感知層５ｃの材料は、脱離と検出とが並行して行われるものを採用している。【００７３】
実施例Ａ〜Ｈは、図１，２に示すガス検出装置１００において酸素吸着温度Ｔ０、目的ガス吸着温度Ｔ１、目的ガス脱離温度Ｔ２、目的ガス検出温度Ｔ３の条件を変更させたものである。ここに比較例Ａ，Ｂとは、図１，２に示すガス検出装置を用いるが、ヒーター駆動を一定温度のみとしたものである。【００７４】
実施例Ａ〜Ｈおよび比較例Ａ，Ｂのガス検出装置は、いずれもエタノール８ｐｐｍのガス感度を示す。ここでは全て、Ｔ０＝Ｔ２＝Ｔ３、Ｔ１＝周囲温度とし、図８のパターンを周期的に繰り返してガス感知層５ｃの抵抗が十分に安定したときに感度を評価した。また、感度は清浄空気中抵抗：Ｒａｉｒ、ガス中抵抗：Ｒｇａｓの比として、Ｒａｉr／Ｒｇａｓで算出している。したがって、ガス濃度＝１．０とは、センサ抵抗値に変化がない、つまり全くガス感度がないことになる。【００７５】
比較例Ａ，Ｂでは、いずれもガス感度がない。これは、酸素吸着がなされていないためと推察される。また、実施例Ａ〜Ｈではいずれもガス感度が得られている。【００７６】
実施例に関して、各パラメータの影響を検討する。
実施例Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｆで、酸素吸着温度Ｔ０、目的ガス脱離温度Ｔ２、目的ガス検出温度Ｔ３を変化させた場合の影響を調べている。実施例Ｆのように、酸素吸着温度Ｔ０、目的ガス脱離温度Ｔ２、目的ガス検出温度Ｔ３が３２０℃のときに、感度が極大になっているが、これはエタノールの化学反応により決定されると考えられる。【００７７】
実施例Ｄ，Ｅ，Ｆで、酸素吸着時間ｔ０、目的ガス脱離時間ｔ２、目的ガス検出時間ｔ３の影響を調べている。実施例Ｆのように、酸素吸着時間ｔ０、目的ガス脱離時間ｔ２、目的ガス検出時間ｔ３は０．６ｓで感度は最大である。時間が長くなるにつれて感度は増大し、この時間までは感度増大する方向の反応が進んでいるものと考えられる。【００７８】
実施例Ｆ，Ｇ，Ｈで、目的ガス吸着時間ｔ１の影響を調べている。目的ガス吸着時間ｔ１は長いほど感度が高く、実施例Ｆで感度が最大となっている。吸着による濃縮には一定の時間が必要と考えられる。【００７９】
図９に、最も感度が高い実施例Ｆの条件で、より低濃度領域までエタノールの感度を評価した結果を示す。数百ｐｐｂまで直線的な感度が得られていることがわかる。
【実施例２】
【００８０】
続いて、本発明のガス検出装置が低濃度の目的ガスに対して実際に感度があるか否かについて実験により検証する。目的ガスとしてＶＯＣであるエタノール、アセトンおよびイソプレンについて検証する。エタノール、アセトンおよびイソプレンの中の一つを低濃度（１ｐｐｍ以下）で含むサンプルガスを生成し、このサンプルガスに対するガス検出装置の感度を判定した。この際、駆動条件を変えて最も良い条件を調べた。【００８１】
目的ガスがアセトンの場合、駆動条件として、目的ガス吸着時間ｔ１＝３０ｓ、目的ガス脱離時間ｔ２＝７００ｍｓ、目的ガス脱離温度を実現するヒーター電圧＝１．４５Ｖのときに最も高感度となり、図１０で示すように１ｐｐｍ以下の低濃度で検出できることが実験により確認された。【００８２】
目的ガスがエタノールの場合、駆動条件として、目的ガス吸着時間ｔ１＝２０ｓ、目的ガス脱離時間ｔ２＝４００ｍｓ、目的ガス脱離温度を実現するヒーター電圧＝１．４８Ｖのときに最も高感度となり、図１０で示すように１ｐｐｍ以下の低濃度で検出できることが実験により確認された。【００８３】
目的ガスがイソプレンの場合、駆動条件として、目的ガス吸着時間ｔ１＝２０ｓ、目的ガス脱離時間ｔ２＝５００ｍｓ、目的ガス脱離温度を実現するヒーター電圧＝１．４３Ｖのときに最も高感度となるが、図１０で示すように１ｐｐｍ以下の低濃度では検出できないことが実験により確認された。【００８４】
このようにガス感度特性についてエタノールとアセトンについては１ｐｐｍ以下の低濃度範囲でも本発明の目標であるｐｐｂレベルの感度が十分にあることが確認された。しかし、イソプレンについては感度が低い結果となった。【００８５】
このような感度は、吸着層５ｄに濃縮された目的ガス（ＶＯＣ）の吸着量に比例すると考えられる。そこで考察を検証するために、多孔質触媒である吸着層５ｄのＶＯＣ吸着量分析とＶＯＣ昇温脱離分析を実施した。吸着量分析結果を図１１に示す。図１１より、吸着量はエタノールおよびアセトンは同程度、イソプレンは少ないというものであった。この吸着量は感度と一致し、考察した高感度化のモデルを支持している。【００８６】
以上本発明のガス検出装置およびその方法について説明した。
本発明によれば、図２，図７に示した構造のガスセンサ１０のガス感知層５の温度特性を十分に活かしたヒーター駆動パターンでヒーター層３を駆動し、目的ガスを吸着層５ｄに高濃度に吸着させてからガス感知層５ｃ（ＳｎＯ２層）と反応させるようにしたため、低濃度の目的ガスを検出できるようになった。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明のガス検出装置およびその方法は、ｐｐｂレベルの低濃度のガスを検出することが可能となり、例えば、シックハウス症候群対策のため室内環境を分析する環境分野や、体調管理のために人の呼気の分析する医療分野、などでの利用が好適である。
【符号の説明】
【００８８】
１００：ガス検出装置
１０，１０’：ガスセンサ
１：Ｓｉ基板
２：絶縁支持層
２ａ：熱酸化ＳｉＯ２層
２ｂ：ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層
２ｃ：ＣＶＤ−ＳｉＯ２層
３：ヒーター層
４：電気絶縁層
５：ガス検出部
５ａ：接合層
５ｂ：感知層電極
５ｃ：感知層（ＳｎＯ２層）
５ｄ：吸着層（ＰｄＯ担持Ａｌ２Ｏ３焼結材）
６：貫通孔
７：キャビティ
２０：駆動処理部
【図１】
0005946004.tif 000003
【図２】
0005946004.tif 000004
【図３】
0005946004.tif 000005
【図４】
0005946004.tif 000006
【図５】
0005946004.tif 000007
【図６】
0005946004.tif 000008
【図７】
0005946004.tif 000009
【図８】
0005946004.tif 000010
【図９】
0005946004.tif 000011
【図１０】
0005946004.tif 000012
【図１１】
0005946004.tif 000013