(57)【要約】本発明は、マイクロマシニング型の熱伝導率センサであって、当該熱伝導率センサが、劣熱伝導性のベースプレートの切欠きによって形成された断熱されたダイヤフラムと、該ダイヤフラムに被着された少なくとも１つの加熱エレメントと、ダイヤフラムに被着された、該ダイヤフラムの温度を測定するための少なくとも１つの温度依存性の電気的な抵抗と、ダイヤフラムの外部でベースプレートに被着された、周辺温度を測定するための少なくとも１つの別の温度依存性の電気的な抵抗とを有している形式のものに関する。本発明は、ダイヤフラムが、片側でまたは両側で、ガス交換を拡散によって可能にする多孔質のカバープレートによってカバーされており、ダイヤフラムと多孔質のカバープレートとの間にキャビティが切り欠かれていることによって特徴付けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロマシニング型の熱伝導率センサであって、当該熱伝導率センサが、劣熱伝導性のベースプレート（２）の切欠きによって形成された熱的に絶縁されたダイヤフラム（１）と、該ダイヤフラム（１）に被着された少なくとも１つの加熱エレメント（３）と、ダイヤフラム（１）に被着された、該ダイヤフラム（１）の温度（ＴＫ）を測定するための少なくとも１つの温度依存性の電気的な抵抗（５）と、ダイヤフラム（１）の外部でベースプレート（２）に被着された、周辺温度（ＴＵ）を測定するための少なくとも１つの別の温度依存性の電気的な抵抗（７）とを有している形式のものにおいて、
ダイヤフラム（１）が、片側でまたは両側で、ガス交換を拡散によって可能にする多孔質のカバープレート（８）によってカバーされており、ダイヤフラム（１）と多孔質のカバープレート（８）との間にキャビティ（４，６）が切り欠かれていることを特徴とする、マイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項２】
多孔質のカバープレート（８）が、キャビティを形成する切欠き（４）を有している、請求項１記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項３】
ベースプレート（２）が、ケイ素から製造されている、請求項１または２記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項４】
多孔質のカバープレート（８）が、多孔質のセラミックス性の材料、特にＳｉＣおよびＡｌ２Ｏ３または少なくとも部分的に多孔質のケイ素から製造されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項５】
セラミックス性の材料の熱膨張係数が、ケイ素の熱膨張係数とほぼ同じであるかまたは類似している、請求項４記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項６】
ダイヤフラム（１）が、０．２５〜２μｍの範囲内の面を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項７】
ダイヤフラム（１）が、０．６〜２μｍの範囲内の厚さを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項８】
多孔質のカバープレート（８）の切欠きが、０．１〜２ｍｍの範囲内の深さを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項９】
多孔質のカバープレート（８）によって、取り巻くガスもしくはガス混合物の濾過が行われるようになっている、請求項１から８までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項１０】
加熱エレメント（３）と温度依存性の電気的な抵抗（５，７）とが、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）または白金（Ｐｔ）から製造されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項１１】
加熱エレメント（３）が、異なる横断面をコンタクティングのためにかつ加熱区域の領域に有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項１２】
温度依存性の電気的な抵抗（５，７）が、パッシベーション層、特にケイ素化合物、たとえば酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）によって、化学的に腐食性のガスもしくはガス混合物の影響に対して防護されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサを製作するための方法において、多孔質のカバープレート（８）をベースプレート（２）に接着することを特徴とする、マイクロマシニング型の熱伝導率センサを製作するための方法。
【請求項１４】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサを製作するための方法において、多孔質のカバープレート（８）をベースプレート（２）に焼結することを特徴とする、マイクロマシニング型の熱伝導率センサを製作するための方法。
【請求項１５】
多孔質のカバープレート（８）の、焼結したい材料の被着前に、焼結後に除去したいカバー層（２２）をベースプレート（２）に被着する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
焼結のために必要な熱を加熱エレメント（３）によって発生させる、請求項１４または１５記載の方法。
【請求項１７】
カバー層（２２）を加熱エレメント（３）の加熱熱によって除去する、請求項１５または１６記載の方法。
【請求項１８】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサを製作するための方法において、ベースプレートに、多孔質のケイ素から成る層と、多孔質のケイ素から成る層に隣接するダイヤフラムと、多孔質のケイ素から成る層とダイヤフラムとの間に配置されたキャビティとを形成することによって、熱伝導率センサをモノリシックに製造することを特徴する、マイクロマシニング型の熱伝導率センサを製作するための方法。
【請求項１９】
請求項１から１２までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサを使用するための方法において、マイクロマシニング型の熱伝導率センサを、ガスおよびガス混合物を分析する、特に定量分析するために使用することを特徴する、マイクロマシニング型の熱伝導率センサを使用するための方法。
【請求項２０】
マイクロマシニング型の熱伝導率センサを、水素ガス（Ｈ２）および／またはヘリウム（Ｈｅ）を含有したガス混合物を分析するために使用する、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロマシニング型の熱伝導率センサに関する。特に本発明は、マイクロマシニング型の熱伝導率センサであって、当該熱伝導率センサが、劣熱伝導性のベースプレートの切欠きによって形成された熱的に絶縁された、つまり断熱されたダイヤフラムと、該ダイヤフラムに被着された少なくとも１つの加熱エレメントと、ダイヤフラムに被着された、該ダイヤフラムの温度（ＴＭ）を測定するための少なくとも１つの温度依存性の電気的な抵抗と、ダイヤフラムの外部でベースプレートに被着された、周辺温度（ＴＵ）を測定するための少なくとも１つの別の温度依存性の電気的な抵抗とを有している形式のものに関する。さらに、本発明は、本発明による熱伝導率センサを製作するための方法ならびに該熱伝導率センサを使用するための方法に関する。
【０００２】
熱伝導率の測定は、しばしばガスを分析する、特に二成分のガス混合物を定量分析するために使用される。
【０００３】
基本的に、ガスもしくはガス混合物の熱伝導率が、ガス分子の質量、その濃度および温度によって変化することが認められる。ガス温度と成分とが知られている場合のガスもしくはガス混合物の（混合）熱伝導率が測定されると、この熱伝導率によって、ガス混合物の個々の成分の濃度を正確に規定することができる。特に別のガス、たとえば酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、アルゴン（Ａｒ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、塩素（Ｃｌ２）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、メタン（ＣＨ３）、一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（Ｎ２Ｏ）および水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含有した混合物、たとえば空気中の水素（Ｈ２）およびヘリウム（Ｈｅ）の濃度は良好に測定することができる。なぜならば、両ガスが別のガスに比べて特に高い熱伝導率を有しているからである。したがって、水素（Ｈ２）の熱伝導率が、λＷａｓｓｅｒｓｔｏｆｆ＝０．８４Ｗｍ−１Ｋ−１であり、ヘリウム（Ｈｅ）の熱伝導率が、λＨｅｌｉｕｍ＝０．６Ｗｍ−１Ｋ−１であるのに対して、空気の熱伝導率λＬｕｆｔ＝０．０１２Ｗｍ−１Ｋ−１は約５〜７ファクタだけ小さい。
【０００４】
熱伝導率を測定するためには、ある物体が、周辺温度ＴＵよりも高い温度ＴＫにもたらされる。物体を取り巻くガス（混合物）は一般的に周辺温度にある。たとえば温度差ΔＴ＝ＴＫ−ＴＵがコンスタントに維持されると、このために必要となる加熱出力ＰＨが、取り巻くガスもしくはガス混合物の熱伝導率に対する尺度となる。加熱出力ＰＨは、コンスタントに維持される温度差ΔＴに対して直接比例している。この場合、比例定数は、熱伝導率λと、測定装置に関連した（コンスタントな）幾何学係数Ｋとの積から得られる。この関係は、方程式（１）：すなわち、
ＰＨ＝ＫλΔＴ      （１）
で説明されている。この場合、ＰＨは加熱出力を表しており、ΔＴは温度差を表しており、Ｋは幾何学係数を表しており、λは熱伝導率を表している。
【０００５】
熱伝導率を測定するために、最近ますますケイ素ベースのマイクロマシニング型の熱伝導率センサが開発される。従来の熱伝導率センサと異なり、このケイ素ベースのセンサは、主として信号処理のために必要となる電子装置の出力消費ほど大きくない僅かな出力消費によって優れている。さらに、小型化されたセンサは短い応答時間（時間定数）を有している。この応答時間は、従来のセンサでは一般的に、測定ガスの強制された流れ、すなわち流れ依存の甘受によってしか得ることができない。しかし、このことは、自在の使用を最終的に不可能にする。さらに、ケイ素ベースのこのようなマイクロマシニング型の熱伝導率センサは経済的に製作される。なぜならば、集積される半導体構成素子の製造時に従来の方法に頼ることができるからである。
【０００６】
典型的な従来のケイ素ベースのマイクロマシニング型の熱伝導率センサの構造は図１に示してあり、あとで詳しく説明することにする。
【０００７】
取り巻くガスの熱伝導率を測定する場合の根本的な問題は、ガスの対流によって生ぜしめられる熱伝達と、これに関連した本来の熱伝導率値の改竄（かいざん）である。対流熱伝達は、センサで感じ取ることができる外部のガス運動から明らかになり得るものの、測定のために必要となる、加熱エレメントもしくはダイヤフラムとガスとの間の温度差からも明らかとなり得る。
【０００８】
確かに熱伝導率センサへの測定したいガスの強制された流れは、迅速なガス交換ひいては短い応答時間を可能にするために必ず所望されていてよいが、しかし、極めて僅かな測定容積と、これによって可能となる本来迅速なガス交換とを伴ったマイクロマシニング型の熱伝導率センサでは、その都度の対流熱伝達が不利であると見なされる。
【０００９】
対流熱伝達を阻止するために、センサは、通常、ガス体積がダイヤフラムの近くで静止し続けるように使用される。このことは、たとえばカバープレートによるダイヤフラムのカバーによって達成することができる。
【００１０】
たとえばドイツ連邦共和国特許第３７２５２号明細書には、ガス混合物の熱伝導率を測定するためのマイクロマシニング型の熱伝導率センサが開示されている。この熱伝導率センサでは、ケイ素から成る支持プレートに絶縁層が被着されている。この絶縁層には、蒸着またはスパッタリングによってメアンダ状の薄膜シート抵抗が被着されている。この薄膜シート抵抗の領域では、絶縁層がサイドエッチングされているので、支持プレートにピットが形成されている。このピットはセンサの測定チャンバの下側の部分を形成している。薄膜シート抵抗を備えた支持プレートには、ケイ素から成るカバープレートが位置している。このカバープレートには薄膜シート抵抗の高さにピットがエッチングされている。このピットは測定チャンバの上側の部分を形成している。カバープレートは開口を有している。この開口は拡散通路としてガス混合物に測定チャンバへの流入を可能にする。測定チャンバの下側のピット内でのガス交換は、絶縁層に設けられた貫通孔を通して行われる。
【００１１】
この熱伝導率センサには、拡散通路の寸法が、いずれにせよ、一方では、大きな開口を通って測定チャンバ内のガスが可能な限り迅速に拡散によって交換されるものの、他方では、測定チャンバの外部で生ぜしめられるガス運動が測定チャンバに伝達されないように選択されなければならないという欠点がある。このことは、小さな開口を要求する。しかし、この課題は、両要求の間の妥協としてしか解決することができない。この場合、拡散通路の、与えられた設計は、自在の使用をもはや不可能にする。
【００１２】
本発明の課題は、背景技術において公知のマイクロマシニング型の熱伝導率センサの欠点を克服することである。特に測定したいガスもしくはガス混合物による対流熱伝達が十分回避される、自在に使用可能な熱伝導率センサが提供されることが望ましい。
【００１３】
この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴によって満たされる。本発明の有利な構成は従属請求項の特徴によって記載してある。
【００１４】
本発明によれば、マイクロマシニング型の熱伝導率センサであって、当該熱伝導率センサが、劣熱伝導性のベースプレートの切欠きによって形成された断熱されたダイヤフラムと、該ダイヤフラムに被着された少なくとも１つの加熱エレメントと、ダイヤフラムに被着された、該ダイヤフラムの温度を測定するための少なくとも１つの温度依存性の電気的な抵抗と、ダイヤフラムの外部でベースプレートに被着された、周辺温度を測定するための少なくとも１つの別の温度依存性の電気的な抵抗とを有している形式のものにおいて、ダイヤフラムが、片側でまたは両側で、ガス交換を拡散によって可能にする多孔質のカバープレートによってカバーされており、ダイヤフラムと多孔質のカバープレートとの間にキャビティが切り欠かれている。すなわち、本発明による熱伝導率センサは１つまたは２つの多孔質のカバープレートを装備することができる、すなわち、１つまたは２つのキャビティをダイヤフラムとカバープレートとの間に有することができる。
【００１５】
有利には、多孔質のカバープレートによって、測定室を形成するキャビティ内への、取り巻くガスもしくはガス混合物の拡散が可能となる。この場合、測定結果はガスの対流流れによって改竄されていない。特に僅かな高さによるキャビティの僅かな寸法に基づき、ダイヤフラムもしくは加熱エレメントとカバープレートとの間の温度差によって生ぜしめられる、カバープレートの方向での対流熱伝達が著しく減少させられるので、キャビティ内の測定したいガスの対流流れが全体的に最小限に抑えられ、ほぼ阻止される。センサの応答時間は、迅速に行われるガス交換によって著しく減少させられる。さらに、センサの感度を高めることができる。なぜならば、測定したいガスもしくはガス混合物の、最小限に抑えられた対流流れによって、ダイヤフラムと測定ガスとの間の比較的大きな温度差を使用することが可能となるかである。さらに、センサを組込み状況と無関係に自在に使用することが可能となる。
【００１６】
上述したように、多孔質のカバープレートは（面状の）ダイヤフラムの片側にまたは両側に被着することができる。多孔質のカバープレートが、ベースプレートの、ダイヤフラムを成形するための切欠きを有する側に被着されると、この切欠きは、カバープレートの被着後、センサのための測定室として使用されるキャビティを形成している。多孔質のカバープレートが、ベースプレートの、切欠きを備えた側と反対の側に被着される場合には、多孔質のカバープレートが、ダイヤフラムに向かい合って位置する側に配置された、カバープレートの被着後にキャビティを形成する切欠きを有していなければならない。この場合、キャビティは熱伝導率センサの測定室を形成している。したがって、センサは、選択的に、測定したいガスのための１つまたは２のキャビティ（もしくは測定室）を有することができる。
【００１７】
ベースプレートは、有利にはケイ素から製造されている。このことは、後続の加工のために、半導体技術で使用される方法、たとえば蒸着法、スパッタリング法、フォトリソグラフィ法、エッチング法およびパッシベーション法に頼ることができるという利点を有している。したがって、センサの廉価な製作が可能となる。特にただ１つのシリコンウェーハから多数の本発明によるセンサを製作することができる。
【００１８】
多孔質のカバープレートは、有利には多孔質のセラミックス性の材料、特にＳｉＣおよびＡｌ２Ｏ３から製造されている。場合によっては、多孔質のカバープレートが少なくとも部分的に多孔質のケイ素から成っている。
【００１９】
セラミックス性の材料の熱膨張係数が、ケイ素の熱膨張係数とほぼ同じであるかまたはケイ素の熱膨張係数に少なくとも近似してると有利である。この事例では、カバープレートとベースプレートもしくはダイヤフラムとが同じ熱膨張を有している。これによって、有利には、熱的に生ぜしめられる応力をベースプレートへのカバープレートの被着後に回避することができるかもしくは最小限に抑えることができる。
【００２０】
センサの製造のために使用されるベースプレートの厚さは、有利には２００〜６００μｍの範囲内にあるのに対して、ダイヤフラムは、有利には０．６〜２μｍの範囲内の厚さを有している。さらに、ダイヤフラムは、有利には０．２５〜４ｍｍ２の範囲内にある面積によって特徴付けられている。
【００２１】
カバープレートの多孔質の材料の気孔が十分に小さく選択されるようになると、適切なガス（混合物）を、極めて有利に拡散の間に濾過することができる。多孔質の材料の気孔サイズに応じて、この濾過によって異物、たとえば煤粒子およびダスト粒子または微生物学的な不純物をガス（混合物）から除去することができる。
【００２２】
加熱エレメントと温度依存性の電気的な抵抗とは、有利には銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）または白金（Ｐｔ）から製造されている。本発明の特に有利な構成では、加熱エレメントの横断面が、コンタクティングの領域でかつ加熱区域でそれぞれ異なる大きさに寸法設定されている。加熱エレメントは、有利にはベースプレートへのカバープレートの焼結被着時に使用することができる。
【００２３】
温度依存性の電気的な抵抗もしくは加熱エレメントは、パッシベーション層によって、化学的に腐食性のガスもしくはガス混合物の影響に対して防護することができる。パッシベーション層のための物質として、特にケイ素化合物、たとえば酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）が提供される。
【００２４】
本発明による熱伝導率センサは、多孔質のカバープレートがベースプレートに接着されることによって製作することができる。ベースプレートとカバープレートとの接着は、特に使用される材料が、それぞれ異なる熱膨張係数を有している場合に提供される。なぜならば、接着結合は、それぞれ異なる熱膨張を補償することができるからである。このことは、結合された材料における熱的に生ぜしめられる応力を回避する。接着剤として、特に適合された熱膨張係数を備えた銀充填された接着剤を使用することができる。
【００２５】
たとえば多孔質のセラミックス性の材料から成る多孔質のカバープレートと、ベースプレートとの間の熱膨張係数の違いがほんの僅かであると、焼結被着によるセラミックスでのベースプレートの直接的な被覆が可能となる。このためには、多孔質のカバープレートの、焼結したい材料の被着前に、多孔質のカバープレートにキャビティを形成するための、焼結後に除去したいカバー層がベースプレートに被着される。
【００２６】
焼結プロセスのために必要となる熱は外部から供給することができる。しかし、焼結プロセスが加熱エレメントの加熱熱によってのみ行われることも可能である。この事例では、加熱エレメント、たとえば白金線材の直径を加熱区域でコンタクティングの領域よりも著しく太く寸法設定することができる。特に有利には、カバー層を加熱エレメントの加熱熱によって除去することもでき、したがって、規定された寸法のキャビティを形成することができる。
【００２７】
さらに、本発明による熱伝導率センサは、ベースプレートとカバープレートとの間の接合プロセスを回避してモノリシックに製造することができる。このためには、多孔質のケイ素から成る層が、ケイ素から成る本来のセンサベース材料に形成される。この場合、このことは、次いで形成されるダイヤフラムと、多孔質のケイ素から成る層との間にキャビティが形成されるように行われる。
【００２８】
以下に、添付した図面につき本発明による熱伝導率センサの複数の実施例ならびに熱伝導率センサを製作するための方法を説明する。
【００２９】
図１の下側の部分から分かるように、典型的な従来のマイクロマシニング型の熱伝導率センサでは、Ｐｔ（白金）加熱線材の形の加熱エレメント３と、ダイヤフラムの温度ＴＭを検出するための温度依存性の電気的な抵抗５とが、ケイ素から成るベースプレート２もしくはダイヤフラム１にメアンダ状に配置されている。このダイヤフラム１の外部には、周辺温度ＴＵを検出するための別の温度依存性の電気的な抵抗７が位置している。ベースプレート２は、被着された電気的な構造体と一緒に、熱伝導率を測定するためのシリコンセンサチップを形成している。図１の上側の部分に見ることができるように、ダイヤフラム１はベースプレート２の切欠きとして形成されている。
【００３０】
取り巻くガスもしくはガス混合物の熱伝導率を測定するためには、たとえば加熱エレメントの、ＴＭとＴＵとの間の差をコンスタントに維持するために必要となる加熱出力が規定される。肉薄のダイヤフラムの僅かな質量と、このダイヤフラムに被着された材料とに基づき、極めて僅かな熱的な時間定数を達成することができる。この時間定数は、通常、ミリ秒以下のオーダ内にある。さらに、肉薄のダイヤフラムのため、取り巻くガスを介した熱導出が、ダイヤフラム材料自体を介した熱導出よりも著しく大きい。これによって、取り巻くガスの熱伝導率の変化に対するセンサの大きな感度が得られる。センサの高い感度は、熱導出を全体的に減少させるための可能性、すなわち、ダイヤフラムと周辺との間の温度差ΔＴを低下させるための可能性も生ぜしめる。このことは、センサの電気的な損失出力の減少に反映される。
【００３１】
図２には、本発明による熱伝導率センサの構成が示してある。被着された導電性の構造体３，５を備えたベースプレート２から形成されたシリコンセンサチップの両側には、多孔質のセラミックスから成るカバープレート８が被着されている。ベースプレート２の切欠きはカバープレート８と一緒にキャビティ６を形成している。このキャビティ６はセンサのための測定室として使用される。ダイヤフラム１の別の側では、カバープレート８に切欠きが形成されている。この切欠きは、ベースプレート２へのカバープレート８の被着後にキャビティ４を成形している。このキャビティ４はセンサのための別の測定室として働く。両カバープレート８は、それぞれシリコンセンサチップに接着されている。接着層９は、セラミックス性のカバープレート８とシリコンセンサチップとの熱膨張における万が一の差を補償するために適している。
【００３２】
図３には、本発明による熱伝導率センサの別の構成が示してある。この場合、ダイヤフラム１の両側では、多孔質のセラミックス性の材料から成るカバープレートがシリコンセンサチップに焼結被着されている。カバープレート８の焼結被着は、このカバープレートとシリコンセンサチップとの間の異なる熱膨張を補償するための可能性が欠落しているため、カバープレートとシリコンセンサチップとのセラミックス性の材料の極めて類似のもしくは同じ熱膨張係数でしか行われない。シリコンセンサチップへのカバープレート８のためのペーストの焼結被着前またはセラミックス性の材料の分散前には、加熱エレメント３および／またはダイヤフラム１の領域にカバー層２２が被着される。このカバー層２２はセラミックス材料の焼結後に除去される。前述したカバー層２２の箇所にはキャビティ４，６が残っている。
【００３３】
この製造順序が図３に示してある。図３ａ）には、シリコンセンサチップ２が示してある。図３ｂ）には、被着されたカバー層２２を備えたシリコンセンサチップ２が示してある。図３ｃ）には、被着されたカバー層２２と、カバープレート８の、シリコンセンサチップの両側に被着されたセラミックス性の材料とを備えたシリコンセンサチップ２が示してある。さらに、図３ｄ）には、焼結しかつカバー層２２を除去した後に形成されたキャビティ４，６が示してある。
【００３４】
カバープレート８のセラミックス性の材料の焼結だけでなく、カバー層２２の除去も、Ｐｔ加熱線材３の加熱熱によって行うことができる。このためには、カバー層が、それほど耐熱性でない、たとえば有機質の（犠牲）材料から成っている。焼結プロセスの間に崩壊する犠牲材料の層厚さにわたって、規定されたキャビティをＰｔ加熱線材と多孔質のセラミックス被覆体との間に形成することができる。このためには、Ｐｔ加熱線材３が、コンタクティング（接触接続）のためにかつ加熱区域の領域にそれぞれ異なる横断面を有している。電気的なコンタクティングのためには、ボンディング接続層１１がシリコンセンサチップ２に被着されている。
【００３５】
図４には、本発明による熱伝導率センサの２つの別の構成が示してある。この構成では、カバープレート８に対する多孔質のセラミックスの代わりに、多孔質のケイ素が使用される。カバープレートとシリコンセンサチップとの熱膨張係数が同じであるため、熱的に生ぜしめられる材料応力が最初から回避される。
【００３６】
図４ａ）には、シリコンセンサチップ２が示してある。図４ｂ）には、多孔質の領域１３を備えたシリコンウェーハ１２が示してある。この場合、このシリコンウェーハ１２は多孔質の領域１３に切欠きを有している。シリコンウェーハ１２はダイヤフラム１の両側でシリコンセンサチップ２に接合される。この場合、多孔質の領域１３はそれぞれダイヤフラム１の上方に位置することになる。
【００３７】
図４ｃ）には、一方の変化形が示してある。この変化形では、シリコンウェーハ１２が、ダイヤフラム１の、シリコンセンサチップ２の切欠きが位置する側に配置されており、この場合、シリコンウェーハ１２のキャビティとシリコンセンサチップ２のキャビティとが、より大きな容積を備えた共通のキャビティを形成している。
【００３８】
図４ｄ）には、他方の変化形が示してある。この変化形では、シリコンウェーハ１２が、ダイヤフラム１の、シリコンセンサチップ２の切欠きが位置する側に配置されており、この場合、シリコンセンサチップ２のキャビティは不変のままである。それぞれ反対の側に位置するダイヤフラム側へのシリコンウェーハ１２の配置形式は、図４ｃ）および図４ｄ）の両変化形において同じである。
【００３９】
上述した両変化形の特に有利な構成では、すでにセンサチップ２に、多孔質のケイ素から成る層が形成されることによって、手間のかかる接合過程を回避することができる。この場合、ダイヤフラム１と多孔質のケイ素層との間にはキャビティが形成されている。こうして、モノリシックな熱伝導率センサが形成される。
【００４０】
本発明によるマイクロマシニング型の熱伝導率センサは、有利には、ガスおよびガス混合物を分析するために使用される。この場合、ガスおよびガス混合物は、特にその種類および濃度に関して分析される。この場合、特に二成分のガス混合物が定量分析のために適している。比較的高い熱伝導率のため、水素ガス（Ｈ２）およびヘリウム（Ｈｅ）は簡単にかつ迅速に分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来のマイクロマシニング型の熱伝導率センサの構造の平面図（下側の部分）および図示された切断線に沿った横断面図（上側の部分）である。
【００４２】
【図２】ダイヤフラムの両側で、多孔質のカバープレートが、ケイ素から成るベースプレートに接着された本発明による熱伝導率センサの構成を示す図である。
【００４３】
【図３ａ】ダイヤフラムの両側で、多孔質のカバープレートが、ケイ素から成るベースプレートに焼結被着された本発明による熱伝導率センサの別の構成を示す図であり、この場合、シリコンセンサチップが示してある。
【００４４】
【図３ｂ】ダイヤフラムの両側で、多孔質のカバープレートが、ケイ素から成るベースプレートに焼結被着された本発明による熱伝導率センサの別の構成を示す図であり、この場合、被着されたカバー層を備えたシリコンセンサチップが示してある。
【００４５】
【図３ｃ】ダイヤフラムの両側で、多孔質のカバープレートが、ケイ素から成るベースプレートに焼結被着された本発明による熱伝導率センサの別の構成を示す図であり、この場合、被着されたカバー層と、カバープレートの、シリコンセンサチップの両側に被着されたセラミックス性の材料とを備えたシリコンセンサチップが示してある。
【００４６】
【図３ｄ】ダイヤフラムの両側で、多孔質のカバープレートが、ケイ素から成るベースプレートに焼結被着された本発明による熱伝導率センサの別の構成を示す図であり、この場合、焼結しかつカバー層を除去した後に形成されたキャビティが示してある。
【００４７】
【図４ａ】ダイヤフラムの両側で、ケイ素から成る多孔質のカバープレートが、ケイ素から成るベースプレートに焼結被着された本発明による熱伝導率センサの２つの別の構成を示す図であり、この場合、シリコンセンサチップが示してある。
【００４８】
【図４ｂ】ダイヤフラムの両側で、ケイ素から成る多孔質のカバープレートが、ケイ素から成るベースプレートに焼結被着された本発明による熱伝導率センサの２つの別の構成を示す図であり、この場合、多孔質の領域を備えたシリコンウェーハが示してある。
【００４９】
【図４ｃ】ダイヤフラムの両側で、ケイ素から成る多孔質のカバープレートが、ケイ素から成るベースプレートに焼結被着された本発明による熱伝導率センサの２つの別の構成を示す図であり、この場合、一方の変化形が示してある。
【００５０】
【図４ｄ】ダイヤフラムの両側で、ケイ素から成る多孔質のカバープレートが、ケイ素から成るベースプレートに焼結被着された本発明による熱伝導率センサの２つの別の構成を示す図であり、この場合、他方の変化形が示してある。
【符号の説明】
【００５１】
１  ダイヤフラム、  ２  ベースプレート、  ３  加熱エレメント、  ４  キャビティ、  ５  抵抗、  ６  キャビティ、  ７  抵抗、  ８  カバープレート、  ９  接着層、  １１  ボンディング接続層、  １２  シリコンウェーハ、  １３  領域、  ２２  カバー層
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005505758.tif 000026
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月13日(2003.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
マイクロマシニング型の熱伝導率センサにおいて、当該熱伝導率センサが、劣熱伝導性のベースプレート（２）の切欠きによって形成された熱的に絶縁されたダイヤフラム（１）と、該ダイヤフラム（１）に被着された少なくとも１つの加熱エレメント（３）と、ダイヤフラム（１）に被着された、該ダイヤフラム（１）の温度（ＴＫ）を測定するための少なくとも１つの温度依存性の電気的な抵抗（５）と、ダイヤフラム（１）の外部でベースプレート（２）に被着された、周辺温度（ＴＵ）を測定するための少なくとも１つの別の温度依存性の電気的な抵抗（７）とを有しており、ダイヤフラム（１）が、片側でまたは両側で、ガス交換を拡散によって可能にする多孔質のカバープレート（８）によってカバーされており、ダイヤフラム（１）と多孔質のカバープレート（８）との間にキャビティ（４，６）が切り欠かれており、多孔質のカバープレート（８）が、ベースプレート（２）に固定されており、多孔質のカバープレート（８）が、多孔質のセラミックス性の材料または少なくとも部分的に多孔質のケイ素から製造されていることを特徴とする、マイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
多孔質のカバープレート（８）が、キャビティを形成する切欠き（４）を有している、請求項１記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
ベースプレート（２）が、ケイ素から製造されている、請求項１または２記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
多孔質のカバープレート（８）が、ＳｉＣおよびＡｌ２Ｏ３から製造されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のマイクロマシニング型の熱伝導率センサ。
【国際調査報告】
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