(57)【要約】【課題】ガスを効率的に検知できるガスセンサを提供すること。【解決手段】ガスの接触により電気的特性を変化させる検知部を有するガスセンサであって、検知部を支持する基板と、基板のうち検知部が支持される検知部支持面上に設けられ、検知部の電気的特性の変化を測定するための第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極とを備え、第１櫛歯電極が、第１本体部と、第１本体部に設けられる複数本の第１櫛歯とを有し、第２櫛歯電極が、第２本体部と、第２本体部に設けられる複数本の第２櫛歯とを有し、第１櫛歯及び第２櫛歯が、第１本体部と第２本体部との間で一定方向に向かって交互に配置されており、検知部が、互いに対向する第１櫛歯及び第２櫛歯の間の領域にのみ設けられ、第１櫛歯電極及び前記第２櫛歯電極のうち基板と反対側の面が露出されている、ガスセンサ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの接触により電気的特性を変化させる検知部を有するガスセンサであって、
前記検知部を支持する基板と、
前記基板のうち前記検知部が支持される検知部支持面上に設けられ、前記検知部の電気的特性の変化を測定するための第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極とを備え、
前記第１櫛歯電極が、第１本体部と、前記第１本体部に設けられる複数本の第１櫛歯とを有し、
前記第２櫛歯電極が、第２本体部と、前記第２本体部に設けられる複数本の第２櫛歯とを有し、
前記第１櫛歯及び前記第２櫛歯が、前記第１本体部と前記第２本体部との間で一定方向に向かって交互に配置されており、
前記検知部が、互いに対向する前記第１櫛歯及び前記第２櫛歯の間の領域にのみ設けられ、
前記第１櫛歯電極及び前記第２櫛歯電極のうち前記基板と反対側の面が露出されている、ガスセンサ。
【請求項２】
前記検知部の厚さが、前記第１櫛歯電極及び前記第２櫛歯電極の厚さ以下である、請求項１に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスセンサとしては、現在、酸素センサ、二酸化炭素センサ、水素センサ、メタンセンサ、アンモニアセンサ、ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds：揮発性有機化合物）センサなどの様々なガスセンサが知られている。ガスセンサは一般に、ガスを検知する検知部を有しており、ガスセンサとしては、検知ガスとの接触により検知部の電気的特性が変化することを利用するガスセンサが広く用いられている。
【０００３】
このようなガスセンサとしては、例えば下記特許文献１及び２に記載のガスセンサが知られている。下記特許文献１及び２には、基板と、基板上に設けられる一対の櫛歯電極と、一対の櫛歯電極の間に設けられる検知部とを有するガスセンサが開示されている。これらのガスセンサでは、検知部が一対の櫛歯電極の間の領域の全体にわたって設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４８６２７号公報（図５及び図６）
【特許文献２】特開２０１０−１１２８５７号公報（図４及び図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１及び２に記載のガスセンサは、以下に示す課題を有していた。
【０００６】
すなわち、上記特許文献１及び２に記載のガスセンサは、ガスの検知効率の点で改善の余地を有していた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ガスを効率的に検知できるガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題が生じる原因について検討した。その結果、本発明者は上記課題が生じる原因が次の通りであると考えた。すなわち、上記特許文献１及び２に記載のガスセンサでは、検知部が、一対の櫛歯電極の互いに対向する櫛歯同士間の領域（櫛歯間領域）のみならず、櫛歯間領域以外の領域にも存在している。しかし、一対の櫛歯電極は一般に、櫛歯間の間隔が最小となるように形成されるので、櫛歯間領域の検知部に電流が優先的に流れ、櫛歯間領域以外の検知部には電流がほとんど流れない。このため、ガスが、櫛歯間領域に設けられる検知部に接触すれば、その検知部における抵抗値変化は大きくなる一方、櫛歯間領域以外の領域に設けられる検知部に接触しても、その検知部における抵抗値変化はかなり小さくなる。このため、本発明者は、効率的にガスを検知するためには、検知部を、櫛歯領域間にのみ設けることで上記課題を解決し得るのではないかと考えた。こうして本発明者は本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、ガスの接触により電気的特性を変化させる検知部を有するガスセンサであって、前記検知部を支持する基板と、前記基板のうち前記検知部が支持される検知部支持面上に設けられ、前記検知部の電気的特性の変化を測定するための第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極とを備え、前記第１櫛歯電極が、第１本体部と、前記第１本体部に設けられる複数本の第１櫛歯とを有し、前記第２櫛歯電極が、第２本体部と、前記第２本体部に設けられる複数本の第２櫛歯とを有し、前記第１櫛歯及び前記第２櫛歯が、前記第１本体部と前記第２本体部との間で一定方向に向かって交互に配置されており、前記検知部が、互いに対向する前記第１櫛歯及び前記第２櫛歯の間の領域にのみ設けられ、前記第１櫛歯電極及び前記第２櫛歯電極のうち前記基板と反対側の面が露出されている、ガスセンサである。
【００１０】
本発明のガスセンサによれば、第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極のうち基板と反対側の面が露出されている。すなわち、第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極のうち基板と反対側の面（上面）が検知部で覆われていない。また、本発明のガスセンサでは、検知部が、互いに対向する第１櫛歯及び第２櫛歯の間の領域（櫛歯間領域）にのみ設けられている。すなわち、検知部は、櫛歯間領域以外の領域（例えば第１櫛歯のうち第２櫛歯に対向する第２櫛歯対向部分と、第２櫛歯のうち第１櫛歯の第２櫛歯対向部分に対向しない部分との間）に設けられていない。別言すると、検知部は、櫛歯間領域、すなわち、第１櫛歯及び第２櫛歯間の間隔が最も小さくて電流が最も流れやすく、ガスが接触した場合における抵抗値の変化が最も大きい領域に設けられている。このため、第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極の間に電圧を印加して検知部の電気的特性の変化を測定する場合にガスが検知部に接触すると、検知部において電気的特性の変化を検知しやすくなる。従って、本発明のガスセンサは、ガスを効率的に検知できる。
【００１１】
上記ガスセンサにおいては、前記検知部の厚さが、前記第１櫛歯電極及び前記第２櫛歯電極の厚さ以下であることが好ましい。
【００１２】
この場合、検知部の厚さが第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極の厚さを超える場合に比べて、ガスを効率的に検知できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガスを効率的に検知できるガスセンサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のガスセンサの好適な実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った切断面端面図である。
【図３】図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第１構造体を示す切断面端面図である。
【図４】図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第２構造体を示す切断面端面図である。
【図５】図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第３構造体を示す切断面端面図である。
【図６】図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第４構造体を示す切断面端面図である。
【図７】図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第５構造体を示す切断面端面図である。
【図８】図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第６構造体を示す切断面端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のガスセンサの好適な実施形態について図１及び図２を用いて詳細に説明する。図１は、本発明のガスセンサの一実施形態を示す平面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った切断面端面図である。
【００１６】
図１及び２に示すように、ガスセンサ１００は、ガスの接触により電気的特性を変化させる検知部１０を有しており、検知部１０が支持される基板２０と、基板２０のうち検知部１０が支持される検知部支持面２０ａ上に設けられ、検知部１０の電気的特性の変化を測定するための第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２と、第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の各々に接続される電極パッド３３、３４とを有している。以下、第１櫛歯電極３１、第２櫛歯電極３２及び電極パッド３３、３４をまとめて「導電部３０」と呼ぶこととする。
【００１７】
第１櫛歯電極３１は、図１に示すように、電極パッド３３から一定方向に延びる第１本体部３１ａと、第１本体部３１ａに設けられる複数本の第１櫛歯３１ｂとを有する。一方、第２櫛歯電極３２は、図１に示すように、電極パッド３４から一定方向に延びる第２本体部３２ａと、第２本体部３２ａに設けられる複数本の第２櫛歯３２ｂとを有する。第１本体部３１ａと第２本体部３２ａとは平行状に配置され、第１櫛歯３１ｂ及び第２櫛歯３２ｂは、第１本体部３１ａと第２本体部３２ａとの間で一定方向に向かって交互に配置されている。ここで、第１櫛歯３１ｂは第１本体部３１ａから第２本体部３２ａに向かって延びており、第２櫛歯３２ｂは第２本体部３２ａから第１本体部３１ａに向かって延びており、第１櫛歯３１ｂと第２櫛歯３２ｂとは互いに対向している。また、導電部３０のうち基板２０と反対側の面（上面）は露出されている。従って、第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の上面Ｓもそれぞれ露出されている。
【００１８】
検知部１０は、第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２間の領域５０のうち互いに対向する第１櫛歯３１ｂ及び第２櫛歯３２ｂの間の領域（櫛歯間領域）５１のみに設けられており、櫛歯間領域５１以外の領域には設けられていない。また検知部１０は、第１櫛歯３１ｂ及び第２櫛歯３２ｂの両方に接触している。
【００１９】
基板２０は、基板本体部２１と、基板本体部２１上に設けられ、検知部支持面２０ａを有する絶縁層２２とを有している。
【００２０】
ガスセンサ１００によれば、導電部３０に含まれる第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の上面Ｓが露出されている。すなわち、第１櫛歯櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の上面Ｓが検知部１０で覆われていない。また、ガスセンサ１００では、検知部１０が、互いに対向する第１櫛歯３１ｂ及び第２櫛歯３２ｂの間の領域（櫛歯間領域）５１にのみ設けられている。すなわち、検知部１０は、櫛歯間領域５１以外の領域（例えば第１本体部３１ａと第２櫛歯３２ｂとの間）に設けられていない。別言すると、検知部１０は、櫛歯間領域５１、すなわち、第１櫛歯３１ｂ及び第２櫛歯３２ｂ間の間隔が最も小さくて電流が最も流れやすく、ガスが接触した場合における抵抗値の変化が最も大きい領域に設けられている。このため、第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の間に電圧を印加して検知部１０の電気的特性の変化を測定する場合にガスが検知部１０に接触すると、検知部１０において電気的特性の変化を検知しやすくなる。従って、ガスセンサ１００は、ガスを効率的に検知できる。
【００２１】
次に、上述した検知部１０、基板２０及び導電部３０の各々について詳細に説明する。
【００２２】
＜検知部＞
検知部１０は、検知対象となるガスと接触することで電気的特性を変化させる材料で構成されていれば特に限定されるものではない。このような材料としては、例えば三酸化モリブデン、酸化スズ、酸化インジウム及び酸化亜鉛などが挙げられる。水素ガスを検知する場合には、酸化スズ、三酸化タングステン又は三酸化モリブデンなどがよく用いられ、メタンガスを検知する場合には、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛などがよく用いられる。
【００２３】
検知部１０の厚さＴ１は、第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の厚さＴ３以下であっても、Ｔ３を超えてもよい（図２参照）。但し、検知部１０の厚さＴ１はＴ３以下であることが好ましい。この場合、検知部１０の厚さＴ１が第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の厚さＴ３を超える場合に比べて、ガスをより効率的に検知できる。
【００２４】
検知部１０の厚さＴ１が第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の厚さＴ３以下である場合、Ｔ３／Ｔ１は１以下であれば特に制限されないが、０．５以上であることが好ましく、０．８以上であることがより好ましい。Ｔ３／Ｔ１は１であることが最も好ましい。
【００２５】
検知部１０の厚さＴ１は特に制限されるものではないが、５０〜５０００ｎｍであることが好ましく、１００〜１０００ｎｍであることがより好ましい。
【００２６】
＜基板＞
上述した通り、基板２０は、基板本体部２１と絶縁層２２とを有している。
【００２７】
（基板本体部）
基板本体部２１としては、例えばシリコン、サファイヤ、ガラス、アルミナなどの絶縁性基板や、ＳｉＣなどの半絶縁性基板などを用いることができる。ガラスとしては、例えば無アルカリガラス、石英ガラスなどを用いることができる。
【００２８】
基板本体部２１の厚さは、特に限定されるものではないが、１００〜５００μｍであることが好ましい。
【００２９】
（絶縁層）
絶縁層２２を構成する材料は、絶縁材料であれば特に限定されるものではないが、このような絶縁材料としては、例えばシリカ（ＳｉＯ２）及び窒化珪素などが挙げられる。
【００３０】
絶縁層２２の厚さは、特に限定されるものではないが、１〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００３１】
＜導電部＞
導電部３０は、上述したように、第１櫛歯電極３１、第２櫛歯電極３２及び電極パッド３３、３４を有する。
（第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極）
第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２を構成する材料は、検知対象となるガスと反応しない導電材料であれば特に制限されるものではない。このような導電材料としては、例えば白金、金、銀、アルミニウム合金、チタンなどが挙げられる。
【００３２】
第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２は、単一の層で構成されていてもよいし、異なる導電材料からなる複数の層の積層体で構成されてもよい。
【００３３】
第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の厚さは、特に限定されるものではないが、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００３４】
（電極パッド）
電極パッド３３、３４は第１櫛歯電極３１および第２櫛歯電極３２の間に電圧を印加する配線を接続するための端子であり、両端子はそれぞれ配線を接続するための最小限の面積を有していればよい。
【００３５】
電極パッド３３、３４を構成する材料としては、第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２を構成する材料と同様の導電材料を用いることができる。電極パッド３３、３４を構成する材料は、第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２を構成する材料と同一でも異なるものでもよいが、同一であることが好ましい。
【００３６】
次に、ガスセンサ１００の製造方法の一例について図３〜図８を用いて説明する。図３は、図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第１構造体を示す切断面端面図、図４は、図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第２構造体を示す切断面端面図、図５は、図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第３構造体を示す切断面端面図、図６は、図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第４構造体を示す切断面端面図、図７は、図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第５構造体を示す切断面端面図、図８は、図１のガスセンサの製造方法の途中で得られる第６構造体を示す切断面端面図である。
【００３７】
まず、図３に示す第１構造体１１０を用意する。
【００３８】
第１構造体１１０は、基板２０の絶縁層２２の検知部支持面２０ａの上に、導電層３０Ａ及び第１レジスト層５２Ａを順次形成して得られる。
【００３９】
絶縁層２２の形成方法としては、例えばスプレー分解法及びＣＶＤ法などが用いられる。
【００４０】
導電層３０Ａの形成方法としては、例えば、スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピ滝タキシー）法などの蒸着法が用いられる。
【００４１】
第１レジスト層５２Ａは、例えば、第１レジスト層５２Ａから第１レジスト５２（図４参照）を形成する際に用いられる現像液に溶解されず且つ露光後にその現像液に溶解することが可能なレジスト組成物で構成されればよい。
【００４２】
次に、第１構造体１１０の第１レジスト層５２Ａ上にフォトマスク（図示せず）を配置し、フォトマスクを通して第１レジスト層５２Ａの一部を露光した後、露光された部分を現像液で除去し、第１レジスト５２を形成する。このとき、フォトマスクは、例えば導電部３０の形状と同一形状のものとし、検知部支持面２０ａに直交する方向に見た場合に導電層３０Ａのうち導電部３０を形成する予定の部分に重なるように配置する。こうして、図４に示す第２構造体１２０が得られる。
【００４３】
次に、第２構造体１２０において、導電層３０Ａのうち導電部３０を構成しない部分を除去した後、第１レジスト５２を除去し、図５に示す第３構造体１３０を得る。
【００４４】
導電部３０を構成しない部分を除去する方法としては、例えばエッチング法などを用いることができる。
【００４５】
次に、第３構造体１３０の導電部３０を第２レジスト層６０Ａで覆い隠し、図６に示す第４構造体１４０を得る。
【００４６】
このとき、第２レジスト層６０Ａは、例えば、第２レジスト層６０Ａから第２レジスト６０を形成する際に用いられる現像液に溶解されず且つ露光後にその現像液に溶解することが可能なレジスト組成物で構成されればよい。
【００４７】
次に、第４構造体１４０の第２レジスト層６０Ａ上にフォトマスク（図示せず）を配置し、導電部３０と重ならない部分のみを露光した後、露光部分を除去して導電部３０と同一形状の第２レジスト６０を形成し、図７に示す第５構造体１５０を得る。
【００４８】
次に、第５構造体１５０の基板２０の検知部支持面２０ａ上に、検知部１０を形成するための検知部前駆体７０を、第２レジスト６０を覆い隠すように形成し、図８に示す第６構造体１６０を得る。
【００４９】
検知部前駆体７０は、検知部１０を構成する材料に応じて異なるので一概には言えないが、例えばゾルゲル法、スパッタリング法などを用いて形成することができる。また、検知部前駆体７０は、検知部１０を構成する材料又はその前駆体で構成される。
【００５０】
次に、第６構造体１６０から検知部前駆体７０の一部を除去する。具体的には、第２レジスト６０が露出するまで検知部前駆体７０の一部を除去する。このとき、検知部前駆体７０の一部の除去は、例えばプラズマエッチングによって行うことができる。
【００５１】
最後に、第２レジスト６０を除去し、導電部３０の第１櫛歯電極３１及び第２櫛歯電極３２の上面Ｓを露出させる。第２レジスト６０の除去は、例えばレジスト剥離液で行うことができる。
【００５２】
以上のようにして、ガスセンサ１００が得られる。
【００５３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ガスセンサ１００がヒータを備えていないが、ガスセンサ１００は、検知部１０を動作させるために必要がある場合には、検知部１０を加熱するためのヒータをさらに備えていてもよい。なお、ヒータを、基板２０のうち検知部１０と反対側に設ける場合には、基板２０が絶縁層２２を有しているので、基板本体部２１として、ヒータの熱を検知部１０に効率よく伝達する観点から、絶縁性基板や半絶縁性基板よりも熱伝導率の高い金属基板を用いることもできる。このような金属基板としては、例えば銅又はアルミニウムなどを用いることができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、基板２０が絶縁層２２を有しているが、基板２０は必ずしも絶縁層２２を有していなくてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０…検知部
２０…基板
２０ａ…検知部支持面
３１…第１櫛歯電極
３１ａ…第１本体部
３１ｂ…第１櫛歯
３２…第２櫛歯電極
３２ａ…第２本体部
３２ｂ…第２櫛歯
５１…第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極の間の領域
１００…ガスセンサ
Ｓ…第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極のうち基板と反対側の面
Ｔ１…検知部の厚さ
Ｔ３…第１櫛歯電極及び第２櫛歯電極の厚さ
【図１】
2018132512.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018132512.tif 000007
【図６】
2018132512.tif 000008
【図７】
2018132512.tif 000009
【図８】
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