(57)【要約】【課題】精度良く検知できる水素ガス濃度の範囲を広くすることができる水素ガスセンサを提供すること。【解決手段】水素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水素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一対の電極と、少なくとも一対の電極のうち基板と反対側の面を覆い、一対の電極を水素ガスから遮断する水素ガス遮断層とを備え、検知部が少なくとも一対の電極の間の領域に設けられ、検知部が金属酸化物及び触媒を含み、一対の電極及び触媒がいずれも、水素ガスをプロトンと電子とに解離させることが可能な材料で構成される、水素ガスセンサ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素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水素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一対の電極と、
少なくとも前記一対の電極のうち前記基板と反対側の面を覆い、前記一対の電極を水素ガスから遮断する水素ガス遮断層とを備え、
前記検知部が少なくとも前記一対の電極の間の領域に設けられ、
前記検知部が金属酸化物及び触媒を含み、
前記一対の電極及び前記触媒がいずれも、水素ガスをプロトンと電子とに解離させることが可能な材料で構成される、水素ガスセンサ。
【請求項２】
前記検知部が、前記一対の電極の間の領域の少なくとも一部のみに設けられる、請求項１に記載の水素ガスセンサ。
【請求項３】
前記検知部の厚さが前記一対の電極の厚さ以下である、請求項１又は２に記載の水素ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、利用の段階では二酸化炭素を排出しないため、製造段階で再生可能エネルギーによる水分解などを利用することで低炭素社会を実現できる。また、水素は、２次エネルギーとして電気より貯めやすかったり、運送しやすかったりするなどの利便性をも有する。このため、日本では水素社会化の動きが加速している。例えば、水素と酸素との化学反応を利用して発電し、モータを回して走る燃料電池車などの開発が行われている。一方、水素ガスは、大気中での濃度が４体積％（４００００体積ｐｐｍ）〜７５体積％（７５００００体積ｐｐｍ）の広範囲で爆発する気体であるにもかかわらず、無色透明で匂いもなく、漏洩を検知することが困難である。このため、漏洩検知用の水素ガスセンサに対する関心が高まっている。
【０００３】
このような水素ガスセンサとしては、水素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水素ガスセンサが広く用いられている。
【０００４】
例えば下記特許文献１には、基板と、基板上に設けられる一対の電極と、基板上で一対の電極を覆うように設けられる検知部とを有する水素ガスセンサが開示されている。この水素ガスセンサでは、検知部が一対の電極の間のみならず、電極のうち基板と反対側の面をも覆うように設けられており、一対の電極の間における電気的特性の変化に基づいて水素ガスの検知が行われる。また、特許文献１では、検知部が、水素ガスを吸着してプロトンと電子とに解離する作用を有する触媒と、当該作用で生じたプロトンと電子との反応によって導電率が増加する金属酸化物からなることも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６２３６５号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載の水素ガスセンサは、以下に示す課題を有していた。
【０００７】
すなわち、上記特許文献１に記載の水素ガスセンサにおいては、水素ガスの濃度が低い場合には、実際の水素ガスの濃度と、検知される水素ガス濃度の指示値とが大きく異なる場合があり、検知される水素ガスの濃度の指示値の信頼性が高いとは言えなかった。このため、上記特許文献１に記載の水素ガスセンサは、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲が狭いという問題を有していた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、精度良く検知できる水素ガス濃度の範囲を広くすることができる水素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】
【０００９】
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、特許文献１に記載の水素ガスセンサでは、一対の電極間の検知部の電気的特性の変化が水素ガスの検知に大きく寄与し、検知部のうち、一対の電極の、基板と反対側の面を覆う部分の電気的特性の変化は水素ガスの検知にあまり寄与しておらず、このことが、上記課題が生じる原因になっているのではないかと本発明者は考えた。特に、水素ガスの濃度が低い場合には、検知部のうち、一対の電極の、基板と反対側の面を覆う部分で電気的特性の変化が生じても、その変化が極めて小さいため、その変化が極めて検知されにくくなっているのではないかと本発明者は考えた。その結果、水素ガスの濃度が低い場合には、実際の水素ガスの濃度と、水素ガスの濃度の指示値とが大きく異なり、水素ガス濃度の指示値の信頼性が低下することになり、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲が狭くなるのではないかと本発明者は考えた。そこで、本発明者は、電極のうち基板と反対側の面上に検知部を設けないようにするとともに、少なくとも一対の電極の間の領域に検知部を設けることで、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲を広くすることができるのではないかと考えた。さらに、本発明者は、電極、及び、検知部中の触媒がそれぞれ、水素ガスをプロトンと電子とに解離させることが可能な材料で構成される場合、電極のうち基板と反対側の面に水素ガスが接触しないようにすることで、検知部が設けられていない電極上ではなく、検知部で水素ガスをプロトンと電子とに解離させることができ、その結果、水素ガスの濃度が低い場合でも、水素ガス濃度を精度良く検知でき、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲をより広くすることができるのではないかと本発明者は考えた。そこで、本発明者はさらに鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明は、水素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水素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一対の電極と、少なくとも前記一対の電極のうち前記基板と反対側の面を覆い、前記一対の電極を水素ガスから遮断する水素ガス遮断層とを備え、前記検知部が少なくとも前記一対の電極の間の領域に設けられ、前記検知部が金属酸化物及び触媒を含み、前記一対の電極及び前記触媒がいずれも、水素ガスをプロトンと電子とに解離させることが可能な材料で構成される、水素ガスセンサである。
【００１１】
本発明の水素ガスセンサによれば、一対の電極のうち基板と反対側の面（上面）が水素ガス遮断層で覆われており、一対の電極の上面が検知部で覆われていない。このため、一対の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、水素ガスが、水素ガスの検知にあまり寄与しない電極の上面上で検知されず、水素ガスの検知に大きく寄与する一対の電極の間で検知される。このため、本発明の水素ガスセンサは、一対の電極の上面を検知部が覆っている水素ガスセンサに比べて、水素ガスの濃度が低い場合でも、検知部において電気的特性の変化を検知しやすくなり、水素ガス濃度の指示値の信頼性を向上させることができる。さらに、本発明の水素ガスセンサでは、一対の電極及び触媒がいずれも、水素ガスをプロトンと電子とに解離させることが可能な材料で構成されるため、水素ガスが電極の上面に接触すると仮定した場合、水素ガスは、検知部と同様に、プロトンと電子とに解離され得る。しかし、本発明の水素ガスセンサでは、一対の電極の上面が水素ガス遮断層で覆われる。このため、水素ガスが電極の上面に接触しようとしてもその接触が水素ガス遮断層によって遮断され、電極の上面において水素ガスがプロトンと電子とに解離されることが十分に抑制される。このため、水素ガスの濃度が低い場合でも、検知部が設けられていない電極の上面ではなく、検知部で水素ガスをプロトンと電子に解離させることができ、電極が水素ガス遮断層で覆われていない場合に比べて、水素ガス濃度の指示値の信頼性をより向上させることができる。以上より、本発明の水素ガスセンサによれば、水素ガスの濃度が低い場合でも、水素ガス濃度を精度良く検知でき、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲を広くすることができる。
【００１２】
上記水素ガスセンサにおいては、前記検知部が、前記一対の電極の間の領域の少なくとも一部のみに設けられることが好ましい。
【００１３】
この場合、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲をより広くすることが可能となる。
【００１４】
上記水素ガスセンサにおいては、前記検知部の厚さが前記一対の電極の厚さ以下であることが好ましい。
【００１５】
この場合、検知部の厚さが一対の電極の厚さを超える場合に比べて、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲をより一層広くすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、精度良く検知できる水素ガス濃度の範囲を広くすることができる水素ガスセンサが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の水素ガスセンサの第１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の水素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の水素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の水素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の水素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の水素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の水素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。
【図９】図１の水素ガスセンサの製造方法の途中で得られる第７構造体を示す切断面端面図である。
【図１０】本発明の水素ガスセンサの第２実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の水素ガスセンサの第３実施形態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の水素ガスセンサの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は本発明の水素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。
【００１９】
図１及び図２に示すように、水素ガスセンサ１００は、水素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は金属酸化物及び触媒を有している。水素ガスセンサ１００は、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上に設けられる導電部３０と、導電部３０のうち基板２０と反対側の面（導電部上面）Ｓ全体を覆い、一対の導電部３０の上面Ｓを水素ガスから遮断する水素ガス遮断層８０とを備えている。導電部３０は、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一対の電極３１と、一対の電極３１の各々に接続される電極パッド３２とを有している。従って、水素ガス遮断層８０は、一対の電極３１のうち基板２０と反対側の面（電極上面）Ｓ１を覆い、一対の電極３１を水素ガスから遮断している。
【００２０】
検知部１０は、一対の電極３１の間の領域５０のみに設けられており、一対の電極３１の間の領域５０以外の領域には設けられていない。本実施形態では、検知部１０は一対の電極３１の間の領域５０全体に設けられている。ここで、検知部１０は、一対の電極３１の両方に接触している。
【００２１】
基板２０は、本体部２１と、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。
【００２２】
また、電極３１、及び、検知部１０中の触媒は、水素ガスをプロトンと電子とに解離させることが可能な材料で構成されている。
【００２３】
水素ガスセンサ１００によれば、一対の電極３１の電極上面Ｓ１が水素ガス遮断層８０で覆われており、一対の電極３１の電極上面Ｓ１が検知部１０で覆われていない。このため、一対の電極３１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、水素ガスが、水素ガスの検知にあまり寄与しない電極３１の電極上面Ｓ１上で検知されず、水素ガスの検知に大きく寄与する一対の電極３１の間で検知される。このため、水素ガスセンサ１００は、一対の電極３１の電極上面Ｓ１を検知部１０が覆っている水素ガスセンサに比べて、水素ガスの濃度が低い場合でも、検知部１０において電気的特性の変化を検知しやすくなり、水素ガス濃度の指示値の信頼性を向上させることができる。さらに、水素ガスセンサ１００では、一対の電極３１及び触媒がいずれも、水素ガスをプロトンと電子とに解離させることが可能な材料で構成されるため、水素ガスが電極３１の電極上面Ｓ１に接触すると仮定した場合、水素ガスは、検知部１０と同様に、プロトンと電子とに解離され得る。しかし、水素ガスセンサ１００では、一対の電極３１の電極上面Ｓ１が水素ガス遮断層８０で覆われる。このため、水素ガスが電極３１の電極上面Ｓ１に接触しようとしてもその接触が水素ガス遮断層８０によって遮断され、電極３１の電極上面Ｓ１において水素ガスがプロトンと電子とに解離されることが十分に抑制される。このため、水素ガスの濃度が低い場合でも、検知部１０が設けられていない電極３１の電極上面Ｓ１ではなく、検知部１０で水素ガスをプロトンと電子に解離させることができ、電極３１が水素ガス遮断層８０で覆われていない場合に比べて、水素ガス濃度の指示値の信頼性をより向上させることができる。以上より、水素ガスセンサ１００によれば、水素ガスの濃度が低い場合でも、水素ガス濃度を精度良く検知でき、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲を広くすることができる。
【００２４】
また、水素ガスセンサ１００では、検知部１０が一対の電極３１の間の領域５０のみに設けられており、一対の電極３１の間以外の領域には設けられていない。このため、検知部１０が、一対の電極３１の間の領域５０のみならず、この領域５０以外の領域にまで設けられている場合に比べて、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲をより広くすることができる。
【００２５】
さらに、水素ガスセンサ１００では、水素ガス遮断層８０が導電部３０の導電部上面Ｓのみを覆っている。この場合、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲をより広くすることが可能となる。
【００２６】
以下、上述した検知部１０、基板２０、導電部３０及び水素ガス遮断層８０の各々について詳細に説明する。
【００２７】
＜検知部＞
検知部１０は、水素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、且つ金属酸化物及び触媒を含むものであれば特に限定されるものではない。
【００２８】
（金属酸化物）
金属酸化物は、触媒による水素ガスの解離によって発生した電子によって電気抵抗が低下するものであればよい。金属酸化物としては、例えば三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、三酸化タングステン（ＷＯ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化ニッケル（ＮｉＯ２）などが挙げられる。これらは１種類単独で又は２種以上を組み合せて用いることができる。上記金属酸化物の中でも、三酸化タングステン及び三酸化モリブデンが好ましく、三酸化タングステンが特に好ましい。この場合、金属酸化物が三酸化タングステン以外の金属酸化物（例えば三酸化モリブデンなど）を含む場合と比べて、水素ガスセンサ１００が水素ガスに対してより優れた応答性を有することが可能となる。
【００２９】
（触媒）
触媒は、水素ガスをプロトンと電子とに解離させることができるものであればよい。このような触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）などの金属触媒が挙げられる。これらは１種類単独で又は２種以上を組み合せて用いてもよい。上記触媒の中でも、白金が特に好ましい。
【００３０】
触媒は、金属酸化物層の上に担持されている形態でもよいし、金属酸化物の粒子の表面に付着している形態でもよい。
【００３１】
検知部１０の厚さＴ１は、一対の電極３１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が一対の電極３１の厚さＴ３を超える場合に比べて、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲をより一層広くすることができる。
【００３２】
検知部１０の厚さＴ１が電極３１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。
【００３３】
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。
【００３４】
＜基板＞
上述した通り、基板２０は、本体部２１と絶縁層２２とを有している。
【００３５】
（本体部）
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。
【００３６】
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。
【００３７】
（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。
【００３８】
絶縁層２２の厚さは、特に限定されるものではないが、１０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００３９】
＜導電部＞
導電部３０は、上述したように、一対の電極３１と一対の電極３１の各々に接続される電極パッド３２とを有する。
（電極）
電極３１の形状は特に制限されず、電極３１の形状としては、円形状、円弧状、直線状、四角形状、櫛歯状、Ｔ字状などが挙げられる。中でも、電極３１の形状は櫛歯状であることが、電極３１が微小電極であっても水素ガスに対する検出感度が高いことから好ましい。
【００４０】
電極３１が櫛歯状である場合、電極３１は、図１に示すように、電極パッド３２に接続される本体部３１ａと、本体部３１ａから延びる複数本の櫛歯３１ｂとを有する。
【００４１】
電極３１を構成する材料は、水素ガスをプロトンと電子とに解離することが可能な導電材料であれば特に制限されるものではない。電極３１を構成する材料は、触媒と同一の材料で構成されていてもよく、触媒と異なる材料で構成されてもよい。このような導電材料としては、例えば白金、パラジウム及びニッケルなどが挙げられる。
【００４２】
電極３１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。
【００４３】
電極３１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。
【００４４】
（電極パッド）
電極パッド３２は一対の電極３１に電圧を印加するための配線を接続するための端子であり、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。
【００４５】
電極パッド３２を構成する材料としては、電極３１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３２を構成する材料は、電極３１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。
【００４６】
＜水素ガス遮断層＞
上述した通り、水素ガス遮断層８０は、一対の電極３１の電極上面３１を覆い、一対の電極３１を水素ガスから遮断するものであればよい。
【００４７】
水素ガス遮断層８０を構成する材料は、電極３１を水素ガスから遮断する材料であり且つ検知部１０を構成する材料と異なる材料であれば特に限定されるものではない。ここで、「電極３１を水素ガスから遮断する材料」とは、水素ガスに対して不活性である材料、すなわち、水素ガスをプロトンと電子とに解離しない材料を言う。水素ガス遮断層８０を構成する材料としては、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素などの無機絶縁材料や、アルミニウムなどの無機金属材料が挙げられる。
【００４８】
水素ガス遮断層８０の厚さは、特に限定されるものではないが、５〜１００ｎｍであることが好ましい。
【００４９】
次に、水素ガスセンサ１００の製造方法の一例について図３〜図９を用いて説明する。図３〜図９は、図１の水素ガスセンサの製造方法の途中で得られる第１〜第７構造体を示す切断面端面図である。
【００５０】
まず、図３に示す第１構造体１１０を用意する。
【００５１】
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５０Ａを順次形成して得られる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
第１レジスト層５０Ａは、例えば、第１レジスト層５０Ａから第１レジスト５０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。
【００５５】
次に、第１構造体１１０の第１レジスト層５０Ａ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５０Ａ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５０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。
【００５６】
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５０を除去し、図５に示す第３構造体１３０を得る。
【００５７】
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。
【００５８】
次に、第３構造体１３０において、導電部３０のうちの一対の電極３１の間に検知部前駆体１０Ａを形成し、図６に示す第４構造体１４０を得る。
【００５９】
検知部前駆体１０Ａは、例えば、触媒、及び、金属酸化物を構成する金属で構成される。検知部前駆体１０Ａは、例えばスパッタ法を用いて形成することができる。
【００６０】
次に、第４構造体１４０において検知部前駆体１０Ａを加熱し、検知部前駆体１０Ａ中の金属を酸化させて金属酸化物を生成させる。こうして、検知部前駆体１０Ａから検知部１０を形成し、図７に示す第５構造体１５０を得る。
【００６１】
次に、第５構造体１５０の導電部３０の導電部上面Ｓ上に水素ガス遮断層８０を形成し、図２に示す水素ガスセンサ１００を得る。このとき、水素ガス遮断層８０は、例えばリフトオフ法又はエッチング法などによって形成することができる。
【００６２】
ここで、リフトオフ法を用いた水素ガス遮断層８０の形成方法について説明する。
【００６３】
まず、導電部３０の導電部上面Ｓ、及び、検知部１０のうち基板２０と反対側の面（検知部上面）を覆うように第２レジスト層（図示せず）を形成する。
【００６４】
次に、第２レジスト層のうち導電部３０の導電部上面上の部分を除去し、第２レジスト９０を形成する。第２レジスト９０は、例えば第２レジスト層上にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを通して、第２レジスト層の一部を露光した後、露光された部分を現像液で除去することで形成できる。このとき、フォトマスクの形状は、一対の電極３１の間の領域５０の形状と同一形状とし、フォトマスクは、領域５０を形成する予定の部分と重なるように配置する。こうして図８に示す第６構造体１６０を得る。
【００６５】
次に、第６構造体１６０において、導電部３０の導電部上面Ｓ及び第２レジスト９０の上面上に、水素ガス遮断層前駆体８０Ａを形成し、図９に示す第７構造体１７０を得る。
【００６６】
このとき、水素ガス遮断層前駆体８０Ａは、例えばプラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などで形成することができる。
【００６７】
次に、第２レジスト９０及びその上に形成された水素ガス遮断層前駆体８０Ａを除去し、導電部３０の導電層上面Ｓ上にのみ水素ガス遮断層８０が残るようにする。
【００６８】
以上のようにして、水素ガスセンサ１００が得られる。
【００６９】
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、検知部１０が一対の電極３１の間の領域５０の全体に設けられているが、領域５０の一部にのみ設けられていてもよい。例えば図１０に示す水素ガスセンサ２００のように、電極３１が櫛歯状であり、本体部３１ａと本体部３１ａから延びる複数本の櫛歯３１ｂとを有し、一方の電極３１の櫛歯３１ｂ及び他方の電極３１の櫛歯３１ｂが一定方向に交互に配置される場合、検知部２１０は、隣り合う櫛歯３１ｂ同士の間にのみ設けられてもよい。なお、検知部２１０は検知部１０と同様の材料で構成される。
【００７０】
また、上記実施形態では、検知部１０が一対の電極３１の間の領域５０にのみ設けられているが、検知部１０は、一対の電極３１の間の領域５０以外の領域にまで設けられてもよい。例えば図１１に示す水素ガスセンサ３００のように、検知部３１０は、基板２０の検知支持面２０ａのうち導電部３０との界面以外の領域の全部に設けられていてもよいし、界面以外の領域の一部にのみ設けられてもよい。なお、検知部３１０は検知部１０と同様の材料で構成される。
【００７１】
また上記実施形態では、水素ガスセンサ１００がヒータを備えていないが、水素ガスセンサ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、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。なお、水素ガスセンサ１００がヒータを備える場合には、水素ガス遮断層８０が、一対の電極３１の電極上面Ｓ１を覆っていることで、電極３１が触媒として働くことによる水素ガスの解離が抑制されるだけでなく、ヒータにより検知部１０の動作温度を高くする場合でも、水素ガスが電極３１に接触するによる水素ガスの接触燃焼を抑制できる。
【００７２】
さらに、上記実施形態では、水素ガス遮断層８０は、導電部３０の導電部上面Ｓ全体を覆っているが、水素ガス遮断層８０は、導電部３０の導電部上面Ｓのうち電極３１の電極上面Ｓ１のみを覆っていてもよい。すなわち、水素ガス遮断層８０は、導電部３０の導電部上面Ｓのうち必ずしも電極パッド３２を覆っていなくてもよい。あるいは、水素ガス遮断層８０は、一対の電極３１の電極上面Ｓ１及び電極パッド３２の一部を覆い、電極パッド３２の残部を配線接続のために覆わないようにしてもよい。また、水素ガス遮断層８０は、一対の電極３１の電極上面Ｓ１を少なくとも覆っていればよいので、検知部１０が一対の電極３１の間の領域５０以外の領域にも設けられている場合、その領域５０以外の領域の検知部１０の上にさらに設けられていても構わない。
【００７３】
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。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００７５】
（実施例１）
まず、図３に示す第１構造体１１０を用意した。第１構造体１１０は具体的には以下のようにして用意した。
【００７６】
はじめに、基板２０の本体部２１として直径４インチの円板形状のＳｉ基板を用意した。
【００７７】
次に、本体部２１の表面全体に、絶縁層２２としてＳｉＯ２膜をプラズマＣＶＤ法によって成膜した。このとき、厚さが１μｍとなるように絶縁層２２を形成した。こうして本体部２１と絶縁層２２とからなる基板２０を得た。
【００７８】
次に、絶縁層２２の表面全体に、スパッタリング法によって厚さ１０ｎｍのチタン膜を形成した。続いて、チタン膜の表面全体にスパッタリング法によって厚さ１．５μｍの白金膜を形成した。こうして、絶縁層２２上に、チタン膜と白金膜との積層体からなる導電層３０Ａを形成した。
【００７９】
次に、導電層３０Ａの表面全体に第１レジスト層５０Ａを形成した。このとき、第１レジスト層５０Ａとしては、レジスト組成物（商品名「ＰＭＥＲ  Ｐ−ＬＡ９００ＰＭ」、東京応化工業社製）を用いた。こうして図３に示す第１構造体１１０を得た。
【００８０】
次に、第１構造体１１０の第１レジスト層５０Ａ上にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを通して、露光装置（商品名「ＴＩＴＡＮＩ」、Ｕｌｔｒａｔｅｃｈ  Ｓｔｅｐｐｅｒ社製）により、露光時間１０秒で第１レジスト層５０Ａの一部を露光した後、露光された部分を現像液（商品名「Ｐ−７Ｇ」、東京応化工業社製）によって除去した。このとき、フォトマスクの形状は、導電層３０Ａのうちの導電部３０の形状と同一形状となるようにし、フォトマスクは、導電部３０を形成する予定の部分と重なるように配置した。こうして図４に示す第２構造体１２０を得た。
【００８１】
次に、第２構造体１２０の導電層３０Ａのうち第１レジスト５０で覆われていない部分を高密度プラズマエッチングによって除去して導電部３０を形成し、導電部３０上の第１レジスト５０を、Ｎ−メチル−２−ピロリドンからなるレジスト剥離液（三菱化学株式会社製）によって除去した。こうして図５に示す第３構造体１３０を得た。このとき、導電部３０は、一対の電極３１と、これらの電極３１の各々に接続される電極パッド３２とで構成されるように形成した。また一対の電極３１は、櫛歯３１ｂの本体部３１ａからの長さが３００μｍ、隣り合う櫛歯３１ｂ同士間の間隔が１０μｍ、櫛歯３１ｂの数が各電極３１ごとに１０本となるように形成した。
【００８２】
次に、一対の電極３１の間の領域５０のみに、タングステン及び白金をスパッタ法で成膜して検知部前駆体１０Ａを形成した。こうして、図６に示す第４構造体１４０を得た。続いて、検知部前駆体１０Ａを７００℃で２時間熱処理することで、一対の電極３１の間の領域５０に、白金担持酸化タングステンからなる検知部１０を形成した。こうして、図７に示す第５構造体１５０を得た。
【００８３】
次に、導電部３０の導電部上面Ｓ及び検知部１０の検知部上面を覆うように第２レジスト層（図示せず）を形成した。このとき、第２レジスト層としては、レジスト組成物（商品名「ＰＭＥＲ  Ｐ−ＬＡ９００ＰＭ」、東京応化工業社製）を用いた。
【００８４】
次に、第２レジスト層上にフォトマスクを配置し、このフォトマスクを通して、露光装置（商品名「ＴＩＴＡＮＩ」、Ｕｌｔｒａｔｅｃｈ  Ｓｔｅｐｐｅｒ社製）により、露光時間１０秒で第２レジスト層の一部を露光した後、露光された部分を現像液（商品名「Ｐ−７」、東京応化工業社製）によって除去し、第２レジスト９０を得た。このとき、フォトマスクの形状は、検知部１０の形状と同一形状となるようにし、フォトマスクは検知部１０と重なるように配置した。こうして図８に示す第６構造体１６０を得た。
【００８５】
次に、導電部３０の導電部上面及び第２レジスト９０の上面上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２からなる水素ガス遮断層前駆体８０Ａを形成した。
【００８６】
次に、第２レジスト９０を除去することによって、導電部３０の導電部上面Ｓ上にのみ水素ガス遮断層８０を残した。このとき、第２レジスト９０の除去は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンからなるレジスト剥離液（三菱化学株式会社製）によって行った。こうして水素ガスセンサを作製した。
【００８７】
（比較例１）
第５構造体１５０の導電部３０の上に水素ガス遮断層を形成せず、導電部３０のうち基板２０と反対側の面を露出させたこと以外は実施例１と同様にして水素ガスセンサを作製した。
【００８８】
＜特性評価＞
≪水素ガスに対する検知精度≫
水素ガスを、窒素及び酸素の混合気体（窒素：酸素＝８０：２０（体積比））で希釈することで、水素ガスの実際の濃度ＭＡをそれぞれ２０体積ｐｐｍ、１００体積ｐｐｍ、３００体積ｐｐｍ、１０００体積ｐｐｍ、１００００体積ｐｐｍ及び２００００体積ｐｐｍとした水素ガス含有気体を、実施例１及び比較例１の水素ガスセンサに対して６分間吹きかけながら、水素ガス濃度の指示値ＭＢ（体積ｐｐｍ）を測定した。
そして、実際の水素ガス濃度ＭＡごとに、水素ガス濃度の指示値ＭＢを用い、下記式（１）に基づいて、実際の水素ガス濃度ＭＡに対する水素ガス濃度の指示値ＭＢの乖離率Ｒ（％）を算出した。結果を表１に示す。なお、表１においては、Ｒの絶対値が２０％以下である場合に、水素ガス濃度の指示値ＭＢの精度が良いと判定した。
Ｒ（％）＝（ＭＢ−ＭＡ）／ＭＡ×１００・・・（１）
ＭＢ＝Ｍａｖ−ＭＢ０・・・・・・・・・・・・・（２）
（上記式（２）中、Ｍａｖは、水素ガス含有気体を吹きかけてから１分後から６分後までの水素ガスの濃度の指示値の平均値（体積ｐｐｍ）を表し、ＭＢ０は、水素ガスの濃度が０ｐｐｍにおける水素ガスの濃度の指示値（体積ｐｐｍ）を表す。）
【表１】
2018132513.tif 000003
【００８９】
表１に示す結果より、実施例１の水素ガスセンサでは、水素ガス濃度が２０〜２００００体積ｐｐｍの範囲においてＲの絶対値が２０％以下であり、精度が良いことが分かった。これに対し、比較例１の水素ガスセンサでは、水素ガス濃度が１００体積ｐｐｍ以下になるとＲが２０％を超え、精度が良いとは言えなかった。
【００９０】
以上のことから、実施例１の水素ガスセンサの方が、比較例１の水素ガスセンサに比べて、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲を広くできることが分かった。従って、本発明の水素ガスセンサによれば、精度良く検知できる水素ガス濃度の検知範囲を広くすることができることが確認された。
【符号の説明】
【００９１】
１０，２１０，３１０…検知部
２０…基板
２０ａ…検知部支持面
３１…電極
５０…一対の電極の間の領域
８０…水素ガス遮断層
１００、２００、３００…水素ガスセンサ
Ｔ１…検知部の厚さ
Ｔ３…電極の厚さ
【図１】
2018132513.tif 000004
【図２】
2018132513.tif 000005
【図３】
2018132513.tif 000006
【図４】
2018132513.tif 000007
【図５】
2018132513.tif 000008
【図６】
2018132513.tif 000009
【図７】
2018132513.tif 000010
【図８】
2018132513.tif 000011
【図９】
2018132513.tif 000012
【図１０】
2018132513.tif 000013
【図１１】
2018132513.tif 000014