(57)【要約】【課題】検出対象ガスの燃焼を促進させる触媒とサーミスタをそれぞれ最適な温度で加熱する。【解決手段】直列に接続された第１及び第２のヒータ抵抗ＭＨ１，ＭＨ２と、第１のヒータ抵抗ＭＨ１によって加熱され、検出対象ガスの燃焼を促進させる触媒ＣＴと、第２のヒータ抵抗ＭＨ２によって加熱されるサーミスタＴＨと、サーミスタＴＨに接続された出力端子４３とを備える。本発明によれば、触媒ＣＴを加熱する第１のヒータ抵抗ＭＨ１と、サーミスタＴＨを加熱する第２のヒータ抵抗ＭＨ２を別個に備えていることから、触媒ＣＴとサーミスタＴＨをそれぞれ最適な温度で加熱することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続された第１及び第２のヒータ抵抗と、
前記第１のヒータ抵抗によって加熱され、検出対象ガスの燃焼を促進させる触媒と、
前記第２のヒータ抵抗によって加熱されるサーミスタと、
前記サーミスタに接続された出力端子と、を備えることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記第１のヒータ抵抗の抵抗値は、前記第２のヒータ抵抗の抵抗値よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記第１のヒータ抵抗と前記第２のヒータ抵抗との間に設けられ、前記第１のヒータ抵抗と前記第２のヒータ抵抗を接続する第１の接続状態を有する第１のスイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記第１のスイッチは、前記第１のヒータ抵抗をグランドに接続する第２の接続状態をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記第１のスイッチは、前記第２のヒータ抵抗にガス検知電位を与える第３の接続状態をさらに有することを特徴とする請求項３又は４に記載のガスセンサ。
【請求項６】
バイアス電源と前記サーミスタとの間に接続された固定抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記固定抵抗と前記サーミスタとの間に接続された第２のスイッチをさらに備え、
前記固定抵抗は、並列に接続され、互いに抵抗値が異なる第１及び第２の固定抵抗を含み、
前記第２のスイッチは、前記第１の固定抵抗を前記サーミスタに接続する第４の接続状態と、前記第２の固定抵抗を前記サーミスタに接続する第５の接続状態を含むことを特徴とする請求項６に記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記触媒は、前記第１のヒータ抵抗上に積層されており、
前記サーミスタは、前記第２のヒータ抵抗上に積層されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記第１のヒータ抵抗、前記第２のヒータ抵抗、前記触媒及び前記サーミスタは、同一の基板上に集積されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項１０】
前記第２のヒータ抵抗による前記サーミスタの加熱温度は、６０ｄｅｇＣ〜２００ｄｅｇＣの範囲であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項１１】
前記第１及び第２のヒータ抵抗は、白金を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項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、雰囲気中に含まれるガスを検出するガスセンサに関し、特に、検出対象ガスの燃焼を促進させる触媒とサーミスタを備えたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスセンサとしては、接触燃焼式、半導体式、熱伝導式などの方式が知られている。これらの方式のガスセンサは、ヒータ等で加熱されたセンサ素子の抵抗値が雰囲気中の検出対象ガスの存在によって変化することを利用してガス濃度を検出するものである。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されたガスセンサは、白金を主成分とする抵抗体、サーミスタ及び酸化触媒層を積層した構成を有し、抵抗体によって酸化触媒層及びサーミスタを作動温度まで加熱することができる。そして、検出対象ガスが酸化触媒層で燃焼すると、サーミスタの温度が上昇するため、サーミスタの温度上昇による抵抗変化によってガス濃度を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８１５１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたガスセンサは、同じ抵抗体によってサーミスタと酸化触媒層の両方が加熱されることから、サーミスタと酸化触媒層をそれぞれ最適な温度に加熱することができない。つまり、サーミスタにとって最適な温度に加熱した場合、酸化触媒層の温度は必ずしもガスの燃焼に適した温度とはならず、例えば、加熱不足となる。逆に、酸化触媒層にとって最適な温度に加熱した場合、サーミスタの温度は必ずしも温度検出に適した温度とはならず、例えば、加熱過剰となる。特に、サーミスタの加熱が過剰であるとサーミスタの経時変化が大きくなり、ガス濃度の検出誤差が大きくなるという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明は、検出対象ガスの燃焼を促進させる触媒とサーミスタをそれぞれ最適な温度で加熱可能な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】
【０００７】
本発明によるガスセンサは、直列に接続された第１及び第２のヒータ抵抗と、前記第１のヒータ抵抗によって加熱され、検出対象ガスの燃焼を促進させる触媒と、前記第２のヒータ抵抗によって加熱されるサーミスタと、前記サーミスタに接続された出力端子とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、触媒を加熱する第１のヒータ抵抗と、サーミスタを加熱する第２のヒータ抵抗を別個に備えていることから、触媒とサーミスタをそれぞれ最適な温度で加熱することができる。そして、検出対象ガスが触媒上で燃焼すると、第１のヒータ抵抗の抵抗値が変化することから、これに応じて第２のヒータ抵抗によるサーミスタの加熱量も変化する。その結果、サーミスタの抵抗値が変化することから、これを検出することにより検出対象ガスの濃度を検出することが可能となる。
【０００９】
本発明において、前記第１のヒータ抵抗の抵抗値は、前記第２のヒータ抵抗の抵抗値よりも高いことが好ましい。これによれば、触媒の加熱温度をサーミスタの加熱温度よりも高くすることができるため、サーミスタの経時変化を防止しつつ、触媒による検出対象ガスの燃焼を促進することができる。
【００１０】
本発明によるガスセンサは、前記第１のヒータ抵抗と前記第２のヒータ抵抗との間に設けられ、前記第１のヒータ抵抗と前記第２のヒータ抵抗を接続する第１の接続状態を有する第１のスイッチをさらに備えていても構わない。これによれば、必要に応じて、第１のヒータ抵抗と第２のヒータ抵抗を切り離すことが可能となる。
【００１１】
この場合、前記第１のスイッチは、前記第１のヒータ抵抗をグランドに接続する第２の接続状態をさらに有することが好ましい。これによれば、触媒をリフレッシュする際にサーミスタに熱負荷がかからないため、サーミスタの経時変化をより効果的に防止することができる。また、前記第１のスイッチは、前記第２のヒータ抵抗にガス検知電位を与える第３の接続状態をさらに有することが好ましい。これによれば、サーミスタを熱伝導式のセンサとして使用することが可能となり、２種類以上のガスを１つのガスセンサによって検出することが可能となる。
【００１２】
本発明によるガスセンサは、バイアス電源と前記サーミスタとの間に接続された固定抵抗をさらに備えることが好ましい。これによれば、出力端子の電位変化によってガス濃度を検出することが可能となる。
【００１３】
この場合、本発明によるガスセンサは、前記固定抵抗と前記サーミスタとの間に接続された第２のスイッチをさらに備え、前記固定抵抗は、並列に接続され、互いに抵抗値が異なる第１及び第２の固定抵抗を含み、前記第２のスイッチは、前記第１の固定抵抗を前記サーミスタに接続する第４の接続状態と、前記第２の固定抵抗を前記サーミスタに接続する第５の接続状態を含んでいても構わない。これによれば、サーミスタを異なる２つの温度領域で使用することが可能となる。
【００１４】
本発明において、前記触媒は前記第１のヒータ抵抗上に積層されており、前記サーミスタは前記第２のヒータ抵抗上に積層されていることが好ましい。これによれば、触媒及びサーミスタを効率的に加熱することができるとともに、両者間における温度干渉を防止することができる。
【００１５】
本発明において、前記第１のヒータ抵抗、前記第２のヒータ抵抗、前記触媒及び前記サーミスタは、同一の基板上に集積されていても構わない。これによれば、ガスセンサの部品点数を削減することができる。
【００１６】
本発明において、前記第２のヒータ抵抗による前記サーミスタの加熱温度は、６０ｄｅｇＣ〜２００ｄｅｇＣの範囲であることが好ましい。これによれば、高い検出感度を確保しつつ、サーミスタの経時変化を防止することが可能となる。
【００１７】
本発明において、前記第１及び第２のヒータ抵抗は、白金を主成分とすることが好ましい。これによれば、第１及び第２のヒータ抵抗の経時変化を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、触媒とサーミスタをそれぞれ最適な温度で加熱することができる。これにより、例えば高い検出感度を確保しつつ、サーミスタの経時変化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるガスセンサ１０Ａの構成を説明するための上面図である。
【図２】図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、ガスセンサ１０Ａの回路図である。
【図４】図４は、ＭｎＮｉＣｏ系酸化物からなる薄膜サーミスタＴＨと白金抵抗体からなる第１のヒータ抵抗ＭＨ１の温度特性を示すグラフである。
【図５】図５は、ガスセンサ１０Ａの動作タイミング図である。
【図６】図６は、薄膜サーミスタＴＨの温度と抵抗値の経時変化との関係を説明するためのグラフである。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態によるガスセンサ１０Ｂの回路図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態によるガスセンサ１０Ｃの回路図である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施形態によるガスセンサ１０Ｄの回路図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５の実施形態によるガスセンサ１０Ｅの回路図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６の実施形態によるガスセンサ１０Ｆの構成を説明するための上面図である。
【図１２】図１２は、実施例の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載する構成要素には、当業者が容易に想定できるもの及び実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載する構成要素は、適宜組み合わせることができる。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態によるガスセンサ１０Ａの構成を説明するための上面図である。また、図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。尚、図面は模式的なものであり、説明の便宜上、厚みと平面寸法との関係、デバイス相互間の厚みの比率などは、本実施形態の効果が得られる範囲内で現実の構造とは異なっていても構わない。
【００２３】
第１の実施形態によるガスセンサ１０Ａは、検出対象となる可燃性ガスの触媒反応に基づいてガス濃度を検出する接触燃焼式のガスセンサであり、図１及び図２に示すように、２つの検出部２０，３０と、これら検出部２０，３０を収容するセラミックパッケージ１１を備えている。検出対象となる可燃性ガスの種類については特に限定されないが、ＣＯ（一酸化炭素）ガス、Ｈ２（水素）ガス、メタンガスなどを対象とすることができる。一例として、以下の説明においては検出対象ガスをＣＯガスとしている。
【００２４】
セラミックパッケージ１１は、上部が開放された箱形のケースであり、上部にはリッド１２が設けられている。リッド１２は複数の通気口１３を有しており、これにより、雰囲気中の検出対象ガスがセラミックパッケージ１１内に流入可能とされている。尚、図面の見やすさを考慮して、図１においてはリッド１２が省略されている。
【００２５】
検出部２０は、基板２１と、基板２１の下面及び上面にそれぞれ形成された絶縁膜２２，２３と、絶縁膜２３上に設けられた第１のヒータ抵抗ＭＨ１と、第１のヒータ抵抗ＭＨ１を覆うヒータ保護膜２４と、ヒータ保護膜２４上に設けられた触媒ＣＴを備える。
【００２６】
基板２１は、適度な機械的強度を有し、且つ、エッチングなどの微細加工に適した材質であれば特に限定されるものではなく、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、ガラス基板などを用いることができる。基板２１には、第１のヒータ抵抗ＭＨ１による熱が基板２１への伝導するのを抑制するため、平面視で第１のヒータ抵抗ＭＨ１と重なる位置にキャビティ２１ａが設けられている。キャビティ２１ａにより基板２１が取り除かれた部分は、メンブレンと呼ばれる。メンブレンを構成すれば、基板２１を薄肉化した分だけ熱容量が小さくなるため、より少ない消費電力で加熱を行うことが可能となる。
【００２７】
絶縁膜２２，２３は、酸化シリコン又は窒化シリコンなどの絶縁材料からなる。絶縁膜２２，２３として例えば酸化シリコンを用いる場合には、熱酸化法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの成膜法を用いればよい。絶縁膜２２，２３の膜厚は、絶縁性が確保される限り特に限定されず、例えば０．１〜１．０μｍ程度とすればよい。特に、絶縁膜２３は、基板２１にキャビティ２１ａを形成する際のエッチング停止層としても用いられるため、当該機能を果たすのに適した膜厚とすればよい。
【００２８】
第１のヒータ抵抗ＭＨ１は、温度によって抵抗率が変化する導電性物質からなり、比較的高融点の材料からなる金属材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。また、イオンミリングなどの高精度なドライエッチングが可能である導電材質であることが好ましく、特に、耐腐食性が高いＰｔを主成分とすることがより好適である。また、絶縁膜２３との密着性を向上させるために、Ｐｔの下地にチタン（Ｔｉ）などの密着層を形成するのが好ましい。
【００２９】
第１のヒータ抵抗ＭＨ１の上部には、ヒータ保護膜２４が形成される。ヒータ保護膜２４の材料としては、絶縁膜２３と同じ材料を用いることが望ましい。第１のヒータ抵抗ＭＨ１は、数十度から数百度にまで上昇し、次に常温へ下がるという激しい熱変化を繰り返し生じるため、絶縁膜２３及びヒータ保護膜２４にも強い熱ストレスがかかり、この熱ストレスを継続的に受けると層間剥離やクラックといった破壊につながる。しかしながら、絶縁膜２３とヒータ保護膜２４を同じ材料によって構成すれば、両者の材料特性が同じであり、且つ、密着性が強固であることから、異種材料を用いた場合と比べて、層間剥離やクラックといった破壊が生じにくくなる。ヒータ保護膜２４の材料として酸化シリコンを用いる場合、熱酸化法やＣＶＤ法などの方法により成膜すればよい。ヒータ保護膜２４の膜厚は、触媒ＣＴとの絶縁が確保される膜厚であれば特に限定されず、例えば０．１〜３．０μｍ程度とすればよい。
【００３０】
第１のヒータ抵抗ＭＨ１の両端は、ヒータ保護膜２４の表面に設けられた電極パッド２５ａ，２５ｂにそれぞれ接続される。電極パッド２５ａ，２５ｂは、ボンディングワイヤ１５を介して、セラミックパッケージ１１に設けられたパッケージ電極１４に接続される。パッケージ電極１４は、セラミックパッケージ１１の裏面に設けられた外部端子１６に接続される。外部端子１６は、コントローラや電源などの図示しない外部回路に接続される。
【００３１】
触媒ＣＴは、γアルミナなどに白金（Ｐｔ）を担持させたものを、バインダーとともにペースト状にして、塗布・焼成を行ったものを用いることができる。尚、担持させる材料としては、金（Ａｕ）又はパラジウム（Ｐｄ）などであっても構わない。触媒ＣＴは、第１のヒータ抵抗ＭＨ１によって所定の温度に加熱されると、検出対象ガスであるＣＯガスと雰囲気中のＯ２ガスの反応（燃焼）を促進させ、ＣＯ２ガスに変化させる。その際に生じる反応熱は第１のヒータ抵抗ＭＨ１に伝導し、第１のヒータ抵抗ＭＨ１の抵抗値を変化させる。
【００３２】
このように、検出部２０は、第１のヒータ抵抗ＭＨ１と触媒ＣＴが基板２１上に積層された構成を有していることから、第１のヒータ抵抗ＭＨ１によって生じる熱が触媒ＣＴに効率よく伝わるとともに、触媒ＣＴの反応熱が第１のヒータ抵抗ＭＨ１に効率よく伝わる。
【００３３】
検出部３０は、基板３１と、基板３１の下面及び上面にそれぞれ形成された絶縁膜３２，３３と、絶縁膜３３上に設けられた第２のヒータ抵抗ＭＨ２と、第２のヒータ抵抗ＭＨ２を覆うヒータ保護膜３４と、ヒータ保護膜３４上に設けられた薄膜サーミスタＴＨ及びサーミスタ電極３５と、薄膜サーミスタＴＨ及びサーミスタ電極３５を覆うサーミスタ保護膜３６を備える。
【００３４】
基板３１は、検出部２０に用いられる基板２１と同様の材料からなるとともに、同様の構成を有している。つまり、平面視で第２のヒータ抵抗ＭＨ２と重なる位置にキャビティ３１ａが設けられ、これにより、第２のヒータ抵抗ＭＨ２による熱が基板３１へ伝導するのを抑制している。絶縁膜３２，３３の材料についても絶縁膜２２，２３と同様であり、酸化シリコン又は窒化シリコンなどの絶縁材料が用いられる。絶縁膜３２，３３の厚みも絶縁膜２２，２３と同様である。
【００３５】
第２のヒータ抵抗ＭＨ２は、第１のヒータ抵抗ＭＨ１と同じ構成を有しているが、本実施形態においては、第１のヒータ抵抗ＭＨ１よりも低抵抗に設計されている。また、検出部３０においては、第２のヒータ抵抗ＭＨ２の上方に薄膜サーミスタＴＨが形成されるため、第２のヒータ抵抗ＭＨ２の材質としては、薄膜サーミスタＴＨの成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる材料を用いる必要がある。第２のヒータ抵抗ＭＨ２の両端は、サーミスタ保護膜３６の表面に設けられた電極パッド３７ａ，３７ｂにそれぞれ接続される。電極パッド３７ａ，３７ｂは、ボンディングワイヤ１５を介して、セラミックパッケージ１１に設けられたパッケージ電極１４に接続される。
【００３６】
薄膜サーミスタＴＨは、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなどの負の抵抗温度係数を持つ材料からなり、スパッタ法、ＣＶＤなどの薄膜プロセスを用いて形成することができる。薄膜サーミスタＴＨの膜厚は、目標とする抵抗値に応じて調整すればよく、例えばＭｎＮｉＣｏ系酸化物を用いて室温での抵抗値（Ｒ２５）を２ＭΩ程度に設定するのであれば、一対のサーミスタ電極３５間の距離にもよるが０．２〜１μｍ程度の膜厚に設定すればよい。ここで、感温抵抗素子として薄膜サーミスタＴＨを用いているのは、また、白金測温体などに比べて抵抗温度係数が大きいことから、大きな検出感度を得ることができるためである。また、薄膜構造であることから、第２のヒータ抵抗ＭＨ２の発熱を効率よく検出することも可能となる。
【００３７】
尚、薄膜サーミスタＴＨと還元性を持つ材料を接触させて高温状態にすると、サーミスタから酸素を奪って還元を引き起こし、サーミスタ特性に影響を与えてしまう。これを防止するためには、サーミスタ保護膜３６の材料としては、シリコン酸化膜等の還元性を持たない絶縁性酸化膜であることが望ましい。
【００３８】
サーミスタ電極３５は、所定の間隔を持った一対の電極であり、一対のサーミスタ電極３５間に薄膜サーミスタＴＨが設けられる。これにより、一対のサーミスタ電極３５間における抵抗値は、薄膜サーミスタＴＨの抵抗値によって決まる。サーミスタ電極３５の材料としては、薄膜サーミスタＴＨの成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質であって、比較的高融点の材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。一対のサーミスタ電極３５は、サーミスタ保護膜３６の表面に設けられた電極パッド３８ａ，３８ｂにそれぞれ接続される。電極パッド３８ａ，３８ｂは、ボンディングワイヤ１５を介して、セラミックパッケージ１１に設けられたパッケージ電極１４に接続される。
【００３９】
このように、検出部３０は、第２のヒータ抵抗ＭＨ２と薄膜サーミスタＴＨが基板３１上に積層された構成を有していることから、第２のヒータ抵抗ＭＨ２によって生じる熱が薄膜サーミスタＴＨに効率よく伝わる。
【００４０】
以上の構成を有する検出部２０，３０は、いずれもウェハ状態で多数個同時に作製され、ダイシングによって個片化された後、ダイペースト（図示せず）を用いてセラミックパッケージ１１に固定される。その後、電極パッド２５ａ，２５ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂと、対応するパッケージ電極１４を、ワイヤボンディング装置を用いてボンディングワイヤ１５で接続する。ボンディングワイヤ１５の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなど、抵抗の低い金属が好適である。
【００４１】
最後に、接着性樹脂（図示せず）などを用いて、外気との通気口１３を有するリッド１２をセラミックパッケージ１１に固定する。この際、接着性樹脂（図示せず）の硬化加熱時に、接着性樹脂に含まれる物質がガスとなって発生するが、通気口１３により容易にパッケージ外へ放出されるため、検出部２０，３０に影響を与えることはない。
【００４２】
このようにして完成したガスセンサ１０Ａは、外部端子１６を介してコントローラや電源に接続することによって実際に使用することができる。
【００４３】
次に、本実施形態によるガスセンサ１０Ａの回路構成について説明する。
【００４４】
図３は、ガスセンサ１０Ａの回路図である。
【００４５】
図３に示すように、本実施形態によるガスセンサ１０Ａは、バイアス電源４１とグランドとの間に直列に接続された第１の固定抵抗５１及び薄膜サーミスタＴＨと、第１電源４２とグランドとの間に直列に接続された第１のヒータ抵抗ＭＨ１及び第２のヒータ抵抗ＭＨ２とを備え、第１の固定抵抗５１と薄膜サーミスタＴＨとの接続点である出力端子４３から出力電位Ｖｏｕｔが出力される構成を有している。
【００４６】
第１の固定抵抗５１は、セラミックパッケージ１１内に内蔵しても構わないし、外部抵抗を用いても構わない。例えば、電極パッド３８ａに対応する外部端子１６を出力端子４３として用い、この外部端子１６をコントローラに接続するとともに、外部に設けられた第１の固定抵抗５１を介してバイアス電源４１に接続すればよい。また、電極パッド２５ａに対応する外部端子１６を外部の第１電源４２に接続し、電極パッド３７ｂ，３８ｂに対応する外部端子１６を外部のグランド配線に接続し、電極パッド２５ｂと電極パッド３７ａをセラミックパッケージ１１の内部又は外部で短絡すればよい。これにより、図３に示す回路構成を実現することができる。
【００４７】
上述の通り、第１のヒータ抵抗ＭＨ１と触媒ＣＴは熱的に結合しており、第２のヒータ抵抗ＭＨ２と薄膜サーミスタＴＨは熱的に結合している。このため、触媒ＣＴ上における検出対象ガスの燃焼によって第１のヒータ抵抗ＭＨ１が加熱されると、これに応じて第１のヒータ抵抗ＭＨ１の抵抗値が変化する。同様に、第２のヒータ抵抗ＭＨ２が発熱すると、これに応じて薄膜サーミスタＴＨの抵抗値が変化する。
【００４８】
図４は、ＭｎＮｉＣｏ系酸化物からなる薄膜サーミスタＴＨと白金抵抗体からなる第１のヒータ抵抗ＭＨ１の温度特性を示すグラフである。
【００４９】
図４に示すように、白金抵抗体は正の抵抗温度係数を有し、温度に関わらずほぼリニアな抵抗変化を示す。これに対し、ＭｎＮｉＣｏ系酸化物からなる薄膜サーミスタＴＨは負の抵抗温度係数を有し、温度が高くなるに従い、急峻に抵抗変化が小さくなる。例えば、０．１ｄｅｇＣの温度変化に対する薄膜サーミスタＴＨの抵抗変化率は、温度が１００ｄｅｇＣである場合に０．１２６％であるのに対し、温度が３００ｄｅｇＣである場合には０．０５３％に低下する。その反面、加熱温度が低すぎると、環境温度の変化がノイズとなって現れてしまう。このような点を考慮すれば、ガス検知動作時においては、薄膜サーミスタＴＨを６０ｄｅｇＣから２００ｄｅｇＣの範囲に加熱することが好ましい。
【００５０】
図５は、本実施形態によるガスセンサ１０Ａの動作タイミング図である。
【００５１】
まず、バイアス電源４１をグランドレベルＧＮＤからバイアスレベルＶｂｉａｓに活性化させ、ガスセンサ１０Ａをイネーブル状態とする。ガスセンサ１０Ａがイネーブル状態になると、出力端子４３に現れる出力電位Ｖｏｕｔは、バイアスレベルＶｂｉａｓを第１の固定抵抗５１の抵抗値Ｒ１と薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１で分圧したレベルとなる。但し、常温においては薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１が高抵抗状態（例えば２ＭΩ）であることから、この状態における出力電位ＶｏｕｔはバイアスレベルＶｂｉａｓの近傍となる。
【００５２】
その後、図５に示すように、第１電源４２の電位を周期的にガス検知レベルＶｍｈ１に変化させることによってガス検知動作を行う。第１電源４２をガス検知レベルＶｍｈ１に維持するパルス期間は、例えば数十ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃ程度で足りる。第１電源４２がガス検知レベルＶｍｈ１になると、第１のヒータ抵抗ＭＨ１及び第２のヒータ抵抗ＭＨ２からなる直列回路には、電流ｉ１が流れる。電流ｉ１の値は、
ｉ１＝Ｖｍｈ１／（Ｒｍｈ１＋Ｒｍｈ２）
で定義される。ここで、Ｒｍｈ１は第１のヒータ抵抗ＭＨ１の抵抗値であり、Ｒｍｈ２は第２のヒータ抵抗ＭＨ２の抵抗値である。本実施形態においては、抵抗値Ｒｍｈ１とＲｍｈ２の関係は、
Ｒｍｈ１＞Ｒｍｈ２
である。
【００５３】
このため、第１のヒータ抵抗ＭＨ１による発熱の方が第２のヒータ抵抗ＭＨ２による発熱よりも大きくなる。一例として、
Ｒｍｈ１：Ｒｍｈ２＝３：１
であれば、第２のヒータ抵抗ＭＨ２に対して第１のヒータ抵抗ＭＨ１は、３倍の発熱の生じることになる。
【００５４】
その結果、触媒ＣＴ及び薄膜サーミスタＴＨは、それぞれ異なる温度に加熱される。例えば、触媒ＣＴについては３００ｄｅｇＣ程度に加熱され、薄膜サーミスタＴＨについては１００ｄｅｇＣ程度に加熱される。実際の加熱温度は、触媒ＣＴ及び薄膜サーミスタＴＨに印加すべき温度に応じて、第１及び第２のヒータ抵抗ＭＨ１，ＭＨ２の抵抗値、並びに、ガス検知レベルＶｍｈ１を適宜変更すればよい。触媒ＣＴに印加すべき温度とは、検出対象ガスの燃焼促進に適した温度である。また、薄膜サーミスタＴＨに印加すべき温度とは、第２のヒータ抵抗ＭＨ２による発熱を高感度に検知可能であり、且つ、環境温度の影響を受けにくい温度である。これらの温度は一般に異なる温度であるが、本実施形態によるガスセンサ１０Ａでは、触媒ＣＴ及び薄膜サーミスタＴＨをそれぞれ異なるヒータ抵抗ＭＨ１，ＭＨ２によって加熱していることから、それぞれを最適な温度に加熱することができる。
【００５５】
そして、適温に加熱された触媒ＣＴの近傍に検出対象ガスであるＣＯガスが存在すると、触媒ＣＴ上で酸素ガスとの結合反応が生じる。これにより生じる燃焼熱は、ヒータ保護膜２４を介して第１のヒータ抵抗ＭＨ１をさらに加熱する。図４を用いて説明したように、第１のヒータ抵抗ＭＨ１は正の抵抗温度係数を有していることから、燃焼熱によって第１のヒータ抵抗ＭＨ１が加熱されると、第１のヒータ抵抗ＭＨ１の抵抗値Ｒｍｈ１が増加する。その結果、電流ｉ１が減少する。
【００５６】
電流ｉ１が減少すると、第２のヒータ抵抗ＭＨ２による発熱量が減少するため、薄膜サーミスタＴＨの温度が低下する。図４を用いて説明したように、薄膜サーミスタＴＨは負の抵抗温度係数を有していることから、薄膜サーミスタＴＨの温度が低下するとその抵抗値Ｒｄ１が増加する。その結果、出力電位Ｖｏｕｔのレベルが上昇する。したがって、第１電源４２のパルスに同期して出力電位Ｖｏｕｔのレベルを外部のコントローラに取り込むことによって、雰囲気中における検出対象ガスの濃度を検出することが可能となる。
【００５７】
このようなガス検知動作は、図５に示すように間欠的に行われる。測定周期、つまり、第１電源４２のレベルをガス検知レベルＶｍｈ１に変化させる周期は、アプリケーションに応じて適宜設定すればよいが、例えば数百ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃ程度である。
【００５８】
ガス検知動作を繰り返し実行すると、触媒ＣＴが炭素やシリコン等で被毒されて触媒ＣＴの燃焼促進効果が低下することがある。これを防止するためには、触媒ＣＴに吸着された炭素やシリコン等を脱離させるリフレッシュ動作を行う必要がある。リフレッシュ動作は、図５に示すように、第１電源４２のレベルをリフレッシュレベルＶｍｈ２に変化させることにより行う。ここで、ガス検知レベルＶｍｈ１とリフレッシュレベルＶｍｈ２との関係は、
Ｖｍｈ１＜Ｖｍｈ２
である。したがって、第１電源４２をリフレッシュレベルＶｍｈ２に変化させると、電流ｉ１はガス検知動作時よりも大きくなり、第１のヒータ抵抗ＭＨ１の発熱がより大きくなる。これにより、触媒ＣＴがより高温に加熱されるため、触媒ＣＴに吸着されていた炭素やシリコン等を脱離させることができる。リフレッシュ動作時における触媒ＣＴの温度は例えば４００ｄｅｇＣである。この場合、触媒ＣＴが４００ｄｅｇＣに加熱されるよう、リフレッシュレベルＶｍｈ２を設定すればよい。
【００５９】
リフレッシュ動作時においては、ガス検知動作時に比べて電流ｉ１が増加することから、第２のヒータ抵抗ＭＨ２の発熱も増加し、薄膜サーミスタＴＨがガス検知動作時よりも高温に加熱される。しかしながら、第２のヒータ抵抗ＭＨ２の抵抗値Ｒｍｈ２は、第１のヒータ抵抗ＭＨ１の抵抗値Ｒｍｈ１よりも低いことから、薄膜サーミスタＴＨが触媒ＣＴと同じ温度に加熱されることはない。例えば、リフレッシュ動作時において触媒ＣＴが４００ｄｅｇＣに加熱される場合、薄膜サーミスタＴＨの温度は１５０ｄｅｇＣ程度に抑えられる。このように、リフレッシュ動作時においても、薄膜サーミスタＴＨが触媒ＣＴと同じ高温に晒されることないため、薄膜サーミスタＴＨの経時変化を抑制することが可能となる。
【００６０】
図６は、薄膜サーミスタＴＨの温度と抵抗値の経時変化との関係を説明するためのグラフであり、薄膜サーミスタＴＨの材料としてＭｎＮｉＣｏ系酸化物を用いた場合を示している。
【００６１】
図６に示すように、ＭｎＮｉＣｏ系酸化物からなる薄膜サーミスタＴＨは、加熱温度が１５０ｄｅｇＣであれば１０００時間が経過しても抵抗値の経時変化は、０．１％以下であるが、加熱温度が３００ｄｅｇＣでは３％以上の抵抗値の経時変化が生じている。つまり、ガス検知動作時において薄膜サーミスタＴＨを触媒ＣＴと同じ温度（３００ｄｅｇＣ）に加熱すると無視できない経時変化が生じるのに対し、本実施形態においては、ガス検知動作時における薄膜サーミスタＴＨの加熱温度が１００ｄｅｇＣ程度に抑えられることから、経時変化を抑制することが可能となる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によるガスセンサ１０Ａは、触媒ＣＴを加熱する第１のヒータ抵抗ＭＨ１と、薄膜サーミスタＴＨを加熱する第２のヒータ抵抗ＭＨ２を備えていることから、触媒ＣＴ及び薄膜サーミスタＴＨをそれぞれ最適な温度に加熱することができる。これにより、薄膜サーミスタＴＨの経時変化を抑制することが可能となる。また、第１のヒータ抵抗ＭＨ１と第２のヒータ抵抗ＭＨ２が直列に接続されていることから、検出対象ガスの燃焼によって第１のヒータ抵抗ＭＨ１の抵抗値Ｒｍｈ１が変化すると、第２のヒータ抵抗ＭＨ２の発熱量が変化することから、薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１も変化する。ここで、薄膜サーミスタＴＨの抵抗温度係数は、第１のヒータ抵抗ＭＨ１を構成する白金抵抗体よりも十分に大きいことから、出力端子４３に現れる出力電位Ｖｏｕｔを大きく変化させることができ、検出感度を高めることができる。
【００６３】
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態によるガスセンサ１０Ｂの回路図である。
【００６４】
図７に示すように、第２の実施形態によるガスセンサ１０Ｂは、第１のヒータ抵抗ＭＨ１と第２のヒータ抵抗ＭＨ２との間に第１のスイッチＳＷ１が設けられている。第１のスイッチＳＷ１の接続状態は、制御端子４４から入力される切替信号Ｃｏｌ１によって切り替えられる。その他の構成は、上述した第１の実施形態によるガスセンサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６５】
第１のスイッチＳＷ１は、ノードＮ１〜Ｎ３を有している。そして、切替信号Ｃｏｌ１が第１のレベル（例えばハイレベル）になるとノードＮ１とＮ２が接続される第１の接続状態となり、切替信号Ｃｏｌ１が第２のレベル（例えばローレベル）になるとノードＮ１とＮ３が接続される第２の接続状態となる。尚、第１のスイッチＳＷ１は、セラミックパッケージ１１内に収容しても構わないし、外部回路を用いても構わない。外部回路を用いる場合、電極パッド２５ｂに対応する外部端子１６と電極パッド３７ａに対応する外部端子１６との間に第１のスイッチＳＷ１を挿入すればよい。
【００６６】
ガス検知動作時においては、切替信号Ｃｏｌ１が第１のレベルに設定され、これにより第１のスイッチＳＷ１は、ノードＮ１とＮ２が接続される第１の接続状態となる。この状態は、上述した第１の実施形態と同じ接続状態であり、したがって、上述したガス検知動作を行うことができる。
【００６７】
一方、リフレッシュ動作時においては、切替信号Ｃｏｌ１が第２のレベルに設定され、これにより第１のスイッチＳＷ１は、ノードＮ１とＮ３が接続される第２の接続状態となる。これにより、第１のヒータ抵抗ＭＨ１と第２のヒータ抵抗ＭＨ２が切り離され、第１のヒータ抵抗ＭＨ１の一端はグランドに直接接続されることになる。この状態で、第１電源４２をリフレッシュレベルＶｍｈ２に設定すれば、薄膜サーミスタＴＨを加熱することなく、触媒ＣＴだけを選択的に加熱することができる。
【００６８】
このように、本実施形態によるガスセンサ１０Ｂは、リフレッシュ動作時において薄膜サーミスタＴＨに熱負荷がかからないことから、上述した第１の実施形態によるガスセンサ１０Ａによる効果に加え、薄膜サーミスタＴＨの経時変化をよりいっそう抑制することが可能となる。しかも、リフレッシュ動作時においては、リフレッシュレベルＶｍｈ２を第１の実施形態よりも低く設定することができ、消費電力の低減にも寄与する。
【００６９】
＜第３の実施形態＞
図８は、本発明の第３の実施形態によるガスセンサ１０Ｃの回路図である。
【００７０】
図８に示すように、第３の実施形態によるガスセンサ１０Ｃは、第１のスイッチＳＷ１がノードＮ１，Ｎ２，Ｎ４を備え、ノードＮ４が第２電源４５に接続されている。その他の構成は、上述した第２の実施形態によるガスセンサ１０Ｂと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７１】
第１のスイッチＳＷ１は、切替信号Ｃｏｌ１が第１のレベル（例えばハイレベル）になるとノードＮ１とＮ２が接続される第１の接続状態となり、切替信号Ｃｏｌ１が第２のレベル（例えばローレベル）になるとノードＮ２とＮ４が接続される第３の接続状態となる。
【００７２】
切替信号Ｃｏｌ１は、ＣＯガスなどを対象とした接触燃焼式検知を行う際には第１のレベルに設定され、ＣＯ２ガスなどを対象とした熱伝導式検知を行う際には第２のレベルに設定される。まず、切替信号Ｃｏｌ１が第１のレベルに設定されると、第１のスイッチＳＷ１は、ノードＮ１とＮ２が接続される第１の接続状態となる。この状態は、上述した第１及び第２の実施形態と同じ接続状態であり、したがって、上述したガス検知動作を行うことができる。
【００７３】
一方、切替信号Ｃｏｌ１が第２のレベルに設定されると、第１のスイッチＳＷ１は、ノードＮ２とＮ４が接続される第３の接続状態となる。これにより、第２のヒータ抵抗ＭＨ２には、第２電源４５からガス検知電位Ｖｍｈ３が供給され、電流ｉ２が流れる。電流ｉ２の値は、ガス検知電位Ｖｍｈ３のレベルと第２のヒータ抵抗ＭＨ２の抵抗値によって決まり、第１のヒータ抵抗ＭＨ１の抵抗値とは無関係である。
【００７４】
第２のヒータ抵抗ＭＨ２に電流ｉ２が流れると、これに応じて薄膜サーミスタＴＨが加熱され、出力端子４３には所定レベルの出力電位Ｖｏｕｔが現れる。そして、雰囲気中のＣＯ２ガス濃度が変化すると、薄膜サーミスタＴＨの放熱特性が変化するため、薄膜サーミスタＴＨの温度が変化し、これに応じて出力電位Ｖｏｕｔのレベルも変化する。
【００７５】
つまり、ＣＯ２ガスは、大気の大部分を構成するＮ２ガス（窒素ガス）やＯ２ガス（酸素ガス）に比べて熱伝導率が低いことから、雰囲気中のＣＯ２ガス濃度が高くなるほど薄膜サーミスタＴＨの放熱性が低下し、薄膜サーミスタＴＨの温度が上昇する。これにより、薄膜サーミスタＴＨの抵抗値が低下することから、出力端子４３に現れる出力電位Ｖｏｕｔのレベルも低下する。したがって、切替信号Ｃｏｌ１を第２のレベルに設定した状態で出力電位Ｖｏｕｔのレベルをコントローラに取り込むことによって、雰囲気中のＣＯ２ガスの濃度を検出することが可能となる。
【００７６】
このように、本実施形態によるガスセンサ１０Ｃは、上述した第１の実施形態によるガスセンサ１０Ａによる効果に加え、１つの薄膜サーミスタＴＨによって２種類のガスの濃度を検知することが可能となる。熱伝導式検知が可能なガスとしては、ＣＯ２ガスの他、エタノール、酢酸などが挙げられる。また、雰囲気中の水分によっても薄膜サーミスタＴＨの放熱特性が変化することから、湿度の測定も可能である。
【００７７】
＜第４の実施形態＞
図９は、本発明の第４の実施形態によるガスセンサ１０Ｄの回路図である。
【００７８】
図９に示すように、第４の実施形態によるガスセンサ１０Ｄは、第１のスイッチＳＷ１がノードＮ１〜Ｎ５を備えている点において、上述した第２及び第３の実施形態によるガスセンサ１０Ｂ，１０Ｃと相違している。その他の構成は、上述した第２及び第３の実施形態によるガスセンサ１０Ｂ、１０Ｃと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７９】
第１のスイッチＳＷ１は２連スイッチであり、切替信号Ｃｏｌ１が第１のレベル（例えばハイレベル）になるとノードＮ１とＮ２が接続されるとともに、ノードＮ３とＮ５が接続され、切替信号Ｃｏｌ１が第２のレベル（例えばローレベル）になるとノードＮ１とＮ３が接続されるとともに、ノードＮ２とＮ４が接続される。
【００８０】
これにより、ＣＯガスなどの可燃性ガスを接触燃焼式で検知する場合には、切替信号Ｃｏｌ１を第１のレベルに設定し、リフレッシュ動作を行う場合、並びに、ＣＯ２ガスなどを熱伝導式で検知する場合には、切替信号Ｃｏｌ１を第２のレベルに設定すればよい。
【００８１】
したがって、本実施形態によるガスセンサ１０Ｄは、第２の実施形態によるガスセンサ１０Ｂによる効果と、第３の実施形態によるガスセンサ１０Ｃによる効果の両方を得ることができる。
【００８２】
＜第５の実施形態＞
図１０は、本発明の第５の実施形態によるガスセンサ１０Ｅの回路図である。
【００８３】
図１０に示すように、第５の実施形態によるガスセンサ１０Ｅは、第１の固定抵抗５１に対して並列に接続された第２の固定抵抗５２と、第１及び第２の固定抵抗５１，５２と薄膜サーミスタＴＨとの間に接続された第２のスイッチＳＷ２を備える点において、上述した第４の実施形態によるガスセンサ１０Ｄと相違している。その他の構成は、上述した第４の実施形態によるガスセンサ１０Ｄと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８４】
第１の固定抵抗５１の抵抗値Ｒ１と第２の固定抵抗５２の抵抗値Ｒ２との関係は、
Ｒ１＜Ｒ２
に設定される。ここで、抵抗値Ｒ１はガス検知動作時における薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１と概ね同レベルに設定され、抵抗値Ｒ２はキャリブレーション動作（後述）時における薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１と概ね同レベルに設定される。つまり、ガス検知動作時においては、薄膜サーミスタＴＨが第２のヒータ抵抗ＭＨ２によって加熱されるため、その抵抗値は例えば数百ｋΩ程度となる。したがって、第１の固定抵抗５１の抵抗値Ｒ１については、例えば数百ｋΩ程度に設定すればよい。これに対し、キャリブレーション動作時においては、薄膜サーミスタＴＨが常温であり、その抵抗値は例えば数ＭΩ程度となる。したがって、第２の固定抵抗５２の抵抗値Ｒ２についても例えば数ＭΩ程度に設定すればよい。
【００８５】
キャリブレーション動作とは、第２のヒータ抵抗ＭＨ２による加熱を停止した状態で薄膜サーミスタＴＨによる温度測定を行うことにより環境温度を測定する動作であり、環境温度と出力電位Ｖｏｕｔのレベルの関係を定期的に検証することによって、薄膜サーミスタＴＨの経時変化による出力電位Ｖｏｕｔのレベルのずれを算出する動作である。実際の算出動作は、外部のコントローラによって行われる。
【００８６】
第２のスイッチＳＷ２は、ノードＮ６〜Ｎ８を有している。そして、切替信号Ｃｏｌ２が第１のレベル（例えばハイレベル）になるとノードＮ６とＮ７が接続される第４の接続状態となり、切替信号Ｃｏｌ２が第２のレベル（例えばローレベル）になるとノードＮ６とＮ８が接続される第５の接続状態となる。第２のスイッチＳＷ２は、セラミックパッケージ１１内に収容しても構わないし、外部回路を用いても構わない。
【００８７】
ガス検知動作時においては、切替信号Ｃｏｌ２が第１のレベルに設定され、これにより第２のスイッチＳＷ２は、ノードＮ６とＮ７が接続される第４の接続状態となる。この状態は、上述した第１〜第４の実施形態と同じ接続状態であり、第１の固定抵抗５１の抵抗値Ｒ１と薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１がほぼ同レベルとなることから、検出対象ガスの濃度を高感度に検出することができる。
【００８８】
一方、キャリブレーション動作時においては、切替信号Ｃｏｌ２が第２のレベルに設定され、これにより第２のスイッチＳＷ２は、ノードＮ６とＮ８が接続される第５の接続状態となる。これにより、薄膜サーミスタＴＨが第２の固定抵抗５２に接続されるとともに、その抵抗値Ｒｄ１が第２の固定抵抗５２の抵抗値Ｒ２とほぼ同レベルとなることから、環境温度を高感度に検出することができる。
【００８９】
このように、本実施形態によるガスセンサ１０Ｅは、上述した第４の実施形態によるガスセンサ１０Ｄによる効果に加え、環境温度を高感度に測定することが可能となる。
【００９０】
＜第６の実施形態＞
図１１は、本発明の第６の実施形態によるガスセンサ１０Ｆの構成を説明するための上面図である。
【００９１】
図１１に示すように、第６の実施形態によるガスセンサ１０Ｆは、同じ基板６０上に２つの検出部２０，３０が集積されている点において、上述した第１の実施形態によるガスセンサ１０Ａと相違している。その他の構成は、第１の実施形態によるガスセンサ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９２】
基板６０には、検出部２０，３０が隣接して配置されている。そして、平面視で検出部２０，３０と重なる部分には、共通のキャビティ６０ａが設けられており、これによって基板６０の熱容量が低減されている。
【００９３】
このように、本実施形態によるガスセンサ１０Ｆは、同じ基板６０上に２つの検出部２０，３０を形成していることから、部品点数の削減やガスセンサ全体の小型化を実現することが可能となる。尚、本実施形態においては、同じ基板６０上で検出部２０，３０が隣接することから、両者間における熱干渉が懸念されるが、図５を用いて説明したように、第１電源４２の波形はパルス状であり、パルス期間が非常に短い（例えば数十ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃ程度）ことから、実際にはほとんど熱干渉は生じない。
【００９４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００９５】
例えば、上述した各実施形態においては、第１のヒータ抵抗ＭＨ１の抵抗値Ｒｍｈ１が第２のヒータ抵抗ＭＨ２の抵抗値Ｒｍｈ２よりも高い場合を例に説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。
【００９６】
また、上述した各実施形態においては、感熱抵抗素子として薄膜サーミスタＴＨを用いているが、本発明においてサーミスタが薄膜構成であることは必須でない。
【実施例】
【００９７】
図１及び図２に示したガスセンサ１０Ａを実際に作製し、ＣＯガスの濃度変化に応じて第２のヒータ抵抗ＭＨ２に印加される電圧、電流ｉ１及び薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１がどのように変化するのか測定を行った。具体的には、Ａｉｒ（純空気）雰囲気中にＣＯ（一酸化炭素）ガスを間欠的に混入させ、その際に得られる各種値の変化を測定した。測定の結果を図１２に示す。
【００９８】
図１２（ａ）は、ガス検知レベルＶｍｈ１及び第２のヒータ抵抗ＭＨ２に印加される電圧ＶＭＨ２の変化を示すグラフであり、図１２（ｂ）は、電流ｉ１及び薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１の変化を示すグラフであある。図１２（ａ）及び（ｂ）の時間軸は同期しており、いずれも期間Ｔ２においてＣＯガス濃度を１００ｐｐｍとし、期間Ｔ４においてＣＯガス濃度を３００ｐｐｍとしている。他の期間Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５におけるＣＯガス濃度はゼロである。
【００９９】
また、第１のヒータ抵抗ＭＨ１及び第２のヒータ抵抗ＭＨ２の常温における抵抗値は、いずれも約１５０Ωに設定した。第１のヒータ抵抗ＭＨ１と第２のヒータ抵抗ＭＨ２の抵抗値を同じ値としたのは、ＣＯガスの検知が可能であることを簡易的に示すためであり、本発明がこれに限定されないことは言うまでもない。
【０１００】
図１２（ａ）に示すように、ガス検知レベルＶｍｈ１は約３．５Ｖに固定されており、これにより、第１のヒータ抵抗ＭＨ１及び第２のヒータ抵抗ＭＨ２は、いずれも約２００ｄｅｇＣに加熱される。このため、触媒ＣＴ及び薄膜サーミスタＴＨも同様の温度で加熱されることになる。
【０１０１】
期間Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５においては、ＣＯガス濃度がゼロであることから、それぞれの値に変化はない。そして、期間Ｔ２においてＣＯガス濃度が１００ｐｐｍになると、触媒ＣＴの燃焼熱により第１のヒータ抵抗ＭＨ１が加熱され、その抵抗値が大きくなる。その結果、電流ｉ１が減少し、第２のヒータ抵抗ＭＨ２に印加される電圧ＶＭＨ２が低下する。これにより、第２のヒータ抵抗ＭＨ２による発熱量が減少することから、薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１が上昇する。本実施例では、抵抗値Ｒｄ１が約２２０１５Ωから約２２０４０Ωに変化している。このような抵抗値Ｒｄ１の上昇は、出力電位Ｖｏｕｔのレベル上昇となって現れる。
【０１０２】
さらに、期間Ｔ４においてＣＯガス濃度が３００ｐｐｍになると、触媒ＣＴの燃焼熱が増加することから第１のヒータ抵抗ＭＨ１がより加熱され、その抵抗値がより大きくなる。その結果、電流ｉ１がさらに減少し、第２のヒータ抵抗ＭＨ２に印加される電圧ＶＭＨ２がさらに低下する。これにより、第２のヒータ抵抗ＭＨ２による発熱量がさらに減少することから、薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１がさらに上昇する。本実施例では、抵抗値Ｒｄ１が約２２０１５Ωから約２２０９０Ωに変化している。このような抵抗値Ｒｄ１の上昇は、出力電位Ｖｏｕｔのレベル上昇となって現れる。
【０１０３】
このように、ガスセンサ１０Ａを用いれば、ＣＯガス濃度に応じて薄膜サーミスタＴＨの抵抗値Ｒｄ１が明確に変化することが確認された。抵抗値Ｒｄ１の変化をＣＯガスに対する薄膜サーミスタＴＨの感度に置き換えると、約２０μＶ／ｐｐｍとなる。本実施例では、第１のヒータ抵抗ＭＨ１と第２のヒータ抵抗ＭＨ２の抵抗値が同じ値であるため、薄膜サーミスタＴＨが触媒ＣＴと同じ約２００ｄｅｇＣに加熱されているが、薄膜サーミスタＴＨの加熱温度が約１００ｄｅｇＣとなるよう、第２のヒータ抵抗ＭＨ２の抵抗値を設定すれば、ＣＯガスに対する薄膜サーミスタＴＨの感度は、約５０％向上するものと予想される。
【符号の説明】
【０１０４】
１０Ａ〜１０Ｆ    ガスセンサ
１１      セラミックパッケージ
１２      リッド
１３      通気口
１４      パッケージ電極
１５      ボンディングワイヤ
１６      外部端子
２０，３０    検出部
２１，３１，６０    基板
２１ａ，３１ａ，６０ａ    キャビティ
２２，２３，３２，３３    絶縁膜
２４，３４    ヒータ保護膜
２５ａ，２５ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ    電極パッド
３５      サーミスタ電極
３６      サーミスタ保護膜
４１      バイアス電源
４２      第１電源
４３      出力端子
４４      制御端子
４５      第２電源
５１      第１の固定抵抗
５２      第２の固定抵抗
ＣＴ      触媒
Ｃｏｌ１，Ｃｏｌ２    切替信号
ＭＨ１    第１のヒータ抵抗
ＭＨ２    第２のヒータ抵抗
Ｎ１〜Ｎ８    ノード
ＳＷ１    第１のスイッチ
ＳＷ２    第２のスイッチ
ＴＨ      薄膜サーミスタ
【図１】
2018036174.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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