(57)【要約】      （修正有）【課題】被検知ガスの選択性を向上させることが可能な半導体式ガス検知素子を提供する。【解決手段】この半導体式ガス検知素子１００は、基板１と、上面が露出するように基板１上に配置されるヒータ部を含む被検知ガスの検知電極２と、ヒータ部により加熱され、被検知ガスに接触する感応部３と、を備え、感応部３は、基板１の表面に沿う方向において、検知電極２と隣接し、かつ、検知電極２の内側面と接触した状態で基板１上に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上面が露出するように前記基板上に配置されるヒータ部を含む被検知ガスの検知電極と、
前記ヒータ部により加熱され、前記被検知ガスに接触する感応部と、を備え、
前記感応部は、前記基板の表面に沿う方向において、前記検知電極と隣接し、かつ、前記検知電極の側面と接触した状態で前記基板上に配置されている、半導体式ガス検知素子。
【請求項２】
前記検知電極は、前記基板上において蛇行形状を有する検知電極パターンから形成され、
前記感応部は、前記検知電極パターンの間に充填されるように配置されている、請求項１に記載の半導体式ガス検知素子。
【請求項３】
前記蛇行形状を有する検知電極パターンは、平面視で互いに略平行に隣り合って配置される複数の第１部分と、互いに隣り合う前記第１部分の端部同士を接続する第２部分とを含み、
前記感応部は、前記互いに隣り合う第１部分の内側面と、前記第２部分の内側面とに接触した状態で、前記検知電極パターンの間に配置されている、請求項２に記載の半導体式ガス検知素子。
【請求項４】
前記感応部は、前記検知電極よりも大きな厚みを有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体式ガス検知素子。
【請求項５】
ＭＥＭＳ技術を用いて形成されたＭＥＭＳセンサである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体式ガス検知素子。
【請求項６】
撥水処理されるとともに、上面が露出するように前記基板上に配置されるヒータ部を含む被検知ガスの検知電極パターンを形成する工程と、
前記検知電極パターン間に半導体ペーストを充填することにより感応部を形成する工程とを備える、半導体式ガス検知素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体式ガス検知素子および半導体式ガス検知素子の製造方法に関し、特に、基板を備える半導体式ガス検知素子および半導体式ガス検知素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板を備える半導体式ガス検知素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、基板と、検知電極と、基板内に設けられるヒータと、検知電極に接触状態で基板上に配置されるガス感応部とを備える半導体式ガス検知素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−７０７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された半導体式ガス検知素子の分野では、従来より、被検知ガスの選択性（雰囲気ガス内から目的の被検知ガスを適切に選択する性質）を向上させることが望まれている。詳細には、半導体式ガス検知素子を用いたガスセンサでは、被検知ガス（たとえばメタン）よりも燃焼温度の低い易燃性ガス（たとえばアルコールや水素などの妨害ガス）が存在すると、被検知ガスの濃度が所定のしきい値に達していなくても被検知ガスが存在すると誤検知してしまう場合があるため、被検知ガスの選択性を向上させることが課題として存在する。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、被検知ガスの選択性を向上させることが可能な半導体式ガス検知素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の第１の局面による半導体式ガス検知素子は、基板と、上面が露出するように基板上に配置されるヒータ部を含む被検知ガスの検知電極と、ヒータ部により加熱され、被検知ガスに接触する感応部と、を備え、感応部は、基板の表面に沿う方向において、検知電極と隣接し、かつ、検知電極の側面と接触した状態で基板上に配置されている。
【０００８】
この発明の第１の局面による半導体式ガス検知素子では、上記のように、上面が露出するように基板上に配置されるヒータ部を含む被検知ガスの検知電極と、ヒータ部により加熱され、被検知ガスに接触する感応部と、を設け、感応部を、基板の表面に沿う方向において、検知電極と隣接し、かつ、検知電極の側面と接触した状態で基板上に配置する。これにより、検知電極がヒータ部を含んでいるので、検知電極の露出する上面を加熱することができる。このため、検知電極の上面で易燃性ガスを燃焼除去することができるので、被検知ガスに対する易燃性ガスの濃度を低くすることができる。その結果、被検知ガスの選択性を向上させることができる。また、検知電極の上面の略すべてを露出させるようにすれば、検知電極の上面の一部が露出していない場合と比較して、易燃性ガスをより効果的に燃焼除去することができるので、被検知ガスの選択性をより効果的に向上させることができる。また、検知電極がヒータ部を含んでいるので、検知電極の側面を介して、感応部を側面から加熱することができる。
【０００９】
上記第１の局面による半導体式ガス検知素子において、好ましくは、検知電極は、基板上において蛇行形状を有する検知電極パターンから形成され、感応部は、検知電極パターンの間に充填されるように配置されている。このように構成すれば、検知電極を、基板上において蛇行させることにより、基板の面積を大きくすることなく検知電極の長さを大きく確保することができる。このため、半導体式ガス検知素子をより小型化することが可能となる。また、検知電極を基板上において蛇行させ検知電極の間に感応部を配置することにより、検知電極パターンと感応部とがより大きな面積で接触するように、半導体式ガス検知素子を構成することができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、蛇行形状を有する検知電極パターンは、平面視で互いに略平行に隣り合って配置される複数の第１部分と、互いに隣り合う第１部分の端部同士を接続する第２部分とを含み、感応部は、互いに隣り合う第１部分の内側面と、第２部分の内側面とに接触した状態で、検知電極パターンの間に配置されている。このように構成すれば、互いに隣り合う第１部分と、第１部分の端部を接続する第２部分とにより、感応部の周囲を概ね囲むことができるので、検知電極からの熱を効率的に感応部に伝達して、感応部を効率よく加熱することができる。
【００１１】
上記第１の局面による半導体式ガス検知素子において、好ましくは、感応部は、検知電極よりも大きな厚みを有している。このように構成すれば、感応部の厚みが検知電極の厚みよりも小さい場合と比較して、感応部と検知電極との接触面積を大きく確保することができるので、検知電極からの熱を効果的に感応部に伝達して、感応部を加熱することができる。また、感応部の厚みが検知電極の厚みよりも小さい場合と比較して、感応部のガスに接触する表面積を大きくできるので、ガス感度を高めることができる。
【００１２】
上記第１の局面による半導体式ガス検知素子において、好ましくは、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されたＭＥＭＳセンサである。このように構成すれば、半導体式ガス検知素子を小型化させることができるので、ヒータ部を含む検知電極に電流を流して加熱する際に、少量の電流により、易燃性ガスを燃焼可能な温度まで、検知電極を温度上昇させることができる。また、少量の電流により、被検知ガスを検知可能な温度まで、検知電極を介して感応部を温度上昇させることができる。すなわち、半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの省電力化を図ることができる。
【００１３】
この発明の第２の局面による半導体式ガス検知素子の製造方法は、撥水処理されるとともに、上面が露出するように基板上に配置されるヒータ部を含む被検知ガスの検知電極パターンを形成する工程と、検知電極パターン間に半導体ペーストを充填することにより感応部を形成する工程とを備える。
【００１４】
この発明の第２の局面による半導体式ガス検知素子の製造方法では、上記のように、上面が露出するように基板上に配置されるヒータ部を含む被検知ガスの検知電極パターンを形成する工程と、検知電極パターン間に半導体ペーストを充填することにより感応部を形成する工程とを設ける。これにより、検知電極パターンがヒータ部を含んでいるので、検知電極パターンの露出する上面を加熱することができる。このため、検知電極パターンの上面で易燃性ガスを燃焼除去することができるので、被検知ガスに対する易燃性ガスの濃度を低くすることができる。その結果、被検知ガスの選択性を向上させることができる。また、検知電極の上面の略すべてを露出させるようにすれば、検知電極の上面の一部が露出していない場合と比較して、易燃性ガスをより効果的に燃焼除去することができるので、被検知ガスの選択性をより効果的に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、上記のように、被検知ガスの選択性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した平面図である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した模式的な断面図である。
【図３】図１の５００−５００線に沿った断面図である。
【図４】図１の６００−６００線に沿った断面図である。
【図５】図２のＸ部の拡大図である。
【図６】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの回路図である。
【図７】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の第１段階の製造工程を（ａ）〜（ｄ）に順に示した図である。
【図８】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の第２段階の製造工程を（ａ）〜（ｃ）に順に示した図である。
【図９】比較例による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した平面図である。
【図１０】比較例による半導体式ガス検知素子のガス濃度とセンサ出力との関係を示したグラフである。
【図１１】本発明の実施例による半導体式ガス検知素子のガス濃度とセンサ出力との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具現化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１〜図８を参照して、本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子１００の構成について説明する。
【００１９】
（半導体式ガス検知素子の構成）
図１に示すように、半導体式ガス検知素子１００は、基板１と、検知電極２と、感応部３と、を備えている。検知電極２と感応部３とは、基板１の一方面（後述するＡ１方向側の面）に接触している。また、半導体式ガス検知素子１００には、基板１上に配置されるリード線４が設けられている。
【００２０】
なお、図１では、便宜的に、感応部３にハッチングを付している。図１のハッチングは、断面を示すものではない。
【００２１】
半導体式ガス検知素子１００は、超微細構造の電子部品の製造技術であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により形成されている。すなわち、半導体式ガス検知素子１００は、半導体製造プロセスなどに基づき形成される極めて小型の素子（ＭＥＭＳセンサ）である。半導体式ガス検知素子１００（基板１の後述する被支持部１１ａ）は、たとえば、一辺の大きさＬが約０．１ｍｍの矩形（略正方形）の平板形状を有している。
【００２２】
半導体式ガス検知素子１００は、電源部（図示せず）に接続され、電源部から電流が供給されるように構成されている。たとえば、半導体式ガス検知素子１００は、電源部としての小型のリチウムイオン電池から１０秒毎に（１０秒周期で）０．１秒だけパルス電流が供給されるように構成されている。
【００２３】
半導体式ガス検知素子１００は、電圧計（図示せず）により検知電極２の両端２１間の電気抵抗が測定されることによって行われる被検知ガスの検知に利用される。なお、検知電極２の両端２１間の電気抵抗とは、検知電極２と感応部３との合成抵抗である。回路構成については後述する。
【００２４】
（基板の構成）
図１に示すように、基板１は、基板１の一方表面側に設けられる絶縁膜１１と、以下に説明するＡ２方向側から絶縁膜１１を接触状態で支持する支持基板部１２（図２参照）とを含んでいる。絶縁膜１１は、たとえば、二酸化ケイ素により形成されている。支持基板部１２は、たとえば、シリコン（ケイ素）を主成分とする材料により形成されている。
【００２５】
絶縁膜１１は、検知電極２および感応部３が接触状態で一方表面側（以下に説明するＡ１方向側）に配置される被支持部１１ａと、被支持部１１ａを支持する支持部１１ｂとを含んでいる。
【００２６】
ここで、以下の説明では、基板１の厚み方向をＡ方向とし、そのうちの基板１の絶縁膜１１側をＡ１方向とし、Ａ１方向の逆方向をＡ２方向とする。また、Ａ方向に直交し、基板１の被支持部１１ａの互いに対向する一対の一方端面１０ａが延びる方向をＢ方向とする。また、Ａ方向に直交し、基板１の被支持部１１ａの互いに対向する一対の他方端面１０ｂが延びる方向をＣ方向とする。すなわち、Ａ方向およびＢ方向に直交する方向をＣ方向とする。なお、Ｂ方向およびＣ方向は、基板１の表面に沿った方向である。
【００２７】
被支持部１１ａは、平面視において（Ａ方向から見て）、矩形形状を有している。図２に示すように、支持基板部１２には、Ａ方向において被支持部１１ａと重なる範囲、および、被支持部１１ａと重なる範囲を囲む所定範囲において、Ａ２方向に窪む凹部１２ａが設けられている。すなわち、被支持部１１ａと支持基板部１２とは、互いに空間を隔てて配置されており、互いに離間している。
【００２８】
図１に示すように、支持部１１ｂは、複数（４個）設けられている。また、複数の支持部１１ｂは、それぞれの内側の一端が矩形形状の被支持部１１ａの互いに異なる隅部（角部）に接続されている。また、複数の支持部１１ｂは、それぞれの外側（被支持部１１ａに接続される側とは逆側）の一端が、支持基板部１２に固定されている。また、図２に示すように、上記の通り、凹部１２ａにより支持基板部１２と被支持部１１ａとが互いに離間しているため、被支持部１１ａは、支持部１１ｂにより浮いた状態で支持されている。また、図１に示すように、複数の支持部１１ｂは、被支持部１１ａと一体的に形成されている。また、複数の支持部１１ｂは、平面視において（Ａ方向から見て）、それぞれ、被支持部１１ａを中心とする同一方向（Ａ１方向側から見て反時計回り方向）に折れ曲がるＬ字形状を有している。
【００２９】
（リード線の構成）
図１に示すように、リード線４は、被支持部１１ａのＢ１方向側かつＣ１方向側の隅部（角部）に接続される支持部１１ｂ上のＡ１方向側に設けられている。また、リード線４は、被支持部１１ａのＢ２方向側かつＣ２方向側の隅部（角部）に接続される支持部１１ｂ上のＡ１方向側にも設けられている。すなわち、２つのリード線４は、被支持部１１ａの対角線方向に互いに向かい合う一対の支持部１１ｂ上にそれぞれ１つずつ設けられている。また、リード線４は、基板１の表面上に基板１（絶縁膜１１）に接触した状態で配置されている。
【００３０】
（検知電極の構成）
図１に示す検知電極２の材質としては、たとえば、白金や金などを用いることが可能であるが、特にこれらに限定されるものではない。検知電極２は、感応部３に接触状態で基板１（絶縁膜１１）上のＡ１方向側に配置されている。また、検知電極２は、基板１の表面上に基板１（絶縁膜１１）に接触した状態で配置されている。また、検知電極２は、リード線４（図１参照）と一体的に形成されている。また、検知電極２は、リード線４よりも細く形成されており、リード線４よりも電気抵抗が大きくなるように構成されている。
【００３１】
図１に示すように、検知電極２は、基板１上において蛇行形状を有する検知電極パターンＰから形成されている。
【００３２】
詳細には、検知電極２（検知電極パターンＰ）は、Ｂ方向を長手方向とする矩形の平板形状の複数の第１部分２２と、Ｃ方向を長手方向とする矩形の平板形状の複数の第２部分２３とを含み、複数の第１部分２２と複数の第２部分２３とを交互に接続することにより蛇行形状を形成している。また、複数の第１部分２２は、平面視で互いに略平行にＣ方向に隣り合って配置されている。また、図１では、一例として、検知電極２が、９個の第１部分２２を含んでいる。複数の第１部分２２は、Ｃ方向に略等間隔で並んでいる。また、複数の第１部分２２は、それぞれ、Ｂ方向に直線状に延びている。また、複数の第１部分２２は、それぞれ、基板１の被支持部１１ａのＢ１方向側端部近傍からＢ２方向側端部近傍まで延びている。
【００３３】
第２部分２３は、互いに隣り合う第１部分２２の端部同士を接続するように構成されている。複数の第２部分２３は、Ｃ方向において、それぞれ、第１部分２２の一方端部および他方端部を交互に接続している。また、第２部分２３の長手方向（Ｃ方向）の大きさＤ１は、第１部分２２の長手方向（Ｂ方向）の大きさＤ２よりも小さい。
【００３４】
複数の第２部分２３と、Ｃ１方向端部およびＣ２方向端部の第１部分２２とは、基板１の被支持部１１ａの外縁に沿って配置されている。すなわち、検知電極２（検知電極パターンＰ）の外縁は、概して、基板１の被支持部１１ａの外縁と相似形状となるように形成されている。
【００３５】
図３に示すように、検知電極２は、上面２ａ（Ａ１方向の端面）が感応部３に覆われずに露出するように基板１上に配置されている。すなわち、検知電極２は、半導体式ガス検知素子１００が配置される領域の雰囲気ガス（被検知ガスおよび易燃性ガスを含む）に、上面２ａが接触するように構成されている。なお、検知電極２は、上面２ａの略全域（全域を含む）が感応部３に覆われずに露出している。すなわち、検知電極２は、Ａ方向において、感応部３と略重ならないように配置されている。また、検知電極２は、上面２ａが感応部３以外の他の構成によっても覆われていない。
【００３６】
半導体式ガス検知素子１００は、上面２ａの略全域（全域を含む）が、感応部３などの他の構成に覆われずに露出するように構成されていることによって、上面２ａの一部または全域が感応部３などに覆われている場合と比較して、検知電極２の易燃性ガスに対する大きな接触面積を確保することができる。このため、易燃性ガス（妨害ガス）を効果的に燃焼除去することができる。その結果、被検知ガスの選択性をより効果的に向上させることができる。
【００３７】
また、半導体式ガス検知素子１００は、上面２ａの略全域（全域を含む）が、感応部３に覆われずに露出するように構成されていることによって、上面２ａの一部または全域が感応部３に覆われている場合と比較して、感応部３のサイズを小さくすることができる。このため、より小さな熱量で、被検知ガスを検知可能な温度まで感応部３を温度上昇させることができる。このため、感応部３を加熱するために、検知電極２に流す電流を小さくすることができる。すなわち、半導体式ガス検知素子１００を含むガスセンサの省電力化を図ることができる。
【００３８】
第１部分２２の内側面２ｂと、第２部分２３の内側面２ｃ（図４参照）とは、ともに、感応部３に接触している。また、内側面２ｂと内側面２ｃとは、ともに、略全面で感応部３に接触している。
【００３９】
なお、第１部分２２の内側面２ｂとは、Ｃ方向に並ぶ複数の第１部分２２の各側面のうち、最も基板１の外側に位置する側面（外側面２０ａ）よりも内側に位置するすべての側面のことである。
【００４０】
また、図４に示すように、第２部分２３の内側面２ｃとは、Ｂ方向に並ぶ第２部分２３の２つの側面（内側面２ｃおよび外側面２０ｂ）のうち、内側に位置する側面のことである。内側面２ｂおよび内側面２ｃは、Ａ方向に延びている。
【００４１】
図１に示す検知電極２は、電源部（図示せず）からリード線４を介して電流が流されることにより、加熱されるように構成されている。具体的には、検知電極２は、被検知ガスよりも燃焼温度が低い易燃性ガスの燃焼温度以上で、かつ、被検知ガスの燃焼温度未満まで加熱されるように構成されている。
【００４２】
たとえば、被検知ガスがメタンの場合、燃焼温度は、少なくとも５００℃以上であり、易燃性ガスがアルコールや水素の場合、燃焼温度は、約３００℃である。このため、検知電極２は、たとえば、約４００℃に加熱されるように構成される。その結果、検知電極２は、雰囲気ガスに接触する上面２ａで、易燃性ガスに接触することが可能であるため、上面２ａで易燃性ガスを燃焼除去するとともに、被検知ガスを略燃焼除去しないように構成されている。また、検知電極２は、感応部３を加熱するヒータ部としても機能するように構成されている。つまり、少なくとも、検知電極２のうち上面２ａおよび外側面２０ａは、ガス燃焼手段（雰囲気ガスに含まれる易燃性ガスに接触して、易燃性ガスを燃焼除去する手段（すなわち、被検知ガスに対する易燃性ガスの濃度を低くして被検知ガスの選択性を向上させる手段））として機能し、検知電極２のうち内側面２ｂは、ヒータ部として機能するように構成されている。
【００４３】
（感応部の構成）
図１に示す感応部３は、金属酸化物半導体により形成されている。金属酸化物半導体の材質としては、たとえば、酸化スズや、酸化インジウム、酸化亜鉛などを用いることが可能であるが、特にこれらに限定されるものではない。感応部３は、検知電極２により加熱されることによって、感応部３に接触する雰囲気ガスに含まれる被検知ガスと反応して、抵抗値を変化させる特性を有している。半導体式ガス検知素子１００は、この感応部３の特性を利用して、被検知ガスを検知するように構成されている。
【００４４】
感応部３は、基板１の表面に沿う方向（Ｂ方向とＣ方向とに沿う面方向）において、検知電極２と隣接し、かつ、検知電極２の内側面２ｂ（図３参照）および２ｃ（図４参照）に接触した状態で、基板１上に配置されている。また、感応部３は、基板１（絶縁膜１１）の表面上に基板１（絶縁膜１１）に接触した状態で配置されている。
【００４５】
感応部３は、互いに隣接する検知電極２の第１部分２２の間に、それぞれ、１個ずつ配置されている。一例ではあるが、感応部３は、９個の第１部分２２の間に８個配置されている。すなわち、半導体式ガス検知素子１００は、互いに離間した複数の感応部３を備えている。また、感応部３は、検知電極パターンＰの間に充填されるように配置されている。
【００４６】
感応部３は、検知電極２の互いに隣り合う第１部分２２の内側面２ｂ（図３参照）と、検知電極２の第２部分２３の内側面２ｃ（図４参照）とに接触した状態で、検知電極パターンＰの間に配置されている。また、感応部３は、隣り合う２つの第１部分２２の間で、一方の第１部分２２の内側面２ｂから、他方の第１部分２２の内側面２ｂまでの範囲にわたって設けられている。つまり、第２部分２３のＣ方向の両端側が、それぞれ、別々の第１部分２２の内側面２ｂと接している。また、感応部３は、Ｂ方向において、第１部分２２の一端から他端までの範囲にわたって延びており、Ｂ方向の一方端面（Ｂ１方向側の端面またはＢ２方向側の端面）が第２部分２３の内側面２ｃと接している。
【００４７】
図５に示すように、感応部３は、概して、Ｂ方向に直交する面による縦断面が矩形形状となり、Ｂ方向を長手方向とする直方体形状（図１参照）を有している。また、Ａ方向において、感応部３の厚みｄ１は、検知電極２の厚みｄ２よりも大きい。一例ではあるが、感応部３の厚みｄ１は、検知電極２の厚みｄ２の約２倍の大きさである。
【００４８】
感応部３は、Ａ方向に延びており、検知電極２に接触する（被覆される）第１側面３０ａと、Ａ方向に延びており、検知電極２に接触することなく（被覆されずに）露出する第２側面３０ｂとを含んでいる。第１側面３０ａと第２側面３０ｂとは、同一平面上に設けられている。また、第１側面３０ａは、第２側面３０ｂの基板１側（Ａ２方向側）に配置されている。
【００４９】
感応部３は、検知電極２に接触する第１側面３０ａを介して、検知電極２により加熱されるように構成されている。また、感応部３は、第２側面３０ｂおよび上面３０ｃを介して、雰囲気ガス内に含まれる被検知ガスに接触するように構成されている。
【００５０】
（半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの回路構成）
次に、図６を参照して、熱線型の半導体式ガス検知素子１００を含む半導体式ガスセンサＧの回路構成の例について説明する。なお、以下に示す半導体式ガス検知素子１００を含む半導体式ガスセンサＧの回路構成は、一例であり、以下に示す構成に限定されるものではない。
【００５１】
図６に示すように、検知電極２と感応部３との合成抵抗である熱線型半導体式ガス検知素子抵抗Ｒ（以下、素子抵抗Ｒとする）は、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３とともにブリッジ回路に組み込まれて半導体式ガスセンサＧを構成している。素子抵抗Ｒは、固定抵抗Ｒ３に直列接続されている。また、素子抵抗Ｒおよび固定抵抗Ｒ３の対辺には、直列接続された固定抵抗Ｒ１およびＲ２が設けられている。そして、電源Ｅによりブリッジ回路に電圧を印加する。この際、素子抵抗Ｒと固定抵抗Ｒ３との中点Ｐ１と、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との中点Ｐ２との電位差がセンサ出力Ｖとなる。
【００５２】
詳細には、素子抵抗Ｒと固定抵抗Ｒ３とが直列接続されることにより、素子抵抗Ｒの一端ｒ１と固定抵抗Ｒ３の一端ｒ３１とは、等電位になっている。また、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２とが直列接続されることにより、固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１とは、等電位になっている。
【００５３】
また、素子抵抗Ｒの他端ｒ２と固定抵抗Ｒ１の他端ｒ１２とは、等電位になるように接続されている。また、素子抵抗Ｒの他端ｒ２と固定抵抗Ｒ１の他端ｒ１２との中点Ｐ３（素子抵抗Ｒの他端ｒ２と固定抵抗Ｒ１の他端ｒ１２とを接続する配線）は、電源Ｅの正極側に接続されている。
【００５４】
また、固定抵抗Ｒ３の他端ｒ３２と固定抵抗Ｒ２の他端ｒ２２とは、等電位になるように接続されている。また、固定抵抗Ｒ３の他端ｒ３２と固定抵抗Ｒ２の他端ｒ２２との中点Ｐ４（固定抵抗Ｒ３の他端ｒ３２と固定抵抗Ｒ２の他端ｒ２２とを接続する配線）は、電源Ｅの負極側に接続されている。
【００５５】
固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１との中点Ｐ２（固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１とを接続する配線）は、一端が電源Ｅの正極側に他端が電源Ｅの負極側に接続される抵抗Ｒ０に、接続されている。これにより、固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１との中点Ｐ２は、所定の基準電位となる（ゼロセットされる）。
【００５６】
ブリッジ回路には電源Ｅによって常時または間欠的に通電され、半導体式ガス検知素子１００は、検知の際に適した所定の温度となるように構成されている。また、半導体式ガス検知素子１００（感応部３（図１参照））は、被検知ガスが吸着すると抵抗値が変化する。このため、本実施形態に係る半導体式ガスセンサＧでは、半導体式ガス検知素子１００の素子抵抗Ｒの変化を偏差電圧をとして取り出し、これをセンサ出力Ｖとすることで被検知ガスのガス濃度を測定可能なように構成されている。
【００５７】
（半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの製造方法）
次に、図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ）〜（ｃ）を参照して、ＭＥＭＳ技術による半導体式ガス検知素子１００の製造方法について説明する。製造方法は、図７（ａ）〜（ｄ）に示す第１段階と、図８（ａ）〜（ｃ）に示す第２段階との２段階に分けて説明する。第１段階は、基板１上に検知電極２（検知電極パターンＰ）を形成する段階であり、第２段階は、第１段階で形成された検知電極２（検知電極パターンＰ）の間に感応部３を形成する段階である。
【００５８】
図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、半導体式ガス検知素子１００の製造工程を示している。製造工程は、図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ）〜（ｃ）の順で実施される。なお、以下に示す半導体式ガス検知素子１００の製造方法は、一例であり、本発明の半導体式ガス検知素子１００の製造方法は、以下に示す製造方法に限定されるものではない。
【００５９】
＜第１段階＞
はじめに、図７（ａ）に示すように、基板１の絶縁膜１１上に所定の厚みｄ２（図５参照）を有する白金の金属層Ｋを形成する。
【００６０】
次に、図７（ｂ）に示すように、基板１上の所定位置にマスクＭを形成する。マスクＭは、平面視において（Ａ方向から見て）、基板１上に形成しようとする検知電極２と重なる位置に、少なくとも形成される。
【００６１】
次に、図７（ｃ）に示すように、エッチングにより、平面視において（Ａ方向から見て）、マスクＭ間に位置する金属層Ｋを除去する。これにより、検知電極２（検知電極パターンＰ（図１参照））が基板１上に形成される。
【００６２】
次に、図７（ｄ）に示すように、基板１上のマスクＭが除去されて、検知電極２の上面２ａ（Ａ１方向の端面）が露出する。
【００６３】
＜第２段階＞
次に、図８（ａ）に示すように、基板１の上面２ａ上に撥水材料Ｒを形成する。撥水材料Ｒは、平面視において（Ａ方向から見て）、検知電極２と重なる位置に、少なくとも形成される。なお、撥水材料Ｒは、感応部３の材料である酸化スズを含む感応部３の材料溶液をはじく性質を有している。
【００６４】
次に、図８（ｂ）に示すように、基板１および検知電極２上に、基板１の中央部の上方（基板１のＡ１方向側）から、酸化スズを含む感応部３の材料溶液が滴下により塗布される。この際、撥水材料Ｒにより酸化スズを含む感応部３の材料溶液がはじかれることによって、撥水材料Ｒ上（撥水材料ＲのＡ１方向側）の酸化スズを含む感応部３の材料溶液が検知電極パターンＰ間に流れ込む。なお、酸化スズを含む感応部３の材料溶液を滴下する量は、感応部３の厚みｄ１（図５参照）が検知電極２の厚みｄ２（図５参照）よりも大きくなるように調整される。これにより、酸化スズを含む感応部３の材料溶液が検知電極パターンＰ間に充填される。その結果、酸化スズを含む感応部３の材料溶液が、基板１（絶縁膜１１）の表面と、検知電極２の内側面２ｂおよび２ｃ（図４参照）とに接触する。
【００６５】
次に、図８（ｃ）に示すように、酸化スズを含む感応部３の材料溶液が焼成され、感応部３が形成される。また、焼成の際、撥水材料Ｒが燃焼除去されて、検知電極２の上面２ａが露出される。すなわち、検知電極２の上面２ａが、撥水材料Ｒおよび感応部３に覆われずに、雰囲気ガス（被検知ガスおよび易燃性ガスを含む）に接触した状態となる。以上により半導体式ガス検知素子１００の製造が完了する。
【００６６】
（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６７】
本実施形態では、上記のように、上面２ａが露出するように基板１上に配置されるヒータ部を含む被検知ガスの検知電極２と、ヒータ部により加熱され、被検知ガスに接触する感応部３と、を設け、感応部３を、基板１の表面に沿う方向において、検知電極２と隣接し、かつ、検知電極２の側面（内側面２ｂおよび２ｃ）と接触した状態で基板１上に配置する。これにより、検知電極２がヒータ部を含んでいるので、検知電極２の露出する上面２ａを加熱することができる。このため、検知電極２の上面２ａで易燃性ガスを燃焼除去することができるので、被検知ガスに対する易燃性ガスの濃度を低くすることができる。その結果、被検知ガスの選択性を向上させることができる。また、検知電極２の上面２ａの略すべてを露出させるようにすれば、検知電極２の上面２ａの一部が露出していない場合と比較して、易燃性ガスをより効果的に燃焼除去することができるので、被検知ガスの選択性をより効果的に向上させることができる。また、検知電極２がヒータ部を含んでいるので、検知電極２の側面（内側面２ｂおよび２ｃ）を介して、感応部３を側面から加熱することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、上記のように、検知電極２を、基板１上において蛇行形状を有する検知電極パターンＰから形成し、感応部３を、検知電極パターンＰの間に充填されるように配置する。これにより、検知電極２を、基板１上において蛇行させることにより、基板１の面積を大きくすることなく検知電極２の長さを大きく確保することができる。このため、半導体式ガス検知素子１００をより小型化することが可能となる。また、検知電極２を基板１上において蛇行させ検知電極２の間に感応部３を配置することにより、検知電極パターンＰと感応部３とがより大きな面積で接触するように、半導体式ガス検知素子１００を構成することができる。
【００６９】
また、本実施形態では、上記のように、蛇行形状を有する検知電極パターンＰに、平面視で互いに略平行に隣り合って配置される複数の第１部分２２と、互いに隣り合う第１部分２２の端部同士を接続する第２部分２３とを設け、感応部３を、互いに隣り合う第１部分２２の内側面と、第２部分２３の内側面とに接触した状態で、検知電極パターンＰの間に配置する。これにより、互いに隣り合う第１部分２２と、第１部分２２の端部を接続する第２部分２３とにより、感応部３の周囲を概ね囲むことができるので、検知電極２からの熱を効率的に感応部３に伝達して、感応部３を効率よく加熱することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、上記のように、感応部３を、検知電極２よりも大きな厚みを有するように形成する。これにより、感応部３の厚みが検知電極２の厚みよりも小さい場合と比較して、感応部３と検知電極２との接触面積を大きく確保することができるので、検知電極２からの熱を効果的に感応部３に伝達して、感応部３を加熱することができる。また、感応部３の厚みが検知電極２の厚みよりも小さい場合と比較して、感応部３のガスに接触する表面積を大きくできるので、ガス感度を高めることができる。
【００７１】
また、本実施形態では、上記のように、半導体式ガス検知素子１００を、ＭＥＭＳ技術を用いてＭＥＭＳセンサとして形成する。これにより、半導体式ガス検知素子１００を小型化させることができるので、ヒータ部を含む検知電極２に電流を流して加熱する際に、少量の電流により、易燃性ガスを燃焼可能な温度まで、検知電極２を温度上昇させることができる。また、少量の電流により、被検知ガスを検知可能な温度まで、検知電極２を介して感応部３を温度上昇させることができる。すなわち、半導体式ガス検知素子１００を含むガスセンサの省電力化を図ることができる。
【００７２】
（実施例）
次に、図１および図９〜図１１を参照して、本発明の実施例および比較例について説明する。
【００７３】
実施例では、図１に示す検知電極２を白金により作製するとともに、感応部３を酸化スズにより作製した。
【００７４】
図９に示すように、比較例として、実施例と同一材料の検知電極２０２および実施例と同一材料の感応部２０３を備える半導体式ガス検知素子２００を作製した。感応部２０３は、実施例とは異なり、検知電極２０２の全体を覆っている。すなわち、比較例の半導体式ガス検知素子２００は、実施例のように検知電極２が露出する部分を備えておらず（上面２ａが露出しておらず）、検知電極２０２が雰囲気ガス（被検知ガスおよび易燃性ガスを含む）に接触しないように構成されている。
【００７５】
（実施例・比較例の測定結果および評価）
実施例の半導体式ガス検知素子１００、および、比較例の半導体式ガス検知素子２００を、それぞれ、密閉された測定槽（図示せず）内に配置して、測定槽内にメタン、水素およびエタノールをそれぞれ互いに等しい量（ガス濃度）だけ封入して、センサ出力（ｍＶ）を電圧計（図示せず）により測定した。
【００７６】
測定は、メタン、水素およびエタノールのそれぞれのガス濃度を５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍおよび１００００ｐｐｍとする条件で行った。すなわち、メタンのガス濃度が５００（１０００、３０００、５０００、１００００）ｐｐｍ、水素のガス濃度が５００（１０００、３０００、５０００、１００００）ｐｐｍ、および、エタノールのガス濃度が５００（１０００、３０００、５０００、１００００）ｐｐｍとなるガスについて、センサ出力（ｍＶ）を測定した。
【００７７】
＜比較例のメタン、水素、エタノールの測定結果＞
図１０に示すように、比較例では、ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が４０〜８０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が８０〜１２０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が１２０〜１６０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が１４０〜１８０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が１６０〜２００ｍＶの範囲に収まる結果となった。すなわち、いずれのガス濃度においても、メタン、水素およびエタノールは、互いに比較的近いセンサ出力を示すことが分かった。また、いずれのガス濃度においてもメタンが最も小さなセンサ出力を示すことが分かった。
【００７８】
＜実施例のメタンの測定結果＞
図１１に示すように、実施例では、ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約１８ｍＶを示し、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約３０ｍＶを示し、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約６８ｍＶを示し、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約９２ｍＶを示し、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約１３２ｍＶを示す結果となった。
【００７９】
＜実施例の水素の測定結果＞
ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約５ｍＶを示し、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約８ｍＶを示し、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約１５ｍＶを示し、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約２３ｍＶを示し、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約３５ｍＶを示す結果となった。
【００８０】
＜実施例のエタノールの測定結果＞
また、ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約３ｍＶを示し、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約４ｍＶを示し、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約１０ｍＶを示し、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約１３ｍＶを示し、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約２１ｍＶを示す結果となった。
【００８１】
＜評価＞
実施例では、いずれのガス濃度においてもメタンのセンサ出力が水素およびエタノールのセンサ出力よりも大幅に大きくなる（水素のセンサ出力の３倍以上、エタノールのセンサ出力の５倍以上になる）ことが分かった。すなわち、測定槽内の易燃性ガス（妨害ガス）がガス封入時よりも少なくなり、メタンが選択的に検知されていることが分かった。また、比較例とは逆に、いずれのガス濃度においてもメタンが最も大きなセンサ出力を示すことが分かった。
【００８２】
（変形例）
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００８３】
たとえば、上記実施形態では、感応部を検知電極の第１部分と第２部分とに接触するように配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、感応部を検知電極の第１部分および第２部分の一方にのみ接触するように配置してもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、半導体式ガス検知素子によりメタンを被検知ガスとして検知した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、プロパンやブタンなどのメタン以外のガスを被検知ガスとして検知してもよい。この際、易燃性ガスは、プロパンやブタンよりも燃焼温度が低いガスとなる。
【００８５】
また、上記実施形態では、検出パターンを蛇行形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、検出パターンを櫛歯形状などの蛇行形状以外の形状に形成してもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、基板の被支持部を矩形形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、基板の被支持部を円形形状などの矩形形状以外の形状に形成してもよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、半導体式ガス検知素子を２端子式の構成（１つの検知電極に対してリード線を２つ設ける構成）とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、半導体式ガス検知素子を４端子式の構成（２つの検知電極に対してそれぞれリード線を２つ設ける構成）などとしてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態では、感応部を第１部分（第２部分）の外側面に接触しないように配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、感応部を第１部分（第２部分）の外側面に接触するように配置してもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、半導体式ガス検知素子の製造工程において、検知電極の上面にマスクと撥水材料とを、別々に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、マスクに撥水性を持たせて、半導体式ガス検知素子の製造工程において、検知電極の上面にマスクのみを形成してもよい。これにより、検知電極を形成するためのエッチングの後、即座に感応部を形成（感応部の材料を滴下）することができる。
【００９０】
また、上記実施形態では、検知電極の上面の略全域が感応部に覆われずに露出するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検知電極２の上面２ａは完全に露出していなくてもよい。たとえば、隣接する感応部が検知電極の上面上に食み出すなどにより、部分的に検知電極の上面が覆われていてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、第１部分の長手方向の一端から他端（つまり、第１部分の略全長）にわたって、感応部を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１部分の長手方向の一部分に感応部を設けてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態では、感応部を複数設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、感応部を１つだけ設けてもよい。この場合、たとえば、感応部を櫛歯形状に形成して、蛇行する検知電極間に感応部を配置してもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１  基板
２  検知電極
２ａ  上面
２ｂ  第１部分の内側面
２ｃ  第２部分の内側面
３  感応部
２２  第１部分
２３  第２部分
１００  半導体式ガス検知素子
Ｐ  検知電極パターン
【図１】
2018205078.tif 000003
【図２】
2018205078.tif 000004
【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】
2018205078.tif 000009
【図８】
2018205078.tif 000010
【図９】
2018205078.tif 000011
【図１０】
2018205078.tif 000012
【図１１】
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