(57)【要約】【課題】  コンフィギュラブル加熱素子を有するガスセンサ及びそのコンフィギュラビリティを利用する方法を提供する。【解決手段】  ガス検知層と該ガス検知層を加熱する加熱素子とを有するガスセンサにおいて、加熱素子は、第１及び第２の外側電気端子素子と、これら外側電気端子間に位置する少なくとも１つの内側電気端子と、を持つヒータトラックを有する。当該ガスセンサは、使用中に電気端子に印加される電位を制御するように構成された制御ユニットを含み、該制御ユニットは、電気端子に印加される電位のセットを変えることができるように構成される。特定の用途において、制御ユニットは、ガス検知層が指定温度に加熱されることを確実にするために、電力が印加される端子を選択し得る。特定の用途において、当該ガスセンサは、複数の測定電極を有し、制御ユニットは、異なる測定電極が置かれた位置で異なる温度が達成されるように、電位のセットを選択する。【選択図】  図４
2019184605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス検知層と、
前記ガス検知層を加熱する加熱素子であり、第１及び第２の外側電気端子を持つヒータトラックを有する加熱素子と、
を有し、
前記ヒータトラックは、前記外側電気端子間に位置する少なくとも１つの内側電気端子を持ち、
前記加熱素子は、前記ヒータトラックによって生成される温度プロファイルを設定するように構成可能であり、且つ
使用中に前記ヒータトラックの前記内側電気端子及び前記外側電気端子に印加される電位のパターンを制御することによって前記加熱素子を構成する制御ユニットが設けられている、
ことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記制御ユニットは、前記ヒータトラックの前記端子への印加のために、印加されたときに前記ガス検知層を所定の狙い温度に加熱することになる電位のパターンを選択するように構成される、
請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記制御ユニットは、
前記外側電気端子及び前記内側電気端子の中から、それらの間に電力を印加すべき一対の端子を選択し、且つ
前記一対の端子として、それらの間に電力が印加されたときに、前記所定の狙い温度からの逸脱であって、取り得る様々な対の端子間に電力が印加されたときに生成されることになる逸脱のうち最小である逸脱、を持つ温度に前記ガス検知層を加熱することになる２つの端子を選択する、
ように構成される、請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記制御ユニットは、試験データに応じて前記一対の端子を選択するように構成され、前記試験データは、前記外側電気端子及び前記内側電気端子の中から選択される２つの候補端子間に電力が印加されるときに前記ガス検知層によって到達される温度を指し示す情報を有する、請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記ヒータトラックの前記端子に印加されたときに、異なる温度にある複数領域を有する温度プロファイルを前記ヒータトラックに沿って生成することになる電位のパターンを選択するように構成される、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項６】
当該ガスセンサは、異なる位置で前記ガス検知層の電気特性を測定する複数の測定電極を有し、前記制御ユニットは、前記ヒータトラックの前記電気端子に印加されたときに、前記測定電極が測定結果を取得する前記異なる位置とそれぞれ一致して、同じ温度にある複数領域を有する温度プロファイルを生成することになる電位のパターンを選択するように構成される、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項７】
当該ガスセンサは、前記測定電極にバイアス電圧を印加するように構成されたバイアスユニットを有し、該バイアスユニットは、同じ温度にある複数領域で測定結果を取得する複数の測定電極に異なるバイアス電圧を印加するように構成される、請求項６に記載のガスセンサ。
【請求項８】
当該ガスセンサは、異なる位置で前記ガス検知層の電気特性を測定する複数の測定電極を有し、前記制御ユニットは、前記ヒータトラックの前記電気端子に印加されたときに、前記測定電極が測定結果を取得する前記異なる位置とそれぞれ一致して、異なる温度の領域を有する温度プロファイルを生成することになる電位のパターンを選択するように構成される、請求項５に記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記ヒータトラックは、複数の屈曲部を有する蛇行形状を持ち、前記内側電気端子は、前記ヒータトラックにおける屈曲部の外側に位置し、且つ
前記測定電極は、前記ヒータトラックの屈曲部の内側に配置される、
請求項８に記載のガスセンサ。
【請求項１０】
前記制御ユニットは、前記ヒータトラックの１つの内側電気端子と前記ヒータトラックの別の電気端子との間に電力を印加することによって、前記ヒータトラックの全長のうちの選択部分をクリーニングするように構成され、前記ヒータトラックの全長のうちの前記選択部分は、該内側電気端子と該別の電気端子との間の部分である、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項１１】
ガスセンサを較正する方法であって、前記ガスセンサは、
ガス検知層と、
前記ガス検知層を加熱する加熱素子であり、当該加熱素子は、第１及び第２の外側電気端子と、該外側電気端子間に位置する少なくとも１つの内側電気端子と、を持つヒータトラックを有する、加熱素子と、
前記電気端子に印加される電位のパターンを制御する制御ユニットと
を有し、当該方法は、
前記ヒータトラックの前記内側電気端子及び前記外側電気端子の中から選択される一対の候補電気端子間に電力を印加し、
前記候補電気端子間に電力が印加されたときに前記ガス検知層によって到達された温度を特定し、
前記特定された温度を所定の狙い温度と比較し、且つ
前記比較の結果に基づいて、前記ガス検知層を前記所定の狙い温度に加熱するためにそれらの間に電力を印加すべき一対の電気端子を選択するよう、前記制御ユニットを較正する、
ことを有する、方法。
【請求項１２】
ガスセンサを動作させる方法であって、前記ガスセンサは、
ガス検知層と、
前記ガス検知層を加熱する加熱素子であり、当該加熱素子は、第１及び第２の外側電気端子と、該外側電気端子間に位置する少なくとも１つの内側電気端子と、を持つヒータトラックを有する、加熱素子と、
前記電気端子に印加される電位のパターンを制御する制御ユニットと、
前記ヒータトラックの前記電気端子に対して複数の異なる位置に配置された複数の測定電極と
を有し、当該方法は、
前記制御ユニットにより、前記複数の測定電極のうちの異なるものを異なる温度に加熱する温度プロファイルを前記ヒータトラックに沿って生成するよう、前記ヒータトラックの前記電気端子に印加される電位を制御し、且つ
前記温度プロファイルによる前記測定電極の加熱中に、前記複数の測定電極のうちの前記異なるものによって生成される信号のセットを測定することによって、前記異なる温度における前記ガス検知層の電気特性を決定する、
ことを有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサの分野に関し、より具体的には、加熱素子を組み込んだガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
数多くの用途で、特に、特定のガスを検出又は認識することが望まれる状況、及びガス混合物の組成を解明することが望まれる状況において、ガスセンサが使用されている。本明細書においては、文脈が別のことを求めていない限り、“ガス”という表現は、特定のガス種及び複数の異なるガス種の混合物の双方を指すように使用され、また、“特徴付け”
という一般表現は、特定のガス種を認識又は検出する処理及びガスの組成を解明する処理の双方を指すように使用される。理解されることには、本明細書中での“ガスサンプル”への言及は、一般に、（個別のサンプルとしてであろうと、周囲の気体媒体にセンサを曝すことによってであろうと）ガスセンサに与えられる任意のガスへの言及を含む。
【０００３】
ガスセンサは、ケモレジスタ（chemoresistor）型のガスセンサや固体電解質に基づくガスセンサなどを含め、様々なセンシング技術を用いて開発されてきた。ケモレジスタガスセンサは、ガス検知材料として半導電性の金属酸化物を使用することが多い。図１は、典型的な半導電性金属酸化物型ガスセンサ１の基本構造を概略的に示す断面図である。
【０００４】
図１に示すように、半導電性金属酸化物型ガスセンサ１は、絶縁性の支持物上に設けられた、半導電性金属酸化物からなるガス検知層２を有する。センサ１がガスに曝されるとき、ガス粒子Ｇがガス検知層２の表面に吸着されることになって、酸化還元反応が起こり、ガス検知層２のインピーダンス（コンダクタンス、キャパシタンス、インダクタンス、又はこれらのパラメータのうち複数）の変化につながる。ガス検知層の電気特性におけるこの変化は、ガス検知層２と接触して設けられた測定電極５を用いて検出されることができる。しばしば、この測定は、測定電極間に電位差を印加し、そして、ガス検知層によって示されるインピーダンスがどのように変化するかをモニタすることによって為される。測定電極によって生成される信号の波形は、ガス検知層２と反応するガスに特有であり、典型的に、未知のガスサンプルの分析の準備として、関心あるガスによって生成される波形が教育フェーズ中に学習される。
【０００５】
一般に、有用な吸着現象が観測されるためには、ガス検知層２を比較的高い温度（特に、検知層を形成する材料及び検出すべきガス種に応じて、３５０℃以上）まで加熱する必要がある。従って、このタイプの典型的なガスセンサはまた、絶縁性の支持物３のガス検知層２の側とは反対側に、ヒータトラック６を含んだ加熱素子を含んでおり、ガス検知層２を加熱するためにヒータトラック６に電流が通される。ガスセンサはまた、モニタリング及び／又はフィードバックの目的で温度センサを含むことがある。測定結果が取得された後、後続測定に備えて、吸着した粒子の脱着を生じさせてセンサ１をクリーニングするために、通常の動作温度よりも上の高温まで活性層を加熱するように、より大きい電流がヒータトラック６を通り抜けるようにさせることによって加熱素子が動作される。
【０００６】
この分野における１つの狙いは、マイクロセンサすなわち小型化されたガスセンサを、特に、日常電気器具（例えば、携帯電話、フェイスマスク、知的玩具など）に統合するのに十分な小ささであるものを、構築できるようにすることである。それらが、迅速に、且つ十分に高い精度で、標的のガスを検出する及び／又はガス混合物の組成を解明することができるべきであることが、マイクロセンサに関する１つの要件である。
【０００７】
半導電性金属酸化物ガスセンサは、集積回路製造の分野から知られる技術を用いて、小型化された形態で構築されることができるので、マイクロセンサとしての実装に関して特に関心を集めている。
【０００８】
近年、“マイクロホットプレート”構造を持つ半導電性金属酸化物型ガスセンサが開発されている。図２Ａは、マイクロホットプレート構造を持つ半導電性金属酸化物型ガスセンサ１０の一般的構造を概略的に示す断面図である。図２Ａから分かることには、センサ１０のベース１４がくり抜き部１７を有しており、それにより、検知層１２はもはや、ベース１４の厚い部分と位置を揃えていない。従って、検知層１２を加熱するために使用されるヒータトラック１６は、（相対的に薄い支持メンブレンＭを含んだ）低減された質量の材料を加熱するのみでよく、それにより、ガスセンサによって消費される電力が低減されるとともに、検知層１２の温度が迅速に上昇することが可能にされる（故に、測定を行うのに必要な時間が短縮されるとともに、検知層をクリーニングするのに必要な時間が短縮される）。
【０００９】
図２Ｂ及び２Ｃは、２つの異なるタイプのマイクロホットプレートアーキテクチャを有するセンサを示している。
【００１０】
図２Ｂのセンサ２０では、検知層２２が絶縁層２３上に形成され、そして、絶縁層２３はベース２４上にある。ベース２４上に設けられた電極パッド２７及び２９と接触するよう、それぞれ、導電体２６が測定電極からつながり、導電体２８がヒータトラックからつながっている。更なる配線（図示せず）が、それらの電極パッドを、更なる回路に、特に、ヒータトラック用の電流／電力のソース、及び測定電極によって測定された信号を処理する回路に接続している。図２Ｂのセンサ２０は、絶縁層２３を支持する連続した表面をベース２４が有する“クローズド”タイプのアーキテクチャを有する。
【００１１】
図２Ｃに示したセンサ３０は、中央の開口３７ａを持つフレーム型の形状をベース３４が有するとともに、該開口の上に検知層３２及びその絶縁層３３が浮かされた、“サスペンディド”タイプの構造を有する。ベース３４上に設けられた電極パッド３７及び３９と接触するよう、それぞれ、導電体３６が測定電極からつながり、導電体３８がヒータトラックからつながっている。
【００１２】
図面には示していないが、他の一構成は、メンブレンＭの下面に、すなわち、くり抜き部１７が位置するメンブレンＭの面に、加熱素子を設けることを伴う。
【００１３】
図３Ａ及び３Ｂは、ガスセンサ内の測定電極及びヒータトラックの幾つかの典型的なレイアウトを示している。これらの図には、ヒータトラック及び測定電極のみが表されており、ガスセンサのその他のコンポーネントは示されていない。
【００１４】
図３Ａに示す例では、ヒータトラック６は概して螺旋状の導電トラックの形態をしており、測定電極５は、互いに離間された平面状の電極である。図３Ｂに示す例では、ヒータトラック６はやはり螺旋状の導電トラックの形態をしているが、測定電極５ａは、互いにかみ合わされた櫛形電極の形態をとっている。この例では、測定電極５ａに、５つの互いにかみ合わされた電極フィンガが存在しており、それら電極フィンガのうち２つが第１のバスバーに接続され、他の３つの電極フィンガが第２のバスバーに接続されている。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、ヒータトラックと測定電極との間に絶縁層（これらの図には示さず）が存在する。
【００１５】
全てのガスセンサが同じ設計の測定電極及び加熱素子を有する（すなわち、全てのガスセンサが、同じ形状、位置及び寸法を持つ測定電極及びヒータトラックを有する）ガスセンサのバッチが生産されるとき、バッチ内の各デバイスが、該デバイスのヒータトラックの端部への特定の電圧の印加を受けて同じ動作温度を得ることになる、という仮定が為されることがある。しかしながら、製造プロセスは、しばしば、同一バッチのガスセンサ間に物理特性のバラつきをもたらし、例えば、メンブレンの、及び加熱材料の、厚さ及び均一性に差異が存在することがある。そのような差異の結果として、異なる個々のセンサのヒータトラックへの所与の電圧の印加が、異なる温度へのガス検知層の加熱をもたらし得る。これは、個々のデバイスによって取得される測定結果の間での有意な偏差につながり得る。
【００１６】
また、単一の動作温度で単一のガスセンサから得られる測定結果では、所望の確度でガスを特定することを可能にするのに十分でないことがある。ガスセンサの選択性及び／又は検出精度は、所与のガスを検出する際に使用するデータ点の数を増やすことによって向上されることができる。故に、例えば、ガス検知層が異なる温度まで加熱される複数の時点で異なる測定結果を取得し、そして、それら測定結果のセット（組）を処理することで、標的のガスを検出することを可能にしてもよい。残念ながら、そのようなアプローチは、ガスの検出に要する時間の長さを増加させる傾向にある。例えば、所与のガスサンプルを特徴付けるための一連の測定結果を取得するために、一連の異なる温度にわたってマイクロガスセンサを駆動するのに、数百マイクロ秒かかり得る。
【００１７】
他の一アプローチは、各検知素子が同じガスに曝されるが各検知素子が異なる温度まで加熱される一組の検知素子の使用を伴う。残念ながら、そのようなアプローチは、デバイスの大きさ及びコストを増大させるとともに、電力消費を増加させる傾向にある。
【００１８】
本発明は、上述の問題に鑑みて為されている。
【発明の概要】
【００１９】
本発明の好適実施形態はガスセンサを提供し、当該ガスセンサは、
ガス検知層と、
ガス検知層を加熱する加熱素子であり、第１及び第２の外側電気端子を持つヒータトラックを有する加熱素子と、
を有し、
ヒータトラックは、外側電気端子間に位置する少なくとも１つの内側電気端子を持ち、
加熱素子は、ヒータトラックによって生成される温度プロファイルを設定するように構成可能（コンフィギュラブル）であり、且つ
使用中にヒータトラックの内側電気端子及び外側電気端子に印加される電位のパターンを制御することによって加熱素子を構成する制御ユニットが設けられる、
ことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従ったガスセンサは、ヒータトラック上に、通常の外側電気端子に加えて、少なくとも１つの内側電気端子が設けられるために、コンフィギュラブルである加熱素子と、電気端子に印加される電位のパターンを変えることができるように構成された制御ユニットとを有する。制御ユニットの作用によって、加熱素子によって生成される温度プロファイルを調整することができる。本発明は、加熱素子のコンフィギュラブル性を利用するように、様々な用途で使用されることができる。
【００２１】
本発明の特定に実施形態において、制御ユニットは、ヒータトラックの端子への印加のために、印加されたときにガス検知層を所定の狙い温度に加熱することになる電位のパターンを選択するように構成される。
【００２２】
このような実施形態では、加熱素子のコンフィギュラブル性が、例えば製造プロセスに由来するガスセンサの物理特性のバラつきを補償するために、個々のガスセンサを較正することを可能にする。例えば、所与の個別ガスセンサにおいて、その制御ユニットは、このデバイスの物理特性が製造公差に起因して設計値から逸脱していたとしても、ガス検知層が狙いの設計値に加熱されるように、ヒータトラックの端子に印加される電位のパターンを設定することができる。
【００２３】
また、加熱素子のコンフィギュラブル性は、ヒータトラックの長さに沿って生成される温度のパターンの細かい制御を可能にする。故に、制御ユニットは、加熱トラックの実質的に全体にわたって均一な温度を達成するように、外側及び内側の端子に印加される電位のパターンを調整し得る。
【００２４】
上述の実施形態のうち特定のものにおいて、制御ユニットは、外側電気端子及び内側電気端子の中から、それらの間に電力を印加すべき一対の端子を選択するように構成されるとともに、該一対の端子として、それらの間に電力が印加されたときに、所定の狙い温度からの逸脱であって、取り得る様々な対の端子間に電力が印加されたときに生成されることになる逸脱のうち最小である逸脱、を持つ温度にガス検知層を加熱することになる２つの端子を選択するように構成される。
【００２５】
このような実施形態において、制御ユニットは、ヒータトラックがガス検知層を狙い（例えば、設計）温度値に加熱することを確保するよう、ヒータトラック上の外側及び内側の電気端子の中から、電力を受け取るのに最も適した端子の対を選択することができる。故に、一部の個々のガスセンサは、外側の電極間に電力が印加される（そして、内側の電極はフローティングである）ときに狙い温度値に到達し得るものの、他の個々のガスセンサでは、ガス検知材料が正しい温度に加熱されることになることを確保するためにそれが必要である場合に、制御ユニットが、１つの外側電気端子と１つの内側電気端子との間に電力を印加させ得る。
【００２６】
これらの実施形態のうち特定のものにおいて、制御ユニットは、どの端子の対が電力を受け取るべきかの選択を、試験データに応じて行うように構成され、試験データは、外側電気端子及び内側電気端子の中から選択される２つの候補端子間に電力が印加されるときにガス検知層によって到達される温度を指し示す情報を含む。
【００２７】
このような実施形態において、制御ユニットは、例えば、外側の端子間に電力が印加されるときにどのような温度がガス検知層によって到達されるのかを指し示す試験データを受け取り得る。そして、試験における温度が高すぎる場合に、制御ユニットは、そのガスセンサのその後の動作においては、ガス検出中のガス検知層の温度をもっと狙い値に近くもっていくよう、外側の電力のうちの一方と内側の電極との間又は２つの内側の電極の間に電力が印加されるべきであると決定し得る。
【００２８】
本発明の特定の実施形態において、制御ユニットは、ヒータトラックの端子に印加されたときに、異なる温度にある複数領域を有する温度プロファイルをヒータトラックに沿って生成することになる電位のパターンを選択するように構成される。
【００２９】
本発明のこのような実施形態は、加熱素子のコンフィギュラブル性が、加熱トラックの長さに沿って生成される温度のパターンの細かい制御を可能にすることを利用する。しかしながら、この例では、その細かい制御が、加熱トラックによって生成される温度のパターンに所望の変化を生み出すために利用される。
【００３０】
これらの実施形態において、ガスセンサは、異なる位置でガス検知層の電気特性を測定する複数の測定電極を備えることができ、制御ユニットは、測定電極が測定結果を取得する異なる位置で異なる温度を生成するに構成されてもよい。斯くして、ガスセンサは、同じ時点にて、複数の異なる温度でのガス検知層の電気特性の複数の測定結果を取得する。故に、ガスを特徴付ける際に使用される一群のデータ点を迅速に取得することができ、異なる温度のそれぞれでの一連の順次測定を実行する必要はなく、また、各ガスセンサが異なる温度で動作するガスセンサのアレイを使用する必要もない。従って、ガス検出のスピードを高めることができるとともに、ガスセンサの大きさ及びコストの増大を回避することができる。
【００３１】
また、制御ユニットは、例えば、異なる温度プロファイルを順次に確立して測定結果を取得することを伴う測定プロトコルの一部として、ヒータトラックに沿って複数の異なる温度プロファイルを生成するように設計されてもよい。このような構成は、過度に長い測定時間を必要とすることなく、ガスサンプルを特徴付けるために取得されるデータ点の数を更に増加させることができる。
【００３２】
ヒータトラック及び測定電極の構成は、以下のようにすることができ、すなわち、ヒータトラックが、複数の屈曲部を有する蛇行形状を持ち、内側電気端子が、ヒータトラックにおける屈曲部の外側に位置し、且つ測定電極が、ヒータトラックの屈曲部の内側に配置されるようにすることができる。
【００３３】
上での構成は、内側端子への接続を、単純なやり方で、低コストプロセスによって形成することができるという利点を提供する。
【００３４】
本発明に従ったガスセンサにおいて、制御ユニットは、ヒータトラックの１つの内側電気端子とヒータトラックの別の電気端子との間に電力を印加することによって、ヒータトラックの全長上の検知材料の選択部分をクリーニングするように構成されてもよく、ヒータトラックの全長のうちの選択部分は、該内側電気端子と該別の電気端子との間の部分である。
【００３５】
上での構成は、加熱トラックの中心から相対的に遠く離れた位置にある検知材料が、相対的に低い動作温度で多くの時間を費やすときにさもなければ生じ得る問題を解決する。そのような場合、検知材料が容易に汚染され、その回復時間が非常に長くなる。制御ユニットが、ヒータトラックの１つの内側端子とヒータトラックの別の電気端子との間に電力を印加することによって、ヒータトラックの全長のうち特定の部分上の検知材料の選択部分をクリーニングするように構成される場合には、そのような部分の検知材料の汚染を回避することができる。さらに、洗浄プロセスを実行するのに必要な電力が、従来技術と比較して低減される。
【００３６】
本発明の好適実施形態は更に、ガスセンサを較正する方法を提供し、ガスセンサは、ガス検知層と、該ガス検知層を加熱する加熱素子であり、当該加熱素子は、第１及び第２の外側電気端子と、該外側電気端子間に位置する少なくとも１つの内側電気端子と、を持つヒータトラックを有する、加熱素子と、電気端子に印加される電位のパターンを制御する制御ユニットとを有し、当該方法は、
ヒータトラックの内側電気端子及び外側電気端子の中から選択される一対の候補電気端子間に電力を印加し、
候補電気端子間に電力が印加されたときにガス検知層によって到達された温度を決定し、
決定された温度を所定の狙い温度と比較し、且つ
比較の結果に基づいて、ガス検知層を所定の狙い温度に加熱するためにそれらの間に電力を印加すべき一対の電気端子を選択するよう、制御ユニットを較正する、
ことを有する。
【００３７】
このような実施形態は、加熱素子のコンフィギュラブル性を利用して、例えば製造プロセスに由来するガスセンサの物理特性のバラつきを補償するために、個々のガスセンサを較正することを可能にする。
【００３８】
本発明の好適実施形態は更に、ガスセンサを動作させる方法を提供し、ガスセンサは、ガス検知層と、該ガス検知層を加熱する加熱素子であり、当該加熱素子は、第１及び第２の外側電気端子と、該外側電気端子間に位置する少なくとも１つの内側電気端子と、を持つヒータトラックを有する、加熱素子と、電気端子に印加される電位のパターンを制御する制御ユニットと、ヒータトラックの電気端子に対して複数の異なる位置に配置された複数の測定電極とを有し、当該方法は、
制御ユニットにより、複数の測定電極のうちの異なるものを異なる温度に加熱する温度プロファイルをヒータトラックに沿って生成するよう、ヒータトラックの電気端子に印加される電位を制御し、且つ
温度プロファイルによる測定電極の加熱中に、測定電極のうちの上記異なるものによって生成される信号のセットを測定することによって、上記異なる温度におけるガス検知層の電気特性を決定する、
ことを有する。
【００３９】
このような実施形態は、加熱素子のコンフィギュラブル性を利用して、所与の時点において、異なる温度にあるガス検知層の領域を確立する。これは、複数の測定電極を用いて、それら異なる温度全てでのガス検知層の特性を同時に決定することを可能にする。従って、ガスセンサのアレイを使用することを必要とすることなく、異なる温度でのガス検知層の応答を特徴付ける測定データを収集するのに必要な時間を短縮することができる。当然ながら、これらの実施形態に従って製造されたガスセンサのアレイを使用する場合には、異なる温度での測定データの収集スピードが高められ、また、データ点の数が、そのアレイ内のガスセンサの数だけ乗じられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
非限定的な例として与えられる以下の本発明の好適実施形態の説明及び添付の図面から、本発明の上述及びその他の特徴、利点及び用途がいっそう明らかになる。
【図１】半導電性金属酸化物型ガスセンサの一般的構造を断面にて概略的に示す図である。
【図２】図２は、マイクロホットプレートアーキテクチャを有する半導電性金属酸化物型ガスセンサの一般的構造を示す図である。  図２Ａは、マイクロホットプレート型アーキテクチャの全体構造を示す断面図である。  図２Ｂは、“クローズド”タイプのマイクロホットプレートアーキテクチャを示している。  図２Ｃは、“サスペンディド”タイプのマイクロホットプレートアーキテクチャを示している。
【図３】図３は、ガスセンサ内のヒータトラック及び測定電極の幾つかの既知のレイアウトを示す図である。  図３Ａは、一対の平面状の測定電極を用いたレイアウトを示している。  図３Ｂは、互いにかみ合わされた櫛形測定電極を用いたレイアウトを示している。
【図４】本発明の一実施形態に従った、ガスセンサ内で使用され得るヒータアセンブリの一例を示している。
【図５】図５は、図４のヒータアセンブリ内のヒータトラックに様々な電位を接続することによって確立され得る温度パターンの例を示している。  図５Ａは、図４のヒータアセンブリ内のヒータトラックの端子ＡとＤとの間に電力を印加することによって達成される温度パターンの一例を示している。  図５Ｂは、図４のヒータアセンブリ内のヒータトラックの端子ＡとＢとの間に電力を印加することによって達成される温度パターンの一例を示している。  図５Ｃは、図４のヒータアセンブリ内のヒータトラックの端子ＢとＥとの間に電力を印加することによって達成される温度パターンの一例を示している。
【図６】電気端子への異なる電位の印加を受けて、図４に示したヒータアセンブリのヒータトラックの長さに沿ってどのように温度が変化するかを表すグラフを示している。
【図７】本発明の一実施形態に従ったヒータアセンブリの他の一例を示している。
【図８】本発明の一実施形態に従った較正方法の一例を示すフロー図である。
【図９】本発明の一実施形態に従った較正方法の一例を示すフロー図である。
【図１０】異なる測定電極が異なる温度にあるように形成される温度プロファイルの一例を示している。
【図１１】本発明の一実施形態に従った、制御プロファイルを較正する方法の一例を示すフロー図である。
【図１２】共通の温度にある複数の測定電極によって複数の測定結果が取得される一用途を示す図である。
【図１３】異なるバイアス電圧が印加される複数の測定電極によって複数の測定結果が取得される一用途を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図４は、本発明の第１の実施形態に従った、ガスセンサ内で使用され得るヒータアセンブリ６０の一例を示している。図４は、ガスセンサの残りの部分（例えば、ガス検知層、ガス種に対するガス検知層の反応を検出する測定電極など）の詳細を示していない。
【００４２】
図４のヒータアセンブリ６０では、導電性のヒータトラック６１の形態の加熱素子が、導電体６４によって制御ユニット６２に接続されている。制御ユニット６２は、例えば電池や主電源などの、任意の都合の良いタイプの電力源（図示せず）に接続される。望まれる場合には、関心ある１つ以上の位置でヒータトラックによって生成される（１つ以上の）実温度を検出するために、ヒータアセンブリに１つ以上の温度センサが付随し得る。
【００４３】
ヒータトラック６１は、例えば、ガスセンサの加熱素子に採用されている通常のタイプの導電材料などの、任意の都合の良い材料で形成され得る。例えば、ヒータトラック６１は、Ｐｔ、Ａｕ、ＳｉＣ、ポリＳｉ、ＴｉＮなどで作製され得る。ヒータトラック６１は、例えばスパッタリング、電子線蒸着、ＣＶＤ、電気めっきなどといった、様々なプロセスによって形成されることができ、その形成プロセスは、ヒータトラック６１を形成する材料の性質及び基板上の誘電体材料の性質を考慮に入れて選択され得る。その形成プロセスは、その上にヒータトラックが形成される表面の性質を考慮に入れて選択されてもよい。ヒータトラック６１の位置は、異なるモデルのガスセンサでは異なり得る。故に、例えば、ヒータトラック６１は、触媒燃焼型のガスセンサにおいてのように、ガス検知層に接触して配置され得る。他の一例として、ヒータトラック６１は、図２Ａに示したガスセンサにおいてのように、ガス検知層とは他方側で絶縁層上に配置され得る。他の一例として、ヒータトラック６１は、その上にガス検知層が形成される基板又はメンブレンの下に配置され得る。その他のレイアウトも可能である。
【００４４】
図４の例によれば、ヒータトラック６１は、一連の屈曲部（ベンド）を含む蛇行形状を有している。ヒータトラックに蛇行形状を使用することは、延在した表面領域の集中的な加熱を行うことを可能にする。この例では、蛇行形状内の屈曲部は角のあるものであり、各屈曲部が、約９０°の角度に各々がある２つのコーナーを有している。しかしながら、本発明は、実質的にあらゆるタイプのヒータに関連して有用に適用されることができる。例えば、屈曲部が角のあるものであることは本質的なことではなく、屈曲部は、丸みのある形状や斜めの形状などを有していてもよい。また、（屈曲部のない）直線状のヒータトラックも使用され得る。ＭＥＭＳ技術は、２つの層を上下に接続することを可能にし、故に、ヒータトラックの形状に関する柔軟性を増大させる。
【００４５】
ヒータトラック６１は、電位の印加のための接続端子を有し、この例では、加熱トラック６１の端部に位置する外側接続端子（Ａ及びＤというラベルを付している）と、これら外側端子の間で加熱トラック６１に沿った位置に置かれた３つの内側接続端子（Ｂ、Ｅ及びＣというラベルを付している）とが存在している。図４に示した例では、外側端子Ａ及びＤの間に３つの内側端子Ｂ、Ｅ及びＣが存在している。しかしながら、他の例では、外側端子間に単一の内側端子、２つの内側端子、又は４つ以上の内側端子が存在してもよい。ヒータトラック６１の内側及び外側の端子Ａ−Ｅの各々を、それぞれの導電体６４が、制御ユニット６２の制御出力Ｄ１−Ｄ５に接続する。
【００４６】
図４に示した例では、内側端子Ｂ、Ｅ及びＣの各々が、ヒータトラック６１に、ヒータトラックの屈曲部の外側にあるそれぞれの位置で接続されている。内側の電極をヒータトラック６１の屈曲部の外側に配置することにより、導電体６４を内側端子に接続することが比較的簡易である。また、この例では、内側端子Ｂ、Ｅ及びＣが互いに不規則に離間されており、すなわち、内側端子ＢとＥとの間に、内側端子ＥとＣとの間に存在するのとは異なる長さのヒータトラックが存在している。同様にして、外側端子Ａと内側端子Ｂとの間に、内側端子Ｃと外側端子Ｄとの間に存在するのとは異なる長さのヒータトラックが存在している。しかしながら、内側端子はヒータトラックに沿って一定の間隔で配置されてもよく、また、外側端子とそれに隣接する内側端子との間の間隔はヒータトラックの各端部で同じであってもよい。また、端子数は特に限定されるものではないが、端子数の選択は、端子を通じての熱伝達を考慮に入れるべきである。
【００４７】
内側及び外側の端子Ａ−Ｅを制御ユニット６２に接続する導電体６４は、例えば集積回路において典型的に使用されている導電材料といった、任意の好適材料で形成され得る。しかしながら、（ヒータトラック６１から導電体６４への熱エネルギー伝達を抑制するために）これらの導電体６４の加熱を抑制するように大きさ及び厚さを設定するのが妥当である。
【００４８】
制御ユニット６２は、以下に限られないが、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）制御チップ、又はアナログ回路とＭＣＵチップとから構成される汎用制御ユニットなどを含め、様々な形態で実装され得る。
【００４９】
この例では、制御ユニット６２は、５つの制御出力Ｄ１−Ｄ５を有しており、これらの制御出力Ｄ１−Ｄ５を用いて加熱トラックの端子Ａ−Ｅに印加される電位のセット｛ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ，ＶＤ，ＶＥ｝を制御するように構成される。
【００５０】
一例として、制御ユニット６２は、内側電極には電圧が印加されずに加熱トラック６１の端子Ａと端子Ｄとの間に電力が印加されるように、選択された電圧をその制御出力にて出力し得る。結果として、内側端子Ｂ、Ｅ及びＣでの電圧ＶＢ，ＶＥ及びＶＣはそれぞれ単純に、ヒータトラック６１に沿って生じる電圧降下を反映する。図５Ａは、外側端子ＡとＤとの間に電力を印加する場合に生成される加熱パターンを例示しており、より暗い陰影が、より高い温度を表している。見て取れるように、図５Ａの例において、ヒータトラックの長さに沿った所与の位置では、ヒータトラックの幅にわたって温度が実質的に同じである。一方で、長さ的方向では温度が変化している。ここでは、“幅的方向”は図５Ａでの縦方向であり、“長さ的方向”は図５Ａでの横方向である。この例では、長さ的方向でのヒータトラックの中心およそ１／３にわたって高温領域が存在しており、ヒータトラックの端部に向かって温度が低くなっている。
【００５１】
他の一例として、制御ユニット６２は、内側端子Ｅ及びＣにも外側端子Ｄにも電圧が印加されずに加熱トラック６１の端子Ａと端子Ｂとの間に電力が印加されるように、選択された電圧をその制御出力にて出力し得る。図５Ｂは、この場合に生成される加熱パターンを例示している。見て取れるように、図５Ｂの例では、端子ＡとＢとの間に高温領域が生成され、内側端子Ｂから外側端子Ｄに向かって温度が徐々に低下している。
【００５２】
図６は、図５Ａ及び５Ｂの例においてヒータトラック６１の長さに沿ってどのように温度が変化するかを示すグラフである。図６のｙ軸は温度を表しており、ｘ軸はヒータトラックに沿った距離を表している（軸同士が交差する位置が、ヒータトラック６１の全長に沿った中間の位置を表している）。
【００５３】
他の一例として、制御ユニット６２は、内側端子Ｂにも外側端子Ａ及びＤにも電圧が印加されずに加熱トラック６１の内側端子Ｂと内側端子Ｅとの間に電力が印加されるように、選択された電圧をその制御出力にて出力し得る。図５Ｃは、この場合に生成される加熱パターンを例示している。見て取れるように、図５Ｃの例では、端子ＢとＥとの間に高温領域が生成され、内側端子Ｂから外側端子Ａに向かって及び内側端子Ｅから外側端子Ｄに向かって温度が徐々に低下している。
【００５４】
上述の例は、網羅的なものではないが、外側及び内側の端子に印加される電圧の制御によって、例えばヒータトラックの長さに沿った様々な温度プロファイルといった、様々な温度パターンを生成することができることを例証するには十分であろう。ヒータトラックによって生成される温度パターンは、ヒータトラックの内側及び外側の端子に印加される電圧のセットの制御ユニット６２による適切な制御によって設定されることができる。
【００５５】
本出願の実施形態によって提供されるコンフィギュラブル加熱素子は、様々な異なる用途において様々な技術的問題に対処するために使用されることができる。
【００５６】
第１の用途において、本発明を具現するコンフィギュラブルなガスセンサは、ガスセンサの物理特性のバラつき（特に、製造プロセスに起因して生じるバラつき）を補償するための較正を可能にするように使用され得る。そのような用途において、本発明に従ったコンフィギュラブルなガスセンサは、図４に例示したヒータアセンブリ６０を、温度センサ（図示せず）並びにガスセンサのその他のコンポーネント（ガス検知材料、ガスサンプルへの曝露を受けてのガス検知層の特性変化を検出するための測定電極など；図示せず）とともに組み込み得る。
【００５７】
このようなガスセンサのバッチが、仕様に従って製造され得る。仕様は、ヒータトラックの外側端子Ａ及びＤ間へのＸボルトの電圧の印加が、ガス検知材料を、摂氏Ｙ度の所定の狙い温度に加熱すべきであることを指定する。適切なＸ及びＹの値はその用途に依存する。しかしながら、多くの典型的な用途では、１０オーム又は５００オームの抵抗を持つヒータトラックを使用するガスセンサにおいて、Ｘは０．５ボルトから５ボルトの範囲とすることができ、Ｙは１５０℃から５００℃の範囲とすることができる（念頭に置くことには、特定の用途ではこれらの範囲外の値が適切であり得る）。所与の個別ガスセンサにおいて、ヒータトラック６１の加熱性能が仕様から逸脱することがあり、場合により、ガス検知材料の温度が所定の狙い温度に上昇されるのが、外側端子ＡとＤとの間に電力を印加することによってではなく、それとは異なる端子対間（例えば、内側端子Ｂと外側端子Ｄとの間）に電力を印加することによってであることがある。較正を受けて、制御ユニット６２は、最適な端子対が使用されるように、端子への電力の印加を制御することができる。
【００５８】
次に、図８を参照して、本発明に従ったコンフィギュラブルなガスセンサを較正する方法の一例を説明する。
【００５９】
図８の方法によれば、ヒータトラックの内側及び外側の電気端子の中から電気端子の候補対が選択され、候補対の端子間に電力が印加される（Ｓ８０１）。候補電気端子間に電力が印加されると、ヒータトラックが熱くなり、これがガスセンサ内のガス検知層の温度を上昇させる。ガス検知層の温度が安定になったとき、（外部の温度センサの使用も排除されないが）典型的にはそのガスセンサの温度センサを用いて、温度の測定結果が取得される（Ｓ８０２）。ガス検知層によって到達された温度が、所定の狙い温度と比較される（Ｓ８０３）。
【００６０】
処理Ｓ８０１−Ｓ８０３は、例えば、外側端子間に電力が印加されるときに所定の狙い温度を達成することができるのかを判断するために、ヒータトラックの外側端子に対応する候補端子対に対して実行され得る。図８に破線の矢印によって示すように、処理Ｓ８０１−Ｓ８０３は、候補端子対の異なる選択を用いて１回以上繰り返されることができ、それにより、電気端子の様々な組み合わせを用いて達成可能な温度に関するデータが集められる。
【００６１】
そして、ガスセンサが較正され（Ｓ８０４）、すなわち、ガス検知層の温度を所望の狙い温度に（あるいは、ヒータトラック上の内側及び外側の端子を用いて達成可能な限り近く）駆動するために、動作中に制御ユニット６２が電力を印加することになる一対の電気端子の選択が為される。
【００６２】
処理Ｓ８０１−Ｓ８０４は全て、制御ユニット６２によって実行され得る。しかしながら、原理上、これらの処理は外部回路によって実行されてもよく、そして、その結果を用いて制御ユニット６２をプログラムし得る。
【００６３】
上述の方法は、本発明における加熱素子のコンフィギュラブル性を利用して、大量生産プロセスによって生み出されたデバイス間の性能のバラつきを抑制するようにガスセンサを較正することを可能にする。
【００６４】
次に、本発明に従ったコンフィギュラブルなガスセンサを利用する第２の用途を説明する。この第２の用途は、同時に、しかし異なる温度で、ガス検知層の特性の複数の測定結果を取得することを可能にする。
【００６５】
図７は、第２の用途にて適用される、図４の例に基づくコンフィギュラブルなガスセンサの一例を示している。図７に示す例では、ヒータトラック６１の各“ポケット”内（すなわち、ヒータトラック６１の各屈曲部の内側の中）にそれぞれの測定電極６５が配置されている。この例では、各測定電極６５が一対の互いにかみ合わされた櫛形電極を含んでいるが、他の形態の測定電極が使用されてもよい。測定電極６５は、ヒータトラック６１と同じ、支持体（基板、メンブレン）の表面に形成され得るが、これは本質的なことではなく、支持体層の一方の主表面に測定電極が形成され、他方の主表面にヒータトラックが形成されてもよい。
【００６６】
図７の例において、制御ユニット６２は、制御ユニット６２の５個の制御出力Ｄ１−Ｄ５に生成される電圧を決定する８個の制御入力Ｃ１−Ｃ８のセットによって駆動される。８個の制御入力Ｃ１−Ｃ８を用いて、２５６通りの異なる制御モードを実現することができる。この例において、制御入力は、制御電圧出力Ｄ１−Ｄ５に関する値と、その間に電圧が印加される期間とを指定する。下の表１は、一例に従った、制御入力Ｃ１−Ｃ８によって規定される一部の温度／電圧出力プロファイルを示している。
【表１】
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【００６７】
所与の時点にヒータトラック６１の複数の端子に印加される電圧は、異なる測定電極６５によって（及び、それに対応して、異なる測定電極６５に隣接するガス検知材料の領域によって）異なる温度が経験されるように、ヒータトラック６１にわたる温度パターンを作り出し得る。図１０は、端子ＡとＤとの間に電力が印加される例でのこの状況を示している。故に、同じ時点において、異なる測定電極６５は、異なる温度において、ガスサンプルに対するガス検知材料の反応を測定している。これは、非常に短い時間内に豊富なデータセットを生み出す。
【００６８】
本発明に従ったコンフィギュラブルなガスセンサは、ヒータトラックを部分的に加熱するように駆動されることができ、すなわち、ヒータトラックの長さの、全体ではなく、一部のみに渡る一対の端子間に電力を印加するように駆動されることができる。この部分的な加熱は、例えばクリーニング目的で、ヒータトラック上に準備される全ての検知材料に十分な熱エネルギーを提供することができる。これは、測定処理後にさもなければゆっくりとしか回復しないヒータトラックのセクションの回復時間を改善する。このような部分的な加熱は、ヒータトラックの全長のうちの選択部分を、制御ユニットがヒータトラックの１つの内側端子とヒータトラックの別の電気端子との間に電力を印加することによってクリーニングすることを伴う（ヒータトラックの全長のうちの上記選択部分は、該内側端子と該別の電気端子との間の部分である）。
【００６９】
この第２の用途において、ガスセンサは、例えば以下の方法に従って動作され得る。制御ユニットが、ヒータトラックの端子に印加される電位を制御する（Ｓ９０１）。ヒータトラック６１の端子に電圧が印加されると、これがヒータトラックに沿って温度プロファイルを生成し（Ｓ９０２）、その温度プロファイルが、複数の測定電極６５のうちの異なるものを異なる温度に加熱する（Ｓ９０３）。温度プロファイルによる測定電極の加熱中に複数の測定電極６５のうちの上記異なるものによって生成される信号のセットを測定することにより、これら異なる温度でのガス検知層の電気特性が決定される（Ｓ９０４）。
【００７０】
望まれる場合には、より多くの測定データを生成するために、制御ユニット６２がヒータトラックの端子に異なる電圧セットを印加して、処理Ｓ９０１−Ｓ９０４が繰り返され得る。
【００７１】
制御ユニット６２によって適用される制御プロファイルは、以下に限られないが、温度、電圧、パルス幅変調（ＰＷＭ）のデューティサイクル、端子対を通って消散される電力を含め、様々なパラメータに関して表現されることができる。
【００７２】
制御ユニット６２は、様々な制御プロファイルを記憶するメモリ（ＭＥＭ）６２１を有し得る。メモリ内の制御プロファイルは、例えば（再現性を向上させるために）較正プロセスに基づいて更新され得る。制御メモリ６２１内の制御プロファイルを更新するために、制御ユニット６２の或る端子に更新信号（update  signal；ＵＳ）が与えられ得る。
【００７３】
図１１は、制御プロファイルメモリ６２１における較正された制御プロファイルを生成する一方法の例を示している。更新信号ＵＳが、制御プロファイルメモリ６２１に、１つ以上の位置で狙い温度を生成することを意図した未較正の制御プロファイルに関するデータを供給する。以下の例、すなわち、特定の位置に２５０℃、２７０℃及び１２０℃という狙い温度を生成すべきであって、未較正のプロファイルが、ヒータトラックの指定の端子間に４ボルト、４．２ボルト及び２．５ボルトの電圧の印加を指定しているという例を考える（Ｓ１１０１）。
【００７４】
そして、制御ユニット６２が較正プロセスを実行し（Ｓ１１０２）、規定された電圧が指定の端子に印加され、狙い温度が達成されるか否かについての判定が為される。指定の端子への指定の電圧の印加で狙い温度が達成されない場合、制御ユニット６２は、調整を行いながら、このプロセスを（１回又は複数回）繰り返し得る。
【００７５】
この調整は、調整した電圧を指定の端子に印加することからなる。例えば、制御ユニットは、決められた量（これは、固定された増分、先に印加された電圧の或る割合、又は、例えば先に試した電圧を考慮に入れて、計算によって決定された量とし得る）だけ先の電圧から変更された調整後の電圧を印加し得る。そして、制御ユニット６２は、指定の単位に印加されたときに狙い温度に可能な限り近い温度を生成する電圧を決定する。故に、例えば、２５０℃の温度を達成するためには、指定の端子に４ボルトではなく４．１５ボルトの電圧が印加されなければならず、２７０℃の温度を達成するためには、指定の端子に４．２ボルトではなく４．２５２ボルトの電圧が印加されなければならず、そして、１２０℃の温度を達成するためには、指定の端子に２．５ボルトではなく２．４９ボルトの電圧が印加されなければならないと決定され得る。
【００７６】
それに代わるものとして、上記調整は、指定の電圧を異なる端子対に印加することからなってもよい。例えば、４ボルトの電圧を端子ＡとＣとの間に印加することに代えて、同じ電圧が端子ＡとＥとの間に印加され得る。
【００７７】
較正プロセス中に為された測定に基づいて、制御ユニット６２は、指定の電圧及び端子と得られる温度との間の関係の正確性を向上させるために、元の（未較正の）制御プロファイルをどのように調整すべきかを決定するとともに、較正された制御プロファイルを格納するようにメモリ６２１内のデータを更新する（Ｓ１１０３）。図１１の例では、更新された制御プロファイルは、指定の端子に印加されるべき調整された電圧値を含んでいる。当然ながら、制御ユニット６２は、指定電圧の値と、それらの間に電力が印加されるべき端子を特定するものとの双方を変更するように、制御プロファイルを更新してもよい。
【００７８】
その後の動作において、狙いの制御プロファイルを適用するように制御ユニット６２が動作されるとき、制御ユニット６２は、メモリ６２１に格納された、較正された制御プロファイルを使用することになる。
【００７９】
実際には、図４及び図７に示したタイプのコンフィギュラブルなガスセンサにおいて、選択された端子対間に電力を印加するとき、端子における電圧を制御することに加えて、選択された端子対を流れる電流を測定することが有用である。そのような電流測定は、ヒータ抵抗を特定することを可能にする。そのような電流測定から、ヒータ温度を突き止めることもできる。故に、電流測定回路（図示せず）がガスセンサ内に設けられてもよい。
【００８０】
次に、本発明に従ったコンフィギュラブルなガスセンサを利用する第３の用途を説明する。この第３の用途は、同時に且つ同じ温度で、しかし異なる位置で、ガス検知層の特性の複数の測定結果を取得することを可能にする。
【００８１】
本発明に従ったコンフィギュラブルなガスセンサは、図７の例においてのように、複数の測定電極を備えることができ、複数の異なる位置でガス検知層の電気特性を測定することを可能にし、そして、制御ユニットは、それら複数の測定電極が測定結果を取得する複数の異なる位置に同じ温度を生成するように構成され得る。斯くして、ガスセンサは、同じ時点にて、同じ温度にあるガス検知層の電気特性の複数の測定結果を取得する。故に、測定結果の信頼性を向上させるべく、ガスを特徴付ける際に使用される一群のデータ点を迅速に複製的に取得することができ、同じ温度で一連の順次測定を実行する必要はなく、また、各ガスセンサが同じ温度で動作するガスセンサのアレイを使用する必要もない。
【００８２】
図１２は、この第３の用途の一例を示している。図１２に示す例では、ＶＢ＝ＶＣ且つＶＡ＝ＶＤであり、ＴＰというラベルを付した陰影部の２つのパッチが、ヒータトラックの端子Ｅの左側及び右側に生成される温度プロファイルを例示している。温度プロファイルＴＰ内の陰影のグレースケール暗さが温度と相関しており、故に、最も高温の領域が端子Ｂのすぐ左側と端子Ｃのすぐ右側とにあることが見て取れる。この例において、（図１２の左右に位置する）最も外側の測定電極は同一温度にある。また、これら最も外側の測定電極に印加されるバイアス電圧は同一値Ｖｂｉａｓ１に設定されている。故に、これら２つの最も外側の測定電極は、実質的に同じ測定条件の下で測定結果を取得しており、理論的に、相等しい出力を生成するはずである。同じ測定条件下で取得された複数の測定結果を統計的に処理することで、単一の測定結果よりも高い信頼度を持つ測定結果を生成することができ、例えば、誤差を低減するために、これら最も外側の測定電極によって生成された測定結果の平均が採用され得る。
【００８３】
なお、図１２の例は、ヒータトラックに沿った１つの特定の温度パターンと、端子Ａ−Ｅに印加される特定の電圧セットとを示しているが、測定電極のうち少なくとも２つが温度が実質的に同じ位置にある限り、他のパターンの印加電圧及び他の温度プロファイルを用いる場合にもなお、この第３の用途の利点を得ることができる。
【００８４】
次に、本発明に従ったコンフィギュラブルなガスセンサを利用する第４の用途を説明する。この第４の用途は、同時に且つ同じ温度で、しかし異なる位置で異なるバイアス電圧を印加して、ガス検知層の特性の複数の測定結果を取得することを可能にする。
【００８５】
本発明に従ったコンフィギュラブルなガスセンサは、図７の例においてのように、複数の測定電極を備えることができ、測定電極６５の感度が検知層の分極に結びついていること及び各測定電極６５にバイアス電圧が印加されることを思い起こすに、複数の異なる位置で、そして、複数の異なるバイアス電圧で、ガス検知層の電気特性を測定することを可能にする。斯くして、ガスセンサは、同じ時点にて、同じ温度での且つ異なるバイアス電圧でのガス検知層の電気特性の複数の測定結果を取得する。故に、ガスを特徴付ける際に使用される一群のデータ点を迅速に取得することができ、同じ温度で一連の順次測定を実行する必要はなく、また、各ガスセンサが同じ温度で動作するガスセンサのアレイを使用する必要もない。
【００８６】
図１３は、この第４の用途の一例を示している。図１３に示す例では、やはりＶＢ＝ＶＣ且つＶＡ＝ＶＤであり、ＴＰというラベルを付した陰影部の２つのパッチが、ヒータトラックの端子Ｅの左側及び右側に生成される温度プロファイルを例示している。ここでも、図１３の温度プロファイルＴＰ内の陰影のグレースケール暗さが温度と相関している。図１３の例にて生成される温度プロファイルは、図１２のそれと同じであるが、この第４の用途でも、ヒータトラックの端子Ａ−Ｅへの適切な電圧の印加によって様々な温度プロファイルを生成させることができる。
【００８７】
図１３の例においても、（図１３の左右に位置する）最も外側の測定電極は同一温度にある。しかしながら、第３の用途とは異なり、第４の用途では、これら最も外側の測定電極に異なるバイアス電圧Ｖｂｉａｓ１及びＶｂｉａｓ２が印加されている。故に、この第４の用途は、異なるバイアス電圧を印加された測定電極を用いて、同じ温度での２つの測定結果を生成することを可能にし、試験対象のガスサンプルを特徴付けるのに利用可能なデータ点を増加させる。
【００８８】
上述の実施形態及び用途は、ケモレジスタ型のガスセンサに有用に適用され得る。しかしながら、本発明は、動作中にガス検知素子が加熱され、そして、ガス種に対するガス検知素子の反応が動作温度とともに変化するものであるガスセンサに概して適用可能である。
【００８９】
本発明の実施形態に従ったコンフィギュラブルなガスセンサは、以下を含む様々な利点を有する。内側端子の存在のおかげで、ヒータトラックを部分的に加熱することができる。ヒータトラックの部分的な加熱は、検知材料上に、より良好な及び幅広い熱プロファイルを作り出すことを可能にする。温度プロファイルが異なる温度を生成する位置に配置された複数の電極を用いることにより、異なる動作温度で収集される検知信号を同時に取り出すことが可能である。反応性のガスとの反応後に検知材料上に生成される副生成物及び汚染物質を、部分的な加熱を用いて除去することができる。
【００９０】
特定の実施形態を参照して本発明を上述してきたが、当業者が直ちに理解することには、本発明は上述の実施形態の詳細事項によって限定されるものではない。より具体的には、当業者が理解することには、添付の請求項に規定される本発明から逸脱することなく、上述の実施形態において様々な変更及び進歩を為すことができつとともに、異なる実施形態を設計することができる。
【００９１】
故に、例えば、図７は、蛇行形状のヒータトラックの各屈曲部に測定電極が設けられる場合を示しているが、このようなヒータトラックの全ての屈曲部に測定電極を設けることは本質的なことではない。
【００９２】
本明細書は、加熱トラックによって生成される温度プロファイルを設定するように“コンフィギュラブル（構成可能）”である加熱素子を参照するとともに、使用中にヒータトラックの内側及び外側の電気端子に印加される電位のパターンを制御することによって加熱素子を構成するための制御ユニットを有するガスセンサを参照している。読者が理解することには、加熱素子の“コンフィギュラブル”な特性は、ヒータトラックによって生成される温度プロファイルを制御ユニットによって設定及び変更することができるということに関係している。これは、（（一部のケースでは）トラックの外側端子に印加される電圧の大きさを変えることによって拡大又は縮小されることができるプロファイルであるとしても）単一の予めプログラムされた加熱プロファイルに対応する電圧によって駆動されるように設計される従来技術のヒータトラックとは対照的である。従って、上述のように、本発明の実施形態によれば、制御ユニットは、ヒータトラックの内側及び外側の端子の様々なサブセットに電力を印加することによって様々な温度プロファイルを生成するように設計され得る。
【図１】
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【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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【図１３】
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【外国語明細書】
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