(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも発熱抵抗体と絶縁層とが半導体基板に積層され、前記絶縁層が、前記発熱抵抗体を覆うように形成されてなる熱伝導式のガス検出素子と、
前記発熱抵抗体の通電を制御するとともに、その発熱抵抗体に通電した際のその発熱抵抗体の抵抗値に基づき被検出ガスを検出する制御手段と、
を備えたガス検出器において、
前記ガス検出素子は、前記絶縁層の表面に、その絶縁層を覆うように積層されるガス不透過性の酸化膜を有し、
前記酸化膜は、Ｔａ，ＮｂおよびＨｆのうち少なくとも１つを含有するとともに、前記被検出ガスを含むガス雰囲気に接する最表面層を構成していること、
を特徴とするガス検出器。
【請求項２】
前記酸化膜は、酸化タンタルを主体に形成されること、
を特徴とする請求項１に記載のガス検出器。
【請求項３】
前記絶縁層の表面は、窒化珪素からなること、
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス検出器。
【請求項４】
前記酸化膜は、その厚さ寸法が、前記半導体基板の表裏面に垂直な方向に対する前記発熱抵抗体の厚さ寸法の５０分の１以上となるように形成されていること、
を特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のガス検出器。
【請求項５】
前記酸化膜は、その厚さ寸法が、５〜２００ｎｍとなるように形成されていること、
を特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のガス検出器。
【請求項６】
前記酸化膜における前記ガス雰囲気に接する表面から前記絶縁層の表面までの距離が、その酸化膜の厚さ寸法であること、
を特徴とする請求項４または請求項５に記載のガス検出器。
【請求項７】
前記酸化膜は、スパッタ法にて形成されること、
を特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載のガス検出器。
【請求項８】
前記被検出ガスは水素ガスであること、
を特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載のガス検出器。
【請求項９】
少なくとも前記ガス検出素子が、水素と酸素とから電力を発生する燃料電池システムにおける所定の箇所に配設され、その燃料電池システムにおける水素ガスを検出すること、
を特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載のガス検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性ガスの濃度測定や漏洩検知等に用いられるガス検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
可燃性ガスの濃度測定や漏洩検知を行うガス検出器では、省スペース化や低消費電力化の観点から、より一層の小型化が望まれている。近年では、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）の技術（マイクロマシニング技術とも言われる）を用いたより小型のガス検出素子も開発されている。ＭＥＭＳの技術を用いたガス検出素子は、半導体基板（例えば、シリコン基板）上に複数の薄膜が積層状に構成されてなるものである。
【０００３】
このようなガス検出素子としては、発熱抵抗体を備え、その発熱抵抗体に通電されて発熱抵抗体が発熱した際に可燃性ガスへの熱伝導が生じることを利用した熱伝導式ガス検出素子がある。具体的に、ガス検出素子の温度を一定の温度に制御する場合、熱伝導によって発熱抵抗体の温度が変化するとともに抵抗値が変化するため、その変化量に基づき、被検出ガスを検出するものである。また、他には、発熱抵抗体、及びその発熱抵抗体の熱に基づき可燃性ガスを燃焼させる触媒を有し、発熱抵抗体に通電された際に触媒によって可燃性ガスが燃焼することを利用する接触燃焼式ガス検出素子がある。具体的に、可燃性ガスの燃焼熱に応じて発熱抵抗体の温度が変化するとともに抵抗値が変化するため、その変化量に基づき可燃性ガスを検出するものである。
【０００４】
何れも、可燃性ガスの種類或いは濃度により発熱抵抗体の抵抗値が変化するため、そのようなガス検出素子を備えたガス検出器においては、発熱抵抗体の抵抗値に基づき可燃性ガスを検出することができる。
【０００５】
このようなガス検出素子は、半導体基板上に絶縁層を設け、この絶縁層内に発熱抵抗体を配置させる構成をとるが、絶縁層の最表面（具体的に、可燃性ガスが含まれるガス雰囲気に接する面）は、耐腐食性や安定性に優れていることが好ましく、ＭＥＭＳの技術を用いて作製されるガス検出素子では、絶縁層の最表面は、窒化珪素で構成される場合がある（特許文献１参照）。しかし、窒化珪素などの材質によっては、アルカリ成分の付着によって侵食する傾向を示すものがあり、アルカリに対する耐久性の向上を図ることが望ましい。
【０００６】
そこで、アルカリ成分の付着による侵食を防止するために、窒化珪素等で構成される表面に、さらに、耐アルカリ性の保護層（以下、耐アルカリ保護層と記載する）を設けることも考えられている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、所謂スピンコーティング法により、耐アルカリ保護層を形成している。具体的に、アルミナゾルからなる溶液層を表面に塗布形成し、その後焼成することによって、アルミナの層（つまり、耐アルカリ保護層）を形成している。
【０００７】
さらに、ガス検出素子の最表面層が耐アルカリ性に優れた傾向を示す酸化膜で形成された構成が提案されている（特許文献３）。この構成であれば、アルカリ性の成分がそのガス検出素子の表面に付着したとしても、アルカリ性の成分による侵食を防止できる。
【０００８】
しかも、特許文献３に記載のガス検出素子に形成された酸化膜は、ガス不透過性を有しており（緻密に構成されており）、これにより、不純物（例えば有機シリコン等）が酸化膜中に侵入することを抑制することができる。
【０００９】
つまり、ガス検出素子において不純物が最表面層中に侵入して熱容量が変化することを抑制できることから、ガス検出素子の出力が安定し、かつ正確なものとなり、検出精度を高いレベルにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１５６３６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６４５７０号公報
【特許文献３】特開２０１０−０９６７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記従来のガス検出素子は、結露が発生するような高湿度環境下においては、水分の影響によってガス検出精度が低下する虞がある。
例えば、上記従来のガス検出素子は、結露によって生じた水滴が酸化膜に付着した際に、酸化膜が水滴により侵食されて、酸化膜の構造が緻密な構造から多孔質構造に変化する可能性がある。このような酸化膜の特性変化が生じると、ガス検出素子の出力に誤差が生じる可能性がある。
【００１２】
本発明は、可燃性ガスの濃度測定や漏洩検知等に用いられるガス検出器であって、耐アルカリ性に優れるとともに耐結露性に優れるガス検出素子を備えるガス検出器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】
【００１３】
（１）本発明の第１の局面におけるガス検出器は、熱伝導式のガス検出素子と制御手段とを備えている。このうち、ガス検出素子は、少なくとも発熱抵抗体と絶縁層とが半導体基板に積層され、絶縁層が発熱抵抗体を覆うように形成される。制御手段は、発熱抵抗体の通電を制御するとともに、その発熱抵抗体に通電した際のその発熱抵抗体の抵抗値に基づき被検出ガスを検出する。
【００１４】
また、ガス検出素子は、絶縁層の表面に、その絶縁層を覆うように積層されるガス不透過性の酸化膜を有する。そして、その酸化膜は、Ｔａ，ＮｂおよびＨｆのうち少なくとも１つを含有するとともに、被検出ガスを含むガス雰囲気に接する最表面層を構成している。
【００１５】
尚、本発明における「検出」とは、被検出ガスの有無を判定することに限らず、被検出ガスの濃度を検量することを含む趣旨である。また、酸化膜がガス不透過性であるとは、酸化膜がガスを通さないほどより緻密に構成されていることを趣旨とする。
【００１６】
このガス検出器では、ガス検出素子の最表面層がＴａ，ＮｂおよびＨｆのうち少なくとも１つを含有する酸化膜で形成されており、この酸化膜は、水滴がガス検出素子の表面に付着しても、水滴により侵食されることがない。つまり、この酸化膜は、耐結露性に優れており、水滴が付着しても、自身の構造が緻密な構造から多孔質構造に変化することがない。
【００１７】
このように、このガス検出器では、水滴による酸化膜の特性変化を抑制できるため、ガス検出素子の最表面層に水滴が付着したとしても、不純物が酸化膜（最表面層）に侵入することを抑制でき、ガス検出素子の熱容量が変化するのを抑制できる。
【００１８】
また、この酸化膜は、酸化材料で形成されるため、耐アルカリ性に優れることは言うまでもない。このため、例えば、アルカリ性の成分がそのガス検出素子の表面に付着したとしても、アルカリ性の成分による侵食を防止できる。
【００１９】
さらに、この酸化膜は、ガス不透過性を有している（緻密に構成されている）ため、被検出ガスが含まれる環境中の不純物（例えば有機シリコン等）が酸化膜中に侵入することを抑制することができる。例えば、酸化膜の構造が、ガス透過性を有するポーラス（多孔質状）であれば、孔に不純物が入り込むなどして不純物が付着しやすいことも考えられるが、本発明ではそのようなことがない。このため、ガス検出素子において不純物が最表面層中に侵入してしまって熱容量が変化するのを抑制できる。
【００２０】
したがって、本発明によれば、耐アルカリ性に優れるとともに耐結露性に優れるガス検出素子を備えるガス検出器を実現できる。つまり、本発明のガス検出器は、ガス検出素子の出力が安定し、かつ正確なものとなることで、ガス検出精度を高いレベルにすることができる。
【００２１】
（２）本発明の他の局面のガス検出器においては、酸化膜は酸化タンタルを主体に形成される構成を採ることができる。
つまり、Ｔａ，ＮｂおよびＨｆのうち少なくとも１つを含有する酸化膜の一例としては、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を主体に形成される酸化膜が挙げられる。
【００２２】
酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を主体に形成される酸化膜を用いることで、耐アルカリ性に優れるとともに耐結露性に優れるガス検出素子を備えるガス検出器を実現できる。
なお、ここでの「主体に形成される」とは、酸化膜における酸化タンタルの含有量が５０ｖｏｌ％以上であることを意味する。
【００２３】
（３）本発明のさらに他の局面のガス検出器においては、絶縁層の表面は窒化珪素からなるという構成を採ることができる。
窒化珪素は耐腐食性や安定性の点で優れているため、耐アルカリ性や耐結露性に優れる酸化膜との設置効果と相俟って、ガス検出素子の耐久性を高めることができる。
【００２４】
（４）本発明のさらに他の局面のガス検出器においては、酸化膜は、その厚さ寸法が半導体基板の表裏面に垂直な方向に対する発熱抵抗体の厚さ寸法の５０分の１以上となるように形成されている、という構成を採ることができる。
【００２５】
酸化膜の厚さ寸法をこのように規定することで、酸化膜に孔（スポット、ポア）が生じることを抑制できる。
（５）本発明のさらに他の局面のガス検出器においては、酸化膜は、その厚さ寸法が５〜２００ｎｍとなるように形成されている、という構成を採ることができる。
【００２６】
このように酸化膜の厚さ寸法における下限値を規定することにより、酸化膜に孔（スポット、ポア）が生じることを抑制できる。
また、酸化膜の厚さ寸法における上限値を規定することにより、酸化膜の厚さ寸法が過剰に大きくなるのを抑制でき、酸化膜の熱による膨張、収縮等に対する柔軟性が小さくなることを抑制できる。
【００２７】
（６）本発明のさらに他の局面のガス検出器においては、酸化膜におけるガス雰囲気に接する表面から絶縁層の表面までの距離が、その酸化膜の厚さ寸法である、という構成を採ることができる。
【００２８】
この趣旨は、酸化膜の厚さ寸法は、絶縁層の表面に沿って見たときに何れの箇所においても所定の数値範囲を満たすというものである。例えば、絶縁層の表面は、内部の発熱抵抗体の存在によって少なからず凹凸があるが、酸化膜もその凹凸に沿って所定の厚さ寸法を持つように形成されることを趣旨とする。
【００２９】
これにより、絶縁層の凹凸における角から酸化膜の表面までの距離も、確実に確保されるため、上記凹凸によって酸化膜を設けた効果にばらつきが出るのを防ぐことができる。
（７）本発明のさらに他の局面のガス検出器においては、酸化膜はスパッタ法にて形成される、という構成を採ることができる。
【００３０】
スパッタ法とは、所望の原料にイオンを衝突させることでその原料を粒子としてはじき飛ばし、そのはじき飛ばした粒子を対象物に付着させることで、その対象物上に所望の薄膜を形成する方法である。スパッタ法によれば、より緻密な膜を形成できる。
【００３１】
（８）本発明のさらに他の局面のガス検出器においては、ガス検出素子は、熱伝導式ガス検出素子または接触燃焼式ガス検出素子である、という構成を採ることができる。
熱伝導式ガス検出素子や接触燃焼式ガス検出素子は、上述の酸化膜を備えることで、耐アルカリ性および耐結露性に優れた特性を有するガス検出素子となる。このようなガス検出素子を備えるガス検出器は、ガス検出素子の出力が安定し、かつ正確なものとなることで、ガス検出精度を高いレベルにすることができる。
【００３２】
とりわけ、熱伝導式ガス検出素子においては、酸化膜を設ける効果がより大きいと考えられる。即ち、被検出ガスは気体であり熱伝導率は非常に小さく、被検出ガス濃度がｐｐｍオーダー（百万分の１）である低濃度領域で被検出ガスの検出を行うためには、ガス検出素子の出力を増幅する必要がある。この場合、ガス検出素子の出力に誤差があると、その誤差も拡大してしまうため、誤差は小さいほうが好ましい。
【００３３】
この点、本発明によれば、水滴による酸化膜の特性変化を抑制できるため、不純物の侵入による熱容量の変化を抑制でき、ひいては誤差を抑制できるため有利である。
（９）本発明のさらに他の局面のガス検出器においては、被検出ガスは水素ガスである、という構成を採ることができる。
【００３４】
つまり、本発明のガス検出器は、例えば、水素ガスを検出するものとして構成されると実用的である。
（１０）本発明のさらに他の局面のガス検出器においては、少なくともガス検出素子が、水素と酸素とから電力を発生する燃料電池システムにおける所定の箇所に配設され、その燃料電池システムにおける水素ガスを検出する、という構成を採ることができる。
【００３５】
つまり、本発明のガス検出器は、例えば、燃料電池システムにおいて水素ガスを検出するものとして構成されると実用的である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、耐アルカリ性に優れるとともに耐結露性に優れるガス検出素子を備えるガス検出器を実現できる。つまり、本発明のガス検出器は、ガス検出素子の出力が安定し、かつ正確なものとなることで、ガス検出精度を高いレベルにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態のガス検出器１の縦断面図である。
【図２】回路基板４１に設けられる制御回路９０を表す図面である。
【図３】ガス検出素子６０の平面図である。
【図４】図３のガス検出素子６０におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】ガス検出素子６０の製造工程を表す図である。
【図６】保護層６４の厚みの定義を説明する図である。
【図７】保護層６４の厚みの他の定義を説明する図である。
【図８】耐結露性確認試験におけるサイクル（ａ）の温度および湿度の概要を示す説明図である。
【図９】耐結露性確認試験におけるサイクル（ｂ）の温度および湿度の概要を示す説明図である。
【図１０】耐結露性確認試験における試験前および試験後のガス検出素子の外観を撮影した画像である。
【図１１】第２ガス検出素子１６０の平面図である。
【図１２】第２ホイートストーンブリッジ回路９２１の構成を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、ガス検出器の一種である水素を検出するためのガス検出器を例に挙げる。具体的には、水素と酸素とから電力を発生する燃料電池システムにおける水素ガスの漏洩を検知する目的で使用されるガス検出器を例に挙げて説明する。
【００３９】
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、本発明が適用されたガス検出器１の縦断面図である。このガス検出器１は、例えば水素と酸素とから電力を発生する燃料電池システムにおける水素ガスの漏洩を検知する目的で使用される。
【００４０】
ガス検出器１は、素子ケース２０と、この素子ケース２０を支持する収容ケース４０と、を備えて構成される。
また、ガス検出器１は、熱伝導式ガス検出素子であるガス検出素子６０、そのガス検出素子６０と電気的に接続される回路基板４１を有している。回路基板４１には、マイクロコンピュータ（以下、マイコンともいう）９４が搭載されている。
【００４１】
ガス検出素子６０は、素子ケース２０に収容される。また、回路基板４１は、素子ケース２０とともに収容ケース４０に収容される。
まず、収容ケース４０の構成について説明する。
【００４２】
収容ケース４０は、ケース本体４２と、ケース本体４２の上端部に設けられた開口を覆う蓋であるケース蓋４４と、を備えて構成されている。
ケース本体４２は、上面及び下面に開口を有するとともに、所定の高さを有する容器であり、回路基板４１の周縁部を保持する回路基板保持部４５と、素子ケース２０の鍔部３８を保持する保持部４６と、を備えている。
【００４３】
また、ケース本体４２は、ケース本体４２の下部中央に形成された流路形成部４３と、ケース本体４２の側部に形成され、外部給電するためのコネクタ５５と、を備えている。
流路形成部４３の内部には、被検出ガスを導入及び排出するための素子ケース２０の導入部３５が収納されている。このように、素子ケース２０は、収容ケース４０内部に配置されるような形態で保持部４６により保持されている。尚、素子ケース２０の鍔部３８とケース本体４２との間には、これらの隙間をシール（密閉）するシール部材４７が配置されている。
【００４４】
コネクタ５５は、回路基板４１（およびマイコン９４）に電気を供給するためのものであり、ケース本体４２の外側面に組み付けられている。このコネクタ５５の内部には、ケース本体４２の側壁から突出する複数のコネクタピン５６，５７が設けられている。コネクタピン５６，５７はそれぞれ、ケース本体４２の側壁に埋め込まれた配線（図示せず）を介して回路基板４１（およびマイコン９４）に電気的に接続されている。
【００４５】
次に、素子ケース２０について説明する。
素子ケース２０は、ガス検出素子６０が設置される接続端子取出台２１と、接続端子取出台２１の周縁部を挟持するとともに、被検出ガスを導入するガス導入口１３に向かって突設された円筒状の壁面を有する検出空間形成部材２２と、を備えている。尚、素子ケース２０の接続端子取出台２１の周縁部には、検出空間形成部材２２との間の隙間をシール（密閉）するシール部材（図示省略）が配置されている。接続端子取出台２１及び検出空間形成部材２２により囲まれた空間は、被検出ガスを導入するための検出空間３９となっている。
【００４６】
接続端子取出台２１には、接続端子２４〜２８を個別に挿入するための挿入孔がそれぞれ設けられており、各挿入孔の周縁部は絶縁性部材により覆われている。
接続端子２４〜２８は、ガス検出素子６０と回路基板４１に備えられた回路とを電気的に接続するための部材であり、導電性部材により棒状に形成されている。
【００４７】
検出空間形成部材２２は、外筒３６，接続端子取出台２１の周縁部を挟持する取出台支持部３７、収容ケース４０の保持部４６により支持される鍔部３８を備えている。また、検出空間形成部材２２の下端部には、被検出ガスを検出空間３９に導入する開口である導入口３４が設けられている。
【００４８】
この導入口３４の近傍には、被検出ガスをガス検出素子６０に対して導入及び排出するための流路を形成する導入部３５が設けられている。導入部３５には、導入口３４から近い順に、撥水フィルタ２９，スペーサ３０、２枚の金網３１，３２がそれぞれ装填されている。そして、これらの部材は、検出空間形成部材２２とフィルタ固定部材３３とにより挟持固定されている。
【００４９】
撥水フィルタ２９は、導入口３４に最も近い位置に取り付けられるフィルタであり、被検出ガス中に含まれている水滴を除去する撥水性を有する薄膜である。これより、水滴などが飛来する多湿環境下においても、ガス検出素子６０が被水するのを防止することができる。撥水フィルタ２９は、物理的吸着により水滴を除去するものであればよく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を利用したフィルタを適用することができる。
【００５０】
スペーサ３０は、フィルタ固定部材３３の内周壁に備えられ、被検出ガスが導入される開口を有する形状（平面視ではリング状）の部材であり、所定の厚みを有することにより、撥水フィルタ２９と２枚の金網３１，３２との位置を調整している。
【００５１】
２枚の金網３１，３２は、所定の厚みと所定の開口部を有しており、ガス検出素子６０に設けられた発熱抵抗体の温度が被検出ガスに含まれる水素ガスの発火温度よりも上昇して発火した場合であっても、火炎が外部に出るのを防止するフレームアレスタとしての機能を果たす。
【００５２】
フィルタ固定部材３３は、検出空間形成部材２２の内壁面と当接する筒状の壁面を有すると共に、その壁面の内面から内向きに突出する凸部を備えている。凸部は、撥水フィルタ２９，スペーサ３０、２枚の金網３１，３２を検出空間形成部材２２との間で挟持固定するために備えられている。
【００５３】
次に、回路基板４１について説明する。
回路基板４１は、所定の厚みを有する板状の基板であり、被検出ガス中に含まれる可燃性ガスを検出するための制御回路９０（後述する）と、発熱体５０，５１の温度を制御するための温度制御回路（図示せず）と、をそれぞれ備えている。
【００５４】
回路基板４１における制御回路９０は、接続端子２４〜２８により、ガス検出素子６０と電気的に接続されている。また、回路基板４１における温度制御回路は、リード線５２，５３により、発熱体５０，５１と電気的に接続されている。
【００５５】
回路基板４１に搭載されたマイコン９４は、同じく回路基板４１に設けられた制御回路９０の出力に基づき、被検出ガス中に含まれる可燃性ガスの濃度を演算する処理（センサ出力演算処理）を実行する。また、温度制御回路の出力に基づき、発熱体５０，５１の発熱量（温度）を制御する処理（温度制御処理）を実行する。マイコン９４は、少なくとも、これらのセンサ出力演算処理や発熱体５０，５１の温度制御処理を実行するためのプログラムを格納する記憶装置と、この記憶装置に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵと、を備えて構成されている。
【００５６】
次に、発熱体５０，５１について説明する。
発熱体５０，５１は、素子ケース２０を加熱し、素子ケース２０の内側面の温度或いは検出空間３９内を所定温度より高い温度（少なくとも露点より高い温度）に保つためのものである。発熱体５０，５１は、例えば、電子部品等で用いられる抵抗体や、フィルムヒータなどを用いて構成される。発熱体５０，５１による加熱により、被検出ガスが、素子ケース２０の内側面或いは検出空間３９内で冷却されてしまうこと、ひいてはその素子ケース２０の内側面或いは検出空間３９内が結露するような事態や被検出ガスの温度が不安定になるようなことを防止することができる。
【００５７】
［１−２．制御回路］
次に、制御回路９０の概略について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、制御回路９０は、ガス検出回路９１、及び温度測定回路９３を備えている。
【００５８】
ガス検出回路９１は、ガス検出素子６０に備えられた発熱抵抗体７１と、回路基板４１に備えられた固定抵抗９５，９６，９７とによって構成されるホイートストーンブリッジ９１１、及び、回路基板４１に備えられ、このホイートストーンブリッジ９１１から得られる電位差を増幅するオペアンプ９１２を備えている。
【００５９】
発熱抵抗体７１として、自身の温度の上昇に伴い抵抗値が上昇する抵抗体を用いた場合、このオペアンプ９１２は、発熱抵抗体７１の温度が所定の温度に保たれるように、発熱抵抗体７１の温度が上昇した場合には出力する電圧を低くし、発熱抵抗体７１の温度が下降した場合には出力する電圧を高くするように作動する。
【００６０】
そして、このオペアンプ９１２の出力は、ホイートストーンブリッジ９１１に接続されているので、発熱抵抗体７１の温度が所定の温度より上昇すると、発熱抵抗体７１の温度を下げるためにオペアンプ９１２から出力される電圧は低くなり、ホイートストーンブリッジ９１１に印加される電圧が低下する。このときの、ホイートストーンブリッジ９１１の端部を構成する電極８５の電圧はガス検出回路９１の出力としてマイコン９４により検出され、マイコン９４により検出された出力値は、被検出ガスに含まれ可燃性ガスを検出するための演算処理に供される。
【００６１】
温度測定回路９３は、ガス検出素子６０に備えられた測温抵抗体８０（後述する）と、回路基板４１に備えられた固定抵抗１０１，１０２，１０３によって構成されるホイートストーンブリッジ９３１と、回路基板４１に備えられ、このホイートストーンブリッジ９３１から得られる電位差を増幅するオペアンプ９３３とを備えている。このオペアンプ９３３の出力はマイコン９４により検出され、マイコン９４により検出された出力値は、被検出ガスの温度を測定するのに用いられ、さらに、被検出ガスに含まれ可燃性ガスを検出するための演算処理に供される。
【００６２】
以上のような構成を有する制御回路９０の出力値に基づき、マイコン９４により実行される可燃性ガスの濃度を演算する処理は、次のようなものである。まず、マイコン９４が備えるＣＰＵ（図示せず）は、同じくマイコン９４が備える記憶装置（図示せず）に記憶されたプログラムに基づき、ガス検出回路９１の出力値から、可燃性ガス濃度にほぼ比例した第１の出力値を出力する。この第１の出力値は検出空間３９の雰囲気温度変化による出力変化を含んでいるので、続いて、温度測定回路９３からの出力に基づき第１の出力値を補正した第２の出力値を出力する。さらに、マイコン９４は、そのマイコン９４の記憶装置（図示せず）に記憶された第２の出力値と可燃性ガスの濃度との関係に基づき、被検出ガス中に含まれる可燃性ガスの濃度を出力する。このように、第１の出力値を温度測定回路９３の出力に基づき補正しているので、精度よく可燃性ガスを検出できる。尚、可燃性ガスの濃度を演算する処理は、上記のものに限られず、公知の手段を適宜用いれば良い。
【００６３】
［１−３．ガス検出素子］
次に、ガス検出素子６０の構成について説明する。図３に、ガス検出素子６０の平面図を示す。また、図４に、ガス検出素子６０の断面図（図３におけるＡ−Ａ矢視断面図）を示す。尚、図３の平面図において、紙面の左右方向をその平面図の左右方向とする。また、図４の断面図において、紙面の上下方向をその断面図の上下方向とする。
【００６４】
ガス検出素子６０は、マイクロマシニング技術を用いて製造されるもので、図４に示すが、シリコン製半導体基板６１を備えるとともに、シリコン製半導体基板６１の上下両側に絶縁層（上側絶縁層６７、下側絶縁層６６）を備えている。上側絶縁層６７は、シリコン製半導体基板６１の表面に形成されており、一方、下側絶縁層６６は、シリコン製半導体基板６１の裏面に形成されている。また、上側絶縁層６７の表面には、保護層６４が形成されている。尚、上側絶縁層６７は、シリコン製半導体基板６１の表面に形成される絶縁層６８と、絶縁層６８の表面に形成される絶縁保護層６９とから構成される。また、ガス検出素子６０は、発熱抵抗体７１を備えている。
【００６５】
シリコン製半導体基板６１は、発熱抵抗体７１の下方に位置する部位に、シリコン製半導体基板６１の一部が開口状に除去された空洞６２を備えており、当該空洞６２の上部は、上側絶縁層６７の一部が露出している。そして、発熱抵抗体７１は、上側絶縁層６７において空洞６２に対応する領域に内包されている。
【００６６】
このような構成にすることにより、発熱抵抗体７１は、空洞６２により周囲から断熱されるため、短時間にて昇温又は降温する。このため、ガス検出素子６０の熱容量を小さくすることができる。
【００６７】
また、発熱抵抗体７１が形成された平面と同じ平面に形成された配線膜７１１，７１２、及び、配線７１３，７１４（配線７１３，７１４については図３参照）がそれぞれ上側絶縁層６７に内包されている。この上側絶縁層６７は、絶縁性を有する材料により形成され、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ２  ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）が用いられる。上側絶縁層６７は、複数の層を単一の材料により形成しても良いし、複数の層を異なる材料を用いて形成するようにしてもよい。本実施形態では、少なくとも絶縁保護層６９は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）からなる。
【００６８】
保護層６４は、上側絶縁層６７の上面に所定の厚みを有する層状に形成され、例えば、Ｔａ，ＮｂおよびＨｆのうち少なくとも１つを含有する酸化膜（本実施形態では、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を主体とする酸化膜）で形成される。この保護層６４は、発熱抵抗体７１、配線膜７１１，７１２、配線７１３，７１４の汚染や損傷を防止すべくそれらを覆うように設けられている。
【００６９】
前述の発熱抵抗体７１は、渦巻き状に形成され（図３参照）、被検出ガスの温度（詳細には、可燃性ガスへの熱伝導）により、自身の温度が変化するとともに自身の抵抗値が変化する抵抗体である。発熱抵抗体７１は、温度抵抗係数が大きい導電性部材によって形成され、例えば、白金（Ｐｔ）により形成される。可燃性ガスとしての水素ガスを検出する場合、水素ガスへの熱伝導によって発熱抵抗体７１から奪われる熱量の大きさは、水素ガス濃度に応じた大きさとなる。このことから、発熱抵抗体７１における電気抵抗値の変化に基づいて、水素ガス濃度を検出することが可能となる。
【００７０】
尚、発熱抵抗体７１の抵抗値変化は被検出ガスの温度による影響を受けるため、後述する測温抵抗体８０（図３）の電気抵抗値に基づき検出される温度を用いて、発熱抵抗体７１の電気抵抗値変化に基づき検出した被検出ガスの濃度を補正することにより、被検出ガス濃度の検出精度を向上させることができる。
【００７１】
次に、発熱抵抗体７１の左端は、上側絶縁層６７（図４）に内包され、発熱抵抗体７１と一体に形成された配線７１３（図３）及び配線膜７１１（図４）を介し、電極８５（図３）と電気的に接続されている。一方、発熱抵抗体７１の右端は、上側絶縁層６７に内包され、発熱抵抗体７１と一体に形成された配線７１４（図３）及び配線膜７１２（図４）を介し、グランド電極８６（図３）と電気的に接続されている。この電極８５及びグランド電極８６は、発熱抵抗体７１に接続される配線の引き出し部位であり、コンタクトホール８４（図４）を介して露出している。この電極８５及びグランド電極８６の材質は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）が用いられる。
【００７２】
測温抵抗体８０（図３）は、検出空間３９（図１参照）内に存在する被検出ガスの温度を検出するためのものであり、上側絶縁層６７（図４）と保護層６４（図４）との間で、かつ、シリコン製半導体基板６１と平行な平面上に形成されている。測温抵抗体８０は、電気抵抗値が温度に比例して変化する金属が用いられ、例えば、白金（Ｐｔ）が用いられる。
【００７３】
また、測温抵抗体８０は、電極８８（図３）及びグランド電極８９（図３）と電気的に接続されている。この電極８８及びグランド電極８９は、コンタクトホール（図示せず）を介して露出している。この電極８８及びグランド電極８９の材質は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）が用いられる。
【００７４】
［１−４．ガス検出素子の製造工程］
次に、ガス検出素子６０の製造工程について図５を用いて説明する。
［１−４−１．絶縁層６８、下側絶縁層６６の形成工程（第１工程）］
シリコン製半導体基板６１を準備し、このシリコン製半導体基板６１を洗浄した上で当該シリコン製半導体基板６１に熱酸化処理を施す。これにより、シリコン製半導体基板６１の表裏面が上下両側の酸化珪素膜（ＳｉＯ２膜）としてそれぞれ１００［ｎｍ］の厚さにて形成される。ついで、シリコン製半導体基板６１の上下両側の各酸化珪素膜に減圧ＣＶＤ法により上下両側の各窒化珪素膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）をそれぞれ積層して２００［ｎｍ］の厚さにて形成する。
【００７５】
これにより、シリコン製半導体基板６１の上側の酸化珪素膜及び窒化珪素膜が絶縁層６８として形成され、一方、シリコン製半導体基板６１の下側の酸化珪素膜及び窒化珪素膜が下側絶縁層６６として形成される。
【００７６】
［１−４−２．発熱抵抗体７１及び配線膜７１１，７１２の形成工程（第２工程）］
上述のように絶縁層６８及び下側絶縁層６６を形成した後、温度３００［℃］の雰囲気内において、タンタル膜（Ｔａ膜）を２０［ｎｍ］の厚さにて絶縁層６８の表面にスパッタ法により形成し、ついで、白金膜（Ｐｔ膜）を４００［ｎｍ］の厚さにてそのタンタル膜にスパッタ法により積層状に形成し、再度、タンタル膜を当該白金膜に２０［ｎｍ］の厚さにてスパッタ法により積層状に形成する。尚、タンタル膜は、上記白金膜の絶縁層６８との密着強度を高める役割をもつ。
【００７７】
然る後、フォトリソグラフィ処理にて、タンタル膜、及び白金膜のうち発熱抵抗体７１及び配線膜７１１，７１２に対する対応部以外の部位を、エッチングにより除去する。これにより、発熱抵抗体７１及び配線膜７１１，７１２が、絶縁層６８の表面上に形成される。尚、配線膜７１１，７１２及び発熱抵抗体７１の抵抗温度係数は、約２０００［ｐｐｍ／℃］である。尚、この工程において、測温抵抗体８０についても、発熱抵抗体７１と同様の手法により、絶縁層６８の表面上に形成する。
【００７８】
［１−４−３．絶縁保護層６９の形成工程（第３工程）］
上述のように発熱抵抗体７１及び配線膜７１１，７１２を形成した後、酸化珪素層（ＳｉＯ２層）を、プラズマＣＶＤ法により、各発熱抵抗体７１及び配線膜７１１，７１２を覆うようにして絶縁層６８の表面上に１００［ｎｍ］の厚さにて形成する。さらに、当該酸化珪素層上に、窒化珪素層（Ｓｉ３Ｎ４層）を、減圧ＣＶＤ法により、２００［ｎｍ］の厚さにて積層状に形成する。これらの形成は、絶縁層６８や下側絶縁層６６、配線膜７１１，７１２のプロセス温度に比べて、低温のプロセスでなされる。
【００７９】
ついで、当該窒化珪素層及び酸化珪素層の積層のうち配線膜７１１，７１２に対応する各部位を、フォトリソグラフィ処理のもとエッチングにより除去する。これにより、コンタクトホール８４を有する絶縁保護層６９が、発熱抵抗体７１を覆うようにして絶縁層６８の表面上に形成される。また、同様のエッチングにより、測温抵抗体８０用のコンタクトホール（図示せず）を形成する。
【００８０】
［１−４−４．保護層６４の形成工程（第４工程）］
上述のように絶縁保護層６９を形成した後、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を主体に形成される酸化膜を、１５［ｎｍ］の厚さにてスパッタ法により積層状に形成する。この酸化膜が、保護層６４となる。
【００８１】
ついで、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を主体に形成される酸化膜のうち配線膜７１１，７１２に対応する各部位を、フォトリソグラフィ処理のもとエッチングにより除去する。
［１−４−５．電極８５，８６の形成工程（第５工程）］
上述のように保護層６４を形成した後、クロム膜（Ｃｒ膜）を２０［ｎｍ］の厚さにて保護層６４にスパッタ法により層状に形成し、ついで、このクロム膜上に、金膜（Ａｕ膜）を６００［ｎｍ］の厚さにてスパッタ法により積層状に形成する。
【００８２】
然る後、このように積層した金膜及びクロム膜からなる電極層のうち各コンタクトホール８４に対する対応部以外の部位を、フォトリソグラフィ処理のもとエッチングにより除去する。これにより、電極８５，８６が、各コンタクトホール８４に対応して形成される。また、この工程の際に、電極８８及びグランド電極８９についても、図示しないコンタクトホールに対応して形成される。
【００８３】
［１−４−６．空洞６２の形成工程（第６工程）］
上述のように電極８５，８６を形成した後、下側絶縁層６６のうち発熱抵抗体７１に対応する各部位を、エッチングにより除去し、ついで、この除去部位に対応するシリコン製半導体基板６１の各部位を水酸化テトラメチルアンモニウムを用いてエッチングにより除去して、絶縁層６８のうち発熱抵抗体７１に対応する部位を外方に露呈させる。これにより、空洞６２が、シリコン製半導体基板６１及び下側絶縁層６６のうち発熱抵抗体７１に対応する部位に形成される。
【００８４】
［１−４−７．保護層６４の「厚み」について］
ここで、保護層６４の「厚み」について図６を用いて説明する。
まず、前提として、絶縁保護層６９の表面には、下地に例えば発熱抵抗体７１が存在することによって、図６に示すように凹凸（段差）が生じる。
【００８５】
そして、例えば、保護層６４の厚みがＳ［ｎｍ］であるとするその趣旨は、絶縁保護層６９の表面を直径Ｓの円が転がることによって描かれる軌跡が保護層６４の表面内に内包される、という趣旨である。即ち、図６に示すように、垂直方向の厚み、及び水平方向の厚みの双方とも、Ｓ［ｎｍ］となる。さらに、絶縁保護層６９の角１００からの厚み（角１００から保護層６４の表面までの距離）も、Ｓ［ｎｍ］となる。
【００８６】
尚、図７に示すように、絶縁保護層６９の凹凸の角に合わせ、保護層６４の表面の凹凸にも角が立つような構成でも良い。
このような本実施形態においては、ガス検出素子６０は、その表面が酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を主体とする酸化膜で形成される保護層６４で覆われているため、耐アルカリ性および耐結露性に優れたものとなっている。つまり、保護層６４は、耐結露性に優れており、水滴が付着しても、自身の構造が緻密な構造から多孔質構造に変化することがない。このように、ガス検出素子６０では、水滴による保護層６４の特性変化を抑制できるため、ガス検出素子６０の最表面層に水滴が付着したとしても、不純物が保護層６４（最表面層）に侵入することを抑制でき、ガス検出素子６０の熱容量が変化するのを抑制できる。
【００８７】
さらに、保護層６４はスパッタ法により形成されており、より緻密な構成（例えばガス不透過性）となっている。このため、例えば保護層６４の構成がポーラス（多孔質性）である場合と比較して、被検出ガスが含まれる環境中の不純物（例えば有機シリコン）の保護層６４への侵入を抑制することができる。
【００８８】
［１−５．効果確認試験］
本発明を適用したガス検出器における耐アルカリ性および耐結露性のそれぞれの効果を確認するための試験における試験結果について説明する。
【００８９】
［１−５−１．耐アルカリ性確認試験］
本試験では、本発明の実施例としての１種類のガス検出素子と、比較例としての４種類のガス検出素子と、を用いて、耐アルカリ性についての試験を実施した。
【００９０】
実施例としては、酸化タンタルを主体とする酸化膜で形成される保護層を備えるガス検出素子（実施例１）を用いた。また、比較例としては、保護層を備えないガス検出素子（比較例１）と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主体に形成される保護層を備えるガス検出素子（比較例２）と、酸化珪素（ＳｉＯ２）を主体に形成される保護層を備えるガス検出素子（比較例３）と、炭化珪素（ＳｉＣ）を主体に形成される保護層を備えるガス検出素子（比較例４）と、を用いた。
【００９１】
なお、本試験では、各種類のガス検出素子について、６個の試料を準備して、試験を実施した。
耐アルカリ性確認試験は、次のような手順で実施した。
【００９２】
まず、各ガス検出素子の発熱抵抗体上面に塩化ナトリウム水溶液（１０−５［ｍｏｌ／Ｌ］）を１［μＬ］滴下し、発熱抵抗体を通電により１分間昇温させて乾燥させる作業を２回繰り返した。なお、昇温時の発熱抵抗体は４００［℃］となるように調整されている。
【００９３】
その後、温度８５［℃］で湿度８５［％ＲＨ］の環境下に各ガス検出素子を配置し、発熱抵抗体が４００［℃］となるように通電した状態で、４００時間を経過させた。
４００時間経過後に、各ガス検出素子の薄膜部に割れ破損が発生したか否かを確認した。６個の全てに割れ破損が生じていない場合には「ＯＫ判定」とし、６個のうち少なくとも１個に割れ破損が発生した場合には「ＮＧ判定」とした。
【００９４】
各ガス検出素子の試験結果を［表１］に示す。
【００９５】
【表１】
0006441643.tif 000002
試験結果によれば、実施例１および比較例２は、いずれも６個の全てに割れ破損が生じておらず「ＯＫ判定」となり、比較例１，３，４は、いずれも少なくとも１個に割れ破損が生じているため「ＮＧ判定」となった。
【００９６】
この試験結果から、本発明を適用した実施例１が耐アルカリ性に優れることが判る。
［１−５−２．耐結露性確認試験］
次に、上述の耐アルカリ性確認試験において「ＯＫ判定」となった実施例１および比較例２を用いて、耐結露性確認試験を実施した。
【００９７】
具体的には、実施例１のガス検出素子を備えるガス検出器と、比較例２のガス検出素子を備えるガス検出器と、を用いて、結露が生じる環境下に設置される前と設置された後とで、センサ出力値の変動量を測定した。
【００９８】
なお、ガス検出器は、実施例１および比較例２のそれぞれについて３個の試料を準備して試験を実施した。
今回の耐結露性確認試験は、「ＪＡＳＯ  Ｄ  ０１４−４：２００６」に基づく温度湿度組合せサイクル試験であり、図８に示すサイクル（ａ）と図９に示すサイクル（ｂ）とに示すように温度および湿度が変更される環境下にガス検出器を交互に設置し、この環境下に設置される前と設置された後とで、センサ出力値の変動量を測定した。なお、出願人は、今回の耐結露性確認試験では、検出素子の表面に必ず結露が生じることを確認しつつ試験を実施した。
【００９９】
本試験では、各サイクルを交互に５回ずつ繰り返し実施し、５回目のサイクル（ｂ）における高温（６５℃）が安定した時点で、ガス検出器に通電を行った。
また、上記環境下への設置前および設置後におけるセンサ出力値の測定は、「ガス組成：Ｈ２Ｏ＝５０％ＲＨ、Ａｉｒ＝ｂａｌ」、「ガス温度：２５［℃］」、「ガス流量：５［Ｌ／ｍｉｎ］」、「圧力：大気圧」の条件下で実施した。
【０１００】
そして、本試験の判定方法としては、結露が生じる環境下に設置される前と設置された後とで、センサ出力値の変動量が±０．２［Ｈ２％］の範囲内であれば「ＯＫ判定」とし、センサ出力値の変動量が±０．２［Ｈ２％］の範囲を逸脱する場合には「ＮＧ判定」とする方法を採用した。
【０１０１】
各ガス検出素子の試験結果を［表２］に示す。
【０１０２】
【表２】
0006441643.tif 000003
試験結果によれば、実施例１は、３個全ての変動量が±０．２［Ｈ２％］の範囲内であるため「ＯＫ判定」となり、比較例２は、３個全ての変動量が±０．２［Ｈ２％］の範囲を逸脱するため「ＮＧ判定」となった。
【０１０３】
また、実施例１および比較例２について、試験前および試験後におけるガス検出素子の外観を撮影した画像を図１０に示す。
図１０に示すように、実施例１のガス検出素子は、試験前と試験後とで外観に大きな変化が生じておらず、結露により生じた水滴による保護層の侵食は発生していない。
【０１０４】
これに対して、比較例２のガス検出素子は、試験後の外観において水玉模様のようなマダラ状の外観となっており、試験後は、試験前と比べて外観に変化が生じている。これは、結露により生じた水滴による保護層の侵食が発生して、保護層の構造が緻密な構造から多孔質構造に変化したためである。このような保護層の特性変化が生じると、多孔質化した保護層の孔に不純物が入り込むことによってガス検出素子の熱容量が変化してしまい、ガス検出素子の出力に誤差が生じる。このため、比較例２では、試験前に比べて試験後のセンサ出力の変動量が所定範囲を逸脱してしまい、上記の［表２］に示すように「ＮＧ判定」になったと考えられる。
【０１０５】
これらの試験結果から、本発明を適用した実施例１は、比較例２と比べて、耐結露性に優れることが判る。
また、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、若しくは酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を主体に形成される保護層を備えるガス検出素子でも、同様の効果が得られた。
【０１０６】
［１−６．効果］
以上説明したように、本実施形態のガス検出器１に備えられるガス検出素子６０は、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を主体とする酸化膜で形成される保護層６４を備える。
【０１０７】
この保護層６４は、水滴がガス検出素子６０の表面に付着しても、水滴により侵食されることがない。つまり、この保護層６４は、耐結露性に優れており、水滴が付着しても、自身の構造が緻密な構造から多孔質構造に変化することがない。このように、ガス検出器１では、水滴による保護層６４の特性変化を抑制できるため、ガス検出素子６０の最表面層に水滴が付着したとしても、不純物が保護層６４（最表面層）に侵入することを抑制でき、ガス検出素子６０の熱容量が変化するのを抑制できる。
【０１０８】
また、この保護層６４は、酸化材料で形成されるため、耐アルカリ性に優れるため、例えば、アルカリ性の成分がそのガス検出素子６０の表面に付着したとしても、アルカリ性の成分による侵食を防止できる。
【０１０９】
さらに、この保護層６４は、ガス不透過性を有している（緻密に構成されている）ため、被検出ガスが含まれる環境中の不純物（例えば有機シリコン等）が保護層６４の中に侵入することを抑制することができる。例えば、保護層６４の構造が、ガス透過性を有するポーラス（多孔質状）であれば、孔に不純物が入り込むなどして不純物が付着しやすいことも考えられるが、本実施形態のガス検出素子６０ではそのようなことがない。このため、ガス検出素子６０において不純物が保護層６４（最表面層）の中に侵入してしまって熱容量が変化するのを抑制できる。
【０１１０】
したがって、本実施形態のガス検出器１によれば、耐アルカリ性に優れるとともに耐結露性に優れるガス検出素子６０を備えるガス検出器を実現できる。つまり、本実施形態のガス検出器１は、ガス検出素子６０の出力が安定し、かつ正確なものとなることで、ガス検出精度を高いレベルにすることができる。
【０１１１】
次に、ガス検出素子６０においては、上側絶縁層６７のうち絶縁保護層６９は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）で形成されている。窒化珪素は耐腐食性や安定性の点で優れているため、耐アルカリ性や耐結露性に優れる保護層６４との設置効果と相俟って、ガス検出素子６０は耐久性が高くなる。
【０１１２】
次に、保護層６４は、厚さ寸法が１５［ｎｍ］であり、発熱抵抗体７１の厚さ寸法（４００［ｎｍ］）と比べて、５０分の１以上の厚さ寸法を有している。保護層６４の厚さ寸法をこのように規定することで、保護層６４に孔（スポット、ポア）が生じることを抑制できる。
【０１１３】
また、保護層６４は、厚さ寸法が１５［ｎｍ］であり、その厚さ寸法が５〜２００ｎｍの範囲内となるように形成されている。このように保護層６４の厚さ寸法における下限値を規定することにより、保護層６４に孔（スポット、ポア）が生じることを抑制できる。また、保護層６４の厚さ寸法における上限値を規定することにより、保護層６４の厚さ寸法が過剰に大きくなるのを抑制でき、保護層６４の熱による膨張、収縮等に対する柔軟性が小さくなることを抑制できる。
【０１１４】
さらに、保護層６４は、ガス雰囲気に接する自身の表面から上側絶縁層６７の表面までの距離が、自身の厚さ寸法となるように形成されている。つまり、上側絶縁層６７の表面は、内部の発熱抵抗体７１の存在によって少なからず凹凸があるが、保護層６４もその凹凸に沿って所定の厚さ寸法を持つように形成されている。
【０１１５】
これにより、上側絶縁層６７の凹凸における角から保護層６４の表面までの距離も、確実に確保されるため、上記凹凸によって保護層６４を設けた効果にばらつきが出るのを防ぐことができる。
【０１１６】
次に、本実施形態のガス検出素子６０においては、保護層６４はスパッタ法にて形成される。このため、保護層６４は、緻密な膜として形成されるため、被検出ガスが含まれる環境中の不純物（例えば有機シリコン等）が保護層６４の中に侵入することを抑制できる。これにより、ガス検出素子６０において不純物が保護層６４（最表面層）の中に侵入してしまって熱容量が変化するのを抑制できる。
【０１１７】
また、ガス検出素子６０は、熱伝導式ガス検出素子であり、保護層６４を備えることで、耐アルカリ性および耐結露性に優れた特性を有するガス検出素子となる。とりわけ、熱伝導式ガス検出素子においては、保護層６４を設ける効果がより大きいと考えられる。
【０１１８】
つまり、熱伝導式ガス検出素子においては、被検出ガス濃度がｐｐｍオーダー（百万分の１）である低濃度領域で被検出ガスの検出を行う場合には、ガス検出素子の出力を増幅する必要があるため、出力の誤差は小さいほうが好ましい。
【０１１９】
この点、本実施形態のガス検出素子６０においては、水滴による保護層６４の特性変化を抑制できるため、不純物の侵入による熱容量の変化を抑制でき、ひいては誤差を抑制できるため有利である。
【０１２０】
［１−７．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
上側絶縁層６７が絶縁層の一例に相当し、回路基板４１が制御手段の一例に相当し、保護層６４が酸化膜の一例に相当する。
【０１２１】
［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【０１２２】
例えば、上記実施形態では、発熱抵抗体７１の周囲のうち一方向のみに測温抵抗体８０が配置される構成のガス検出素子６０について説明したが、ガス検出素子はこのような構成に限られることはない。具体的には、図１１に示す第２ガス検出素子１６０のように、発熱抵抗体１７１の周囲のうち３方向に配置される測温抵抗体１８０を備える構成であっても良い。このような形態の測温抵抗体１８０を備えることで、測温抵抗体１８０による温度検出の検出精度を向上できる。
【０１２３】
また、第２ガス検出素子１６０では、電極１８５、グランド電極１８６、電極１８８、グランド電極１８９が、第２ガス検出素子１６０の４辺のうち１辺に集約されて配置されている。これにより、各電極と他部材との接続を４辺のうち１辺に集約することができ、各電極が互いに離れた位置に配置される構成に比べて、第２ガス検出素子１６０と他部材との接続構造を簡易な構造として実現できる。
【０１２４】
なお、第２ガス検出素子１６０では、電極１８５は、配線膜８１１および配線８１３を介して発熱抵抗体１７１の一端に接続されており、グランド電極１８６は、配線膜８１２および配線８１４を介して発熱抵抗体１７１の他端に接続されている。また、電極１８８は、測温抵抗体１８０の一端に接続されており、グランド電極１８９は、測温抵抗体１８０の他端に接続されている。
【０１２５】
次に、ガス検出回路９１に備えられるホイートストーンブリッジ９１１は上記構成に限られることはなく、可変抵抗部を備えても良い。例えば、図１２に示す第２ホイートストーンブリッジ回路９２１は、発熱抵抗体７１と、２つの固定抵抗９５，９６と、抵抗値を切替可能な可変抵抗部１６２を備えている。つまり、第２ホイートストーンブリッジ回路９２１は、上述のホイートストーンブリッジ９１１のうち固定抵抗９７を可変抵抗部１６２に置き換えて構成されている。
【０１２６】
可変抵抗部１６２は、抵抗値を切り替えることで、第２ホイートストーンブリッジ回路９２１のバランスを変化させるものである。可変抵抗部１６２には、抵抗値の異なる２個の第１固定抵抗１６３および第２固定抵抗１６５と、第１固定抵抗１６３および第２固定抵抗１６５のいずれか一方を有効に動作させる切替スイッチ１６７とが設けられている。切替スイッチ１６７は、マイコン９４から出力された切替信号ＣＧ１に従って切り替え動作を行うものである。
【０１２７】
なお、第１固定抵抗１６３は、発熱抵抗体７１が高温側の第１設定温度ＣＨ（例えば４００℃）となる抵抗値を有するものである。また、第２固定抵抗１６５は、発熱抵抗体７１が第１設定温度ＣＨより低く設定された低温側の第２設定温度ＣＬ（例えば３００℃）となる抵抗値を有するものである。
【０１２８】
このような第２ホイートストーンブリッジ回路９２１を備えるガス検出回路は、可変抵抗部１６２により発熱抵抗体７１が第１設定温度ＣＨに設定される場合には、出力値Ｖ１として高温時電圧ＶＨを出力し、可変抵抗部１６２により発熱抵抗体７１が第２設定温度ＣＬに設定される場合には、出力値Ｖ１として低温時電圧ＶＬを出力する。
【０１２９】
マイコン９４では、ガス検出回路から出力された高温時電圧ＶＨおよび低温時電圧ＶＬと、温度測定回路９３から出力された出力値（温度電圧値）とを用いて、可燃性ガスの濃度を演算する。具体的には、まず、高温時電圧ＶＨと低温時電圧ＶＬとの比率（電圧比ＶＣ）を演算し、電圧比ＶＣおよび温度電圧値と所定のマップデータなどを用いて、雰囲気湿度を演算する。そして、高温時電圧ＶＨと所定のマップデータなどを用いて基準ガス濃度を演算し、さらに、雰囲気温度や雰囲気湿度による影響を低減するように基準ガス濃度を補正して、可燃ガス濃度を演算する。このように、高温時電圧ＶＨと低温時電圧ＶＬとの比率（電圧比ＶＣ）に基づき雰囲気湿度を演算して、雰囲気湿度の影響を低減するようにガス濃度を補正しているので、可燃性ガスの検出精度を向上できる。なお、高温時電圧ＶＨおよび低温時電圧ＶＬを用いた可燃性ガスの濃度を演算する処理は、上記のものに限られず、公知の手段を適宜用いれば良い。
【０１３０】
次に、上記実施形態の保護層６４は、酸化タンタルを主体とする酸化膜で形成されるが、本発明の適用対象はこれに限られることはなく、他のタンタル化合物を主体とする酸化膜で形成される保護層６４を適用してもよい。また、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、若しくは酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を主体とする酸化膜で形成される保護層６４を適用してもよい。
【０１３１】
また、保護層６４の厚み寸法は、１５［ｎｍ］に限定されることはなく、５〜２００［ｎｍ］の範囲内における任意の厚み寸法で形成できる。また、保護層６４の厚み寸法は、発熱抵抗体７１の厚みの５０分の１以上の所定の厚み寸法とすることができる。
【０１３２】
さらに、上記実施形態では、水素ガスを検出するガス検出器について説明したが、本発明の適用対象はこれに限られることはなく、水素以外の可燃性ガスを検出するガス検出器に対して本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【０１３３】
１…ガス検出器、２０…素子ケース、３９…検出空間、４０…収容ケース、４１…回路
基板、４２…ケース本体、５０，５１…発熱体、６０…ガス検出素子、６１…シリコン製半導体基板、６４…保護層、６６…下側絶縁層、６７…上側絶縁層、６８…絶縁層、６９…絶縁保護層、７１…発熱抵抗体、８０…測温抵抗体、８５…電極、８６…グランド電極、８８…電極、８９…グランド電極、９０…制御回路、９４…マイコン、１６０…第２ガス検出素子、１７１…発熱抵抗体、１８０…測温抵抗体、１８５…電極、１８６…グランド電極、１８８…電極、１８９…グランド電極。
【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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