(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、該第１基板の一方の面の少なくとも一部に陽極接合された第２基板と、前記第１基板の他方の面の少なくとも一部に、前記第１基板と前記第２基板とを陽極接合する際の印加電界の方向と同一方向の印加電界で陽極接合を可能とする陽極接合可能層を介して陽極接合された第３基板とを備え、
前記第１基板はシリコン基板からなり、前記第２基板および前記第３基板は第１ガラス基板および第２ガラス基板からなり、
前記陽極接合可能層は、前記シリコン基板の他方の面の少なくとも一部に設けられたガラス層と、前記第２ガラス基板の前記シリコン基板との対向面に前記ガラス層に対応して設けられた金属層またはシリコン層とからなることを特徴とする陽極接合構造物。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記第１基板の一方の面に微小な反応炉が形成されていることを特徴とする陽極接合構造物。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、前記第１基板の他方の面に薄膜ヒータが設けられていることを特徴とする陽極接合構造物。
【請求項４】
請求項３に記載の発明において、前記第３基板の前記第１基板の他方の面と接合する側の面の少なくとも一部に、前記第１基板の他方の面に設けられた前記薄膜ヒータと前記第３基板とが接触しないように、凹部が設けられていることを特徴とする陽極接合構造物。
【請求項５】
第１基板の一方の面の少なくとも一部に第２基板を陽極接合する工程と、前記第１基板の他方の面の少なくとも一部に第３基板を前記第１基板と前記第２基板とを陽極接合する際の印加電界の方向と同一方向の印加電界で陽極接合を可能とする陽極接合可能層を介して陽極接合する工程とを有することを特徴とする陽極接合方法。
【請求項６】
請求項５に記載の発明において、前記第１基板の一方の面および他方の面にそれぞれ前記第２基板および前記第３基板を同時に陽極接合することを特徴とする陽極接合方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の発明において、前記第１基板はシリコン基板からなり、前記第２基板および前記第３基板は第１ガラス基板および第２ガラス基板からなることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項８】
請求項７に記載の発明において、前記陽極接合可能層は、前記シリコン基板の他方の面の少なくとも一部に設けられたガラス層と、前記第２ガラス基板の前記シリコン基板との対向面に前記ガラス層に対応して設けられた金属層またはシリコン層とからなることを特徴とする陽極接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は陽極接合構造および陽極接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、化学反応の技術分野では、流体化された混合物質を流路内に設けられた触媒による化学反応（触媒反応）により、所望の流体物質を生成する化学反応装置が知られている。従来のこのような化学反応装置には、半導体集積回路などの半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、シリコン基板上にミクロンオーダーあるいはミリメートルオーダーの流路を形成したものがある。
【０００３】
図９は従来のこのような小型化学反応装置の一例の透過平面図を示し、図１０はそのＢ−Ｂ線に沿う断面図を示したものである。この小型化学反応装置は小型のシリコン基板１を備えている。シリコン基板１の一面には、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、蛇行した微小な流路２が形成されている。流路２の内壁面には、例えば、化学反応を行うための反応触媒層３が設けられている。
【０００４】
シリコン基板１の一面には第１ガラス基板４が接合されている。第１ガラス基板４の流路２の両端部に対応する所定の２箇所には流入口５および流出口６が設けられている。シリコン基板１の他面には、流路２に対応して蛇行した薄膜ヒータ７が設けられている。薄膜ヒータ７は、この小型化学反応装置における化学反応（触媒反応）が所定の熱条件による吸熱反応を伴うとき、化学反応時に流路２内の反応触媒層３に所定の熱エネルギーを供給するためのものである。
【０００５】
シリコン基板１の他面には、一面の中央部（薄膜ヒータ７に対応する領域）に座ぐり加工により凹部９が形成された第２ガラス基板８の周辺部が接合されている。第２ガラス基板８は、薄膜ヒータ７を保護するほかに、薄膜ヒータ７の熱拡散を防止し、熱効率を良くするためのものである。
【０００６】
次に、上記構成の小型化学反応装置の使用例について説明する。例えば、近年、実用化に向けて研究開発が目覚ましい燃料改質型の燃料電池を用いた燃料電池システムでは、上記構成の小型化学反応装置を用いて、例えば、メタノール水溶液を気化させて得られた発電用燃料ガス（ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ）から水素を生成して燃料電池に供給するように構成することがある
【０００７】
すなわち、薄膜ヒータ７の発熱により流路２内が所定の温度となるように加熱した状態において、上記発電用燃料ガス（ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ）が流入口５を介して流路２内に供給されると、流路２内の反応触媒層３による吸熱反応が生じて、水素と副生成物としての二酸化炭素が生成される。そして、この生成物のうち、二酸化炭素を水素から分離して除去すると、水素のみを生成することができ、これを燃料電池に供給して発電を行うようにすることができる。
【０００８】
次に、上記構成の小型化学反応装置の製造方法の一例について説明する。まず、図１１に示すように、直流電源１１の陰極に接続された陰極板１２上に、流入口５および流出口６を有する第１ガラス基板４を位置決めして載置する。次に、第１ガラス基板４上にシリコン基板１を位置合わせして載置する。この場合、シリコン基板１の下面には流路２が形成され、流路２内には反応触媒層３が設けられ、シリコン基板１の上面には薄膜ヒータ７が設けられている。
【０００９】
次に、シリコン基板１上の薄膜ヒータ７上に、直流電源１１の陽極にスイッチ１３を介して接続された陽極板１４を載置する。この場合、薄膜ヒータ７は導電性を有するので、シリコン基板１上に陽極板１４を直接載置した場合とほぼ同様の効果が得られ、別に支障はない。次に、シリコン基板１および第１ガラス基板４を４００〜６００℃程度に加熱した状態で、スイッチ１３を閉じて直流電源１１から両極板１２、１４間に１ｋＶ程度の直流電圧を印加する。
【００１０】
すると、第１ガラス基板４内の不純物である陽イオンがシリコン基板１から離れる方向に移動し、第１ガラス基板４のシリコン基板１側の界面に酸素イオンの濃度の高い層が現れる。すると、シリコン基板１の第１ガラス基板４側の界面のシリコン原子と第１ガラス基板４のシリコン基板１側の界面の酸素イオンとが結合し、強固な接合界面が得られる。これにより、シリコン基板１と第１ガラス基板４とは強固に陽極接合される。
【００１１】
この場合、シリコン基板１および第１ガラス基板４を４００〜６００℃程度に加熱し、両極板１２、１４間に１ｋＶ程度の直流電圧を印加するのは、第１ガラス基板４内の不純物である陽イオンがシリコン基板１から離れる方向に移動する速度を高くするためである。
【００１２】
次に、図１２に示すように、陰極板１２上に、上面に凹部９を有する第２ガラス基板８を位置決めして載置する。次に、第２ガラス基板８上に、互いに陽極接合されたシリコン基板１および第１基板４をシリコン基板１を下側として位置合わせして載置する。次に、第２ガラス基板８上に陽極板１４を載置する。次に、シリコン基板１、第１ガラス基板４および第２ガラス基板８を４００〜６００℃程度に加熱した状態で、スイッチ１３を閉じて直流電源１１から両極板１２、１４間に１ｋＶ程度の直流電圧を印加する。すると、上記の場合と同様に、シリコン基板１と第２ガラス基板８とは強固に陽極接合される。
【００１３】
ところで、図１２において、シリコン基板１と第１ガラス基板４とについて見ると、シリコン基板１は第２ガラス基板８を介して陰極板１２に接続され、第１ガラス基板４は陽極板１４に接続されているため、２回目の陽極接合時に、シリコン基板１と第１ガラス基板４との間に１回目の陽極接合時の印加電界の方向とは逆方向の電界が印加される。このため、イオンの逆移動が発生し、シリコン基板１と第１ガラス基板４との接合強度が低下し、剥がれてしまう恐れがある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上記従来の製造方法では、１枚のシリコン基板と１枚のガラス基板との陽極接合には効果があるが、１枚のシリコン基板の両面にそれぞれガラス基板を陽極接合する場合には、２回目の陽極接合時に、１回目に陽極接合されたガラス基板がシリコン基板から剥がれてしまう恐れがあるため、１枚のシリコン基板の両面にそれぞれガラス基板を陽極接合することは困難であった。
そこで、この発明は、一の基板の両面にそれぞれ他の基板を容易に且つ確実に陽極接合することができる陽極接合構造および陽極接合方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る陽極接合構造物は、第１基板と、該第１基板の一方の面の少なくとも一部に陽極接合された第２基板と、前記第１基板の他方の面の少なくとも一部に、前記第１基板と前記第２基板とを陽極接合する際の印加電界の方向と同一方向の印加電界で陽極接合を可能とする陽極接合可能層を介して陽極接合された第３基板とを備え、前記第１基板はシリコン基板からなり、前記第２基板および前記第３基板は第１ガラス基板および第２ガラス基板からなり、前記陽極接合可能層は、前記シリコン基板の他方の面の少なくとも一部に設けられたガラス層と、前記第２ガラス基板の前記シリコン基板との対向面に前記ガラス層に対応して設けられた金属層またはシリコン層とからなることを特徴とするものである。請求項５に記載の発明に係る陽極接合方法は、第１基板の一方の面の少なくとも一部に第２基板を陽極接合する工程と、前記第１基板の他方の面の少なくとも一部に第３基板を前記第１基板と前記第２基板とを陽極接合する際の印加電界の方向と同一方向の印加電界で陽極接合を可能とする陽極接合可能層を介して陽極接合する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態としての陽極接合構造を備えた小型化学反応装置の透過平面図を示し、図２はそのＡ−Ａ線に沿う断面図を示したものである。この小型化学反応装置は小型のシリコン基板２１を備えている。シリコン基板２１の寸法は、一例として、長さ１５〜３５ｍｍ程度、幅１０〜２５ｍｍ程度、厚さ０．４〜１．０ｍｍ程度である。
【００１７】
シリコン基板２１の一面には、半導体製造技術で蓄積された微細加工技術を用いて、蛇行した微小な反応炉の一部となる流路２２が形成されている。流路２２の寸法は、一例として、幅０．２〜０．８ｍｍ程度、深さ０．２〜０．６ｍｍ程度であり、全長は３０〜１０００ｍｍ程度である。
【００１８】
流路２２の内壁面には、例えば、化学反応を行うための反応触媒層２３が設けられている。この反応触媒層２３は流路２２の内壁面全体に設けられていてもよいし、部分的に設けられていてもよい。反応触媒層２３の具体的な材質については後で説明する。
【００１９】
シリコン基板２１の一面には厚さ０．７ｍｍ程度の第１ガラス基板２４が後述の如く陽極接合されている。第１ガラス基板２４の流路２２の両端部に対応する所定の２箇所には流入口２５および流出口２６が設けられている。
【００２０】
シリコン基板２１の他面にはＴａＳｉＯｘやＴａＳｉＯｘＮなどの抵抗体薄膜からなる蛇行した薄膜ヒータ２７が設けられている。膜ヒータ２７は、この小型化学反応装置における化学反応（触媒反応）が所定の熱条件による吸熱反応を伴うとき、化学反応時に流路２２内の反応触媒層２３に所定の熱エネルギを供給するためのものである。この場合、蛇行した薄膜ヒータ２７は、蛇行した流路２２と平面的に一致させているが、一致しないようにしてもよい。また、薄膜ヒータ２７は流路２２全面を覆うようなべた状としてもよい。
【００２１】
シリコン基板２１の他面には、一面の中央部（薄膜ヒータ２７に対応する領域）に座ぐり加工により凹部２９が形成された第２ガラス基板２８の周辺部が、シリコン基板２１の他面周辺部に設けられたガラス層３０および第２ガラス基板２８のシリコン基板２１との対向面周辺部に設けられた金属層３１を介して、後述の如く陽極接合されている。第２ガラス基板２８は、薄膜ヒータ２７を保護するほかに、薄膜ヒータ２７の熱拡散を防止し、熱効率を良くするためのものである。また、凹部２９内は、断熱性能を高めるため、ほぼ真空としてもよい。
【００２２】
次に、上記構成の小型化学反応装置の製造方法の一例について説明する。まず、図３に示すように、直流電源３２の陰極に接続された陰極板３３上に、流入口２５および流出口２６を有する第１ガラス基板２４を位置決めして載置する。次に、第１ガラス基板２４上にシリコン基板２１を位置合わせして載置する。この場合、シリコン基板２１の下面には流路２２が形成され、流路２２内には反応触媒層２３が設けられ、シリコン基板２１の上面には薄膜ヒータ２７が設けられ、シリコン基板２１の上面周辺部にはガラス層３０が設けられている。
【００２３】
ここで、ガラス層３０の形成方法の一例について説明する。図３に示すシリコン基板２１の上面に薄膜ヒータ２７を形成した後に、シリコン基板２１の上面周辺部に水ガラスを印刷法やディスペンサ法などにより塗布し、乾燥させると、シリコン基板２１の上面周辺部にガラス層３０が形成される。
【００２４】
この場合、ガラス層３０の厚さは薄膜ヒータ２７の厚さと同じかそれよりも薄くしてもよく、また薄膜ヒータ２７の厚さよりも厚くしてもよい。ガラス層３０の厚さを薄膜ヒータ２７の厚さよりも厚くした場合には、後述する陽極板３５の周辺凸部３６を薄膜ヒータ２７に対応する領域のサイズとほぼ同じとすればよい。
【００２５】
いずれにしても、周辺凸部３６の高さとガラス層３０の厚さの和が薄膜ヒータ２７の厚さよりも高く設定して陽極板３５が薄膜ヒータ２７に接触しない方が、陽極接合の製造効率の点から望ましい。ガラス層３０が十分厚ければ陽極板３５に周辺凸部３６を設ける必要はないが、水ガラスの粘性を考慮すれば、ガラス層３０の高さを抑えて周辺凸部３６を設けた方が製造上の制御が容易である。また、ガラス層３０の表面は平坦となるようにする。
【００２６】
次に、薄膜ヒータ７側のシリコン基板２１上に、直流電源３２の陽極にスイッチ３４を介して接続された陽極板３５を載置する。この場合も、薄膜ヒータ７は導電性を有するので、シリコン基板２１上に陽極板３５を直接載置した場合とほぼ同様の効果が得られ、別に支障はない。次に、シリコン基板２１および第１ガラス基板２４を４００〜６００℃程度に加熱した状態で、スイッチ３４を閉じて直流電源３２から両極板３３、３５間に１ｋＶ程度の直流電圧を印加する。
【００２７】
すると、第１ガラス基板２４内の不純物である陽イオンがシリコン基板２１から離れる方向に移動し、第１ガラス基板２４のシリコン基板２１側の界面に酸素イオンの濃度の高い層が現れる。すると、シリコン基板２１の第１ガラス基板２４側の界面のシリコン原子と第１ガラス基板２４のシリコン基板２１側の界面の酸素イオンとが結合し、強固な接合界面が得られる。これにより、シリコン基板２１と第１ガラス基板２４とは強固に陽極接合される。
【００２８】
この場合も、シリコン基板２１および第１ガラス基板２４を４００〜６００℃程度に加熱し、両極板３３、３５間に１ｋＶ程度の直流電圧を印加するのは、第１ガラス基板２４内の不純物である陽イオンがシリコン基板２１から離れる方向に移動する速度を高くするためである。
【００２９】
次に、図３に示す状態において、陽極板３５を取り外し、次いで図４に示すように、シリコン基板２１上のガラス層３０上に、下面中央部に凹部２９が設けられた第２ガラス基板２８の下面周辺部に設けられた金属層３１を位置合わせして載置する。このとき、凹部２９により第２ガラス基板２８が薄膜ヒータ２７に接触しない方が、陽極接合の製造効率の点並びに小型化学反応装置としての流路２２内の加熱時の薄膜ヒータ２７の熱放射損失の抑制の点からも優れているので、凹部２９の凹み部分の長さとガラス層３０の厚さと金属層３１の厚さの和は、薄膜ヒータ２７の厚さより長い方が望ましい。
【００３０】
ここで、金属層３１の形成方法の一例について説明する。まず、第２ガラス基板２８の凹部２９内を含む下面全体に蒸着法やスバッタリング法などにより金属単体或いは合金を少なくとも含む金属層を成膜し、フォトリソグラフィ法により凹部２９内に成膜された金属層を除去すると、第２ガラス基板２８の下面周辺部に金属層３１が形成される。金属層３１の材質としては、ガラス層３０と陽極接合可能な金属酸化物を容易に形成しやすいＡｌやＴｉなどの金属が好ましい。なお、このような金属層３１の代わりに、ガラス層３０と陽極接合可能なシリコン層を形成するようにしてもよい。
【００３１】
次に、第２ガラス基板２８上に陽極板３５を載置する。次に、シリコン基板２１、第１ガラス基板２４および第２ガラス基板２８などを４００〜６００℃程度に加熱した状態で、スイッチ３４を閉じて直流電源３２から両極板３３、３５間に１ｋＶ程度の直流電圧を印加する。
【００３２】
この場合、図４に示す２回目の陽極接合時の印加電界の方向は、図３に示す１回目の陽極接合時の印加電界の方向と同じである。したがって、ガラス層３０および金属層３１が無い場合には、シリコン基板２１は第１ガラス基板２４を介して陰極板３３に接続され、第２ガラス基板２８は陽極板３５に接続されるため、シリコン基板２１と第２ガラス基板２８とを陽極接合することはできない。
【００３３】
しかしながら、図４に示す場合には、シリコン基板２１と第２ガラス基板２８との間にガラス層３０および金属層３１が存在するため、ガラス層３０内の不純物である陽イオンが金属層３１から離れる方向に移動し、ガラス層３０の金属層３１側の界面に酸素イオンの濃度の高い層が現れる。すると、金属層３１のガラス層３０側の界面の金属原子とガラス層３０の金属層３１側の界面の酸素イオンとが結合し、強固な接合界面が得られる。そして、この強固な接合界面を有するガラス層３０および金属層３１を介して、シリコン基板２１と第２ガラス基板２８とは強固に接合される。
【００３４】
この場合も、シリコン基板２１、第１ガラス基板２４および第２ガラス基板２８などを４００〜６００℃程度に加熱し、両極板３３、３５間に１ｋＶ程度の直流電圧を印加するのは、ガラス層３０内の不純物である陽イオンが金属層３１から離れる方向に移動する速度を高くするためである。
【００３５】
このように、図４に示す２回目の陽極接合時の印加電界の方向が図３に示す１回目の陽極接合時の印加電界の方向と同じであっても、シリコン基板２１の第２ガラス基板２８との対向面の周辺部にガラス層３０を設け、第２ガラス基板２８のシリコン基板２１との対向面の周辺部に金属層３１を設けているため、これらを介して、シリコン基板２１と第２ガラス基板２８とを実質的に陽極接合することができる。
【００３６】
換言すれば、ガラス層３０および金属層３１は、図４に示す２回目の陽極接合時の印加電界の方向が図３に示す１回目の陽極接合時の印加電界の方向と同じであっても、シリコン基板２１と第２ガラス基板２８との実質的な陽極接合を可能とする陽極接合可能層を構成している。
【００３７】
一方、図４において、シリコン基板２１と第１ガラス基板２４とについて見ると、シリコン基板２１はガラス層３０、金属層３１および第２ガラス基板２８を介して陽極板３５に接続され、第１ガラス基板２４は陰極板３３に接続され、このような電気的接続状態は図３に示す場合と同じである。したがって、２回目の陽極接合時には、シリコン基板２１と第１ガラス基板２４との間に１回目の陽極接合時の印加電界の方向と同一方向の電界が印加される。
【００３８】
この結果、シリコン基板２１の下面に第１ガラス基板２４を陽極接合した後に、シリコン基板２１の上面に第２ガラス基板２８をガラス層３０および金属層３１を介して陽極接合しても、シリコン基板２１と第１ガラス基板２４との１回目の強固な陽極接合をそのまま維持することができ、したがって特別な方法によらず、シリコン基板２１の両面にそれぞれ第１および第２ガラス基板２４、２８を容易に且つ確実に陽極接合することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、図３に示すように、シリコン基板２１の下面に第１ガラス基板２４を陽極接合した後に、図４に示すように、シリコン基板２１の上面に第２ガラス基板２８を陽極接合する場合について説明したが、これとは逆に、シリコン基板２１の上面に第２ガラス基板２８を陽極接合した後に、シリコン基板２１の下面に第１ガラス基板２４を陽極接合するようにしてもよい。
【００４０】
また、例えば、図４に示す状態において、シリコン基板２１の両面にそれぞれ第１および第２ガラス基板２４、２８を同時に陽極接合するようにしてもよい。すなわち、陰極板３３上に第１ガラス基板２４およびシリコン基板２１をこの順で載置し、シリコン基板２１上のガラス層３０上に第２ガラス基板２８下の金属層３１を載置し、第２ガラス基板２８上に陽極板３５を載置する。そして、この状態において陽極酸化処理を行うと、シリコン基板２１の下面に第１ガラス基板２４が陽極接合されると同時に、シリコン基板２１上のガラス層３０に第２ガラス基板２８下の金属層３１が陽極接合される。
【００４１】
次に、上記のような構成の小型化学反応装置を燃料改質型の燃料電池を用いた燃料電池システムに適用した場合について説明する。図５は燃料電池システム４０の一例の要部のブロック図を示したものである。この燃料電池システム４０は、燃料部４１、燃料気化部４２、改質部４３、一酸化炭素除去部４４、発電部４５、充電部４６などを備えている。
【００４２】
燃料部４１は、発電用燃料（例えばメタノール水溶液）が封入された燃料パックなどからなり、発電用燃料を燃料気化部４２に供給する。
【００４３】
燃料気化部４２は、例えば、図１および図２に示すような構造となっている。ただし、この場合、流路２２内には反応触媒層２３は設けられていない。そして、燃料気化部４２は、燃料部４１からの発電用燃料が流入口２５を介して流路２２内に供給されると、流路２２内において、薄膜ヒータ２７の加熱（１２０℃程度）により、発電用燃料を気化させ、この気化された発電用燃料ガス（例えば発電用燃料がメタノール水溶液の場合、ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ）を流出口２６から流出させる。
【００４４】
燃料気化部４２で気化された発電用燃料ガス（ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ）は改質部４３に供給される。この場合、改質部４３も、図１および図２に示すような構造となっている。ただし、この場合、シリコン基板２１の流路２２内には反応触媒層２３が設けられ、反応触媒層２３は、例えば、Ｃｕ、ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3などの改質触媒からなっている。そして、改質部４３は、燃料気化部４２からの発電用燃料ガス（ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ）が流入口２５を介して流路２２内に供給されると、流路２２内において、薄膜ヒータ２７の加熱（２８０℃程度）により、次の式（１）に示すような吸熱反応を引き起こし、水素と副生成物の二酸化炭素とを生成する。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2……（１）
【００４５】
上記式（１）の左辺における水（Ｈ2Ｏ）は、反応の初期では、燃料部４１の燃料に含まれているものでよいが、後述する発電部４５の発電に伴い生成される水を回収して改質部４３に供給するようにしてもよい。また、発電部４５の発電中の上記式（１）の左辺のおける水（Ｈ2Ｏ）の供給源は、発電部４５のみでもよく、発電部４５および燃料部４１でも、また燃料部４１のみでもよい。なお、このとき微量ではあるが、一酸化炭素が改質部４３内で生成されることがある。
【００４６】
そして、上記式（１）の右辺の生成物（水素、二酸化炭素）および微量の一酸化炭素は改質部４３の流出口２６から流出される。改質部４３の流出口２６から流出された生成物のうち、気化状態の水素および一酸化炭素は一酸化炭素除去部４４に供給され、二酸化炭素は分離されて大気中に放出される。
【００４７】
次に、一酸化炭素除去部４４も、図１および図２に示すような構造となっている。ただし、この場合、反応触媒層２３は、例えば、Ｐｔ、Ａｌ2Ｏ3などの選択酸化触媒からなっている。そして、一酸化炭素除去部４４は、改質部４３からの気化状態の水素および一酸化炭素が流入口２５を介して流路２２内に供給されると、薄膜ヒータ２７の加熱（１８０℃程度）により、流路２２内に供給された水素、一酸化炭素、水のうち、一酸化炭素と水とが反応し、次の式（２）に示すように、水素と副生成物の二酸化炭素とが生成される。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ2……（２）
【００４８】
上記式（２）の左辺における水（Ｈ2Ｏ）は反応の初期では、燃料部４１の燃料に含まれているものでよいが、発電部４５の発電に伴い生成される水を回収して一酸化炭素除去部４４に供給することが可能である。また、一酸化炭素除去部４４における反応式（２）の左辺のおける水の供給源は、発電部４５のみでもよく、発電部４５および燃料部４１でも、また燃料部４１のみでもよい。
【００４９】
そして、最終的に一酸化炭素除去部４４の流出口２６に到達する流体はそのほとんどが水素、二酸化炭素となる。なお、一酸化炭素除去部４４の流出口２６に到達する流体に極微量の一酸化炭素が含まれている場合、残存する一酸化炭素を大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素に接触させることで、次の式（３）に示すように、二酸化炭素が生成され、これにより一酸化炭素が確実に除去される。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ2→ＣＯ2……（３）
【００５０】
上記一連の反応後の生成物は水素および二酸化炭素（場合によって微量の水を含む）で構成されるが、これらの生成物のうち、二酸化炭素は水素から分離されて大気中に放出される。したがって、一酸化炭素除去部４４から発電部４５には水素のみが供給される。なお、一酸化炭素除去部４４は、燃料気化部４２と改質部４３との間に設けてもよい。
【００５１】
次に、発電部４５は、図６に示すように、周知の固体高分子型の燃料電池からなっている。すなわち、発電部４５は、Ｐｔ、Ｃなどの触媒が付着された炭素電極からなるカソード５１と、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｃなどの触媒が付着された炭素電極からなるアノード５２と、カソード５１とアノード５２との間に介在されたフィルム状のイオン導電膜５３と、を有して構成され、カソード５１とアノード５２との間に設けられた２次電池やコンデンサなどからなる充電部４６に電力を供給するものである。
【００５２】
この場合、カソード５１の外側には空間部５４が設けられている。この空間部５４内には一酸化炭素除去部４４からの水素が供給され、カソード５１に水素が供給される。また、アノード５２の外側には空間部５５が設けられている。この空間部５５内には大気中から逆止弁を介して取り込まれた酸素が供給され、アノード５２酸素が供給される。
【００５３】
そして、カソード５１側では、次の式（４）に示すように、水素から電子（ｅ-）が分離した水素イオン（プロトン；Ｈ+）が発生し、イオン導電膜５３を介してアノード５２側に通過するとともに、カソード５１により電子（ｅ-）が取り出されて充電部４６に供給される。
３Ｈ2→６Ｈ+＋６ｅ-……（４）
【００５４】
一方、アノード５２側では、次の式（５）に示すように、充電部４６を経由して供給された電子（ｅ-）とイオン導電膜６３を通過した水素イオン（Ｈ+）と酸素とが反応して副生成物の水が生成される。
６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2＋６ｅ-→３Ｈ2Ｏ……（５）
【００５５】
以上のような一連の電気化学反応（式（４）および式（５））は概ね室温〜８０℃程度の比較的低温の環境下で進行し、電力以外の副生成物は、基本的に水のみとなる。発電部４５で生成された電力は充電部４６に供給され、これにより充電部４６が充電される。
【００５６】
発電部４５で生成された副生成物としての水は回収される。この場合、上述の如く、発電部４５で生成された水の少なくとも一部を改質部４３や一酸化炭素除去部４４に供給するようにすると、燃料部４１内に当初封入される水の量を減らすことができ、また回収される水の量を減らすことができる。
【００５７】
ところで、現在、研究開発が行われている燃料改質方式の燃料電池に適用されている燃料としては、少なくとも、水素元素を含む液体燃料または液化燃料または気体燃料であって、発電部４５により、比較的高いエネルギー変換効率で電気エネルギーを生成することができる燃料であればよく、上記のメタノールの他、例えば、エタノール、ブタノールなどのアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテル、イソブタン、天然ガス（ＣＮＧ）などの液化ガスなどの常温常圧で気化される炭化水素からなる液体燃料、あるいは、水素ガスなどの気体燃料などの流体物質を良好に適用することができる。
【００５８】
なお、上記実施形態では、図２に示すように、第２ガラス基板２８の下面周辺部のみに金属層３１を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図７に示すこの発明の他の実施形態のように、第２ガラス基板２８の凹部２９内にも金属層３１ａを設けるようにしてもよい。この金属層３１ａは、熱線反射層として機能し、第２ガラス基板２８への熱伝導を抑制し、第２ガラス基板２８の外面からの放熱を抑制するためのものである。これにより、薄膜ヒータ２７の発熱によって流路２２内を加熱する際の熱エネルギー損失を抑制することができ、エネルギーの利用効率を向上させることができる。
【００５９】
この場合、金属層３１ａは金属層３１と同一の金属、例えば、熱線反射率の高いＡｌなどの金属によって形成するようにしてもよい。このようにした場合には、第２ガラス基板２８の凹部２９を含む下面全体に蒸着法やスパッタリング法などによりＡｌなどからなる金属層を成膜するだけでよく、上記フォトリソグラフィを省略することができる。また、金属層３１ａは金属層３１とは別の金属、例えば、熱線反射率の高いＡｇなどの金属によって形成するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、ガラス層３０を水ガラスを印刷法やディスペンサ法などにより塗布して形成したが、これに限らず、シリコン基板２１の上面周辺部を酸化することによりシリコン酸化膜を形成することでガラス層を形成することが可能となる。シリコン酸化膜の製造方法としては、まずシリコン基板２１の表面をアンモニア水溶液と過酸化水素水溶液との混合液に浸し、さらに塩酸水溶液と過酸化水素水溶液で表面処理後、乾燥させてからシリコン基板２１の上面周辺部に酸化剤を設け、この後熱酸化炉内にシリコン基板２１を配置させて熱酸化することにより、選択的にシリコン基板２１の上面周辺部にシリコン酸化膜が形成される。シリコン酸化膜は単結晶シリコンが酸化膨張するので容易に金属層３１と位置合わせることができる。そして、基板２１、２４、２８は、陽極酸化接合できるのであれば、シリコンやガラスでなくてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、図２に示すように、シリコン基板２１の上面周辺部にガラス層３０を設け、第２ガラス基板２８の下面周辺部に金属層３１を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図８に示すこの発明のさらに他の実施形態のように、シリコン基板２１の下面の流路２２以外の領域にガラス層３０を設け、第１ガラス基板２４の上面の流入口２５および流出口２６以外の領域に金属層３１を設けるようにしてもよい。このときもシリコン基板２１と第１ガラス基板２４、第２ガラス基板２８との間の陽極接合順はどちらでもよいし一括して陽極接合してもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、この発明を小型化学反応装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、シリコン基板の両面にそれぞれガラス基板を陽極接合するものであれば適用することができる。また、ガラス基板の両面にそれぞれシリコン基板を陽極接合するものにも適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、第１基板の他方の面の少なくとも一部に第３基板を第１基板と第２基板とを陽極接合する際の印加電界の方向と同一方向の印加電界で陽極接合を可能とする陽極接合可能層を介して陽極接合しているので、第１基板の両面にそれぞれ第２基板および第３基板を容易に且つ確実に陽極接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態としての小型化学反応装置の透過平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】図１および図２に示す小型化学反応装置の製造に際し、当初の工程の断面図。
【図４】図３に続く工程の断面図。
【図５】小型化学反応装置を備えた燃料電池システムの一例の要部のブロック図。
【図６】図５に示す燃料電池システムの発電部および充電部の概略構成図。
【図７】この発明の他の実施形態としての小型化学反応装置の図２同様の断面図。
【図８】この発明のさらに他の実施形態としての小型化学反応装置の図２同様の断面図。
【図９】従来の小型化学反応装置の一例の透過平面図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図１１】図９および図１０に示す小型化学反応装置の製造に際し、当初の工程の断面図。
【図１２】図１１に続く工程の断面図。
【符号の説明】
２１  シリコン基板
２２  流路
２３  反応触媒層
２４  第１ガラス基板
２５  流入口
２６  流出口
２７  薄膜ヒータ
２８  第２ガラス基板
２９  凹部
３０  ガラス層
３１  金属層
３２  直流電源
３３  陰極板
３４  スイッチ
３５  陽極板
【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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