(57)【要約】  本発明は、膜支持体装置（１０）と、膜支持体装置（１０）に形成された少なくとも１つの空洞部（１４）に少なくとも部分的に張設された膜（１２）と、膜（１２）上に及び／又は膜（１２）内に配置された少なくとも１つの加熱導体（１６）とを備えたマイクロヒータプレート装置に関する。マイクロヒータプレート装置は少なくとも１つの反射素子をさらに備え、当該少なくとも１つの反射素子（１８）は、空洞部に向いた膜（１２）の内側（１２ａ）に配置されていて、当該少なくとも１つの反射素子（１８）が少なくとも１つの加熱導体（１６）及び／又は膜（１２）から放射された熱放射を、膜（１２）に向けて及び／又は膜（１２）内に少なくとも部分的に反射して戻すことができるように、配置されている。さらに本発明は、マイクロヒータプレート装置を備えたセンサにも関する。
2016536766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜支持体装置（１０）と、
前記膜支持体装置（１０）に形成された少なくとも１つの空洞部（１４）に少なくとも部分的に張設された膜（１２）と、
前記膜（１２）上に及び／又は前記膜（１２）内に配置された少なくとも１つの加熱導体（１６）と、
を備えたマイクロヒータプレート装置であって、
前記膜（１２）の、前記空洞部（１４）に向いた内側（１２ａ）に配置された少なくとも１つの反射素子（１８）を備え、当該少なくとも１つの反射素子（１８）は、前記少なくとも１つの加熱導体（１６）及び／又は前記膜（１２）から放射された熱放射を、前記膜（１２）に向けて及び／又は前記膜（１２）内に少なくとも部分的に反射して戻すことができるように、配置されている、
ことを特徴とするマイクロヒータプレート装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの反射素子（１８）は、前記膜（１２）の内側（１２ａ）に懸架されている、
請求項１に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの反射素子（１８）と前記少なくとも１つの加熱導体（１６）との間の光学的距離（ａ）、又は、前記少なくとも１つの反射素子（１８）と前記空洞部（１４）から離隔する方向にある前記膜（１２）の外側（１２ｂ）との間の光学的距離（ａ）は、前記少なくとも１つの加熱導体（１６）及び／又は前記膜（１２）から放射される熱放射が最大エネルギー流を有するときの波長の４分の１に等しい、
請求項１又は２に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの反射素子（１８）又は少なくとも１つの別の反射素子が、前記膜（１２）から離隔する方向にある、前記空洞部（１４）の背面（１４ａ）に形成されている、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項５】
前記膜支持体装置（１０）は基板を有しており、当該基板によって前記空洞部（１４）の構造が形成されており、
前記基板は、ボンド接続部又は接着接続部（３０）を介して、前記少なくとも１つの反射素子（１８）又は前記少なくとも１つの別の反射素子が載置された支持体プレート（３２）に、前記少なくとも１つの反射素子（１８）又は前記少なくとも１つの別の反射素子が前記空洞部（１４）の背面（１４ｂ）に位置するように、取り付けられている、
請求項４に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項６】
前記膜（１２）の外側（１２ｂ）に、少なくとも１つの前方反射素子（３４）が配置されている、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの反射素子（１８）及び／又は前記少なくとも１つの別の反射素子及び／又は前記少なくとも１つの前方反射素子（３４）は、楕円形又はパラボラ形状を有する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項８】
前記膜（１２）は、プラズモニック構造（２４ａ，２４ｂ）を有する、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの反射素子（１８）は、プラズモニック構造から成る少なくとも１つのパターンを有する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項１０】
前記マイクロヒータプレート装置は、センサのためのセンサ部品として構成されており、前記膜（１２）上に及び／又は前記膜（１２）内に少なくとも１つの感応性材料を有し、当該感応性材料は、少なくとも１つの物質の物質濃度に依存する少なくとも１つの物理量を有する、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置を備えたセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロヒータプレート装置、及び、マイクロヒータプレート装置を備えたセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２００７０５７５００号明細書には、ガスセンサ素子について記載されている。これらのガスセンサ素子の１つは、マイクロマシニング技術により製造された金属酸化物ガスセンサであり、このセンサは、フレームに載置されてプレートヒータを支持する膜を備えている。フレームは、異方性のエッチングプロセスを利用して、シリコンウェーハから製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０５７５００号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有するマイクロヒータプレート装置、及び、請求項１１に記載の特徴を有する、マイクロヒータプレート装置を備えたセンサが提供される。
【０００５】
発明の利点
本発明によれば、マイクロヒータプレート装置、又は、マイクロヒータプレート装置を備えたセンサが実現され、これによって、マイクロヒータプレート装置／センサの外部周囲に放出される熱が低減される。外部周囲への熱放出が低減されることによって、マイクロヒータプレート装置又はこの装置が形成されたセンサの効率を高めることができる。従って、マイクロヒータプレート装置／センサの省エネルギー動作が実現される。しかも、本発明により実現可能な熱放出低減によって、マイクロヒータプレート装置／センサの近くに配置された電子部品が従来のように不所望に加熱／過熱されるリスクもなくなる。
【０００６】
従って、マイクロヒータプレート装置又はこの装置を備えたセンサを、他の（電子）部品とともに、たとえ熱に敏感な部品であっても、比較的小さな容積の中に問題なく配置することができる。これによって、マイクロヒータプレート装置／センサを少なくとも１つの他の（電子）部品とともに、例えばモバイル機器（携帯電話、時計）等のような比較的小さい機器に、又は、センサネットワーク（ＩｏＴ）に組み込むことが容易になる。しかも、本発明によれば、従来はマイクロヒータプレート装置／加熱型のセンサにおいて必須であった熱絶縁を、簡略化することができ又は省略することができる。さらに、本発明によれば、有利なマイクロヒータプレート装置／対応するセンサを備えた機器を、小型化して／スペースを節約して形成することができる。これらに加えて、本発明によれば、マイクロヒータプレート装置／センサを装備した機器を低コストで製造できるようになる。
【０００７】
１つの有利な実施形態によれば、少なくとも１つの反射素子が膜の内側に懸架されている。このようにすれば少なくとも１つの反射素子を、膜に対して比較的小さな間隔で容易に配置することができる。
【０００８】
特に、少なくとも１つの反射素子と少なくとも１つの加熱導体との間の光学的距離、又は、少なくとも１つの反射素子と、空洞部から離隔する方向にある膜の外側との間の光学的距離を、少なくとも１つの加熱導体及び／又は膜から放射される熱放射が最大エネルギー流（最大強度）を有するときの波長の４分の１に等しくすることができる。このことによって、有利には、少なくとも１つの反射素子により反射された熱放射を、膜により確実に再吸収させることができる。
【０００９】
これに対する代案として又はこれを補足するものとして、少なくとも１つの反射素子又は少なくとも１つの別の反射素子を、膜から離隔する方向にある空洞部背面に形成することができる。少なくとも１つのこのように配置された反射素子／別の反射素子を、マイクロヒータプレート装置に装備することによっても、マイクロヒータプレート装置の外部周囲に放出される不所望な熱を、有利にも確実に低減することができる。
【００１０】
例えば、膜支持体装置は基板を含むことができ、この基板によって空洞部の構造が形成されており、この基板は、ボンド接続部又は接着接続部を介して、少なくとも１つの反射素子又は少なくとも１つの別の反射素子が載置された支持体プレートに、少なくとも１つの反射素子又は少なくとも１つの別の反射素子が空洞部の背面に位置するように、取り付けられている。このように形成されたマイクロヒータプレート装置を、比較的容易にかつ比較的低コストで製造することができる。
【００１１】
さらに別の有利な実施形態によれば、膜の外側に少なくとも１つの前方反射素子が配置されている。この場合、少なくとも１つの前方反射素子を配置する、という構成を、膜の外側に向き合わせて配置する、と表現してもよい。少なくとも１つの前方反射素子を用いることによっても、マイクロヒータプレート装置の外部周囲へ放出される不所望な熱エネルギーを、抑制／低減することができる。
【００１２】
さらに、少なくとも１つの反射素子及び／又は少なくとも１つの別の反射素子及び／又は少なくとも１つの前方反射素子は、楕円形又はパラボラ形状を有することができる。楕円形又はパラボラ形状を、それらの焦点が膜の平面と一致するように設計するのが有利である。このことによって、少なくとも１つの反射素子及び／又は少なくとも１つの別の反射素子及び／又は少なくとも１つの前方反射素子の効率が高められる。
【００１３】
さらに別の有利な実施形態によれば、膜はプラズモニック構造から成るパターンを有している。プラズモニック構造によって、熱放出特に共鳴波長以外の熱放出を抑制することができる。しかも、膜のプラズモニック構造によって、膜に反射して戻される熱放射を特にその共鳴波長付近で、効率的に再吸収させることができるようになる。
【００１４】
これを補足するものとして又はこれに対する代案として、少なくとも１つの反射素子がプラズモニック構造から成るパターンを有することもできる。このようにして、プラズモニック素子を、少なくとも１つの反射素子及び／又は少なくとも１つの別の反射素子及び／又は少なくとも１つの前方反射素子の効率を高めるためにも利用することができる。
【００１５】
マイクロヒータプレート装置を、例えばセンサのためのセンサ部品として構成することができ、膜上に及び／又は膜内に少なくとも１つの感応性材料を含むことができ、この感応性材料は、少なくとも１つの物質の物質濃度に依存する少なくとも１つの物理量を有している。従って、マイクロヒータプレート装置を、有利な気体センサ及び／又は粒子センサ及び／又は液体センサの実現に寄与させることができる。但し、ここで述べておくと、マイクロヒータプレート装置の実現可能な利用法は、センサのためのセンサ部品に限定されるものではなく、特にここで挙げた種類のセンサに限定されるものではない。
【００１６】
マイクロヒータプレート装置についてこれまでに説明してきた利点は、この種のマイクロヒータプレート装置を備えたセンサについても同様にあてはまる。マイクロヒータプレート装置によって物質感応型のセンサ部品を、耐久消費財（コンシューマ電子機器）、モバイルセンサ、及び／又は、センサネットワークに、有利に組み込むことができる。本発明によれば、マイクロヒータプレート装置が組み込まれたこれらの機器の小型化を促進することができる。しかも、マイクロヒータプレート装置の加熱が、同じパッケージ及び／又は同じ機器内の他の部品又はセンサに悪影響を及ぼす懸念もない。
【００１７】
本発明のさらに別の特徴及び利点については、図面を参照しながら以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１ａ】マイクロヒータプレート装置の第１実施形態を示す断面図。
【図１ｂ】マイクロヒータプレート装置の第１実施形態を示す平面図。
【図２】マイクロヒータプレート装置の第２実施形態を示す図。
【図３】マイクロヒータプレート装置の第３実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１ａ及び図１ｂには、マイクロヒータプレート装置の第１実施形態の断面図及び平面図が示されている。
【００２０】
図１ａ及び図１ｂに示されているマイクロヒータプレート装置は、膜支持体装置１０及び膜１２を備えており、膜１２は、膜支持体装置１０内に形成された少なくとも１つの空洞部１４に、少なくとも部分的に張設されている。特に空洞部１４の膜側１４ａを、膜１２によって完全に覆うことができる。例えば、膜支持体装置１０が基板を含むようにし、その基板によって空洞部１４の構造が形成されるようにしてもよいし、又は、膜支持体装置１０がそのような基板であるようにしてもよい。例えば、有利には、膜支持体装置１０をそこに作られる空洞部１４とともに形成するために、特にシリコン基板等のような半導体基板を利用することができる。但し、ここで説明した膜支持体装置１０を実現するための形成手法は、単に具体例として解されるべきであることを述べておく。
【００２１】
膜１２を単層として構成してもよいし、多層として構成してもよい。特に、膜１２を、誘電膜１２として形成することができる。例えば、膜１２は、酸化シリコン又は窒化シリコンを含む。但し、ここで挙げた材料の代わりに、他の材料を膜１２の製造に利用してもよい。
【００２２】
マイクロヒータプレート装置はさらに、膜１２上に及び／又は膜１２内に配置された少なくとも１つの加熱導体１６を備えている。少なくとも１つの加熱導体１６を特に、膜１２に集積された加熱素子として形成することができる。例えば、少なくとも１つの加熱導体１６を、メアンダ状に形成することができる。少なくとも１つの加熱導体１６を製造するために、白金及び／又はニッケルを使用することができる。
【００２３】
さらにマイクロヒータプレート装置は、少なくとも１つの反射素子１８も備えており、この反射素子１８は、空洞部１４に向いた膜１２の内側１２ａに、以下のように配置されている。即ち、少なくとも１つの反射素子１８によって、少なくとも１つの加熱導体１６及び／又は膜１２から放射された熱放射を、膜１２に向けて及び／又は膜１２内に少なくとも部分的に戻して反射することができるように、配置されている。膜１２及び／又は少なくとも１つの加熱導体１６の温度が、少なくとも１つの反射素子１８の温度よりも高い限り、少なくとも１つの反射素子１８によって、熱放射の一部分が膜１２に反射して戻され、それによって損失がなくなる。このようにして少なくとも１つの反射素子１８によって、マイクロヒータプレート装置の電力消費低減が実現される。従って、マイクロヒータプレート装置のエネルギー消費を抑制することができる。しかも、少なくとも１つの反射素子１８によって、マイクロヒータプレート装置の外部周囲の不所望な熱にも対抗することができる。このため、熱に敏感な素子であってもマイクロヒータプレート装置の近傍に配置することができ、その場合、外部周囲に対するマイクロヒータプレート装置の（煩雑な）熱絶縁を行う必要がない。図１ａ及び図１ｂのマイクロヒータプレート装置により、その外部周囲に放出される熱が低減されることから、その近傍に配置される熱に敏感な素子の負荷も低減できるようになり、その結果、ロバスト性も向上し、その耐用年数も長くなる。少なくとも１つの反射素子１８を備えたマイクロヒートプレート装置の有利な構成によって、マイクロヒートプレート装置を他の電子部品とともに、比較的小型の機器、例えばモバイル機器の中に、低コストで組み込むこともできるようになる。
【００２４】
少なくとも１つの反射素子１８が、少なくとも部分的に１つの金属から成るようにすることができる。少なくとも１つの反射素子１８のために、例えば銀及び／又は金を利用することができる。また、少なくとも１つの反射素子１８を、単層又は多層として形成することができる。
【００２５】
図１ａ及び図１ｂの実施形態の場合、少なくとも１つの反射素子１８は、膜１２の内側１２ａに懸架されている。従って、少なくとも１つの反射素子１８を、反射体シールド及び／又は吸収体シールドと称することもできる。少なくとも１つの反射素子１８を、点状に結合して膜１２と接続することができる。特に、少なくとも１つの反射素子１８と膜１２との間に、中央接続部を形成することができる。
【００２６】
図１ａには、少なくとも１つの反射素子１８が膜１２の内側１２ａに懸架されていることが示されているが、これは例えば、膜１２の内側１２ａと接触する少なくとも１つの突出部２２を備えた（有利には誘電性の）材料２０に、少なくとも１つの反射素子１８を埋め込むことによって実現可能である。特に、少なくとも１つの反射素子１８を埋め込むために、また、少なくとも１つの突出部２２を形成するために、膜１２の少なくとも１つの材料を利用することができる。このようにすれば、少なくとも１つの反射素子１８の懸架部を形成するために、簡単に実施可能なエッチングプロセス及び堆積プロセスを行うことができる。従って、図１ａ及び図１ｂに示したマイクロヒータプレート装置は、低コストで製造可能である。しかも、このマイクロヒータプレート装置を大量生産で製造しても、高い信頼性を維持したまま設計仕様を遵守することができる。
【００２７】
黒体放射体から放射される熱放射の最大強度は、ウィーンの変位則に従って次式（式１）によって求められる。
【００２８】
【数１】
2016536766.tif 000003
【００２９】
但し、ｖmaxは、少なくとも１つの加熱導体１６及び／又は膜１２から放射される熱放射が最大強度を有するときの周波数であり、Ｔは温度、ｋBはボルツマン定数、ｈはプランク定数である。
【００３０】
少なくとも１つの加熱導体１６によって、１５０℃乃至７００℃の温度Ｔを実現していることが多い。これによれば、放射された熱放射の最大強度は、５μｍ乃至１２μｍの波長範囲となる。放射される熱放射のスペクトルは、一般に比較的狭帯域である。但し、ここで挙げた記載及び数値は、具体例に過ぎないと解されたい。
【００３１】
有利には、少なくとも１つの反射素子１８と少なくとも１つの加熱導体１６との間の光学的距離ａ、又は、少なくとも１つの反射素子１８と、空洞部１４から離隔する方向にある膜１２の外側１２ｂとの間の光学的距離ａは、少なくとも１つの加熱導体１６及び／又は膜１２から放射される熱放射が最大エネルギー流（最大強度）を有するときの波長の４分の１に等しい。これによって、反射体シールド及び／又は吸収体シールドとしての少なくとも１つの反射素子１８の効率が上昇する。このようにして、例えば熱エネルギーを、少なくとも１つの加熱導体１６へ、又は、膜１２の外側１２ｂに配置された（加熱すべき）少なくとも１つの材料へ、所期のように反射して戻すことができるようになる。
【００３２】
ここで光学的距離ａを、次式（式２）による値であるとすることができる。
【００３３】
【数２】
2016536766.tif 000004
【００３４】
但し、ｄiは、少なくとも１つの反射素子１８と少なくとも１つの加熱導体１６との間の層厚、又は、少なくとも１つの反射素子１８と、膜１２の外側１２ｂに位置する層との間の層厚であり、ｎiはその屈折率である。
【００３５】
少なくとも１つの反射素子１８に補足するものとして又はその代替として、マイクロヒータプレート装置は、膜１２の外側１２ｂに配置された少なくとも１つの前方反射素子を含むことができ、及び／又は、膜１２から離隔する方向にある空洞部１４の背面１４ｂに形成された別の反射素子を含むことができる。少なくとも１つの前方反射素子又は少なくとも１つの別の反射素子の形成手法に関しては、以下で説明する実施形態を参照されたい。
【００３６】
図１ｂに示されているように、膜１２は、プラズモニック構造２４ａ，２４ｂのパターンを備えている。プラズモニック構造２４ａ，２４ｂのパターンを、プラズモニック吸収体構造と称することもできる。この場合、電磁（熱）放射により、プラズモニック構造２４ａ，２４ｂにおいて電子雲の集団的振動、いわゆるプラズモンを励起することができる。励起されたプラズモンにより散乱メカニズムを介して、膜１２が加熱されるようになる。従って、プラズモニック構造２４ａ，２４ｂのパターンにより、膜１２から放射された熱放射が抑制されて、少なくとも１つの反射素子１８から反射して戻された膜１２内の熱放射の再吸収が改善される。
【００３７】
プラズモニック構造２４ａ，２４ｂは、有利には金属から形成される。具体例を挙げるとプラズモニック構造２４ａ，２４ｂを、例えば円形、楕円形及び／又は十字形の底面を有する（金属製の）プリズムとすることができる。閉じた金属層であれば、例えばプリズムレスのような反転構造も、プラズモニック構造２４ａ，２４ｂとして形成することができる。プラズモニック構造２４ａ，２４ｂの輪郭を、例えば格子構造に作り替えてもよい。
【００３８】
放射された熱放射の最大強度が５μｍ乃至１２μｍの波長範囲にある場合に有利であるのは、プラズモニック構造２４ａ及び２４ｂから成るパターンを、隣り合うプラズモニック構造２４ａと２４ｂとの間隔が０．５μｍ乃至１０μｍとなるようにすることである。プラズモニック構造２４ａ若しくは２４ｂの構造サイズが、例えばプラズモニック構造２４ａ若しくは２４ｂの（最大）幅が、又は、プラズモニック構造２４ａ若しくは２４ｂの円形底面の半径ｒ１若しくはｒ２が、０．１μｍ乃至５μｍであると有利である。但し、ここで挙げた数値は、具体例に過ぎないと解されたい。
【００３９】
例えば膜１２は、同形状のプラズモニック構造２４ａ及び２４ｂから成るパターンを有することができる。但し、膜１２が、以下のようなプラズモニック構造２４ａ，２４ｂから成るパターンを備えていると有利である。即ち、第１の構造サイズ／第１の半径ｒ１を有するプラズモニック構造２４ａと、（第１の構造サイズ／第１の半径ｒ１とは異なる）第２の構造サイズ／第２の半径ｒ２を有するプラズモニック構造２４ｂを少なくとも含むパターンを備えていると、有利である。このようにすれば、プラズモニック構造２４ａ及び２４ｂから成るパターンの放射スペクトル又は吸収スペクトルの帯域幅を拡大することができるようになる。
【００４０】
プラズモニック構造２４ａ及び２４ｂの少なくとも１つの構造サイズを、少なくとも１つの望ましい値に簡単に設定することができる。これによって、膜１２の熱放出、特に共鳴波長以外の熱放出を抑制することができる。また、反射して戻された共鳴波長付近の熱放射を、高い信頼性を伴って効率的に再吸収させることもできるようになる。
【００４１】
１つの有利な実施形態によれば、少なくとも１つの反射素子１８が、プラズモニック構造から成るパターンを有することもできる。プラズモニック構造によって、少なくとも１つの反射素子１８の吸収特性を向上させることができる。つまり、プラズモニック構造により形成された個々の反射素子１８は、放射された熱放射によって加熱され、加熱導体による熱エネルギーを、突出部２２を介して膜１２へ再び放出する。従って、少なくとも１つの反射素子１８は、エネルギーバッファの機能を果たすことができる。
【００４２】
反射素子１８のプラズモニック構造も、金属構造、例えば（円形、楕円形及び／又は十字形の底面を有する金属製の）プリズム、反転構造（例えばプリズムレス）、及び／又は、（金属製の）格子構造とすることができる。この場合も、隣り合うプラズモニック構造の間隔を０．５μｍ乃至１０μｍとすることができ、構造サイズ、例えば（最大）幅又は半径を０．１μｍ乃至５μｍとすることができる。従って、この場合もプラズモニック構造を、熱放射の最大エネルギー放射に合わせて調整可能である。選択的に、同形状のプラズモニック構造から成るパターン、又は、少なくとも２つの異なる構造サイズ／半径を有するプラズモニック構造２４ａ及び２４ｂから成るパターンを形成することができる。
【００４３】
図２には、マイクロヒータプレート装置の第２実施形態が示されている。
【００４４】
図２に示されているマイクロヒータプレート装置の場合、少なくとも１つの反射素子１８が、膜１２から離隔する方向にある、空洞部１４の背面１４ｂに形成されている。この目的で、膜支持体装置１０の基板は、ボンド接続部又は接着接続部３０によって、少なくとも１つの反射素子１８が載置された支持体プレート３２に取り付けられており、これによって、少なくとも反射素子１８は、空洞部の背面１４ｂに位置するように構成されている。
【００４５】
さらに、図２によるマイクロヒータプレート装置は、空洞部１４から離隔する方向にある、膜１２の外側１２ｂにも、少なくとも１つの前方反射素子３４を備えている。例えば、この少なくとも１つの前方反射素子３４は、支持体プレート３２に取り付けられた封止部材３６の内面に形成されている。さらに、これらの支持体プレート３２と封止部材３６とを、マイクロヒータプレート装置のケーシングとしても利用可能である。このケーシングを選択的に水密若しくは気密に形成してもよいし、又は、少なくとも１つのケーシング開口部３８を設けて形成してもよい。従って、マイクロヒータプレート装置に反射素子１８及び３４を装備させると同時に、膜１２をケーシング内に封止することもできる。このようにすれば、図２によるマイクロヒータプレート装置を製造するために実施すべき処理ステップ数を低減することができる。
【００４６】
マイクロヒータプレート装置に複数の反射素子１８及び３４を装備することによって、放射された比較的多くの熱放射を、再び膜１２へ反射させて戻すことができる。特に、少なくとも１つの反射素子１８及び／又は少なくとも１つの前方反射素子３４を湾曲させて形成することによって、熱放射を、より大きい空間角度で収集して反射させることができる。
【００４７】
有利には、少なくとも１つの反射素子１８及び／又は少なくとも１つの前方反射素子３４を、楕円形又はパラボラ状に形成することができる。特に、個々の楕円又はパラボラの焦点を、膜１２の平面と一致させることができる。図２の矢印４０によって表されているように、反射して戻された熱放射を、膜１２の特定の領域に所期のように配向させることができる。このことは、膜１２の特定の領域においてのみ、比較的高い温度が望まれる場合に、特に有利である。
【００４８】
図３には、マイクロヒータプレート装置の第３実施形態が示されている。
【００４９】
図３に示されているマイクロヒータプレート装置は、既述の実施形態の総ての部品を備えている。但し、この場合、反射素子１８と前方反射素子３４が１つの平面として形成されているのではなく、図３によるマイクロヒータプレート装置は素子１８及び３４のそれぞれについて、複数の平坦な反射面１８ａ及び３４ａを有しており、これら複数の反射面が合成されて、素子１８及び３４各々が１つの楕円形又はパラボラに見えるように形成されている。従って、素子１８及び３４のこの有利な実施形態も、煩雑な製造プロセスを実施しなくても実現可能である。
【００５０】
上述の総てのマイクロヒータプレート装置を、センサのためのセンサ部品として利用することができる。この目的で、膜１２上に及び／又は膜１２内に、少なくとも１つの物質濃度に依存する少なくとも１つの物理量を有する、少なくとも１つの感応性材料を堆積させることができる。このように形成されたセンサ素子を、例えば気体センサ及び／又は粒子センサ及び／又は液体センサのために利用することができる。センサ素子の評価を、例えば、少なくとも１つの物質の物質濃度を推定可能な物理量の変化の測定によって、例えば導電率（抵抗式）、容量（容量式）及び／又は仕事関数（電界効果に基づく）の変化の測定によって行うことができる。
【００５１】
適当な感応性材料は、例えばＳｎＯ2及び／又はＷＯ3である。但し、センサ部品として利用されるマイクロヒータプレート装置は、これとは異なる感応性材料を有することもできる。
【００５２】
感度及び／又は再生を向上させるために、マイクロヒータプレート装置を少なくとも１つの加熱導体１６によって、望ましい温度まで加熱することができ、例えば１５０℃乃至７００℃の温度範囲にある望ましい温度まで加熱することができる。さらに例えば、少なくとも１つの加熱導体１６に、パルス化して給電することができる。マイクロヒータプレート装置をこのようにパルス駆動することによって、少なくとも１つの加熱導体１６及び／又は膜１２の温度が少なくとも１つの反射素子１８の温度よりも高いということを、高い信頼性を伴って前提とすることができる。
【図１ａ】
2016536766.tif 000005
【図１ｂ】
2016536766.tif 000006
【図２】
2016536766.tif 000007
【図３】
2016536766.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月22日(2016.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２００７０５７５００号明細書には、ガスセンサ素子について記載されている。これらのガスセンサ素子の１つは、マイクロマシニング技術により製造された金属酸化物ガスセンサであり、このセンサは、フレームに載置されてプレートヒータを支持する膜を備えている。フレームは、異方性のエッチングプロセスを利用して、シリコンウェーハから製造される。
独国特許出願公開第４４００８３８号明細書、及び、ＦＯＮＳＥＣＡ等による刊行物“Use of boron heavily doped silicon slaps for gas sensors based on free-standing membranes”には、空洞部に張設された膜に感応性材料が取り付けられたガスセンサについて記載されている。これらのガスセンサのうちのいくつかは、膜の内側に懸架された熱反射器又は熱反射層を備えており、それらは、空洞において膜から離隔した位置に形成されている。
さらに、特公昭５９―１９７８４８号公報には、センサ素子の熱を保持するための楕円形の反射器について記載されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０５７５００号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第４４００８３８号明細書
【特許文献３】特公昭５９―１９７８４８号公報
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
本発明によれば、請求項１に記載の特徴を有するマイクロヒータプレート装置、及び、請求項６に記載の特徴を有する、マイクロヒータプレート装置を備えたセンサが提供される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜支持体装置（１０）と、
前記膜支持体装置（１０）に形成された少なくとも１つの空洞部（１４）に少なくとも部分的に張設された膜（１２）と、
前記膜（１２）上に及び／又は前記膜（１２）内に配置された少なくとも１つの加熱導体（１６）と、
少なくとも１つの反射素子（１８）と、
を備えたマイクロヒータプレート装置にであって、
前記少なくとも１つの反射素子（１８）は、前記膜（１２）の内側（１２ａ）に懸架されていて、及び／又は、前記膜（１２）から離隔する方向にある、前記空洞部（１４）の背面（１４ａ）に形成されていて、当該少なくとも１つの反射素子（１８）によって、前記少なくとも１つの加熱導体（１６）及び／又は前記膜（１２）から放射された熱放射を、前記膜（１２）に向けて及び／又は前記膜（１２）内に少なくとも部分的に反射して戻すことができるように、懸架及び／又は形成されている、
マイクロヒータプレート装置において、
前記膜（１２）及び／又は前記少なくとも１つの反射素子（１８）は、プラズモニック構造（２４ａ，２４ｂ）から成る少なくとも１つのパターンを有することを特徴とする、
マイクロヒータプレート装置。
【請求項２】
前記膜支持体装置（１０）は基板を有しており、当該基板によって前記空洞部（１４）の構造が形成されており、
前記基板は、ボンド接続部又は接着接続部（３０）を介して、前記少なくとも１つの反射素子（１８）又は前記少なくとも１つの別の反射素子が載置された支持体プレート（３２）に、前記少なくとも１つの反射素子（１８）が前記空洞部（１４）の背面（１４ｂ）に位置するように、取り付けられている、
請求項１に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項３】
前記膜（１２）の外側（１２ｂ）に、少なくとも１つの前方反射素子（３４）が配置されている、
請求項１又は２に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの反射素子（１８）及び／又は前記少なくとも１つの前方反射素子（３４）は、楕円形又はパラボラ形状を有する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項５】
前記マイクロヒータプレート装置は、センサのためのセンサ部品として構成されており、前記膜（１２）上に及び／又は前記膜（１２）内に少なくとも１つの感応性材料を有し、当該感応性材料は、少なくとも１つの物質の物質濃度に依存する少なくとも１つの物理量を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置を備えたセンサ。
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月30日(2016.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２００７０５７５００号明細書には、ガスセンサ素子について記載されている。これらのガスセンサ素子の１つは、マイクロマシニング技術により製造された金属酸化物ガスセンサであり、このセンサは、フレームに載置されてプレートヒータを支持する膜を備えている。フレームは、異方性のエッチングプロセスを利用して、シリコンウェーハから製造される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０５７５００号明細書
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜支持体装置（１０）と、
前記膜支持体装置（１０）に形成された少なくとも１つの空洞部（１４）に少なくとも部分的に張設された膜（１２）と、
前記膜（１２）上に及び／又は前記膜（１２）内に配置された少なくとも１つの加熱導体（１６）と、
少なくとも１つの反射素子（１８）と、
を備えたマイクロヒータプレート装置であって、
前記少なくとも１つの反射素子（１８）は、前記膜（１２）の内側（１２ａ）に懸架されていて、及び／又は、前記膜（１２）から離隔する方向にある、前記空洞部（１４）の背面（１４ｂ）に形成されていて、当該少なくとも１つの反射素子（１８）によって、前記少なくとも１つの加熱導体（１６）及び／又は前記膜（１２）から放射された熱放射を、前記膜（１２）に向けて及び／又は前記膜（１２）内に少なくとも部分的に反射して戻すことができるように、懸架及び／又は形成されている、
マイクロヒータプレート装置において、
前記膜（１２）及び／又は前記少なくとも１つの反射素子（１８）は、プラズモニック構造（２４ａ，２４ｂ）から成る少なくとも１つのパターンを有することを特徴とする、
マイクロヒータプレート装置。
【請求項２】
前記膜支持体装置（１０）は基板を有しており、当該基板によって前記空洞部（１４）の構造が形成されており、
前記基板は、ボンド接続部又は接着接続部（３０）を介して、前記少なくとも１つの反射素子（１８）が載置された支持体プレート（３２）に、前記少なくとも１つの反射素子（１８）が前記空洞部（１４）の背面（１４ｂ）に位置するように、取り付けられている、
請求項１に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項３】
前記膜（１２）の外側（１２ｂ）に、少なくとも１つの前方反射素子（３４）が配置されている、
請求項１又は２に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの反射素子（１８）及び／又は前記少なくとも１つの前方反射素子（３４）は、楕円形又はパラボラ形状を有する、
請求項３に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項５】
前記マイクロヒータプレート装置は、センサのためのセンサ部品として構成されており、前記膜（１２）上に及び／又は前記膜（１２）内に少なくとも１つの感応性材料を有し、当該感応性材料は、少なくとも１つの物質の物質濃度に依存する少なくとも１つの物理量を有する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のマイクロヒータプレート装置を備えたセンサ。
【国際調査報告】
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