(57)【要約】  マイクロホットプレートは、基板とメンブレーンとの間に接続された複数のつなぎによって、基板上方に懸垂されたメンブレーンを備える。メンブレーンは、このメンブレーンの周辺部からメンブレーンの中央まで変化する幅を有する導電性材料を含む抵抗性ヒータを含む。導電性材料は、第１方向に渦巻く第１部分と、第２方向に渦巻き、メンブレーンの中央において第１部分と電気的に連通する第２部分とを含む。更に、マイクロホットプレートは、第１つなぎ上を伝い、基板上のボンド・パッドおよび第１部分と電気的に接触する第１導電性トレースと、他のつなぎ上を伝い、基板上の他のボンド・パッドおよび第２部分と電気的に接触する第２導電性トレースとを含む。関連する化学センサ、および少なくとも１つの被検物質を検出する関連方法も開示する。【選択図】      図１Ａ
2020517958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルを分析するセンサであって、前記センサがマイクロホットプレートを備え、前記マイクロホットプレートが、
基板上方に懸垂されたメンブレーンであって、前記メンブレーンが、前記基板と前記メンブレーン間に接続された複数のつなぎによって懸垂され、前記メンブレーンが、
前記メンブレーンの周辺部から前記メンブレーンの中央まで可変する幅を有する導電性材料を含む抵抗性ヒータを含み、前記導電性材料が、
第１方向に渦巻く第１部分と、
第２方向に渦巻き、前記メンブレーンの中央付近において前記第１部分と電気的に接触する第２部分とを含む、メンブレーンと、
第１つなぎ上を伝い、前記基板上のボンド・パッドおよび前記第１部分と電気的に接触する第１導電性トレースと、他のつなぎ上を伝い、前記基板上の他のボンド・パッドおよび前記第２部分と電気的に接触する第２導電性トレースと、
を含む、センサ。
【請求項２】
請求項１記載のセンサにおいて、
前記メンブレーンが、２つ以上の誘電体材料を含み、前記抵抗性ヒータが前記２つ以上の誘電体材料の間に配置され、
前記複数のつなぎの内各つなぎが、前記２つ以上の誘電体材料を含み、前記複数のつなぎの内少なくとも１つのつなぎが、導電性トレースを含む、センサ。
【請求項３】
請求項２記載のセンサにおいて、前記メンブレーンが、更に、化学検知材料、触媒コーティング材料、および不活性コーティング材料の内少なくとも１つを含む、センサ。
【請求項４】
請求項１記載のセンサにおいて、前記第２部分が少なくとも前記第１部分の隣接する螺旋間に配置される、センサ。
【請求項５】
請求項１記載のセンサにおいて、前記第１部分および第２部分間のギャップが、実質的に一定であり、前記導電性材料の最小幅よりも小さい、センサ。
【請求項６】
請求項１記載のセンサにおいて、前記メンブレーンが多角形形状を有する、センサ。
【請求項７】
請求項１記載のセンサであって、更に、前記第１部分と電気的に接触する第１導電性検知線トレースと、前記第２部分と電気的に接触する第２導電性検知線トレースとを備え、前記第１導電性検知線トレースおよび前記第２導電性検知線トレースが、前記抵抗性ヒータの両端間において電圧を測定するように構成される、センサ。
【請求項８】
請求項７記載のセンサにおいて、前記第１導電性検知線トレースが、前記第１部分と前記第２部分との間ではない位置において、前記第１部分と電気的に接触する、センサ。
【請求項９】
請求項１記載のセンサにおいて、前記抵抗性ヒータが、少なくとも１つのつなぎと前記メンブレーンとの交点において、幅広湾曲部分を含む、センサ。
【請求項１０】
請求項１記載のセンサにおいて、前記抵抗性ヒータが、前記幅広部分から前記メンブレーンの中央まで連続的に増大する幅を含む、センサ。
【請求項１１】
請求項１記載のセンサにおいて、前記複数のつなぎの内各つなぎが、前記メンブレーンおよび前記基板付近において、前記メンブレーンおよび前記基板から離れた部分におけるよりも大きな幅を有する、センサ。
【請求項１２】
請求項１１記載のセンサであって、更に、前記抵抗性ヒータ上に位置する化学検知コーティング材料と電気的に接触する複数の電極を備え、前記複数の電極が、櫛型電極を含み、前記化学検知コーティング材料の抵抗率を測定するように構成される、センサ。
【請求項１３】
請求項１記載のセンサにおいて、前記基板と前記メンブレーンとの間に接続された前記複数のつなぎが、少なくとも２つのつなぎを含む、センサ。
【請求項１４】
請求項１３記載のセンサにおいて、前記複数のつなぎが６つのつなぎを含み、前記第１導電性トレースおよび前記第２導電性トレースが、前記つなぎの内２つの上に位置し、前記つなぎの内２つの上に位置する導電性検知線トレースが前記抵抗性ヒータと電気的に連通し、前記つなぎの内２つの上に位置し櫛型電極と電気的に連通する化学検知電極トレースが前記抵抗性ヒータの上に位置する、センサ。
【請求項１５】
請求項１４記載のセンサであって、更に、少なくとも、前記第１導電性検知線トレースおよび前記第２導電性検知線トレースによって測定した電圧を、前記抵抗性ヒータに供給された電流で除算することによって、前記抵抗性ヒータの、温度に比例する、抵抗を判定するように構成されたコントローラを備える、センサ。
【請求項１６】
請求項１記載のセンサであって、更に、
マイクロホットプレートのアレイと、
前記マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータの少なくとも１つのプロパティ、および前記マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの櫛型電極間の抵抗の内１つ以上を判定するように構成されたコントローラと、
を備える、センサ。
【請求項１７】
請求項１６記載のセンサにおいて、前記マイクロホットプレートのアレイが、
それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する不活性材料を含む、またはコーティング材料を含まない少なくとも１つの基準マイクロホットプレートと、
その抵抗性ヒータの誘電体材料上に触媒コーティングを含む少なくとも１つのマイクロホットプレートと、
それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する、ｐ−型半導体、ｎ−型半導体、およびイン伝導体から成る１群から選択した化学検知材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートと、
を含む、センサ。
【請求項１８】
熱伝導率、発熱事象、吸熱事象、およびサンプルにおける１つ以上の化学物質の存在の内少なくとも１つを測定する方法であって、
マルチセンサ・アレイの少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップであって、前記抵抗性ヒータが、その周辺部からその中央に向かって変化する幅を含み、前記抵抗性ヒータが、前記周辺部からその中央に向かって延在し時計回り方向に渦巻く第１部分と、前記抵抗性ヒータの中央において前記第１部分と接触し、前記抵抗性ヒータの中央からその周辺部に向かって延在し、反時計回り方向に渦巻く第２部分とを含む、ステップと、
前記抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップと、
少なくとも前記抵抗性ヒータの両端間において測定した電圧、および前記抵抗性ヒータに供給された電流に基づいて、前記抵抗性ヒータの抵抗を計算するステップと、
前記抵抗性ヒータの抵抗に基づいて、前記抵抗性ヒータの温度を判定するステップと、
熱伝導率、発熱事象、吸熱事象、または前記サンプルの１つ以上の化学物質の存在を判定するために、所与の温度に維持するのに必要とされる電力を決定するステップと、
を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップが、前記抵抗性ヒータに結合された検知線によって、前記抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１８記載の方法であって、更に、少なくとも部分的に、前記抵抗性ヒータの両端間において測定した電圧、および供給電流に基づいて、前記抵抗性ヒータに供給される電力を決定するステップを含む、方法。
【請求項２１】
請求項１８記載の方法であって、更に、
少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップであって、前記少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートが、当該少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの抵抗性ヒータ上の誘電体材料上に位置する検知電極上に位置する、ｐ−型半導体、ｎ−型半導体、およびイオン伝導体から成る１群から選択した化学検知材料を含む、ステップと、
前記少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの応答を測定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法であって、更に、前記少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの抵抗性ヒータ上に配置された櫛型電極上に配置された化学検知材料の抵抗率を判定するステップを含む、方法。
【請求項２３】
請求項１８記載の方法において、前記少なくとも１つのマイクロホットプレートの応答を測定するステップが、
それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する触媒材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートの応答を測定するステップと、
基準マイクロホットプレートの応答を測定するステップと、
前記触媒材料を含む前記少なくとも１つのマイクロホットプレートの応答と、前記基準マイクロホットプレートの応答との間の差を判定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２４】
請求項１８記載の方法において、
前記抵抗性ヒータの抵抗を計算するステップが、前記抵抗性ヒータと電気的に連通する導電性トレースおよびヒータ相互接続構造の両端間における電圧降下を減算することによって、前記測定電圧を補償するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本願は、２０１８年４月２３日に出願された米国特許出願第１５／９５９，８０７号、”Gas Sensors Including Microhotplates with Resistive Heaters, and Related Methods”（抵抗性ヒータを有するマイクロホットプレートを含むガス・センサ、および関連方法）の出願日の権利を主張する。米国特許出願第１５／９５９，８０７号は、２０１７年４月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／４９０，２２７号、“microhotplates with resistive heaters, gas sensors including the microhotplates, and related methods”（抵抗性ヒータを有するマイクロホットプレート、マイクロホットプレートを含むガス・センサ、および関連方法）の権利を主張する。
【０００２】
技術分野
本開示の実施形態は、一般的には、マイクロホットプレート・デバイスのような微細電気機械システム（ＭＥＭＳ：micro-electro-mechanical systems）、マイクロホットプレート・デバイスを含むガス・センサに関し、更にマイクロホットプレート・デバイスおよびガス・センサを形成し動作させる関連方法に関する。更に特定すれば、本開示の実施形態は、マイクロホットプレートのメンブレーンを均一に加熱しつつマイクロホットプレートの構造における電力消費および局在する過熱を低減するように構成された抵抗性ヒータを有するマイクロホットプレート、マイクロホットプレートを動作させる関連方法、およびマイクロホットプレートを製作する関連方法に関する。
【従来技術】
【０００３】
マイクロホットプレートは、化学検出の用途に使用されるセンサに利用することができる。マイクロホットプレートは、１つ以上のガスまたは被検物質の１つ以上のプロパティを検出するための化学感応コーティングを含むことができる。マイクロホットプレートは、数百ミクロンの大きさとなる(measuring)既存のマイクロホットプレート・デバイスよりも消費する電力を減らし、小さいパッケージに統合するのを一層容易にするために、数十ないし数百ミクロン程度の寸法を有するような大きさに作られる場合がある。マイクロホットプレートは、ＭＥＭＳに基づくまたはＣＭＯＳに基づくシリコン・プロセスを使用して形成することができる。
【０００４】
マイクロホットプレートに付随する従来の加熱エレメントは、マイクロホットプレートの懸垂メンブレーン、または加熱エレメント上方に配置された材料（例えば、化学感応コーティング）を加熱するために、熱源を含むことがある。しかしながら、メンブレーンから離れているマイクロホットプレートの部分に対する熱損失の差のために、加熱エレメント、および加熱エレメントに付随するあらゆる化学感応コーティング材料は、異なる温度を呈することが多く、この結果、マイクロホットプレートを横切る方向の温度分布(temperature profile)が不均一になる。非限定的な一例をあげると、加熱エレメントを支持するメンブレーンの周辺部分は、その中央部分よりも相対的に多くの熱を失い、その結果、加熱エレメントおよびメンブレーンを横切る方向の温度分布が不均一になる可能性がある。例えば、場合によっては、メンブレーンの周辺部分が中央部分よりも多い対流を呈することが多く発生し、その結果、メンブレーンの中央部分よりも周辺部分からの熱損失が多くなる。加えて、懸垂されたマイクロホットプレートからその支持基板に、支持つなぎ(supporting tether)を通じた伝導によって、熱損失が生じ、マイクロホットプレートの温度分布の非均一性を更に悪化させるおそれがある。更に、化学感応コーティング材料上における化学反応、および基準マイクロホットプレートの被覆されていないプレート表面上で行われる物理測定（例えば、熱伝導率の測定のためというような物理測定）が温度変化に敏感であることもあり、付随するセンサの性能がマイクロホットプレートの非均一な動作温度によって悪影響を受けるおそれがある。
【０００５】
マイクロホットプレートを横切る方向の非均一な熱損失を補償するために、熱拡散プレートを内蔵し、メンブレーンを通した熱転移がいくらかは均一になるのを補助するマイクロホットプレートもある。他のデバイスでは、鋭い角や急激な方向変化を含む一意の形状を有する加熱エレメントを含むものもある。しかしながら、このような鋭い角や急激な方向変化は、抵抗性ヒータの動作および寿命に悪影響を及ぼすおそれがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
開示
本明細書において開示する実施形態は、マイクロホットプレート、少なくとも１つのマイクロホットプレートを含む化学センサ、および少なくとも１つの被検物質を検出する方法を含む。例えば、一実施形態によれば、マイクロホットプレートは、基板とメンブレーンとの間に接続された複数のつなぎによって、基板上に懸垂されたメンブレーンを備える。メンブレーンは、このメンブレーンの周辺部からメンブレーンの中央まで変化する幅を有する導電性材料を含む抵抗性ヒータを備える。導電性材料は、第１方向に渦巻く第１部分と、第２方向に渦巻き、メンブレーンの中央において第１部分と電気的に接触する第２部分とを含む。更に、マイクロホットプレートは、第１つなぎ上を伝い基板上のボンド・パッドおよび第１部分と電気的に接触する第１導電性トレースと、他のつなぎ上を伝い基板上の他のボンド・パッドおよび第２部分と電気的に接触する第２導電性トレースとを備える。
【０００７】
追加的な実施形態では、化学センサは少なくとも１つのマイクロホットプレートを備える。少なくとも１つのマイクロホットプレートは、基板内に形成された空隙上に延在する複数のつなぎを備え、複数のつなぎは、基板上でメンブレーンを支持し、複数の誘電体層を含む。メンブレーンは、複数の誘電体層の内２つの誘電体層間に抵抗性ヒータを含み、この抵抗性ヒータは、第１方向に渦巻く第１部分と、第２の逆方向に渦巻く第２部分とを有する導電性材料を含み、この導電性材料は、抵抗性ヒータの外側部分からその中央部分まで変化する幅を有する。更に、マイクロホットプレートは、抵抗性ヒータに電力を供給するように構成された導電性ヒータ・トレースを備え、この導電性ヒータ・トレースはつなぎの内少なくとも１つの上に位置する。
【０００８】
更に他の実施形態では、熱導電率、発熱事象、および吸熱事象の内少なくとも１つを測定する方法は、少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップを含む。抵抗性ヒータは、その周辺部からその中央に向かって変化する幅を有し、抵抗性ヒータは、周辺部分からその中央に向かって延在し時計回り方向に渦巻く第１部分と、抵抗性ヒータの中央において第１部分と接触し、抵抗性ヒータの中央からその周辺部分に達し、反時計回り方向に渦巻く第２部分とを含む。更に、この方法は、抵抗性ヒータの両端間における電圧および電流を測定するステップと、抵抗性ヒータの抵抗を計算し抵抗性ヒータの平均温度を判定するステップとを含む。
【０００９】
更に他の実施形態では、サンプルの直交分析を行うセンサは、マイクロホットプレートのアレイを備える。各マイクロホットプレートは、メンブレーンの周辺部からメンブレーンの中央まで変化する幅を有する導電性材料を含む抵抗性ヒータを備える。導電性材料は、第１方向に渦巻く第1部分と、第２方向に渦巻きメンブレーンの中央付近で第１部分と電気的に接触する第２部分とを含む。更に、このセンサは、マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータの少なくとも１つのプロパティ、およびマイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの櫛形電極間の抵抗の内１つ以上を判定するように構成されたコントローラを備える。
【００１０】
更に他の実施形態では、マイクロホットプレートのアレイを備えるセンサからの応答を測定する方法は、マイクロプレートのアレイの各マイクロプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップを含み、各マイクロプレートの抵抗性ヒータは、メンブレーンの周辺部からメンブレーンの中央まで変化する幅を有する。導電性材料は、第１方向に渦巻く第１部分と、第２方向に渦巻きメンブレーンの中央付近で第１部分と電気的に接触する第２部分とを含む。更に、この方法は、マイクロホットプレートのアレイの各マイクロホットプレートからの応答を測定するステップを含む。マイクロホットプレートのアレイの各マイクロホットプレートからの応答を測定するステップは、コーティング材料がない、またはそれ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する不活性材料を含む少なくとも１つの基準マイクロホットプレートからの応答を分析するステップと、それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する触媒材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートからの応答を分析するステップと、ｐ−型半導体、ｎ−型半導体、およびそれ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置するイオン伝導体から成る一群から選択された化学検知材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートからの応答を分析するステップとを含む。
【００１１】
摘要
本明細書において開示する実施形態は、マイクロホットプレート・デバイスのような微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、マイクロホットプレート・デバイスを含むガス・センサ、ならびにマイクロホットプレート・デバイスおよびガス・センサを形成し動作させる関連方法に関する。例えば、ある実施形態によれば、サンプルを分析するセンサは、マイクロホットプレートと、基板とメンブレーンとの間に接続された複数のつなぎによって、基板上に懸垂されたメンブレーンを備える。メンブレーンは、このメンブレーンの周辺部からメンブレーンの中央まで達する導電性材料を含む抵抗性ヒータを備え、導電性材料の幅は、メンブレーンの中央からメンブレーンの周辺部に向かう方向に減少する。導電性材料は、第１方向に渦巻く第１部分と、第２方向に渦巻き、メンブレーンの中央付近において第１部分と電気的に接触する第２部分とを含む。更に、マイクロホットプレートは、第１つなぎ上を伝い基板上のボンド・パッドおよび第１部分と電気的に接触する第１導電性トレースと、他のつなぎ上を伝い基板上の他のボンド・パッドおよび第２部分と電気的に接触する第２導電性トレースとを備える。
【００１２】
追加的な実施形態では、サンプルにおける１つ以上の化学物質(chemical)の熱伝導率、発熱事象、吸熱事象、および存在の内少なくとも１つを測定する方法は、マルチセンサ・アレイの少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップであって、抵抗性ヒータがその中央からその周辺部に向かう方向に減少する幅を有し、抵抗性ヒータが、周辺部からその中央に向かって延在し時計回り方向に渦巻く第１部分と、抵抗性ヒータの中央において第１部分と接触し、抵抗性ヒータの中央からその周辺部に向かって延在し反時計回り方向に渦巻く第２部分とを含む、ステップと、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップと、少なくとも抵抗性ヒータの両端間において測定した電圧と、抵抗性ヒータに供給した電流とに基づいて、抵抗性ヒータの抵抗を計算するステップと、抵抗性ヒータの抵抗に基づいて、抵抗性ヒータの温度を判定するステップと、所与の温度を維持するために必要とされる電力を決定し、サンプルの１つ以上の化学物質の熱伝導率、吸熱事象、発熱事象、または存在を判定するステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本開示の実施形態によるマイクロホットプレートを、図１Ｃに示す切断線Ａ−Ａに沿って表した水平断面図である。
【図１Ｂ】本開示の実施形態によるマイクロホットプレートを図１Ｄに示す切断線Ｂ−Ｂに沿って表した水平断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａにおける切断線Ｃ−Ｃに沿って表した、図１Ａのマイクロホットプレートの横断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａの切断線Ｄ−Ｄに沿って表した、図１Ａのマイクロホットプレートの横断面図である。
【図１Ｅ】図１Ａの切断線Ｅ−Ｅに沿って表した、図１Ａのマイクロホットプレートの横断面図である。
【図１Ｆ】図１Ａの切断線Ｆ−Ｆに沿って表した、マイクロホットプレートの横断面図である。
【図１Ｇ】本開示の他の実施形態によるマイクロホットプレートの水平断面図である。
【図２】本開示の実施形態による他のマイクロホットプレートの水平断面図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態による他のマイクロホットプレートの水平断面図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態による他のマイクロホットプレートの水平断面図である。
【図４Ａ】本開示の実施形態による他のマイクロホットプレートの横断面図である。
【図４Ｂ】本開示の実施形態による他のマイクロホットプレートの横断面図である。
【図５】本開示の実施形態による少なくとも１つのマイクロホットプレートを含むガス・センサを動作させる方法を示すフローチャートである。
【図６】本明細書において説明する１つ以上の実施形態を実行するように構成されたコンピューティング・システムを示す簡略ブロック図である。
【図７】本開示の実施形態による少なくとも１つのマイクロホットプレートを含むデバイスの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書において示す図は、いずれの特定の材料、コンポーネント、またはシステムであっても、その実際の外観(view)を意図しているのではなく、本開示の実施形態を説明するために採用された、理想化された表現に過ぎない。
【００１５】
以下の説明では、本明細書において説明する実施形態の綿密な説明を行うために、材料の種類、材料の厚さ、および処理技法というような具体的な詳細を示す。しかしながら、当業者には、本明細書において開示する実施形態は、これらの具体的な詳細を採用しなくても、実施できることは理解されよう。実際、実施形態は、本業界において採用されている従来の製造技法と一緒に実施することもできる。
【００１６】
本明細書において使用する場合、「つなぎ」(tether)という用語は、デバイスのメンブレーンの一部を基板上で支持する構造を意味し、そしてこの構造を含む。つなぎは、デバイスの周辺部からマイクロホットプレートのメンブレーンまで達することができ、デバイスの基板上にメンブレーンを懸垂する。つなぎは、基板内に形成された空隙上に懸垂されてもよい。
【００１７】
本明細書において使用する場合、「メンブレーン」(membrane)という用語は、１つ以上のつなぎによって基板上に懸垂される場合もあるマイクロホットプレートの中央部を意味し、そしてそれを含む。１つ以上のつなぎは、センサの周辺部からメンブレーンまで達することができ、メンブレーンは基板内の空隙上で、つなぎによって懸垂される。
【００１８】
本明細書において説明する実施形態によれば、マイクロホットプレートは、メンブレーンを含み、メンブレーンから基板の一部まで達する複数のつなぎによって、このメンブレーンは基板上に懸垂される。基板の一部に形成された空隙（例えば、空洞(cavity)）によって、メンブレーンを基板から分離することができる。基板内の空隙上において、基板における空隙の周辺からメンブレーンまで達する複数のつなぎによって、メンブレーンを支持することができる。空洞の深さは、センサの感度および電力消費を変更するために、正確に制御することができる。深さが浅い程、基板への伝導性熱損失が増大し、これによって、周囲ガスの熱伝導率に対するセンサの感度を高めることができる。深さが大きい程基板への損失を減らすことができるので、効率を高め、周囲環境に対する感度を弱めるためには望ましいと言って差し支えない。言い換えると、つなぎに対する基板の深さは、基板への伝導熱損失を増大させるためには、少なくするとよく、これによって、マイクロホットプレート周囲にあるガスの少なくとも１つのプロパティ（例えば、熱伝導率）の判定を改善することができる。
【００１９】
メンブレーンは、マイクロホットプレートを横切る方向に実質的に均一の温度分布（例えば、等温温度分布）が得られるような形状に作られ構成された抵抗性ヒータを含むことができる。ある実施形態では、つなぎおよびメンブレーンが同じ材料で形成され、同じ材料を含んでもよい。抵抗性ヒータは、螺旋形状を有し、基板上に配置された１対のボンド・パッドから延出し、電流を供給し抵抗性ヒータに通すように構成された導電性材料を含むことができる。導電性材料は、導電性材料がメンブレーンの外側部分（例えば、周囲）からメンブレーンの内側部分（例えば、中央）に向かって渦巻くに連れて、その長さに沿って変化する（例えば、増大する、連続的に増大する）幅を含むことができる。本明細書において使用する場合、「変化する」(varying)という用語は、構造の幅を記述するために使用されるとき、幅が構造の長さに沿って変化することを意味する。幅は、段階的な刻みで変化してもよく、実質的に連続的に変化してもよく、漸減してもよく、ある部分では実質的に連続的に変化し他の部分で段階的な刻みで変化してもよい等である。導電性材料の変化する幅は、導電性材料の局所抵抗（したがって、局所熱出力）を変化させることができ、これによって、メンブレーンおよびマイクロホットプレート上に配置された付随材料（例えば、メンブレーンの化学検知材料、触媒コーティング、不活性コーティング等）を横切る方向に実質的に均一な温度分布を得ることができる。導電性材料は、第１つなぎとメンブレーンとの間の交点から延出し、メンブレーンの外側部分からメンブレーンの中央に向かって渦巻く第１部分を含むことができ、第１部分は第１方向（例えば、時計回り方向）に渦巻く。更に、導電性材料は、第２つなぎとメンブレーンとの間の交点から延出し、メンブレーンの外側部分からメンブレーンの中央に向かって渦巻く第２部分も含むことができる。第２部分は、第１方向とは逆の第２方向に渦巻いてもよい（例えば、第２部分は反時計回り方向に渦巻いてもよい）。第１部分および第２部分は、メンブレーンの中央部において電気的に連通することができる。導電性材料は、メンブレーンの中央において、即ち、第１部分が第２部分と接触する位置において、回転方向を逆転させてもよい。
【００２０】
比較的小さい幅を有する抵抗性ヒータの部分は、比較的大きい幅を有する抵抗性ヒータの部分よりも、比較的大きい電気抵抗を呈することができる。大きな電気抵抗を呈する抵抗性ヒータの部分は、比較的小さい電気抵抗を有する部分よりも多くの熱を生成することができる。比較的小さい幅を有する抵抗性ヒータの部分は、メンブレーンの周辺部のように、比較的大きな熱損失を受ける抵抗性ヒータの位置に配置されるとよく、一方、比較的大きい幅を有する抵抗性ヒータの部分は、大きな熱損失を受けない抵抗性ヒータの部分（例えば、メンブレーンの中央部）に配置されるとよい。メンブレーンの周辺部がその中央部よりも大きな熱損失を受ける可能性があっても、メンブレーンが実質的に均一な温度分布を呈するような大きさおよび形状に、抵抗性ヒータを作ることができる。
【００２１】
抵抗性ヒータは、鋭い角や急激な方向変化がないとよい。これらは、電流の集中および高い電流密度を生ずる可能性があり、このために「エレクトロマイグレーション」として知られている望ましくない現象を生ずる原因となるおそれがある。エレクトロマイグレーションにより、抵抗性ヒータの原子が再分散(redistribute)し、原子が抵抗性ヒータの他の領域に移動するに連れて特定の領域における抵抗性ヒータの事実上の薄化(thinning)が生ずるに至り、最終的に非均一な温度分布および抵抗性ヒータの破壊(failure)に至る。
【００２２】
抵抗性ヒータに可変（例えば、連続的に変化する）幅を形成することにより、高電流密度の領域、高温の領域、または双方によって悪化する、エレクトロマイグレーションのような悪影響を実質的に低減することができる。加えて、本明細書において説明する抵抗性ヒータは、付随するマイクロホットプレートを所望の温度に加熱するために必要とされる電力を削減することができる。ある実施形態では、抵抗性ヒータが、熱伝導率を測定するように構成されたマイクロホットプレート・デバイスにおいて使用されるような場合、従来のマイクロホットプレートと比較すると、マイクロホットプレートからマイクロホットプレート付近の環境への熱転移を増やすことができる。加えて、つなぎから長い基板(extending substrate)までの熱損失は、従来のマイクロホットプレートと比較すると、低減することができる。幅が変化する抵抗性ヒータを含むマイクロホットプレートは、約３００°Ｃおよび約８００°Ｃの間、または約８００°Ｃおよび約１，２００°Ｃの間といように、約２００°Ｃおよび約１，２００°Ｃの間の温度で動作させることができる。ある実施形態では、マイクロホットプレートは、約１，２００°Ｃまでの温度で動作させても、マイクロホットプレートを損傷しない（例えば、抵抗性ヒータまたはメンブレーンの破壊）。比較のために、先行技術のマイクロホットプレートは、約５００°Ｃよりも高い温度において、少なくとも部分的に、エレクトロマイグレーションのために原子が枯渇するエリアが原因で、破壊するおそれがある。
【００２３】
センサが複数のマイクロホットプレートを含むこともできる。本明細書において説明するように、これらのマイクロホットプレートの内少なくとも一部が、サンプル（例えば、ガス被検物質、サンプルにおける被検物質の濃度等）の熱伝導率を測定するように構成することができ、これらのマイクロホットプレートの内少なくとも一部が、サンプルが１つ以上の反応を呈する温度を判定するように構成することもでき、これらのマイクロホットプレートの内少なくとも一部が、サンプル内に含有されているかもしれない特定の成分と相互作用するように構成された１つ以上のコーティングを含むように構成することもできる（例えば、サンプル内に含有されているかもしれない特定の種(species)と相互作用するように考案(formulated)および構成された１つ以上の金属酸化物半導体コーティングを含むこともできる）。センサにおいて複数のマイクロホットプレートを使用することにより、そのセンサを使用して検出することができる被検物質の範囲を広げることができ、更にセンサの感度および選択性も高めることができる。非限定的な一例として、サンプルの直交分析(orthogonal analysis)を実行し、サンプルの組成、サンプルにおける１つ以上のガスの濃度、またはサンプルの他のプロパティの内１つ以上を判定するために、複数のマイクロホットプレートを使用することができる。
【００２４】
図１Ａは、本開示の一実施形態によるマイクロホットプレートを備えるデバイス１００の上面図を示す。デバイス１００は、基板１０２（図１Ｃ）の上方に形成されたメンブレーン１０１を備えている。基板１０２は、従来からのシリコン基板、または半導体材料を含む他のバルク基板でもよい。本明細書において使用する場合、「基板」(substrate)という用語は、シリコン・ウェハだけでなく、シリコンサファイア（「ＳＯＳ」）基板またはガラス上シリコン（「ＳＯＧ」）基板のような絶縁物状シリコン（「ＳＯＩ」）基板、ベース半導体基礎(base semiconductor foundation)上のシリコンのエピタキシャル層、または他の半導体材料も意味し、含む。ある実施形態では、基板１０２はシリコンで構成される(comprise)。他の実施形態では、基板１０２、または少なくともその一部は、酸化され、例えば、酸化シリコン（例えば、ＳｉＯ２）で構成される。
【００２５】
メンブレーン１０１は、円形状、正方形形状、矩形形状、多角形形状（例えば、五角形形状、六角形形状、八角形形状等）、または他の形状を有してもよい。メンブレーン１０１は、複数のつなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂによって基板１０２の上方に支持することができる。ある実施形態では、デバイス１００は６つのつなぎ１０５を含む場合もあるが、本開示はそのように限定されるのではない。他の実施形態では、デバイス１００は、３つのつなぎ１０５、４つのつなぎ１０５、５つのつなぎ１０５、６つのつなぎ１０５、７つのつなぎ１０５、８つのつなぎ１０５、または任意の他の数のつなぎ１０５というように、任意の数のつなぎ１０５を含む。ある実施形態では、デバイス１００は奇数のつなぎ１０５を含む。メンブレーン１０１が多角形形状をなす(comprise)場合、多角形形状の角（例えば、頂点）はそれぞれのつなぎ１０５の中心に位置付けるとよい。例えば、図２を参照すると、デバイス２００は六角形の形状をしたメンブレーン２０１を備えることができる。メンブレーン２０１の頂点は、それぞれのつなぎ１０５上の一部に配置されてもよい。ある実施形態では、多角形形状の頂点は、それぞれのつなぎ１０５の中央部分に配置される。
【００２６】
つなぎ１０５は、デバイス１００の周辺部から（例えば、基板１０２から）メンブレーン１０１まで、基板１０２に形成された空隙１０４の上方に延在することができる。言い換えると、つなぎ１０５は基板１０２からメンブレーン１０１まで達することができる。つなぎ１０５は、基板１０２の上方においてメンブレーン１０１を支持することができる。メンブレーン１０１は、例えば、図１Ｃに示すように、空隙１０４によって基板から分離することができる。つなぎ１０５は、空隙１０４によって、基板１０２の一部（例えば、その中央部）から分離されるのでもよい。
【００２７】
つなぎ１０５は、その長さに沿って正味の熱束を低減する（例えば、最小に抑える）ように、そして基板１０２への熱損失を低減するように選択された幅を有することができる。非限定的な一例をあげると、つなぎ１０５の幅は、伝導によるメンブレーン１０１の周辺からの熱損失を低減するためには、極力小さくするとよい。しかしながら、つなぎ１０５の幅は、その加熱中のようなときに、メンブレーン１０１に十分な機械的支持を与えるためには、十分に大きくするとよい。したがって、つなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂは、従来のマイクロホットプレート・デバイスと比較すると、メンブレーン１０１からつなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂを介して下にある基板１０２への熱損失を低減することができる。ある実施形態では、つなぎ１０５は、つなぎ１０５とメンブレーン１０１との交点付近には広い部分を含むとよく、この広い部分は、つなぎ１０５の他の部分よりも比較的大きい幅を有する。ある実施形態では、つなぎ１０５は、つなぎ１０５と基板１０２との交点付近にも広い（例えば、面取した(filleted)）部分を含んでもよい。このような面取は、つなぎ１０５の角の応力集中を低減することができる。ある実施形態では、つなぎ１０５の幅は、約３μｍおよび約１５μｍの間、または約５μｍおよび約１０μｍの間というように、約３μｍおよび約２０μｍの間にするとよい。本明細書において使用する場合、「面取」(fillet)という用語は、つなぎ１０５がメンブレーン１０１と交差するようなところの内角または外角を丸めることを意味し、そしてこれを含む。非限定的な一例をあげると、面取形状は、本明細書において使用する場合、すみ肉溶接(fillet weld)または二重接線アーク(double tangent arc)の形状に似た形状を有してもよい。
【００２８】
引き続き図１Ａを参照すると、デバイス１００は、１対のボンド・パッド１１２ａ、１１２ｂに電気的に結合された導電性トレース１１５を含む抵抗性ヒータ１１０を含むことができる。抵抗性ヒータ１１０には、ボンド・パッド１１２ａ、１１２ｂ間に電流を印加することによって、給電することができる。抵抗性ヒータ１１０は、実質的に円形状を有してもよい。他の実施形態では、抵抗性ヒータ１１０は楕円形状、円形状(oval shape)、または長円形状(elliptical shape)を呈してもよい。円形状を有する抵抗性ヒータ１１０は、抵抗性ヒータ１１０を横切る方向に実質的に均一な温度分布を得る(provide)ことができる。
【００２９】
導電性トレース１１５は、第１ボンド・パッド１１２ａから、第１つなぎ１０５ａの表面上を渡って、メンブレーン１０１における抵抗性ヒータ１１０まで達することができる。他の導電性トレース１１５は、第２ボンド・パッド１１２ｂから、第２つなぎ１０５ｂの表面上を渡って、メンブレーン１０１における抵抗性ヒータ１１０まで達することができる。ある実施形態では、第１つなぎ１０５ａおよび第２つなぎ１０５ｂが互いに実質的に対向して配置されてもよく、第１ボンド・パッド１１２ａおよび第２ボンド・パッド１１２ｂが、互いに実質的に対向して配置されてもよい。導電性トレース１１５をここでは「導電性ヒータ・トレース」と呼ぶこともある。
【００３０】
導電性トレース１１５のつなぎ１０５上にある部分は、実質的に直線状でよい。第１つなぎ１０５ａとメンブレーン１０１との交点において、導電性材料１１５は直線形状から湾曲（例えば、螺旋、巻線、循環等）形状に移行してもよい。同様に、第２つなぎ１０５ｂとメンブレーン１０１との交点において、導電性材料１１５は直線形状から湾曲（例えば、螺旋、巻線、循環等）形状に移行してもよい。
【００３１】
抵抗性ヒータ１１０は、第１つなぎ１０５ａ付近においてメンブレーン１０１の外側部分（例えば、周囲）からメンブレーン１０１の中央付近の位置まで達する第１部分１１４と、第２つなぎ１０５ｂ付近においてメンブレーン１０１の周囲からメンブレーン１０１の中央付近の位置まで達する第２部分１１６とを含むことができる。第１部分１１４および第２部分１１６は、メンブレーン１０１の中央部分において互いに電気的に接触することができる。
【００３２】
ある実施形態では、抵抗性ヒータ１１０の部分の内、第１表面（例えば、半径方向に変化する外面）１１７および第１表面１１７に対向する第２表面（例えば、半径方向に変化する内面）１１９が、実質的に平行でなくてもよい。別の言い方をすると、第１表面１１７および第２表面１１９の対向する部分が平行でなくてもよい。ある実施形態では、第１部分１１４および第２部分１１６は、各々、螺旋形状を構成し(comprise)、第１表面１１７および第２表面１１９は湾曲（例えば、弓状）面を構成する。したがって、抵抗性ヒータ１１０の外面は、弓形表面を構成してもよい。
【００３３】
第１部分１１４は、螺旋形状を構成してもよく、第１方向（例えば、時計回り方向または反時計回り方向の内の１つ）に渦巻いてもよい（例えば、巻回る、循環する、ぐるぐる巻にする、うねらせる、ひねる等）。第２部分１１６は、螺旋形状を構成してもよく、第１方向とは反対の第２方向（例えば、時計回り方向および反時計回り方向の内他の１つ）に渦巻いてもよい（例えば、巻回る、循環する、ぐるぐる巻にする、うねらせる、ひねる等）。ある実施形態では、螺旋の方向は、第１部分１１４および第２部分１１６が互いに接触する、メンブレーン１０１の中央付近で変化してもよい。別の言い方をすると、メンブレーン１０１の中央において、抵抗性ヒータ１１０の循環の方向が、第１方向から第２の反対方向に変化してもよい。
【００３４】
第１部分１１４の半径方向に隣接する領域は、同じ距離だけ互いに分離されてもよい。同様に、第２部分１１６の半径方向に隣接する領域も、同じ距離だけ互いに分離されてもよい。ある実施形態では、第２部分１１６の１つの領域が、第１部分１１４の半径方向に隣接する領域の間に配置されてもよく、第１部分１１４の１つの領域が、渦巻いて、第２部分１１６の半径方向に隣接する領域の間に配置されてもよい。言い換えると、第１部分１１４のコイル（例えば、螺旋）が、第２部分１１６のコイル（例えば、螺旋）によって半径方向に取り囲まれてもよく、第２部分１１６のコイルが第１部分１１４のコイルによって半径方向に取り囲まれてもよい。言い方を変えると、第１部分１１４のコイルおよび第２部分１１６のコイルが、互いに絡み合ってよく、ある距離だけ互いから離れていればよい。
【００３５】
ある実施形態では、第１部分１１４および第２部分１１６の隣接する部分間のギャップ１２０が、実質的に一定であるとよい。ギャップ１２０は、第１部分１１４および第２部分１１６の螺旋形状と同様の、螺旋形状を呈してもよい。ギャップ１２０は実質的に同じ幅を有してもよい。ある実施形態では、ギャップ１２０の幅は、抵抗性ヒータ１１０の幅Ｗよりも小さくてもよい（例えば、最も狭い幅Ｗよりも狭い）。ある実施形態では、ギャップ１２０の幅は、抵抗性ヒータ１１０を熱拡散器(heat spreader)として使用することによってというようにして、マイクロホットプレートまたはメンブレーン１０１を横断する方向における均一な温度分布が容易に得られるように、極力小さくするとよい。非限定的な一例をあげると、ギャップ１２０の幅は、抵抗性ヒータ１１０の隣接する部分間の距離が小さくなるように、極力小さくするとよい。抵抗性ヒータ１１０は、例えば、抵抗性ヒータ１１０上およびギャップ１２０内に配置される誘電体材料よりも高い熱伝導率を呈するので、抵抗性ヒータ１１０は、ギャップ１２０が実質的に狭められた幅を構成するとき、熱拡散器のように作用する(approximate)ことができる。ある実施形態では、ギャップ１２０は、約１．０μｍおよび約４．０μｍの間、約１．５μｍおよび約３．５μｍの間、または約２．０μｍおよび約３．０μｍの間というような、約０．５μｍおよび約５．０μｍの間の幅を有してもよい。ある実施形態では、ギャップ１２０の幅は約３．０μｍでもよい。他の実施形態では、ギャップ１２０の幅は、メンブレーン１０１の周囲付近の部分から、メンブレーン１０１の中央付近の部分まで変化してもよい。ある実施形態では、ギャップ１２０の幅は、抵抗性ヒータ１１０の半径方向内側の部分において、抵抗性ヒータ１１０の半径方向外側の部分よりも大きくてもよい。
【００３６】
抵抗性ヒータ１１０の導電性材料は、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル、プラチナ、パラジウム、アルミニウム、チタン、チタン・タングステン（ＴｉＷ）、銅、金、ドープされたシリコン、ドープされたポリシリコン、他の導電性金属または合金、これらの組み合わせ、あるいは以上の材料の内１つ以上を含む階層構造というような、メタライゼーション層を含むことができる。階層構造は、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル、プラチナ、パラジウム、アルミニウム、チタン、チタン・タングステン（ＴｉＷ）、銅、金、ドープされたシリコン、ドープされたポリシリコン、他の導電性材料、または合金の内１つ以上を含む第１層と、第１層上に、タングステン、モリブデン、タンタル、プラチナ、パラジウム、アルミニウム、チタン、チタン・タングステン（ＴｉＷ）、銅、金、ドープされたシリコン、ドープされたポリシリコン、他の導電性金属、または合金の内別のものを含む少なくとも第２層とを含んでもよい。ある実施形態では、抵抗性ヒータ１１０は、抵抗性ヒータ１１０の下または上に位置する１つ以上の絶縁材料に対する接着力を向上させるように、抵抗性ヒータ１１０の複合抵抗プロパティを変化させるように、または双方が得られるように構成された１つ以上の接着層（例えば、チタン、タングステン、これらの組み合わせ等）を含むこともできる。ある実施形態では、少なくとも他のメタライゼーション層および／または少なくとも１つのパシベーション層が、１つ以上の接着層上に位置してもよい。ある実施形態では、導電性材料はタングステンを含む。このような実施形態のいくつかでは、抵抗性ヒータ１１０を１，２００°Ｃまでの温度で動作させても、デバイス１００を損傷しない。
【００３７】
第１部分１１４は、メンブレーン１０１の周囲付近の位置から、メンブレーン１０１の中央付近の位置まで変化する（例えば、増大する、連続的に増大する、漸減する）幅Ｗを呈してもよい。第１部分１１４は、メンブレーン１０１の外側部分からメンブレーン１０１の中央に向かって増大する幅Ｗを呈してもよい。ある実施形態では、幅Ｗは、メンブレーン１０１の周囲付近における最小幅（例えば、第１部分１１４の幅広部分１５０の付近）から、メンブレーン１０１の中央付近における最大幅まで増大する。幅Ｗは、メンブレーン１０１の外側部分からその内側部分まで実質的に連続的に増大してもよい。同様に、第２部分１１６は、メンブレーン１０１の外側部分（例えば、第２つなぎ１０５ｂとメンブレーン１０１との交点の付近）から、メンブレーン１０１の中央に向かって変化する（例えば、増大する、連続的に増大する、漸減する）幅を呈してもよい。
【００３８】
ある実施形態では、抵抗性ヒータ１１０の各位置の幅を、メンブレーン１０１の中央からの抵抗性ヒータ１１０の各位置の距離に関係付けることができる。非限定的な一例をあげると、メンブレーン１０１が円形状を構成する場合、抵抗性ヒータ１１０は、メンブレーン１０１の中央からの半径方向距離が増大するに連れて減少する幅を有してもよい。抵抗性ヒータ１１０は、メンブレーン１０１の中央からの距離が変化する（例えば、連続的に変化する）螺旋形状を構成するので、抵抗性ヒータ１１０の幅がその長さに沿って変化（例えば、連続的に変化）してもよい。
【００３９】
ある実施形態では、抵抗性ヒータ１１０の最大幅（例えば、その中央における幅）は、抵抗性ヒータ１１０の最小幅の少なくとも約２．５倍（例えば、幅広部部分１５０付近の幅）にしてもよい。ある実施形態では、最大幅は、最小幅の約３．０倍よりも大きく、最小幅の約３．５倍よりも大きく、最小幅の約４．０倍よりも大きく、または抵抗性ヒータ１１０の最小幅の約５．０倍よりも更に大きい。
【００４０】
ある実施形態では、メンブレーン１０１の中央から所定の第１距離の間、抵抗性ヒータ１１０の幅は、中央から第１距離未満である実質的に全ての距離（例えば、半径方向距離）における方が大きく、中央から第１半径方向距離よりも大きい実質的に全ての距離における方が小さくてもよい。非限定的な一例をあげると、抵抗性ヒータ１１０の幅は、メンブレーンの中央からの距離の関数として、例えば、以下の式（１）によって近似することができる。
【００４１】
Ｗｒ＝ｒ×Ａ        （１）
ここで、Ｗｒはメンブレーン１０１の中央から所定の距離の間における抵抗性ヒータ１１０の幅であり、ｒはメンブレーン１０１の中央からの距離であり、Ａは定数である。
【００４２】
他の実施形態では、抵抗性ヒータ１１０の幅が、連続微分可能式にしたがって、抵抗性ヒータ１１０がメンブレーン１０１の中央に近づくに連れて増大してもよい。このような実施形態のいくつかでは、抵抗性ヒータ１１０が、その導関数が抵抗性ヒータ１１０に沿った各点において存在するような形状を呈してもよく、これによって、抵抗性ヒータ１１０における鋭い角を減らすことができ、そして実施形態によっては全てなくすことができる。このような実施形態のいくつかでは、抵抗性ヒータ１１０が鋭い角（例えば、９０°の角、頂点、多角形の角点等のような角）や急激な方向変化を全く含まないことが可能になる。別の言い方をすれば、抵抗性ヒータ１１０は、急激な方向変化も、直角の角のような鋭い角を含まないことが可能である。言い換えると、抵抗性ヒータ１１０は、１つの点（例えば、頂点においてというように）に収束する角を含まないことが可能である。逆に、抵抗性ヒータ１１０は、第１面１１７および第２面１１９のような、弓状（例えば、湾曲）面を含むことができる。したがって、抵抗性ヒータ１１０は、実質的に角をなくすことができる。別の言い方をすると、側面（例えば、第１表面１１７および第２表面１１９）は実質的に角をなくすことができ、弓状面を含むことができる。
【００４３】
ある実施形態では、抵抗性ヒータ１１０が、第１部１１４と第２部１１６との間にギャップ１２０を作るようにずらすことができるアルキメデス螺旋形状を呈する。
【００４４】
抵抗性ヒータ１１０の幅Ｗは、メンブレーン１０１の周囲付近の位置における約３μｍから、メンブレーン１０１の中央付近の位置における約２０μｍまで増大してもよい。
【００４５】
ある実施形態では、導電性トレース１１５がメンブレーン１０１の周辺部において抵抗性ヒータ１１０に移行する位置（この領域をここでは「移行領域」と呼ぶこともある）において、抵抗性ヒータ１１０が幅広部分１５０を含んでもよい。ある実施形態では、幅広部分１５０は、つなぎ１０５上の導電性トレース１１５の実質的に直線形状から、抵抗性ヒータ１１０の螺旋形状への移行をし易くすることができる。ある実施形態では、抵抗性ヒータ１１０がメンブレーン１０１の中央に向かって渦巻くに連れて、抵抗性ヒータ１１０が、幅広部分１５０において局在化された広いエリア、幅広部分１５０から半径方向内側に相対的に小さい幅、および増大する（例えば、連続的に増大する）幅を有してもよい。
【００４６】
幅広部分１５０は、移行領域において電流密度を実質的に低減し、更にエレクトロマイグレーションを低減し、抵抗性ヒータ１１０の寿命を伸ばし全体的な動作を改善することができる。言い換えると、幅広部分１５０は、抵抗性ヒータ１１０の導電性材料がつなぎ１０５ａ、１０５ｂ上の直線状部分（例えば、導電性トレース１１５）から抵抗性ヒータ１１０に移行する領域付近において、電流密度の改善およびエレクトロマイグレーションの低減を促進することができる。
【００４７】
抵抗性ヒータ１１０は、リソグラフ・プロセスによって形成することもできる。非限定的な一例をあげると、抵抗性ヒータ１１０のパターンを有するレティクルを使用して、抵抗性ヒータ１１０の材料を形成（例えば、堆積およびパターニング）することができる。
【００４８】
ある実施形態では、抵抗性ヒータ１１０の電気抵抗をその幅に関係付けることができる。抵抗性ヒータ１１０の電気抵抗の大きさは、小さい幅Ｗを有する抵抗性ヒータ１１０の部分において、相対的に大きい幅Ｗを有する抵抗性ヒータ１１０の部分（例えば、メンブレーン１０１の中央付近における部分（即ち、半径方向に内側の部分））におけるよりも、相対的に大きくなると言ってもよい。
【００４９】
メンブレーン１０１の外側部分からメンブレーン１０１の中央部分に向かって抵抗性ヒータ１１０の幅を増大させることによって、抵抗性ヒータ１１０および付随するメンブレーン１０１を横切る方向において実質的に均一な温度分布を容易に得ることができる。周辺部分において、メンブレーン１０１および抵抗性ヒータ１１０は、その中央部分よりも大きな熱損失を呈するとしてよい。したがって、抵抗性ヒータ１１０の電気抵抗は、相対的に小さい幅を有する位置において（例えば、メンブレーン１０１の周囲付近の位置において）、相対的に大きい幅を有する位置における（例えば、メンブレーン１０１の中央付近の位置における）よりも大きいとしてよい。つまり、メンブレーン１０１の外側部分は、その中央部分よりも、大きな熱損失を受け、抵抗性ヒータによってその中央部分よりも加熱されるので、抵抗性ヒータ１１０（およびメンブレーン１０１）は実質的に均一な温度分布を呈することができる。言い換えると、抵抗性ヒータ１１０の漸減幅(tapered width)が、抵抗性ヒータ１１０およびメンブレーン１０１を横切る方向に実質的に等温温度分布を作り出すことができる。加えて、抵抗性ヒータ１１０は、従来のマイクロホットプレートと比較して、メンブレーン１０１の実質的に均一な温度分布を付与するので、デバイス１００は、メンブレーン１０１を加熱するために使用する電力を低減することができる。更に、つなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂの幅を狭めることにより、メンブレーン１０１から基板１０２への伝導熱損失を低減することができる。
【００５０】
引き続き図１Ａを参照すると、デバイス１００は、更に、抵抗性ヒータ１１０の両端間における電圧降下を測定するように構成された検知線１２４を含むことができる。検知線１２４は、抵抗性ヒータ１１０の両端間における電圧降下を検知線１２４によって測定することによって、抵抗性ヒータ１１０のアクティブ・エリアの平均温度を判定することができるような位置に配置されるとよい。検知線１２４は、検知線１２４による電圧降下が実質的に生じないように、高インピーダンス電圧測定システムを構成することができる。また、検知線１２４をここでは「導電性検知線トレース」と呼ぶこともある。
【００５１】
検知線１２４は、それぞれの検知線ボンド・パッド１２６に結合することができる。検知線ボンド・パッド１２６は、デバイス１００の周囲において基板１０２上に配置されてもよい。検知線１２４は、検知線ボンド・パッド１２６から抵抗性ヒータ１１０まで達することができる。検知線１２４は、対向するつなぎ１０５間を伝うことができる。これらのつなぎ１０５は、導電性トレース１１５が伝うつなぎ１０５ａ、１０５ｂとは異なるつなぎ１０５である。
【００５２】
更に、デバイス１００は他の１対のボンド・パッド１３０も含んでもよい。図１Ｂを参照すると、各ボンド・パッド１３０は、つなぎ１０５上を伝いメンブレーン１０１の中央に至ることができる電極トレース１３２に動作可能に結合することができる。第１電極１３４は、電極トレース１３２に結合することができ、第２電極１３６は他の電極トレース１３２に結合することができる。第１電極１３４および第２電極１３６は、櫛形電極１３５を構成することができる。また、電極トレース１３２をここでは「化学検知電極トレース」と呼ぶこともある。
【００５３】
第１電極１３４および第２電極１３６は、１つ以上のパターンを形成することもでき、ここでは「櫛形電極」と呼ぶこともある。図１Ｂに示すように、第１電極１３４は１対のボンド・パッド１３０のボンド・パッド１３０の内１つと電気的に接触することができ、第２電極１３６は、１対のボンド・パッド１３０の他方のボンド・パッド１３０と電気的に接触することができる。第１電極１３４は、その底面から延出する突起１３８を含んでもよく、第２電極１３６の底面から延出する隣接する突起１４０間のギャップ（例えば、空間）によって受け入れられるとよい。第２電極１３６は、その底面から延出する突起１４０を含んでもよく、第２電極１３６から延出する隣接する突起１３８間のギャップによって受け入れられるとよい。他の実施形態では、第１電極１３４および第２電極１３６は、それぞれ、突起１３８、１４０を含まなくてもよい。
【００５４】
したがって、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、デバイス１００の各つなぎ１０５はその上に導電性トレースを含むことができる。例えば、つなぎ１０５の内２つ（例えば、第１つなぎ１０５ａおよび第２つなぎ１０５ｂ）が、その上に導電性トレース１１５を含んでもよく、つなぎ１０５の内２つがその上に検知線１２４を含んでもよく、更につなぎ１０５の内２つがその上に電極トレース１３２を含んでもよい。他の実施形態では、つなぎ１０５の少なくとも一部がその上に導電性トレースを含まなくてもよいことも想定される。非限定的な一例をあげると、ある実施形態では、デバイス１００は、検知線１２４を含まなくてもよいが、導電性トレース１１５および電極トレース１３２を含んでもよい。
【００５５】
図１Ｃは、切断線ＣＣ（図１Ａ）に沿って示すデバイス１００の横断面図である。図１Ｃにおけるデバイス１００の断面図は、つなぎ１０５のいずれも横断しない。図示のように、空隙１０４がメンブレーン１０１の下に広がり、メンブレーン１０１を基板１０２から分離することができる。
【００５６】
ある実施形態では、抵抗性ヒータ１１０の厚さ（例えば、図１Ｃに示す垂直方向の厚さ）は、約１，５００Åおよび約３，５００Åの間、または約２，０００Åおよび約３，０００Åの間というように、約１，０００Åおよび約４，０００Åの間にするとよい。しかしながら、本開示はこのように限定されるのではなく、抵抗性ヒータ１１０の厚さは、以上で記載した厚さよりも大きくてもまたは小さくてもよい。
【００５７】
メンブレーン１０１およびつなぎ１０５は複数の誘電体材料を含むこともできる。第１誘電体材料（例えば、電気絶縁材料）１６０は、デバイス１００の周辺部において基板１０２上に配置されてこれと接触し、空隙１０４上に延在してメンブレーン１０１に達することができる。第１誘電体材料１６０は、シリコン、酸化シリコン（例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化物材料（例えば、窒化シリコン（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ハフニウム（例えば、Ｈｆ３Ｎ４）、酸化ジルコン（例えば、Ｚｒ３Ｏ４）、または他の絶縁性窒化物材料）、炭化ケイ素材料、酸窒化物（例えば、酸窒化シリコン（例えば、Ｓｉ２Ｎ２Ｏ）、またはこれらの組み合わせを含むことができる。ある実施形態では、第１誘電体材料１６０は二酸化シリコンを含む。誘電体材料１６０の厚さは、約２００Aおよび約８００Aの間、または約４００Aおよび約６００Aの間というように、約１００Aおよび約１，０００Aの間にするとよい。ある実施形態では、誘電体材料１６０の厚さは約５００Aである。しかしながら、本開示はこのように限定されるのではなく、誘電体材料１６０の厚さは、以上で記載した厚さよりも大きくてもまたは小さくてもよい。
【００５８】
第２誘電体材料（例えば、他の電気的絶縁材料）１６２が、第１誘電体材料１６０上を覆ってもよい。第２誘電体材料１６２は、直接第１誘電体材料１６０上を覆いこれと接触してもよい。第２誘電体材料１６２は、シリコン、酸化シリコン、窒化物材料、炭化ケイ素材料、酸窒化物、またはこれらの組み合わせを含むことができる。ある実施形態では、第２誘電体材料１６２は、窒化シリコン材料のような、窒化物材料を含む。第２誘電体材料１６２の厚さは、約２，０００Åおよび約５，０００Aの間、または約３，０００Aおよび約４，０００Aの間というような、約１，０００Aおよび約６，０００Aの間にするとよい。しかしながら、本開示はこのように限定されるのではなく、第２誘電体材料１６２の厚さは、以上で記載した厚さよりも大きくてもまたは小さくてもよい。第２誘電体材料１６２は、原子層堆積（ＡＬＤ：atomic layer deposition）、化学蒸着（ＣＶＤ）、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、または他の堆積プロセスの内１つ以上によって形成することができる。ある実施形態では、第２誘電体材料１６２はＬＰＣＶＤによって形成される。したがって、このような実施形態のいくつかでは、第２誘電体材料１６２はＬＰＣＶＤ窒化物材料を含んでもよい。
【００５９】
引き続き図１Ｃを参照すると、抵抗性ヒータ１１０は第２誘電体材料１６２の一部の上に位置してもよい。第３誘電体材料１６４が、メンブレーン１０１において、抵抗性ヒータ１１０の側面上を覆い、これらを包囲してもよい。第３誘電体材料１６４は、シリコン、酸化シリコン（例えば、二酸化シリコン）、窒化シリコン（例えば、ＳｉｘＮｙ）材料、炭化ケイ素材料、酸窒化物、またはこれらの組み合わせの内１つ以上の層を含む。ある実施形態では、第３誘電体材料１６４は、ＰＥＣＶＤ窒化シリコン層上の酸化シリコン（例えば、二酸化シリコン）を含む。ある実施形態では、第３誘電体材料１６４が、抵抗性ヒータ１１０の隣接する部分（例えば、螺旋の隣接する部分）間にあるギャップ１２０（図１Ａ）内に配置されてもよい。デバイス１００の周辺部において、第３誘電体材料１６４は直接第２誘電体材料１６２上を覆い、これと接触してもよい。第３誘電体材料１６４の厚さは、約２，０００Åおよび約５，０００Aの間、または約３，０００Aおよび約４，０００Aの間というように、約１，０００Aおよび約６，０００Aの間にするとよい。しかしながら、本開示はこのように限定されるのではなく、第３誘電体材料１６４の厚さは、以上で記載した厚さよりも大きくてもまたは小さくてもよい。第３誘電体材料１６４は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、または他の堆積プロセスの内１つ以上によって形成することができる。ある実施形態では、第３誘電体材料１６４はＰＥＣＶＤによって形成される。このような実施形態のいくつかでは、第３誘電体材料１６４はＰＥＣＶＤ酸化シリコン材料を含む。
【００６０】
第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４の各々は、異なる引張応力または圧縮応力の内少なくとも１つを呈するように選択するとよく、これらは室温（例えば、約２５°Ｃ）において約２００ＭＰａおよび約２ＧＰａの間の大きさを有するように選択するとよい。ある実施形態では、つなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂは、第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４の内１つ以上を含んでもよく、メンブレーン１０１が張力を受け続け空隙１０４上に実質的に平面状で懸垂され続けるように、複合応力を呈するとよい。デバス１００の動作温度（例えば、約６００°Ｃおよび約８００°Ｃの間、約８００°Ｃおよび約１，０００°Ｃの間、または約１，０００°Ｃおよび約１，２００°Ｃの間というような、約６００°Ｃおよび約１，２００°Ｃの間の温度）においてというように、材料のスタック（例えば、メンブレーン１０１を構成する材料のスタック（即ち、第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４））の中立軸を中心とするメンブレーン１０１またはデバイス１００の応力を均衡化するように、異なる応力値を選択することができる。したがって、つなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂは、所望の応力（例えば、複合応力、圧縮応力、引張応力等）を達成し、メンブレーン１０１上で所望の張力を呈するように、その異なる材料および厚さを選択することができる。
【００６１】
第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４の各々の厚さは、これらの動作温度においてメンブレーン１０１の機械的たわみが減少する結果が得られる、最適残留引張応力を呈するように選択および調整することができる。ある実施形態では、第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４の内１つ以上の形成温度（例えば、堆積温度）、形成圧力（例えば、堆積圧力）、または双方を、第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４の１つ以上の残留応力（例えば、残留引張応力）を調整するように選択することができる。非限定的な一例をあげると、第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４の内１つ以上を、約３００°Ｃおよび約７００°Ｃの間の温度で形成（例えば、堆積する）してもよい。ある実施形態では、メンブレーン１０１の残留応力は、第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４の内１つ以上を堆積する堆積電力を制御することによって、調整することができる。メンブレーン１０１の層間の残留応力は、材料の加熱および膨張に応答して変化することができる（例えば、抵抗性ヒータ１１０の動作中のように）。加熱に応答して、メンブレーン１０１の材料は全体的な応力テンソルの変化（例えば、全体的な応力テンソルの低下）を呈することができる。ある実施形態では、応力が動作中に圧縮性にならないように（例えば、抵抗性ヒータ１１０の動作温度において）、メンブレーン１０１の材料を形成、考案、および構成することができる。このような実施形態のいくつかでは、メンブレーン１０１の座屈または実質的な面外運動（即ち、図１Ｃの図における上下）を低減すること、または排除することさえもできる。したがって、残留引張応力を調整することにより、メンブレーン１０１をつなぎ１０５から分離する可能性を低下させることができる。
【００６２】
ある実施形態では、第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４を形成した後、材料のスタックをアニーリングすることもできる。ある実施形態では、アニーリングは、約５００°Ｃおよび約７００°Ｃの間というように、約４００°Ｃおよび約８００°Ｃの間の温度で実行するとよい。ある実施形態では、アニーリングは約６００°Ｃの温度で実行される。材料をアニーリングすることにより、所望の応力を有する材料を形成することができる。アニーリングの後、例えば、ウェット・エッチング液を使用するウェット・エッチングによってというようにして、材料をパターニングして基板１０２内に空隙１０４を形成することができる。ある実施形態では、ウェット・エッチング液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、または他の適した腐食性物質(caustic material)を含むことができる。ある実施形態では、エッチングは等方性エッチングを含む。エッチングは、基板１０２の背面側から（例えば、図１Ｃに示す基板１０２の下側から）、基板１０２の前面側、または基板１０２の両面から行ってもよい。エッチングによって、つなぎ１０５によって基板１０２の上方に懸垂されたメンブレーン１０１を形成することができる。ある実施形態では、背面側からエッチングすることによって、デバイス１００の周辺部における基板１０２から、空隙１０４を超えて、メンブレーン１０１に達するつなぎ１０５を形成し易くすることができる。
【００６３】
断面で見た図１Ｃに示すように、抵抗性ヒータ１１０の最も外側の部分は、メンブレーン１０１の中央付近における抵抗性ヒータ１１０の部分よりも、相対的に小さい幅（例えば、図１Ｃに示す断面における左から右の距離）を有することができる。
【００６４】
引き続き図１Ｃを参照すると、櫛型電極１３５（例えば、第１電極１３４および第２電極１３６の各々）は、メンブレーン１０１において、直接第３誘電体材料１６４の上を覆いこれと接触してもよい。ある実施形態では、化学検知材料１６６が直接櫛型電極１３５上に位置しこれと接触してもよい。化学検知材料１６６は、櫛型電極１３５上に位置しそのギャップ間に配置されてもよい。化学検知材料１６６は、化学検知材料１６６の電気的特性（例えば、化学検知材料１６６による櫛型電極間の抵抗率）をボンド・パッド１３０（図１Ｂ、図１Ｄ）を通して判定できるように、櫛型電極１３５と電気的に接触することができる。本明細書において使用する場合、「抵抗率」(resistivity)および「電気抵抗」(electrical resistance)という用語は相互交換可能に使用されるものとする。化学検知材料１６６は、被検物質が存在するときのように、１つ以上の対象化学物質（例えば、被検物質）との相互作用（例えば、それと反応、その吸着、その吸収、それによる酸化、それによる還元等）に応答して電気抵抗に変化を呈するように考案および構成された材料を含むことができる。ある実施形態では、化学検知材料１６６は、少なくとも１つの対象被検物質を吸着、吸収、またはこれと化学的に反応するように考案および構成されてもよい。また、化学検知材料１６６をここでは金属酸化物半導体（ＭＯＳ）コーティング（「ＭＯＳコーティング」）と呼ぶこともあり、またデバイス１００をここでは「ＭＯＳマイクロホットプレート」と呼ぶこともある。
【００６５】
化学検知材料１６６は、金属酸化物（例えば、酸化錫、酸化亜鉛、酸化タングステン（例えば、ＷＯ３）、酸化マンガン（例えば、ＭｎＯ、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３）、ＬａＣｏＯ３、ＬａＮｉＯ３、酸化バナジウム（例えば、Ｖ２Ｏ５）、五酸化リン（例えば、Ｐ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）、酸化セシウム（例えば、Ｃｓ２Ｏ）等）、ドープ金属酸化物（例えば、プラチナ−ドープ酸化錫）、ポリマー材（例えば、導電性ポリマー材）、イオン伝導体（例えば、電気化学コーティング（ｅ−ｃｈｅｍコーティングとも呼ぶ））材料、ｎ−型半導体材料、ｐ−型半導体材料、熱電材料、他の材料、またはこれらの組み合わせを含むことができる。他の実施形態では、化学検知材料１６６は、被検物質との反応に応答して１つ以上の電気プロパティに変化を呈するように考案および構成されたセミスター材料を含む。セミスター材料は、例えば、酸化錫（例えば、ＳｎＯ２）、酸化チタン（例えば、ＴｉＯ２）、酸化タングステン（例えば、ＷＯ３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：yttriastabilized zirconia）、またはこれらの組み合わせを含むことができる。
【００６６】
引き続き図１Ｃを参照すると、メンブレーン１０１は、空隙１０４上に懸垂された第１誘電体材料１６０、第１誘電体材料１６０上に第２誘電体材料１６２、および第２誘電体材料１６２上に抵抗性ヒータ１１０を含んでもよい。第３誘電体材料１６４は、第２誘電体材料１６２および抵抗性ヒータ１１０の上を覆ってもよく、抵抗性ヒータ１１０のギャップ１２０（図１Ａ）内に配置されてもよい。櫛型電極１３５は第３誘電体材料１６４の上に位置することができ、化学検知材料１６６は、櫛型電極１３５の上に位置することができる。デバイス１００の周辺において、第１誘電体材料１６０が基板１０２の上を覆うことができ、第２誘電体材料１６２は第１誘電体材料１６０の上を覆うことができ、第３誘電体材料１６４は第２誘電体材料１６２の上を覆うことができる。したがって、ある実施形態では、つなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂは、メンブレーン１０１と同じ材料で形成され、同じ材料を含むことができる。
【００６７】
図１Ｄは、電極トレース１３２（図１Ｂ）および電極トレース１３２を支持するつなぎ１０５（図１Ａ）に沿って示すデバイス１００の横断面図である。櫛型電極１３５および電極トレース１３２は、第３誘電体材料１６４上に、そして抵抗性ヒータ１１０の上方に配置することができる。電極トレース１３２は、化学検知材料１６６と電気的に接触することができ、化学検知材料１６６の電気プロパティ（例えば、電気抵抗）を検出するように構成することができる。
【００６８】
図１Ｅは、導電性トレース１１５（図１Ａ）に沿って示すデバイス１００の横断面図であり、図１Ｆは検知線１２４（図１Ａ）に沿って示すデバイス１００の横断面図である。図示のように、導電性トレース１１５および検知線１２４は同一平面上にあってもよく、抵抗性ヒータ１１０と電気的に接触することができる。
【００６９】
ある実施形態では、導電性トレース１１５、検知線１２４、および電極トレース１３２の内１つ以上を、他の導電性材料と比較して低い熱伝導率を呈する材料（例えば、タングステン）を含むように形成することによって、導電性トレース１１５、検知線１２４、および電極トレース１３２の内１つ以上からつなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂを通って基板１０２に至る伝導性熱伝達および熱損失を低減することができる。加えて、つなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂを、比較的低い熱伝導率を呈する１つ以上の材料（第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、および第３誘電体材料１６４のような材料。これらの各々は、例えば、窒化物、酸化物、低熱伝導率のセラミック材料の内１つ以上を含むことができる）で形成することにより、導電性トレース１１５、検知線１２４、および電極トレース１３２の内１つ以上からつなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂを通って基板１０２に至る伝導性熱損失を低減することができる。比較的狭い幅を有するようにつなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂを形成することにより、導電性トレース１１５、検知線１２４、および電極トレース１３２から基板１０２への伝導性熱損失を更に低減することができる。
【００７０】
以上、デバイス１００について、抵抗性ヒータ１１０を含むものとして説明および図示したが、本開示はこれに限定されるのではない。図１Ｇは、本開示の実施形態による、マイクロホットプレートを備えるデバイス１００’の上面図である。デバイス１００’は、図１Ａから図１Ｆを参照して先に説明したデバイス１００と実質的に同様であるとしてもよいが、デバイス１００’が、図１Ａの抵抗性ヒータ１１０とは異なる抵抗性ヒータ１１０’を含んでもよいことを除く。抵抗性ヒータ１１０’は、図１Ａを参照して先に説明したように、導電性トレース１１５を通じて印加される、第１部分１１４および第２部分１１６間の電流の印加によって加熱することができる。抵抗性ヒータ１１０’の第１部分１１４は、検知線１２４とつなぎ１０５ａおよび第１部分１１４の交点との間に延在する拡張部分１７０を含むことができる。同様に、抵抗性ヒータ１１０’の第２部分１１６は、検知線１２４とつなぎ１０５ｂおよび第２部分１１６の交点との間に延在する拡張部分１７０を含むことができる。第１部分１１４および第２部分１１６は、検知線１２４と第１部分１１４および第２部分１１６それぞれとの交点を超えて延出する突起１７２を含んでもよい。
【００７１】
ある実施形態では、ボンド・パッド１１２ａ、１１２ｂ間の電流路内にはない抵抗性ヒータ１１０’の位置において検知線１２４を抵抗性ヒータ１１０’に電気的に接続することによって、検知線１２４の感度を容易に高めることができる。尚、拡張部分１７０には実質的に電流が流れないので（何故なら、拡張部分１７０がボンド・パッド１１２ａ、１１２ｂ間の抵抗性ヒータ１１０’の電流路内に位置しないからである）、拡張部分１７０には実質的に電圧降下がないと考えられる。したがって、抵抗性ヒータ１１０’の拡張部分１７０に検知線１２４を電気的に結合することによって、電圧測定の改善を得ることができる。
【００７２】
ある実施形態では、突出１７２がメンブレーン１０１からの放射熱損失および対流熱損失を低減することができ、メンブレーン１０１の温度均一性を改善することができる。突起１７２の幅は、幅広部分１５０からの距離にしたがって狭めることができる。
【００７３】
以上、デバイス１００について、円形メンブレーン１０１を備えるものとして説明および図示したが、本開示はこれに限定されるのではない。他の実施形態では、メンブレーン１０１が、五角形形状、六角形形状、七角形形状、八角形形状、または複数の辺を有する他の多角形形状というような、多角形形状を有してもよい。ある実施形態では、図２に示すように、デバイス２００が、点線で示すように、六角形のメンブレーン２０１を備えてもよい。
【００７４】
以上、デバイス１００について、特定の形状を有する櫛型電極１３５（図１Ｂ）を備えるものとして説明したが、本開示はこれに限定されるのではない。図３Ａは、他のデバイス３００の図である。デバイス３００は、図１Ｂの櫛型電極１３５とは異なるパターンを有する第１電極１３４‘および第２電極１３６’を備える櫛型電極１３５’を含む。第１電極１３４‘および第２電極１３６’は、これらの電極間の距離を最適化するように形状を作り構成することができる。ある実施形態では、第１電極１３４‘および第２電極１３６’間の距離は、櫛型電極１３５’上に配置される材料（例えば、化学検知材料１６６）の電気的特性に依存して選択されてもよい。
【００７５】
第１電極１３４’は、１対のボンド・パッド１３０のボンド・パッド１３０の１つと電気的に接触することができ、第２電極１３６’は１対のボンド・パッド１３０の他方のボンド・パッド１３０と電気的に接触することができる。第１電極１３４‘および第２電極１３６’は、交互する同心円領域を含むのでもよい。非限定的な一例をあげると、第１電極１３４’の最も外側の部分が、第２電極１３６’の外側部分よりも、メンブレーン１０１の中央から遠くに位置するのでもよい。第２電極１３６’の外側部分は、第１電極１３４’の外側部分および第１電極１３４’の他の部分に隣接してもよい。
【００７６】
図３Ｂは、他のデバイス３００’の図である。デバイス３００’は、図１Ｂおよび図３Ａに示したものとは異なるパターンを有する第１電極１３４”および第２電極１３６”を含む櫛型電極１３５”を含む。第１電極１３４”および第２電極１３６”は、各々、螺旋形状を有してもよい。第１電極１３４”は、１対のボンド・パッド１３０の内一方のボンド・パッド１３０と電気的に接触することができ、第２電極１３６”は、１対のボンド・パッド１３０の内他方のボンド・パッド１３０と電気的に接触することができる。第１電極１３４”は、第１方向（多例えば、時計回り方向および反時計回り方向の内一方）に渦巻いてもよく、第２電極１３６”は、第２方向（例えば、時計回り方向および反時計回り方向の内他方）に渦巻いてもよい。ある実施形態では、螺旋形状は、抵抗性ヒータ１１０（図１Ａ）の螺旋形状と実質的に同じであるが、第１電極１３４”および第２電極１３６”は、その長さに沿って実質的に一定の幅を有してもよい。したがって、ある実施形態では、デバイス３００’は螺旋形状を呈する櫛型電極１３５”と抵抗性ヒータとを含むことができる。
【００７７】
ある実施形態では、デバイス１００、２００、３００、３００’が熱拡散器を含んでもよい。熱拡散器は、抵抗性ヒータ１１０の１つ以上の上方または下に配置されてもよく、１つ以上の誘電体材料（例えば、第１誘電体材料１６０、第２誘電体材料１６２、または第３誘電体材料１６４の内１つ以上）によって抵抗性ヒータ１１０から分離することができる。ある実施形態では、熱拡散器は、抵抗性ヒータ１１０の上方および櫛型電極１３５の下に配置されてもよい（例えば、抵抗性ヒータ１１０と櫛型電極１３５との間）。熱拡散器は、熱分布（即ち、熱伝達）、ならびに抵抗性ヒータ１１０およびメンブレーン１０１の温度均一性を改善することができる。
【００７８】
使用および動作において、デバイス１００、２００、３００、３００’の内１つ以上を含むセンサを、被検物質の１つ以上のプロパティ（例えば、組成、少なくとも１つの種の存在等）を判定するために使用することができる。導電性トレース１１５を通して抵抗性ヒータ１１０に電流を印加することによって、抵抗性ヒータ１１０を所定の温度に加熱することができる。抵抗性ヒータ１１０の温度は、抵抗性ヒータ１１０の両端間における電圧降下を測定し、以下の式（２）にしたがって抵抗を判定することによって判定することができる。
【００７９】
Ｒ＝Ｖ／Ｉ        （２）
ここで、Ｒは抵抗性ヒータ１１０の抵抗であり、Ｖは抵抗性ヒータの両端間で測定した電圧降下であり、Ｉは導電性トレース１１５を通して抵抗性ヒータ１１０に供給された電流である。抵抗性ヒータ１１０の温度はその抵抗に比例するとしてよいので、抵抗性ヒータ１１０の温度は、抵抗性ヒータ１１０の抵抗に基づいて判定することができる。ある実施形態では、抵抗性ヒータ１１０の両端間における電圧降下は、検知線１２４によって測定することもできる。他の実施形態では、抵抗性ヒータ１１０への電流が供給されるプリント回路ボードにおいて、電圧降下を測定することもできる。ある実施形態では、検知線１２４によって電圧降下を測定することによって、このような測定の精度を高めることができる。何故なら、検知線１２４による測定は、抵抗性ヒータ１１０の両端間で差動電圧測定値を得る前の配線および他の回路による抵抗損を低減するからである。検知線１２４を使用しない場合、測定された抵抗を、相互接続配線（即ち、例えば、印刷回路ボードからボンド・パッド１１２ａ、１１２ｂの抵抗）およびヒータへのつなぎの接続（即ち、導電性トレース１１５）の抵抗に対して補償することによって、測定された抵抗（温度に比例する）の精度を高めることができる。一実施形態では、この補償は、電流源から、および抵抗性ヒータ１１０の両端間における全抵抗（全抵抗は、ボンド・パッド１１２ａ、１１２ｂの抵抗、導電性トレース１１５の抵抗、抵抗性ヒータ１１０の抵抗、ならびにあらゆる接合ワイヤおよび／または電流源とボンド・パッド１１２ａ、１１２ｂとの間の相互接続構造の抵抗も考慮することができる）を測定することによって行うこともできる。他の実施形態では、数式を適用することによって補償を行うこともできる。このような補償式の例を以下の式（３）に示す。
【００８０】
Ｒｃｏｍｐ ＝ Ｒｔａｒｇｅｔ（１＋Ｂ（Ｔａｍｂ-Ｔo))        （３）
ここで、Ｒｃｏｍｐは補償された抵抗値であり、Ｒｔａｒｇｅｔは抵抗性ヒータ１１０に印加された総電力から測定した抵抗であり、Ｂは特定の寸法および材料の所与のデバイス１００およびメンブレーン１０１に対して一意であるとしてよい補償係数（°Ｃ／°Ｃ）であり（即ち、Ｂの値は一定であり、マイクロホットプレートの特定の寸法および材料に対して一意であるとしてよい）、Ｔａｍｂは環境センサから測定された現在の周囲温度（またはマイクロホットプレートの周囲抵抗の測定値）であり、Ｔ０は較正温度である。
【００８１】
他の実施形態では、抵抗性ヒータ１１０の両端間で測定される抵抗は、基準マイクロホットプレートを使用して補償することもできる。このような実施形態のいくつかでは、基準マイクロホットプレートは検知線（例えば、検知線１２４）を含んでもよい。基準マイクロホットプレートの検知線は、抵抗性ヒータの抵抗が所望の温度に対応する値になるまで抵抗性ヒータを通る電流を調節することによってというようにして、デバイス１００の温度を所望の温度に設定するために使用することができる。検知線１２４がないマイクロホットプレート・デバイス１００への電流および電圧は、基準マイクロホットプレートの抵抗性ヒータに印加される電流および電圧と同じ値に設定されればよく、こうして、デバイス１００の抵抗性ヒータ１１０を、検知線がある基準マイクロホットプレートの温度と同じ温度にすることができる。
【００８２】
化学検知材料１６６の抵抗（即ち、導電率）は、ボンド・パッド１３０において測定することができる。化学検知材料１６６の抵抗は、被検物質の化学検知材料１６６との相互作用の関数とすることができる。他の言い方をすれば、化学検知材料１６６の電気抵抗は、化学検知材料１６６が被検物質における１つ以上の種と相互作用するときに変化するとして差し支えない。ある実施形態では、化学検知材料１６６は、特定の種（例えば、ガス）と相互作用するように考案および構成することができる。
【００８３】
ある実施形態では、化学検知材料１６６の導電率を複数の温度において測定し、被検物質における特定の種（例えば、ガス）の存在を判定することもできる。化学検知材料１６６の応答（例えば、導電率）は、温度と共に変動するのはもっともであり、被検物質の組成または被検物質における１つ以上のガスの存在を判定するために、温度分布を使用することができる。ある実施形態では、センサが複数のデバイス１００、２００、３００、３００’を含んでもよく、各デバイスが、異なる組成を構成し、異なる種と相互作用するように考案および構成された化学検知材料１６６を含む。このセンサは、デバイス１００、２００、３００、３００’が露出される被検物質における１つ以上の種の存在を判定するために使用することができる。
【００８４】
ある実施形態では、デバイス１００が櫛型電極１３５を含まなくてもよい。図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の他の実施形態によるデバイス４００の断面図である。デバイス４００は、先に説明したデバイス１００、２００、３００、３００’と実質的に同じであってもよいが、化学検知材料１６６（図１Ｄ）を含まなくてもよい。したがって、デバイス４００は、シリコンを含んでもよい基板１０２上に懸垂されたメンブレーン１０１を含めばよい。メンブレーン１０１は、図１Ａを参照して先に説明したように、複数のつなぎ１０５によって基板１０２上に懸垂されればよい。導電性トレース１１５は、図１Ａおよび図１Ｅを参照して先に説明したように、抵抗性ヒータ１１０をボンド・パッド１１２ａ、１１２ｂに電気的に接続することができ、つなぎ１０５の上を伝うことができる。したがって、抵抗性ヒータ１１０には、ボンド・パッド１１２ａ、１１２ｂ間に電流を印加することによって、給電することができる。
【００８５】
図４Ａおよび図４Ｂには示されていないが、デバイス４００は、例えば、図１Ａおよび図１Ｇを参照して先に説明したように、抵抗性ヒータ１１０と連通する検知線１２４を含むこともできる。抵抗性ヒータ１１０の両端間における電圧降下は、図１Ａおよび図１Ｆを参照して先に説明したように、抵抗性ヒータ１１０および検知線のボンド・パッド１２６と電気的に連通する検知線１２４によって測定することができる。検知線１２４および検知線のボンド・パッド１２６の使用により、抵抗性ヒータ１１０の両端間における電圧降下を測定することができる感度および精度を高めることができる。他の実施形態では、抵抗性ヒータ１１０の両端間における電圧降下は、検知線を用いずに測定すること、またはデバイス４００内のいずれかの場所に位置する検知線およびボンド・パッドを用いて測定することもできる。
【００８６】
デバイス４００は、コーティング材料４０２を含んでもよく、コーティング材料４０２の組成に応じて、触媒マイクロホットプレートまたは基準マイクロホットプレートを備えてもよい。本明細書において使用する場合、「触媒マイクロホットプレート」という用語は、抵抗性ヒータ、この抵抗性ヒータと電気的に連通する検知線（例えば、検知線１２４）、および抵抗性ヒータ１１０の上を覆う誘電体材料上に触媒活性材料を含むコーティング材料４０２を含むデバイスを意味し、そしてこのデバイスを含む。本明細書において使用する場合、「基準マイクロホットプレート」という用語は、抵抗性ヒータ、抵抗性ヒータ１１０と電気的に連通する検知線（例えば、検知線１２４）、およびコーティング材料を含まない、または抵抗性ヒータ上を覆う誘電体材料上の化学的不活性コーティング材料を含むデバイスを意味し、そしてこのデバイスを含む。したがって、基準マイクロホットプレートは、抵抗性ヒータ１１０上にコーティング材料がなくてもよく、または抵抗性ヒータ上を覆う誘電体材料上に不活性材料を含む(comprising)コーティング材料４０２を含んでもよい。
【００８７】
コーティング材料４０２は、１つ以上の誘電体材料によって、抵抗性ヒータ１１０から電気的に分離することができる。非限定的な一例をあげると、コーティング材料４０２は直接第３誘電体材料１６４の上を覆い、これと接触してもよい。他の実施形態では、コーティング材料４０２が直接他の誘電体材料（例えば、第１誘電体材料１６０または第２誘電体材料１６２）の上を覆い、これと接触してもよい。コーティング材料４０２は、不活性材料（例えば、基準材料）、または例えば酸化反応を触媒し所定の被検物質が存在するときに熱を生成するように考案および構成された触媒材料を含むこともできる。不活性コーティング材料は、触媒材料を含むコーティング材料と実質的に同じ質量（例えば、熱質量）、放射率、対流熱損失、熱伝導率、および表面積の内少なくとも１つを呈するように構成され考案されてもよい。
【００８８】
ある実施形態では、不活性コーティング材料は、酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ２Ｏ３）を含む。コーティング材料が触媒コーティング材料を含む場合のような、ある実施形態では、触媒材料は、パラジウム、プラチナ、ルテニウム、銀、イリジウム、他の触媒金属、またはこれらの組み合わせを含む。ある実施形態では、触媒材料は、比較的高い気孔率を呈してもよく、高い表面粗さを呈してもよく、このために、触媒材料の全表面積を増やすことができる。
【００８９】
ある実施形態では、センサ・システムが、触媒材料を含むコーティング材料４０２を有するデバイス４００を触媒マイクロホットプレートとして備え、更に不活性コーティング材料を含む他のデバイス４００を基準ホットプレートとして備えることもできる。ある実施形態では、これらのデバイス４００を同じ基板内に形成することができる。別の言い方をすると、センサ・システムは、同じ基板上に製作された少なくとも１つの触媒マイクロホットプレートと少なくとも１つの基準マイクロホットプレートとを含むのでもよく、触媒マイクロホットプレートのコーティング材料４０２が触媒材料を含めばよく、基準マイクロホットプレートが不活性コーティング材料を含めばよいかまたはコーティング材料を含まなければよいことを除いて、同一の構造(feature)を有してもよい。本明細書において説明するように、このシステムは、燃焼または酸化（触媒マイクロホットプレートとの、というような）の触媒熱を測定するため、または材料の熱伝導率を直接測定するため（基準マイクロホットプレートによって、というように）、または双方のために利用することができる。ある実施形態では、不活性コーティング材料を含むデバイス４００またはコーティング材料を含まないデバイス４００が基準マイクロホットプレートを備えてもよい。ある実施形態では、センサ・システムが、更に、化学検知材料１６６を含むマイクロホットプレートを備えてもよい（例えば、デバイス１００（図１Ａ））、そしてＭＯＳマイクロホットプレートを備えてもよい。
【００９０】
デバイス４００が触媒マイクロホットプレートを備える（例えば、コーティング材料４０２が触媒コーティングを含む）実施形態では、デバイス４００は、発熱事象、吸熱事象、このような事象の開始(onset)、または被検物質の点火温度の内少なくとも１つを判定するために使用することができる。ある実施形態では、所与の温度を達成するために必要とされる電力を測定することによって、発熱事象または吸熱事象を検出することができる。非限定的な一例をあげると、導電性トレース１１５を通して抵抗性ヒータ１１０に供給される電流を変化させる（例えば、傾斜状に上げる）ことによって、触媒マイクロホットプレートの抵抗性ヒータ１１０の温度を、所定の温度刻みにしたがって傾斜状に上げていくのでもよい。抵抗性ヒータ１１０と電気的に連通する検知線を使用することによってというようにして、温度を変化させつつ、各温度において抵抗性ヒータ１１０の両端間における電圧降下を測定すればよい（例えば、温度の傾斜状変化の間）。各温度を達成するための電力は、以下の式（４）にしたがって、各温度において測定した電圧降下と、各温度において供給される電流とから決定することができる。
【００９１】
Ｐ＝Ｉ＊Ｖ        （４）
ここで、Ｐは電力であり、Ｉは抵抗性ヒータ１１０に供給される電流であり、Ｖは検知線の両端間において測定された電圧降下である。約１５０°Ｃおよび約２５０°Ｃの間の温度において、あらゆる物理吸着種（例えば、触媒コーティングに物理的に吸着されている種）を触媒コーティング４０２の表面から脱着させた後に、望ましくない化学反応による触媒コーティング４０２の中毒が発生するおそれがあるもっと高い温度に、抵抗性ヒータ１１０の温度を傾斜状に上げていくとよい。したがって、デバイス４００の温度を第１の低い方の温度まで傾斜状に上げ、続いて温度を少なくとも第２の高い方の温度に傾斜状に上げることによって、触媒コーティング４０２を保存することができる。
【００９２】
基準線データ（例えば、電流、抵抗、および各温度を維持するために必要とされる電力）は、触媒マイクロホットプレートに関連付けられたメモリに格納することができる。基準線データは、以前の触媒センサ温度の傾斜状変化からの過去の電力対温度データを含むことができる。触媒マイクロホットプレートの熱応答変化を表す信号を得るためには、以下の式（５）にしたがって現在のデータから基準線データを減算すればよい。
【００９３】
Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ＝Ｃａｔ（ｎ）−Ｃａｔ（ｂａｓｅｌｉｎｅ）        （５）
ここで、Ｄｅｌｔａ Ｃａｔは触媒マイクロホットプレートの熱応答の相対的変化であり、Ｃａｔ（ｎ）は現在の温度の傾斜状変化の熱応答（例えば、所定の温度を維持するために必要とされる電力）であり、Ｃａｔ（ｂａｓｅｌｉｎｅ）は基準線データである。Ｃａｔ（ｂａｓｅｌｉｎｅ）は、抵抗性ヒータ１１０の各温度を維持するために必要とされる電力の過去の平均値を含むことができ、各温度の傾斜状変化の間継続的に更新することができる。Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ値は、温度の傾斜状変化の間に各温度において判定することができる。したがって、Ｄｅｌｔ Ｃａｔは、以前の温度の傾斜状変化と比較して、触媒マイクロホットプレートの所与の温度を維持するために必要とされる電力の差に対応するとして差し支えない。ある実施形態では、ゼロから逸脱するＤｅｌｔａ Ｃａｔ値は、触媒マイクロホットプレート上における反応の指示、触媒マイクロホットプレートと接触する被検物質の点火温度、または双方となることができる。
【００９４】
引き続き図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、基準マイクロホットプレートは、コーティング材料４０２が不活性コーティング材料を含有する(comprise)デバイスを含んでもよい。他の実施形態では、前述のように、基準マイクロホットプレートは、コーティング材料を含まなくてもよい。基準マイクロホットプレートは、触媒マイクロホットプレート・センサと同じウェハ（例えば、同じシリコン・ウェハ）上に製作することができる。基準マイクロホットプレートの温度は、触媒マイクロホットプレートと同じ温度変化（例えば、傾斜状変化）にしたがって、変化させてもよい（例えば、傾斜状に変化させる）。ある実施形態では、基準マイクロホットプレートおよび触媒マイクロホットプレートを同時に温度の傾斜状変化に露出させる。このような実施形態のいくつかでは、触媒マイクロホットプレートからの測定値および基準マイクロホットプレートからの測定値を時間的に相関付けることができ、実質的に同じ被検物質に露出させることができ、センサ精度の向上を発揮することができる。
【００９５】
基準線データ（例えば、電流、抵抗、および各温度を維持するために必要とされる電力）は、基準マイクロホットプレートに関連付けられたメモリに格納することができる。基準線データは、以前の基準マイクロホットプレートの温度変化（例えば、傾斜状変化）から過去の電力対温度データを含むことができる。基準マイクロホットプレートの熱応答変化を表す信号を得るためには、以下の式（６）にしたがって現在のデータから基準線データを減算すればよい。
【００９６】
Ｄｅｌｔａ Ｒｅｆ＝Ｒｅｆ（ｎ）−Ｒｅｆ（ｂａｓｅｌｉｎｅ）        （６）
ここで、Ｄｅｌｔａ Ｒｅｆは、基準マイクロホットプレートの温度応答の相対的変化であり、Ｒｅｆ（ｎ）は現在の温度の熱応答（例えば、現在の温度の傾斜状変化）であり、Ｒｅｆ（ｂａｓｅｌｉｎｅ）は、基準線データ（例えば、以前の温度変化（傾斜状変化）からのＲｅｆ（ｎ）データの平均）である。Ｄｅｌｔａ Ｒｅｆ値は、各温度において判定されてもよい（温度の傾斜状変化の間というような場合）。Ｄｅｌｔａ Ｒｅｆ値は、基準マイクロホットプレートと接触する被検物質または基準マイクロホットプレート付近にある被検物質の熱伝導率の指示となることができる。例えば、ゼロよりも大きいＤｅｌｔａ Ｒｅｆ値は、被検物質の熱伝導率が、較正の間または以前の傾斜状変化において基準マイクロホットプレートが露出されたガス（例えば、空気）の熱伝導率よりも高いことの指示となることができる。同様に、ゼロよりも小さいＤｅｌｔａ Ｒｅｆ値は、被検物質の熱伝導率が、以前の傾斜状変化において基準マイクロホットプレートが露出されたガスの熱伝導率よりも低いことの指示となることができる。このような実施形態のいくつかでは、被検物質の熱伝導率は、示差熱分析（ＤＴＡ：differential thermal analysis）または示差走査熱量計（ＤＣＳ： differential scanning calorimetry）技法にしたがって判定することができる。種または被検物質の熱伝導率は、温度の関数であるとして差し支えない。したがって、ある実施形態では、被検物質の熱伝導率は、１つよりも多い温度において判定することができる。
【００９７】
他の実施形態では、抵抗性ヒータに供給される電流を維持することができ、抵抗性ヒータの抵抗を検知線によって測定して抵抗性ヒータの温度を判定することもできる。被検物質の熱伝導率は、抵抗性ヒータに供給された電力に対して判定された温度に基づいて判定することができる。このような実施形態のいくつかでは、示差走査熱量計（ＤＣＳ）にしたがって熱伝導率を判定してもよい。
【００９８】
ある実施形態では、熱伝導率が２つよりも多い温度において測定されてもよい。非限定的な一例をあげると、熱伝導率の測定が、相対的に低い温度（例えば、約５０°Ｃおよび約２５０°Ｃの間）において、そして相対的に高い温度（例えば、約４００°Ｃおよび約１，０００°Ｃの間）において行われてもよい。熱伝導率は、一般に、温度が上昇すると高くなる。したがって、Ｄｅｌｔａ Ｒｅｆ測定が行われる温度が高い程、基準マイクロホットプレートから大きなセンサ応答を出すことができ、したがって基準マイクロホットプレートの感度を高めることができる。
【００９９】
触媒センサ上で生成されたまたは除去された熱に比例する信号応答を生成するには、以下の式（７）にしたがってＤｅｌｔａ Ｒｅｆ信号をＤｅｌｔａ Ｃａｔ信号から減算すればよい。
【０１００】
Ｅｘｏ（ｎｅｗ）＝Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ−Ｄｅｌｔａ Ｒｅｆ        （７）
ここで、Ｅｘｏ（ｎｅｗ）は、触媒マイクロホットプレート上で生成されたまたは除去された熱に比例する信号応答であり、Ｄｅｌｔａ ＣａｔおよびＤｅｌｔａ Ｒｅｆは、既に説明した通りである。Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ信号からＤｅｌｔａ Ｒｅｆ信号を減算することによって、熱伝導率、熱拡散率、密度、粘度、温度、圧力、相対湿度、流速変動、ならびにシステムおよび検出対象の被検物質における他のノイズの影響に対して、Ｄｅｌｔａ Ｃａｔ信号を補償することができる。
【０１０１】
Ｅｘｏ（ｎｅｗ）の値がその公称値(nominal value)から逸脱する場合、発熱反応、吸熱反応、またはこのような反応の点火の内１つ以上を検出することができる。これらをここでは「ライトオフ」事象(light-off event)と呼ぶこともある。一例のみとしてあげると、ゼロよりも小さいＥｘｏ（ｎｅｗ）値は、触媒マイクロホットプレートの温度を維持するために必要とされる電力の減少の指示となることができ、これは発熱反応の指示としてよい。同様に、ゼロよりも大きいＥｘｏ（ｎｅｗ）値は、触媒マイクロホットプレートの温度を維持するために必要とされる電力の増大の指示となることができ、これは吸熱反応の指示としてよい。
【０１０２】
ライトオフ事象の温度は、検出対象のサンプルにおけるガスの存在の指示となることができる。異なるガスは異なる温度で触媒反応によって酸化するので、被検物質のライトオフ温度は被検物質における１つ以上のガスの存在の指示となることができる。複数の温度において複数のライトオフ事象が生じた場合、サンプル内に複数の可燃性ガスが存在することの指示となることができる。分析において使用されたセンサ応答、訓練データ、および較正データをデータベースに格納してもよい。
【０１０３】
デバイス１００、２００、３００、３００’、４００は各つなぎ１０５上に導電性トレース（例えば、導電性トレース１１５、検知線１２４、および電極トレース１３２）を含むが、ある実施形態では、つなぎ１０５の少なくとも一部が、その上を伝う導電性トレースを含まなくてもよい。
【０１０４】
使用および動作において、デバイス１００、２００、３００、３００’、４００は、１つ以上のガス、１つ以上のガスの１つ以上のプロパティ、またはこれらの組み合わせを検知するために使用することができる。図５は、本開示の実施形態にしたがって少なくとも１つのマイクロホットプレートを含むデバイスを動作させる方法５００を示すフローチャートである。このデバイスは、前述の少なくとも１つのデバイス１００、２００、３００、３００’、４００の内１つを含んでもよい。非限定的な一例をあげると、このデバイスは、少なくとも１つのＭＯＳマイクロホットプレート（例えば、図１Ａから図１Ｇ、図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照して先に説明したような少なくとも１つのデバイス１００、２００、３００、３００’）と、少なくとも１つの基準マイクロホットプレート・デバイス（例えば、図４Ａおよび図４Ｂを参照して先に説明したような、不活性コーティング材料４０２を含む、またはコーティング材料を含まない少なくとも１つのデバイス４００）と、少なくとも１つの触媒マイクロホットプレート（例えば、図４Ａおよび図４Ｂを参照して先に説明したような、触媒コーティング材料４０２を含む少なくとも１つの他のデバイス４００）とを含んでもよい。
【０１０５】
方法５００は、導電性トレースを通して少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータに既知の電流を供給するステップを含むアクト５０２と、電圧検知線によって抵抗性ヒータの両端間における電圧降下を測定するステップを含むアクト５０４と、抵抗性ヒータの抵抗を判定し、随意で櫛型電極間の抵抗率を判定するステップを含むアクト５０６と、抵抗性ヒータの温度を判定するステップを含むアクト５０８と、抵抗性ヒータの所望の温度を維持するため、または抵抗性ヒータの温度を変化させるために電流を調節するステップを含むアクト５１０とを含むことができる。
【０１０６】
アクト５０２は、抵抗性ヒータと電気的に接触する導電性トレースを通して少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータに既知の電流を供給するステップを含む。電流は、抵抗性ヒータの温度を所望の温度まで上げることができる。ある実施形態では、抵抗性ヒータの温度を段階的に上げるために、電流を段階的に供給する。ある実施形態では、抵抗性ヒータの所定の温度を維持するために電流を抵抗性ヒータに供給する。ある実施形態では、アクト５０２は、少なくとも１つのＭＯＳマイクロホットプレートの抵抗性ヒータ、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートの抵抗性ヒータ、および少なくとも１つの触媒マイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップを含む。
【０１０７】
アクト５０４は、抵抗性ヒータの両端間における電圧（例えば、電圧降下）を測定するステップを含む。ある実施形態では、抵抗性ヒータの両端間における電圧降下は、抵抗性ヒータと電気的に接触する電圧検知線（例えば、検知線１２４（図１Ａ））によって測定することができる。他の実施形態では、電圧降下は検知線を使用せずに測定することもできる。言い換えると、アクト５０４は、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートの抵抗性ヒータの両端間における電圧降下を測定するステップ、少なくとも１つの触媒マイクロホットプレートの抵抗性ヒータの両端間における電圧降下を測定するステップ、および少なくとも１つのＭＯＳマイクロホットプレートの抵抗性ヒータの両端間における電圧降下を測定するステップの内少なくとも１つを含めばよい。非限定的な一例をあげると、マイクロホットプレート・デバイスが触媒マイクロホットプレートまたは基準マイクロホットプレートを含む場合、アクト５０４は、抵抗性ヒータと電気的に接触する検知線の両端間における電圧降下を測定するステップを含めばよい。マイクロホットプレート・デバイスがＭＯＳマイクロホットプレートを含む場合、アクト５０４は抵抗性ヒータへの電流が供給されるところ（例えば、印刷回路基板におけるというような）付近の位置において、抵抗性ヒータの両端間における電圧降下を測定するステップを含めばよい。ある実施形態では、アクト５０４は、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートの抵抗性ヒータの両端間における電圧降下を測定するステップと、少なくとも１つの触媒マイクロホットプレートの抵抗性ヒータの両端間における電圧降下を測定するステップと、少なくとも１つのＭＯＳマイクロホットプレートの抵抗性ヒータの両端間における電圧降下を測定するステップとを含む。
【０１０８】
アクト５０６は、抵抗性ヒータの抵抗を判定し、随意に櫛型電極間における抵抗率を判定するステップを含む。櫛型電極間における抵抗率は、ＭＯＳマイクロホットプレートのＭＯＳコーティングの抵抗率に対応するとして差し支えない。ある実施形態では、アクト５０６は、少なくとも１つの触媒マイクロホットプレート、少なくとも１つの基準マイクロホットプレート、および少なくとも１つのＭＯＳマイクロホットプレートの抵抗性ヒータの内１つ以上の抵抗性ヒータの抵抗を判定するステップを含む。抵抗性ヒータの抵抗は、少なくとも部分的に、抵抗性ヒータに供給される電流、および検知線によってまたはデバイスにおけるいずれかの場所で測定される電圧に基づいて判定することができる。抵抗は、測定電圧を供給電流で除算した値に比例することができる（即ち、オームの法則、Ｒ＝Ｖ／Ｉ、ここで、Ｒは抵抗、Ｖは測定電圧、Ｉは供給電流である）。アクト５０６が櫛型電極間における抵抗率を判定するステップを含む実施形態では、櫛型電極の両端間（例えば、電極トレース１３２（図１Ｂ）の両端間）において測定された電圧降下に基づいて、抵抗率を判定することができる。櫛型電極の抵抗は、抵抗性ヒータの抵抗を参照して先に説明したように、オームの法則に基づいて判定することができる。ある実施形態では、櫛型電極間における抵抗率は、櫛型電極に電流を供給し、櫛型電極の両端間における電圧降下を測定することによって判定することができる。他の実施形態では、櫛型電極の抵抗率は、櫛型電極に電圧を供給し、櫛型電極を通る電流を測定することによって判定してもよい。
【０１０９】
アクト５０８は、少なくとも部分的に、判定した抵抗性ヒータの抵抗に基づいて、抵抗性ヒータの温度を判定するステップを含む。例えば、抵抗性ヒータの温度は、例えば、抵抗性ヒータの抵抗の温度係数にしたがって、その抵抗に比例するとしてよい（例えば、ｄＲ／Ｒ＝αｄＴ／ｄＲ。ここで、Ｒは抵抗性ヒータの抵抗であり、ｄＲは基準線抵抗と、サンプルに露出した抵抗性ヒータの抵抗との間の抵抗変化であり、ｄＴは基準線温度と、サンプルに露出した抵抗性ヒータの温度との間の温度差であり、αは抵抗性ヒータの熱抵抗係数である）。したがって、抵抗性ヒータの温度を判定するために抵抗を使用することができる。
【０１１０】
アクト５１０は、抵抗性ヒータの所望の温度を維持するため、または抵抗性ヒータの温度を変化させる（例えば、傾斜状に変化させる）ために電流を調節するステップを含む。ある実施形態では、電流を段階的に調節して、抵抗性ヒータの温度を対応して段階的に変化させてもよい。各ステップにおいて温度を維持するために必要とされる電力を、アクト５０６において測定した抵抗性ヒータの両端間における電圧降下、およびアクト５０２において特定の温度毎に抵抗性ヒータに供給された電流に基づいて、決定することができる。他の実施形態では、抵抗性ヒータの温度を実質的に一定の温度に維持し易くするために、抵抗性ヒータに供給される電流を実質的に一定の値に維持してもよい。実質的に一定の温度を維持するために必要とされる電力は、アクト５０６において測定した抵抗性ヒータの両端間における電圧降下、およびアクト５０２において抵抗性ヒータに供給された電流に基づいて決定することができる。
【０１１１】
図５については、抵抗性ヒータに電流を印加し、抵抗性ヒータの両端間における電圧降下を測定することによって、抵抗性ヒータの抵抗を判定するステップを含むものとして説明したが、本開示はこれに限定されるのではない。他の実施形態では、抵抗性ヒータに電圧を供給してもよく、抵抗性ヒータを通る電流を測定してもよい。供給された電圧および測定された電流は、抵抗を判定するために使用することができる。
【０１１２】
ある実施形態では、抵抗性ヒータの温度を維持するために必要とされる電力を決定することもできる。電力を供給電流および測定電圧と関係付けることができる（例えば、式（４）を参照して先に説明したように、Ｐ＝ＩＶ）。他の実施形態では、電力を供給電流および抵抗と関係付けてもよい（例えば、Ｐ＝Ｉ２Ｒ）。ある実施形態では、所定の温度を維持するために必要とされる電力は、分析対象の蒸気の組成の関数することができる。ある実施形態では、先に説明したように、触媒マイクロホットプレートの所望の温度を維持するために必要とされる電力の減少は、触媒マイクロホットプレートにおいて起きている発熱反応の指示であるとしてもよい。同様に、触媒マイクロホットプレートの所望の温度を維持するために必要とされる電力の増大は、触媒マイクロホットプレートにおいて起きている吸熱反応の指示であるとしてもよい。ある実施形態では、検知線１２４（図１Ａ）の使用により、システム分解能の向上、ならびに基準マイクロホットプレートおよび触媒マイクロホットプレートの精度向上を促進することができる。非限定的な一例をあげると、検知線１２４は、約１０マイクロワットというような低い電力、または約１．０マイクロワットおよび約１０マイクロワットの間の電力というような、１．０マイクロワットというような低い電力であっても、決定を容易にすることができる。マイクロホットプレートが基準マイクロホットプレートを構成する(comprise)場合、所与の温度を達成するために必要とされる電力が多い程、基準マイクロホットプレート付近におけるガスが有する熱伝導率が高いことに相関付けることができる。同様に、所与の温度を達成するために必要とされる電力が少ない程、基準マイクロホットプレート付近におけるガスが有する熱伝導率が低いことに相関付けることができる。被検物質の熱伝導率は、１つ以上の温度を維持するために必要とされる電力に基づいて判定することができる。
【０１１３】
図６は、本開示の１つ以上の実施形態を実施するように構成されたシステム６００の簡略ブロック図である。システム６００は、コンピューティング命令を収容したプログラムを実行するように構成され、１つ以上のプロセッサ６０２と、１つ以上のメモリ・デバイス６０４と、１つ以上のデバイスの１つ以上の抵抗性ヒータを駆動する１つ以上の駆動回路６０６と、１つ以上のマイクロホットプレートの１つ以上の出力（例えば、検知線によって測定することができるような、抵抗性ヒータからの出力、電極トレースによって測定することができるような、櫛型電極からの出力等）を検知する１つ以上のセンサ６０８と、抵抗性ヒータ、櫛型電極、または双方に付随するマイクロホットプレートを加熱するための抵抗性ヒータを含む場合もあるエレメント６１０とを含むことができる。
【０１１４】
１つ以上のプロセッサ６０２は、本開示の実施形態を実施するためのコンピューティング命令を含む、多種多様なオペレーティング・システムおよびアプリケーションを実行するように構成することができる。１つ以上のプロセッサ６０２は、１つ以上のメモリ・デバイス６０４、１つ以上の駆動回路６０６、および１つ以上のセンサ６０８の各々と通信することができる。１つ以上のプロセッサ６０２は、動作命令を１つ以上の駆動回路６０６に送信するように構成することができる。非限定的な一例をあげると、１つ以上のプロセッサ６０２が、電流を供給するための命令というような、動作命令を１つ以上の駆動回路６０６に供給するように構成されてもよく、駆動回路６０６は、センサ６０８に関連付けられた各デバイスに付随する抵抗性ヒータを駆動することができる。一例のみとして、１つ以上のプロセッサ６０２が、抵抗性ヒータの所望の温度を維持するため、または１つ以上の駆動回路６０６に関連付けられた１つ以上の抵抗性ヒータの温度を傾斜状に変化させるために、動作命令を１つ以上の駆動回路６０６に供給するように構成されてもよい。
【０１１５】
１つ以上の駆動回路６０６は、エレメント６１０に動作可能に結合することができ、１つ以上のプロセッサ６０２から動作命令を受けたことに応答して、電流をエレメント６１０に供給するように構成することができる。ある実施形態では、１つ以上の駆動回路６０６が、エレメント６１０の温度を変調するように構成された閉ループ・コントローラを含む。閉ループ・コントローラは、エレメント６１０を駆動することによってというようにして、マイクロホットプレートの抵抗性ヒータの温度を制御するように構成することができる。他の実施形態では、閉ループ・コントローラが、エレメント６１０を駆動することによってというようにして、マイクロホットプレートの櫛型電極の温度を制御するように構成することができる。ある実施形態では、１つ以上の駆動回路６０６がディジタル／アナログ変換器を含んでもよい。
【０１１６】
エレメント６１０は、１つ以上の駆動回路６０６から電流を受けるように構成することができる。エレメント６１０が抵抗性ヒータを含む場合、この抵抗性ヒータは、デバイス１００、２００、３００、３００’、４００に関して先に説明した抵抗性ヒータと実質的に同様であってもよい。１つ以上のセンサ６０８は、エレメント６１０の少なくとも１つのプロパティを検知するように構成することができる。非限定的な一例をあげると、１つ以上のセンサ６０８は、エレメント６１０の両端間における電圧降下を検知するように構成されてもよい。他の実施形態では、１つ以上のセンサ６０８は、デバイス１００、２００、３００、３００’、４００に関して先に説明した櫛型電極のような、櫛型電極を備えてもよく、これらの櫛型電極間における抵抗率を判定するように構成されてもよい。１つ以上のセンサ６０８は、アナログ／ディジタル変換器を備えてもよい。
【０１１７】
１つ以上のプロセッサ６０２は、１つ以上のセンサ６０８からデータを受け、分析対象の材料（例えば、ガス、蒸気、液体、または固体）の１つ以上のプロパティを判定するように構成することができる。１つ以上のプロセッサ６０２は、回路、コントローラ、または双方を含むことができ、１つ以上のセンサ６０８からの検知電圧を受けるように構成することができ、１つ以上のマイクロホットプレートの電力、抵抗、および温度の内１つ以上を判定し、少なくとも部分的に、１つ以上の駆動回路６０６からの供給電流に基づいて、そして式（１）から式（７）までを参照して先に説明したように、被検物質の組成を判定するように構成することができる。ある実施形態では、１つ以上のプロセッサ６０２が、少なくとも部分的に、図４Ａおよび図４Ｂを参照して先に説明したように、検知線の両端間において測定された電圧に基づいて、マイクロホットプレートのコーティング材料と接触する被検物質（例えば、その存在、その濃度等）を判定するように構成することもできる。ある実施形態では、１つ以上のプロセッサ６０２が、例えば、図１Ｂ、図３Ａ、および図３Ｂを参照して先に説明したように、櫛型電極の抵抗を測定することによって、化学検知材料と接触する被検物質を判定するように構成することもできる。
【０１１８】
メモリ・デバイス６０４は、本開示の実施形態を実行することを含む多種多様のタスクを実行するために、コンピューティング命令、データ、および他の情報を保持するために使用することができる。ある実施形態では、式（４）から式（７）までを参照して先に説明したように、以前の温度の傾斜状変化からの基準線データ（例えば、電力対温度データ）をメモリに格納してもよい。プロセッサ６０２は、以前のデータから現在のデータを減算して、温度に関するマイクロホットプレートの触媒熱反応（Ｄｅｌｔａ  Ｃａｔ）の変化を表す信号を生成するように構成することができる。一例として、そして限定ではなく、メモリ・デバイス６０４は、同期ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ、相変化メモリ、および他の適した情報記憶デバイスを含むことができる。メモリ・デバイス６０４は、動作パラメータ（例えば、マイクロホットプレートの温度、マイクロホットプレートの組成等）を含む、デバイスに関するデータを含んでもよい。メモリ・デバイス６０４は、マイクロホットプレートに関するデータ、マイクロホットプレートの組成、マイクロホットプレートの温度、マイクロホットプレートの抵抗、およびマイクロホットプレートに付随する抵抗性ヒータの電圧を含んでもよい。
【０１１９】
図７は、各々マイクロホットプレートを含む、複数のデバイスのレイアウトを示すシステム７００（例えば、センサ）の平面図である。システム７００は、マイクロホットプレート・デバイスのアレイを備えることができ、櫛型電極を含まない少なくともいくつかのデバイス７０１と、抵抗性ヒータ７１０上に櫛型電極７３５を含む少なくともいくつかのデバイス７０２とを含むことができる。このアレイは複数のセンサを含むので、ここではマルチセンサ・アレイと呼ぶこともある。ある実施形態では、櫛型電極を含まないデバイス７０１は、基準マイクロホットプレートまたは触媒マイクロホットプレートを備えてもよく、櫛型電極７３５を含むデバイスは、ＭＯＳマイクロホットプレートを備えてもよい。ある実施形態では、システム７００は、少なくとも１つの基準マイクロホットプレート・デバイス、少なくとも１つの触媒マイクロホットプレート・デバイス、および少なくとも１つのＭＯＳマイクロホットプレート・デバイスを含む。
【０１２０】
デバイス７０１、７０２は、各々、基板７５０内に形成された空隙７０４を含むことができる。更に、デバイス７０１、７０２は、図１Ａから図４Ｂまでにおいて説明したように、デバイス７０１、７０２の周囲において基板７５０からその中央部まで達する複数のつなぎを含むことができる。
【０１２１】
櫛型電極７３５を含まないデバイス７０１は、約１００μｍの直径を有してもよく、これは櫛型電極７３５を含むデバイス７０２の直径の約２倍であってもよい。ある実施形態では、デバイス７０２は約５０μｍの直径を有する。ある実施形態では、デバイス７０１は、触媒材料（例えば、図４Ａおよび図４Ｂを参照して先に説明したコーティング材料４０２のような）を含んでもよく、デバイス７０２よりも比較的大きくてもよい。ある実施形態では、デバイス７０１のサイズが大きい程、センサ・デバイスの感度を高めることが容易にできる。何故なら、所定の温度を維持するための電力の変化を、感度を高めて測定できるからである。ある実施形態では、デバイス７０１の内少なくとも１つが、触媒材料を含み、デバイス７０１の内少なくとも他の１つが、少なくとも１つの他のデバイス７０１の触媒材料と同様の質量、熱質量、または他のプロパティの内少なくとも１つを有する不活性材料を含む。ある実施形態では、デバイス７０１の内少なくとも１つが触媒材料を含み、デバイス７０１の内少なくとも他の１つがコーティング材料を含まない。
【０１２２】
デバイス７０１は、抵抗性ヒータ７１０および検知線ボンド・パッド７２６の各々に電気的に結合された検知線７２４を含むことができる。検知線７２４は、図１Ａから図１Ｆまでを参照して先に説明したように、抵抗性ヒータ７１０の両端間における電圧降下を測定するように構成することができる。ある実施形態では、検知線７２４は、ケルビン検知線(Kelvin sense line)を含んでもよい（即ち、ボンド・パッド７１２を含む２つの端子、共通電源７４０、および２つの検知線ボンド・パッド７２６による四端子検知）。
【０１２３】
各デバイス７０１、７０２は、導電性トレース７１５に結合されたボンド・パッド７１２を含むことができ、一方、導電性トレース７１５は抵抗性ヒータ７１０に結合することができる。ある実施形態では、デバイス７０２は、図１Ａから図３Ｂまでを参照して先に説明したデバイス１００、２００、３００、３００’と実質的に同様である。更に、デバイス７０２は、例えば、図１Ｂを参照して先に説明したように、その中央に櫛型電極７３５と、その上に位置するそれぞれの抵抗性ヒータ７１０を含むことができる。例えば、図１Ｃ、図１Ｄ、および図１Ｅを参照して先に説明したように、化学検知材料が、櫛型電極７３５の上に位置しこれらと直接接触してもよい。櫛型電極７３５は、電極トレース７３２と電気的に接触することができ、一方、電極トレース７３２はボンド・パッド７２６と電気的に接触することができる。
【０１２４】
各デバイス７０１、７０２の抵抗性ヒータ７１０は、共通電源７４０と電気的に接触することができる。非限定的な一例をあげると、ボンド・パッド７４５は、導電路(conductive line)７４６と電気的に接触することができ、一方、導電路７４６は、各デバイス７０１、７０２の１つの導電性トレース７１５と電気的に接触することができる。このような実施形態のいくつかでは、各デバイス７０１、７０２が共通の電源に電気的に結合されてもよい。共通電源７４０は、ボンド・パッド７４５の各々を電気的に結合するように構成されたメタライゼーション層（例えば、ボンド・パッド）を含んでもよい。
【０１２５】
ある実施形態では、共通電源７４０、ボンド・パッド７４５、ボンド・パッド７１２、検知線ボンド・パッド７２６、ボンド・パッド７３０、および導電路７４６の各々が、例えば、金のような同じ材料を含んでもよい。ある実施形態では、共通電源７４０、ボンド・パッド７４５、ボンド・パッド７１２、検知線ボンド・パッド７２６、ボンド・パッド７３０、および導電路７４６の各々が、例えば、前述のように、タングステン、パラジウム、または他の材料を含んでもよい、導電性トレース７１５、検知線７２４、抵抗性ヒータ７１０、または櫛型電極７３５とは異なる材料（例えば、比較的低い電気抵抗を呈する材料のような）を含んでもよい。
【０１２６】
したがって、アレイは、種々のサイズおよびコーティングの触媒マイクロホットプレート、基準マイクロホットプレート、および金属酸化物半導体（MOS)マイクロホットプレートの任意の組み合わせを備えることができる。被検物質の熱伝導率を判定するために１つ以上の基準マイクロホットプレートを使用することができ、被検物質における１つ以上の種の１つ以上の点火温度、発熱事象、被検物質の吸熱事象を判定するために、１つ以上の触媒マイクロホットプレートを使用することができ、異なる温度において化学検知材料の電気応答を判定しサンプルにおける１つ以上の種（例えば、被検物質）の存在を判定するために、１つ以上のMOSマイクロホットプレートを使用することができる。ある実施形態では、各マイクロホットプレート・デバイスの使用により、被検物質における１つ以上の種の直交検出に対応する(provide for)ことができ、複数の化学種を分析、差別化、及定量化するために使用することができる。ある実施形態では、マイクロホットプレート・デバイス７０１、７０２の一部または全部に、フレーム・アレスタ(flame arrestor)またはフィルタを含んでもよい。
【０１２７】
ある実施形態では、デバイス７０２の少なくとも一部の櫛形電極７３５が、デバイス７０２の他のものの櫛形電極７３５とは異なっていてもよい（異なるサイズ、形状、異なる組成等を有する）。ある実施形態では、櫛形電極７３５間のギャップ（櫛形電極７３５を構成する第１電極と第２電極との間というようなギャップ）が異なってもよい。
【０１２８】
ある実施形態では、システム７００が、サンプルおよび／または被検物質の追加の分析を容易に行えるように、複数のデバイス７０１およびデバイス７０２を含むこともできる。例えば、システム７００が、例えば、図４Ａおよび図４Ｂを参照して先に説明したように、不活性コーティング材料を含むデバイス７０１と、触媒コーティング材料を含むデバイス７０１とを含む複数のデバイス７０１を含んでもよい。デバイス７０１は、例えば、サンプルおよび／または被検物質の熱伝導率、発熱反応、吸熱反応、発熱反応の温度、吸熱反応の温度、他のプロパティ、またはこれらの組み合わせを判定するために使用することができる。更に、システム７００は、櫛形電極７３５を含み、少なくも１つの被検物質とデバイス７０２の金属酸化物半導体コーティング材料との間の相互作用の温度を測定するように構成されたデバイス７０２を含んでもよい。
【０１２９】
以上で説明したデバイス１００、２００、３００、３００’は、メンブレーン１０１から下に位置する基板１０２へのつなぎ１０５、１０５ａ、１０５ｂを通じた熱損失を低減するように構成することができる。加えて、抵抗性ヒータ１１０は、ここから周囲環境への放射熱損失を低減するような形状に作り、構成することもできる。ある実施形態では、メンブレーン１０１から、メンブレーン１０１付近における環境への熱伝達を増大させることもでき、これによって、メンブレーン１０１付近にある被検物質の１つ以上のプロパティを判定し易くすることができる。
【０１３０】
本開示の追加の非限定的な実施形態例について、以下に明記する。
【０１３１】
実施形態１：マイクロホットプレートであって、基板とメンブレーンとの間に接続された複数のつなぎによって基板の上方に懸垂されたメンブレーンを含み、このメンブレーンが、メンブレーンの周辺部からメンブレーンの中央まで変化する長さを有する導電性材料を含む抵抗性ヒータを含み、この導電性材料が、第１方向に渦巻く第１部分と、第２方向に渦巻き、メンブレーンの中央付近において第１部分と電気的に接触する第２部分とをみ、マイクロホットプレートが、更に、第１つなぎ上を伝い基板上のボンド・パッドおよび第１部分と電気的に接触する第１導電性トレースと、他のつなぎ上を伝い基板上の他のボンド・パッドおよび第２部分と電気的に接触する第２導電性トレースとを含む。
【０１３２】
実施形態２：実施形態１のマイクロホットプレートにおいて、メンブレーンが２つ以上の誘電体材料を含み、抵抗性ヒータが２つ以上の誘電体材料の間に配置され、複数のつなぎの内、各つなぎが２つ以上の誘電体材料を含み、複数のつなぎの内少なくとも１つのつなぎが導電性トレースを含む。
【０１３３】
実施形態３：実施形態１または実施形態２のマイクロホットプレートにおいて、メンブレーンが、更に、化学検知材料、触媒コーティング材料、および不活性コーティング材料の内少なくとも１つを含む。
【０１３４】
実施形態４：実施形態１から３までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、メンブレーンが、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン材料、炭化ケイ素、または酸窒化シリコンから成る一群から選択された少なくとも１つの材料を含む。
【０１３５】
実施形態５：実施形態１から４までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、抵抗性ヒータが、２つ以上の誘電体材料の間に配置され、２つ以上の誘電体材料の各誘電体材料が、窒化シリコン、酸化シリコン、炭化ケイ素、酸窒化物、またはこれらの組み合わせを含む。
【０１３６】
実施形態６：実施形態５のマイクロホットプレートにおいて、２つ以上の誘電体材料が異なる残留応力を呈する。
【０１３７】
実施形態７：実施形態５または実施形態６のマイクロホットプレートにおいて、２つ以上の誘電体材料の内少なくとも１つが、約２０°Cにおいて約２００ＭＰａおよび約２.０ＰＧａの間の残留引張応力を呈する。
【０１３８】
実施形態８：実施形態５から７までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、マイクロホットプレートの動作温度において、２つ以上の誘電体材料が、低(reduced)残留引張応力を呈するように選択される。
【０１３９】
実施形態９：実施形態５から８までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、２つ以上の誘電体材料が、６００°Cおよび約１,２００°Cの間の温度において張力がかかる。
【０１４０】
実施形態１０：実施形態１から９までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、第２部分が、少なくとも第１部分の隣接する螺旋間に配置される。
【０１４１】
実施形態１１：実施形態１から１０までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、第１部分と第２部分との間のギャップが、実質的に一定であり、導電性材料の最小幅よりも小さい。
【０１４２】
実施形態１２：実施形態１から１１までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、メンブレーンが多角形形状を有する。
【０１４３】
実施形態１３：実施形態１から１２までのいずれか１つのマイクロホットプレートであって、更に、第１部分と電気的に接触する導電性検知線トレースと、第２部分と電気的に接触する導電性検知線トレースとを備え、導電性検知線トレースが、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するように構成される。
【０１４４】
実施形態１４：実施形態１から１３までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、抵抗性ヒータが、少なくとも１つのつなぎとメンブレーンとの交点において、幅広湾曲部分を含む。
【０１４５】
実施形態１５：実施形態１から１４までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、抵抗性ヒータが、幅広部分からメンブレーンの中央まで増大する幅を含む。
【０１４６】
実施形態１６：実施形態１から１５までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、複数のつなぎの内各つなぎが、メンブレーンおよび基板付近において、メンブレーンおよび基板から離れた部分よりも大きな幅を有する。
【０１４７】
実施形態１７：実施形態１から１６までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、複数のつなぎの内各つなぎが、メンブレーンおよび基板付近において、フィレット形状または二重接線弓形形状を含む。
【０１４８】
実施形態１８：実施形態１から１７までのいずれか１つのマイクロホットプレートにおいて、導電性材料の外縁が、実質的に角がなく、弓形表面を含む。
【０１４９】
実施形態１９：実施形態１から１８までのいずれか１つのマイクロホットプレートであって、更に、抵抗性ヒータ上を覆う誘電体材料の上に化学検知材料を含む。
【０１５０】
実施形態２０：実施形態１９のマイクロホットプレートであって、更に、化学検知コーティング材料と電気的に接触し、化学検知コーティング材料の低効率を測定するように構成された複数の電極を備える。
【０１５１】
実施形態２１：実施形態２０のマイクロホットプレートにおいて、複数の電極が、複数の櫛形電極、複数の櫛形螺旋状電極、または複数の櫛形同心円状電極を含む。
【０１５２】
実施形態２２：実施形態１から２１までのいずれか１つのマイクロホットプレートであって、更に、抵抗性ヒータ上に触媒コーティング材料および不活性コーティング材料の内１つを含むか、またはコーティング材料を含まない。
【０１５３】
実施形態２３：少なくとも１つのマイクロホットプレートを備える化学センサであって、少なくとも１つのマイクロホットプレートが、基板内に形成された空隙上に延在する複数のつなぎであって、基板の上方でメンブレーンを支持し、複数の誘電体層を含む、複数のつなぎと、メンブレーンが、複数の誘電体層の内２つの誘電体層間にある抵抗性ヒータであって、この抵抗性ヒータが、第１方向に渦巻く第１部分と、第２の反対方向に渦巻く第２部分とを有する導電性材料を備え、導電性材料が、抵抗性ヒータの外側部分からその中央部分まで変化する幅を有する、メンブレーンと、抵抗性ヒータに電力を供給するように構成された導電性ヒータ・トレースであって、つなぎの内少なくとも１つの上に位置する、導電性ヒータ・トレースと、を備える。
【０１５４】
実施形態２４：実施形態２３の化学センサにおいて、複数のつなぎが６つのつなぎを含み、導電性ヒータ・トレースがこれらのつなぎの内２つの上に位置し、導電性検知線トレースが、これらのつなぎの内２つの上に位置して抵抗性ヒータと電気的に連通し、化学検知電極トレースが、これらのつなぎの内２つの上に位置し、抵抗性ヒータの上に位置する櫛形電極と電気的に連通する。
【０１５５】
実施形態２５：実施形態２３または実施形態２４の化学センサであって、更に、抵抗性ヒータと電気的に接触し、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するように構成された導電性検知線トレースを備える。
【０１５６】
実施形態２６：実施形態２５の化学センサであって、更に、少なくとも、導電性検知線トレースによって測定された電圧を、抵抗性ヒータに供給された電流で除算することによって、抵抗性ヒータの温度を判定するように構成されたコントローラを備える。
【０１５７】
実施形態２７：実施形態２３から２６までのいずれか１つの化学センサであって、更に、抵抗性ヒータの温度を制御するように構成されたコントローラを備える。
【０１５８】
実施形態２８：実施形態２３から２７までのいずれか１つの化学センサにおいて、抵抗性ヒータが、タングステン、プラチナ、モリブデン、タンタル、チタン・タングステン、これらの合金、およびこれらの多層構造を含む。
【０１５９】
実施形態２９：実施形態２３から２８までのいずれか１つの化学センサであって、更に、少なくとも部分的に、抵抗性ヒータに供給された電流に基づいて、抵抗性ヒータの温度を判定するように構成されたコントローラを備える。
【０１６０】
実施形態３０：実施形態２３から２９までのいずれか１つの化学センサにおいて、少なくとも５つのつなぎの内各つなぎが、メンブレーンの付近および基板の付近において、つなぎの他の部分よりも幅広である。
【０１６１】
実施形態３１：実施形態２３から３０までのいずれか１つの化学センサにおいて、基板が、シリコン、二酸化シリコン、または窒化シリコンの内少なくとも１つを含む。
【０１６２】
実施形態３２：熱伝導率、発熱事象、および吸熱事象の内少なくとも１つを測定する方法であって、少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップであって、抵抗性ヒータがその周辺部からその中央部に向かって変化する幅を含み、この抵抗性ヒータが、周辺部から中央部に達し時計回り方向に渦巻く第１部分と、抵抗性ヒータの中央において第１部分と接触し抵抗性ヒータの中央からその周辺部に向かって延在し、反時計回り方向に渦巻く第２部分とを含む、ステップと、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップと、抵抗性ヒータの抵抗を計算し抵抗性ヒータの平均温度を判定するステップとを含む。
【０１６３】
実施形態３３：実施形態３２の方法であって、更に、抵抗性ヒータ上に配置された化学検知材料の抵抗率を判定するステップを含む。
【０１６４】
実施形態３４：実施形態３３の方法において、化学検知材料の抵抗率を判定するステップが、化学検知材料と接触する櫛型電極間の抵抗率を測定するステップを含む。
【０１６５】
実施形態３５：実施形態３２から３４までのいずれか１つの方法において、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップが、抵抗性ヒータに結合された検知線によって、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップを含む。
【０１６６】
実施形態３６：実施形態３２から３５までのいずれか１つの方法において、抵抗性ヒータの抵抗を計算するステップが、少なくとも部分的に、抵抗性ヒータの両端間において測定した電圧に基づいて抵抗性ヒータの抵抗を計算するステップを含む。
【０１６７】
実施形態３７：実施形態３２から３６までのいずれか１つの方法において、抵抗性ヒータの平均温度を判定するステップが、少なくとも部分的に、抵抗性ヒータの抵抗と、抵抗性ヒータの抵抗の温度係数とに基づいて、抵抗性ヒータの平均温度を判定するステップを含む。
【０１６８】
実施形態３８：実施形態３２から３７のいずれか１つの方法であって、更に、少なくとも部分的に、抵抗性ヒータの両端間において測定した電圧と供給電流とに基づいて、抵抗性ヒータに供給された電力を決定するステップを含む。
【０１６９】
実施形態３９：実施形態３２から３８までのいずれか１つの方法であって、更に、抵抗性ヒータ上にある触媒材料の温度を維持するために必要とされる電力を決定するステップを含む。
【０１７０】
実施形態４０：サンプルの直交分析(orthogonal analysis)を行うセンサであって、マイクロホットプレートのアレイであって、このマイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのホットプレートが、メンブレーンの周辺部からメンブレーンの中央まで変化する幅を有する導電性材料を含む抵抗性ヒータを含み、この導電性材料が、第１方向に渦巻く第１部分と、第２方向に渦巻き、メンブレーンの中央付近において第１部分と電気的に接触する第２部分とを含む、マイクロホットプレートのアレイと、マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータの少なくとも１つのプロパティと、マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの櫛型電極間の抵抗との内１つ以上を判定するように構成されたコントローラとを備える。
【０１７１】
実施形態４１：実施形態４０のセンサにおいて、マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートが、抵抗性ヒータ上を覆う誘電体材料の上に触媒コーティングを含む。
【０１７２】
実施形態４２：実施形態４０または実施形態４１のセンサにおいて、マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートが、抵抗性ヒータ上に位置する誘電体材料の上に不活性コーティング材料を含むか、またはコーティング材料を含まない。
【０１７３】
実施形態４３：実施形態４０から４２までのいずれか１つのセンサにおいて、マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートが、ｎ−型半導体材料を含む。
【０１７４】
実施形態４４：実施形態４０から４３までのいずれか１つのセンサにおいて、マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートが、ｐ−型半導体材料を含む。
【０１７５】
実施形態４５：実施形態４０から４４までのいずれか１つのセンサにおいて、マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートがイオン伝導体を含む。
【０１７６】
実施形態４６：実施形態４０から４５までのいずれか１つのセンサにおいて、マイクロホットプレートのアレイが、それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する不活性材料を含む、またはコーティング材料を含まない(free of)少なくとも１つの基準マイクロホットプレートと、それ自体の抵抗性ヒータの誘電体材料上に触媒コーティングを含む少なくとも１つのマイクロホットプレートと、それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する、ｐ−型半導体、ｎ−型半導体、およびイオン伝導体から成る１群から選択した化学検知材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートとを含む。
【０１７７】
実施形態４７：実施形態４０から４６までのいずれか１つのセンサであって、更に、サンプルから１つ以上の材料を濾過するように構成された少なくとも１つのフィルタを備える。
【０１７８】
実施形態４８：実施形態４０から４７までのいずれか１つのセンサにおいて、抵抗性ヒータが、約２００°Ｃおよび約１，２００°Ｃの間の温度で動作するように構成される。
【０１７９】
実施形態４９：マイクロホットプレートのアレイを備えるセンサからの応答を測定する方法であって、マイクロホットプレートのアレイの内各マイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップであって、各マイクロホットプレートの抵抗性ヒータが、メンブレーンの周辺部からメンブレーンの中央まで変化する幅を有し、導電性材料が、第１方向に渦巻く第１部分と、第２方向に渦巻きメンブレーンの中央付近において第１部分と電気的に接触する第２部分とを含む、ステップと、マイクロホットプレートのアレイの内各マイクロホットプレートからの応答を測定するステップとを含み、マイクロホットプレートのアレイの内各マイクロホットプレートからの応答を測定するステップが、コーティング材料を含まない(free of)またはそれ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する不活性材料を含む少なくとも１つの基準マイクロホットプレートからの応答を分析するステップと、それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する触媒材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートからの応答を分析するステップと、それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置するｐ−型半導体、ｎ−型半導体、およびイオン伝導体から成る１群から選択した化学検知材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートからの応答を分析するステップとを含む。
【０１８０】
実施形態５０：実施形態４９の方法において、それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する触媒材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートからの応答を分析するステップが、触媒材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートからの応答と、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートからの応答との間の差を判定するステップを含む。
【０１８１】
実施形態５１：実施形態４９または実施形態５０の方法において、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートからの応答を分析するステップが、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートの温度を維持するステップと、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートの温度を維持するために必要とされる電力を決定するステップとを含む。
【０１８２】
実施形態５２：実施形態４９から５１までのいずれか１つの方法において、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートからの応答を分析するステップが、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートの抵抗性ヒータに供給する電流を維持するステップと、少なくとも１つの基準マイクロホットプレートの抵抗性ヒータの温度変化を測定するステップとを含む。
【０１８３】
実施形態５３：サンプルを分析するセンサであって、このセンサがマイクロホットプレートを備え、マイクロホットプレートが、基板上方に懸垂されたメンブレーンであって、基板とメンブレーン間に接続された複数のつなぎによって懸垂され、メンブレーンの周辺部から前記メンブレーンの中央まで可変する幅を有する導電性材料を含む抵抗性ヒータを含み、導電性材料が、第１方向に渦巻く第１部分と、第２方向に渦巻きメンブレーンの中央付近において第１部分と電気的に接触する第２部分とを含む、メンブレーンと、第１つなぎ上を伝い基板上のボンド・パッドおよび第１部分と電気的に接触する第１導電性トレースと、他のつなぎ上を伝い基板上の他のボンド・パッドおよび第２部分と電気的に接触する第２導電性トレースとを含む。
【０１８４】
実施形態５４：実施形態５３のセンサにおいて、メンブレーンが２つ以上の誘電体材料を含み、抵抗性ヒータが２つ以上の誘電体材料の間に配置され、複数のつなぎの内各つなぎが、２つ以上の誘電体材料を含み、複数のつなぎの内少なくとも１つのつなぎが、導電性トレースを含む。
【０１８５】
実施形態５５：実施形態５３または実施形態５４のセンサにおいて、メンブレーンが、更に、化学検知材料、触媒コーティング材料、および不活性コーティング材料の内少なくとも１つを含む。
【０１８６】
実施形態５６：実施形態５３から５５までのいずれか１つのセンサにおいて、第２部分が、少なくとも第１部分の隣接する螺旋の間に配置される。
【０１８７】
実施形態５７：実施形態５３から５６までのいずれか１つのセンサにおいて、第１部分と第２部分との間のギャップが、実質的に一定であり、導電性材料の最小幅よりも小さい。
【０１８８】
実施形態５８：実施形態５３から５７までのいずれか１つのセンサにおいて、メンブレーンが多角形形状を有する。
【０１８９】
実施形態５９：実施形態５３から５８までのいずれか１つのセンサであって、更に、第１部分と電気的に接触する第１導電性検知線トレースと、第２部分と電気的に接触する第２導電性検知線トレースとを備え、第１導電性検知線トレースおよび第２導電性検知線トレースが、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するように構成される。
【０１９０】
実施形態６０：実施形態５９のセンサにおいて、第１導電性検知線トレースが、第１部分と第２部分との間ではない位置において、第１部分と電気的に接触する。
【０１９１】
実施形態６１：実施形態５３から６０までのいずれか１つのセンサにおいて、抵抗性ヒータが、少なくとも１つのつなぎとメンブレーンとの交点において、幅広湾曲部分を含む。
【０１９２】
実施形態６２：実施形態５３から６１までのいずれか１つのセンサにおいて、抵抗性ヒータが、幅広部分からメンブレーンの中央まで連続的に増大する幅を含む。
【０１９３】
実施形態６３：実施形態５３から６２までのいずれか１つのセンサにおいて、複数のつなぎの内各つなぎが、メンブレーンおよび基板の付近において、メンブレーンおよび基板から離れた部分よりも大きな幅を有する。
【０１９４】
実施形態６４：実施形態５３から６３までのいずれか１つのセンサであって、更に、抵抗性ヒータ上に位置する化学検知コーティング材料と電気的に接触する複数の電極を備え、複数の電極が、櫛型電極を含み、化学検知コーティング材料の抵抗率を測定するように構成される。
【０１９５】
実施形態６５：実施形態５３から６４までのいずれか１つのセンサにおいて、基板とメンブレーンとの間に接続された複数のつなぎが、少なくとも２つのつなぎを含む。
【０１９６】
実施形態６６：実施形態５３から６５までのいずれか１つのセンサにおいて、複数のつなぎが６つのつなぎを含み、第１導電性トレースおよび第２導電性トレースが、これらのつなぎの内２つの上に位置し、導電性検知線トレースが、これらのつなぎの内２つの上に位置して抵抗性ヒータと電気的に連通し、化学検知電極トレースが、これらのつなぎの内２つの上に位置し、抵抗性ヒータの上に位置する櫛型電極と電気的に連通する。
【０１９７】
実施形態６７：実施形態５３から６６までのいずれか１つのセンサであって、更に、少なくとも、第１導電性検知線トレースおよび第２導電性検知線トレースによって測定された電圧を、抵抗性ヒータに供給された電流で除算することによって、温度に比例する、抵抗性ヒータの抵抗を判定するように構成されたコントローラを備える。
【０１９８】
実施形態６８：実施形態５３から６７までのいずれか１つのセンサであって、更に、マイクロホットプレートのアレイと、マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータの少なくとも１つのプロパティ、およびマイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの櫛型電極間の抵抗の内１つ以上を判定するように構成されたコントローラとを備える。
【０１９９】
実施形態６９：実施形態６８のセンサにおいて、マイクロホットプレートのアレイが、それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する不活性材料を含む、またはコーティング材料を含まない(free of)少なくとも１つの基準マイクロホットプレートと、その抵抗性ヒータの誘電体材料上に触媒コーティングを含む少なくとも１つのマイクロホットプレートと、それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する、ｐ−型半導体、ｎ−型半導体、およびイオン伝導体から成る１群から選択した化学検知材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートとを含む。
【０２００】
実施形態７０：熱伝導率、発熱事象、吸熱事象、およびサンプルにおける１つ以上の化学物質の存在の内少なくとも１つを測定する方法であって、マルチセンサ・アレイの少なくとも１つのマイクロプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップであって、抵抗性ヒータがその周辺部から中央に向かって変化する幅を含み、抵抗性ヒータが、その周辺部から中央に向かって延在し時計回り方向に渦巻く第１部分と、抵抗性ヒータの中央において第１部分と接触し、抵抗性ヒータの中央からその周辺部に向かって延在し、反時計回り方向に渦巻く第２部分とを含む、ステップと、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップと、少なくとも抵抗性ヒータの両端間における測定電圧および抵抗性ヒータに供給した電流に基づいて、抵抗性ヒータの抵抗を計算するステップと、抵抗性ヒータの抵抗に基づいて抵抗性ヒータの温度を判定するステップと、抵抗性ヒータの抵抗に基づいて、抵抗性ヒータの温度を判定するステップと、熱伝導率、発熱事象、吸熱事象、またはサンプルの１つ以上の化学物質の存在を判定するために所与の温度を維持するのに必要とされる電力を決定するステップとを含む。
【０２０１】
実施形態７１：実施形態７０の方法において、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップが、抵抗性ヒータに結合された検知線によって、抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップを含む。
【０２０２】
実施形態７２：実施形態７０または実施形態７１の方法であって、更に、少なくとも部分的に抵抗性ヒータの両端間において測定した電圧および供給電流に基づいて、抵抗性ヒータに供給される電力を決定するステップを含む。
【０２０３】
実施形態７３：実施形態７０から実施形態７２までの少なくとも１つの方法であって、更に、少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの抵抗性ヒータ上の誘電体材料上に位置する検知電極上に位置する、ｐ−型半導体、ｎ−型半導体、およびイオン伝導体から成る１群から選択した化学検知材料を含む少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップと、少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの応答を測定するステップとを含む。
【０２０４】
実施形態７４：実施形態７３の方法であって、更に、少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの抵抗性ヒータ上に配置された櫛型電極上に配置された化学検知材料の抵抗率を判定するステップを含む、方法。
【０２０５】
実施形態７５：実施形態７０から７４までのいずれか１つの方法において、少なくとも１つのマイクロホットプレートの応答を測定するステップが、それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する触媒材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートの応答を測定するステップと、基準マイクロホットプレートの応答を測定するステップと、触媒材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートの応答と基準マイクロホットプレートの応答との間の差を判定するステップとを含む。
【０２０６】
実施形態７６：実施形態７０から７５までのいずれか１つの方法において、抵抗性ヒータの抵抗を計算するステップが、抵抗性ヒータと電気的に連通する導電性トレースおよびヒータ相互接続構造の両端間における電圧降下を減算することによって、測定した電圧を補償するステップを含む。
【０２０７】
本開示は、種々の変更および代替形態が可能であるが、具体的な実施形態を一例として図面において示し、本明細書において詳細に説明した。しかしながら、本開示は、開示した特定の形態に限定されることを意図しているのではない。逆に、本開示は、以下に添付する請求項およびそれらの法的な均等物によって定められる、本開示の範囲に該当する全ての変更、均等、および代替をその範囲に含むものとする。
【符号の説明】
【０２０８】
１００  デバイス
１０１  メンブレーン
１０２  基板
１０４  空隙
１０５、１０５ａ、１０５ｂ  つなぎ
１１０  抵抗性ヒータ
１１２ａ、１１２ｂ  ボンド・パッド
１１４    第１部分
１１５  導電性トレース
１１６  第２部分
１２０  ギャップ
１２４  検知線
１２６  検知線ボンド・パッド
１３０  ボンド・パッド
１３２  電極トレース
１３４  第１電極
１３５  櫛型電極
１３６  第２電極
１３８、１４０  突起
１５０  幅広部分
１６０  第１誘電体材料
１６２  第２誘電体材料
１６４  第３誘電体材料
１６６  化学検知材料
２００  デバイス
２０１  メンブレーン
【図１Ａ】
2020517958.tif 000003
【図１Ｂ】
2020517958.tif 000004
【図１Ｃ】
2020517958.tif 000005
【図１Ｄ】
2020517958.tif 000006
【図１Ｅ】
2020517958.tif 000007
【図１Ｆ】
2020517958.tif 000008
【図１Ｇ】
2020517958.tif 000009
【図２】
2020517958.tif 000010
【図３Ａ】
2020517958.tif 000011
【図３Ｂ】
2020517958.tif 000012
【図４Ａ】
2020517958.tif 000013
【図４Ｂ】
2020517958.tif 000014
【図５】
2020517958.tif 000015
【図６】
2020517958.tif 000016
【図７】
2020517958.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月8日(2018.10.8)
【手続補正１】
【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】
サンプルを分析するセンサであって、前記センサがマイクロホットプレートを備え、前記マイクロホットプレートが、
前記基板と前記メンブレーン間に接続された複数のつなぎによって基板上方に懸垂されたメンブレーンであって、前記メンブレーンの周辺部から前記メンブレーンの中央まで達する導電性材料を含む抵抗性ヒータを含み、前記導電性材料の幅が、前記メンブレーンの中央から前記メンブレーンの周辺部分に向かう方向に減少し、前記導電性材料が、
第１方向に渦巻く第１部分と、
第２方向に渦巻き、前記メンブレーンの中央付近において前記第１部分と電気的に接触する第２部分と、
を備える、メンブレーンと、
第１つなぎ上を伝い、前記基板上のボンド・パッドおよび前記第１部分と電気的に接触する第１導電性トレース、並びに、他のつなぎ上を伝い、前記基板上の他のボンド・パッドおよび前記第２部分と電気的に接触する第２導電性トレースと、
を備える、センサ。
【請求項２】
請求項１記載のセンサにおいて、
前記メンブレーンが、２つ以上の誘電体材料を含み、前記抵抗性ヒータが前記２つ以上の誘電体材料の間に配置され、
前記複数のつなぎの内各つなぎが、前記２つ以上の誘電体材料を含み、前記複数のつなぎの内少なくとも１つのつなぎが、導電性トレースを含む、センサ。
【請求項３】
請求項２記載のセンサにおいて、前記メンブレーンが、更に、化学検知材料、触媒コーティング材料、および不活性コーティング材料の内少なくとも１つを含む、センサ。
【請求項４】
請求項１記載のセンサにおいて、前記第２部分が少なくとも前記第１部分の隣接する螺旋間に配置される、センサ。
【請求項５】
請求項１記載のセンサにおいて、前記第１部分および第２部分間のギャップが、実質的に一定であり、前記導電性材料の最小幅よりも小さい、センサ。
【請求項６】
請求項１記載のセンサにおいて、前記メンブレーンが多角形形状を有する、センサ。
【請求項７】
請求項１記載のセンサであって、更に、前記第１部分と電気的に接触する第１導電性検知線トレースと、前記第２部分と電気的に接触する第２導電性検知線トレースとを備え、前記第１導電性検知線トレースおよび前記第２導電性検知線トレースが、前記抵抗性ヒータの両端間において電圧を測定するように構成される、センサ。
【請求項８】
請求項７記載のセンサにおいて、前記第１導電性検知線トレースが、前記第１部分と前記第２部分との間ではない位置において、前記第１部分と電気的に接触する、センサ。
【請求項９】
請求項１記載のセンサにおいて、前記抵抗性ヒータが、少なくとも１つのつなぎと前記メンブレーンとの交点において、幅広湾曲部分を含む、センサ。
【請求項１０】
請求項９記載のセンサにおいて、前記抵抗性ヒータが、前記幅広部分から前記メンブレーンの中央まで連続的に増大する幅を含む、センサ。
【請求項１１】
請求項１記載のセンサにおいて、前記複数のつなぎの内各つなぎが、前記メンブレーンおよび前記基板付近において、前記メンブレーンおよび前記基板から離れた部分におけるよりも大きな幅を有する、センサ。
【請求項１２】
請求項１１記載のセンサであって、更に、前記抵抗性ヒータ上に位置する化学検知コーティング材料と電気的に接触する複数の電極を備え、前記複数の電極が、櫛型電極を含み、前記化学検知コーティング材料の抵抗率を測定するように構成される、センサ。
【請求項１３】
請求項１記載のセンサにおいて、前記基板と前記メンブレーンとの間に接続された前記複数のつなぎが、少なくとも２つのつなぎを含む、センサ。
【請求項１４】
請求項１３記載のセンサにおいて、前記複数のつなぎが６つのつなぎを含み、前記第１導電性トレースおよび前記第２導電性トレースが、前記つなぎの内２つの上に位置し、前記つなぎの内２つの上に位置する導電性検知線トレースが前記抵抗性ヒータと電気的に連通し、前記つなぎの内２つの上に位置し櫛型電極と電気的に連通する化学検知電極トレースが前記抵抗性ヒータの上に位置する、センサ。
【請求項１５】
請求項１４記載のセンサであって、更に、少なくとも、前記第１導電性検知線トレースおよび前記第２導電性検知線トレースによって測定した電圧を、前記抵抗性ヒータに供給された電流で除算することによって、前記抵抗性ヒータの、温度に比例する、抵抗を判定するように構成されたコントローラを備える、センサ。
【請求項１６】
請求項１記載のセンサであって、更に、
マイクロホットプレートのアレイと、
前記マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータの少なくとも１つのプロパティ、および前記マイクロホットプレートのアレイの内少なくとも１つのマイクロホットプレートの櫛型電極間の抵抗の内１つ以上を判定するように構成されたコントローラと、
を備える、センサ。
【請求項１７】
請求項１６記載のセンサにおいて、前記マイクロホットプレートのアレイが、
それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する不活性材料を含む、またはコーティング材料を含まない少なくとも１つの基準マイクロホットプレートと、
その抵抗性ヒータの誘電体材料上に触媒コーティングを含む少なくとも１つのマイクロホットプレートと、
それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する、ｐ−型半導体、ｎ−型半導体、およびイン伝導体から成る１群から選択した化学検知材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートと、
を含む、センサ。
【請求項１８】
熱伝導率、発熱事象、吸熱事象、およびサンプルにおける１つ以上の化学物質の存在の内少なくとも１つを測定する方法であって、
マルチセンサ・アレイの少なくとも１つのマイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップであって、前記抵抗性ヒータが、その中央から周辺部分に向かう方向に減少する幅を有し、前記抵抗性ヒータが、前記周辺部から中央に向かって延在し時計回り方向に渦巻く第１部分と、前記抵抗性ヒータの中央において前記第１部分と接触し、前記抵抗性ヒータの中央からその周辺部に向かって延在し、反時計回り方向に渦巻く第２部分とを含む、ステップと、
前記抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップと、
少なくとも前記抵抗性ヒータの両端間において測定した電圧、および前記抵抗性ヒータに供給された電流に基づいて、前記抵抗性ヒータの抵抗を計算するステップと、
前記抵抗性ヒータの抵抗に基づいて、前記抵抗性ヒータの温度を判定するステップと、
熱伝導率、発熱事象、吸熱事象、または前記サンプルの１つ以上の化学物質の存在を判定するために、所与の温度に維持するのに必要とされる電力を決定するステップと、
を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップが、前記抵抗性ヒータに結合された検知線によって、前記抵抗性ヒータの両端間における電圧を測定するステップを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１８記載の方法であって、更に、少なくとも部分的に、前記抵抗性ヒータの両端間において測定した電圧、および供給電流に基づいて、前記抵抗性ヒータに供給される電力を決定するステップを含む、方法。
【請求項２１】
請求項１８記載の方法であって、更に、
少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの抵抗性ヒータに電流を供給するステップであって、前記少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートが、当該少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの抵抗性ヒータ上の誘電体材料上に位置する検知電極上に位置する、ｐ−型半導体、ｎ−型半導体、およびイオン伝導体から成る１群から選択した化学検知材料を含む、ステップと、
前記少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの応答を測定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法であって、更に、前記少なくとも１つの金属酸化物半導体マイクロホットプレートの抵抗性ヒータ上に配置された櫛型電極上に配置された化学検知材料の抵抗率を判定するステップを含む、方法。
【請求項２３】
請求項１８記載の方法において、前記少なくとも１つのマイクロホットプレートの応答を測定するステップが、
それ自体の抵抗性ヒータ上にある誘電体材料の上に位置する触媒材料を含む少なくとも１つのマイクロホットプレートの応答を測定するステップと、
基準マイクロホットプレートの応答を測定するステップと、
前記触媒材料を含む前記少なくとも１つのマイクロホットプレートの応答と、前記基準マイクロホットプレートの応答との間の差を判定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２４】
請求項１８記載の方法において、
前記抵抗性ヒータの抵抗を計算するステップが、前記抵抗性ヒータと電気的に連通する導電性トレースおよびヒータ相互接続構造の両端間における電圧降下を減算することによって、前記測定電圧を補償するステップを含む、方法
【国際調査報告】
2020517958.tif 000018
2020517958.tif 000019