JPH01203956A - 発熱触媒反応によるガス検出用センサ装置 - Google Patents

発熱触媒反応によるガス検出用センサ装置

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JPH01203956A
JPH01203956A JP31605188A JP31605188A JPH01203956A JP H01203956 A JPH01203956 A JP H01203956A JP 31605188 A JP31605188 A JP 31605188A JP 31605188 A JP31605188 A JP 31605188A JP H01203956 A JPH01203956 A JP H01203956A
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JP
Japan
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layer
catalyst
semiconductor device
catalyst layer
sensor device
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Application number
JP31605188A
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English (en)
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Franz Nuscheler
フランツ、ヌシエラー
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/16Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、触媒層を備え熱絶縁して基板に収められた
半導体デバイスを含み、発熱触媒反応によりガスを検出
するセンサ装置に関するものである。
〔従来の技術] 触媒表面でガスと例えば周囲空気中の酸素との発熱触媒
反応により発生した熱を記録することによりガスを検出
することは公知であり、またこの種のガス検出法に使用
されるセンサもいくつか公知である(例えばドイツ連邦
共和国特許出願公開第3519397号公報、英国の会
社イングリッシュ・エレクトリック・パルプ・カンパニ
ー(Ungush Electric Valve C
o、)のデーターシート、ジエントリー(S、 J、 
Gentry)およびジョーンズ(A、 Jones)
著「ジャーナル・オプ・アプライド・ケミカル・バイオ
テクノロジー(J、Appl、Ches+。
Biotechnol、)」1978.28.727、
ジエントリー(S、 J、 Gentry)およびジョ
ーンズ(T、 A。
Jones)著[センサース・アンド・アクチュエータ
ース(Sensors and Actuators)
 J 4 (1983)、581、ジエントリー(S、
 J、Gentry)およびワルシュ(P、 T、 W
alsh)著「センサース・アンド・アクチュエーター
ス(Sensors and Actuators) 
J5 (1984)、229その他参照)、これらのセ
ンサは総て同じ原理に基づいて構成されたもので、温度
測定に適した素子を含む、この素子の表面には触媒層が
あり、被検出ガスがその表面で触媒的に燃焼又は反応す
る。その際発生する熱がセンサ素子を加熱し、その温度
変化が信号変化を引き起こす。
これに適した触媒も多数公知である(例えばドイツ連邦
共和国特許出願公開第3519397号公報参照)、白
金触媒は水素の燃焼に適し、白金又は白金・ロジウム触
媒は200ないし250℃の温度で酸素供給のもとにN
H,からNoを作るのに適している。NOは100℃に
おいてAI。
0、−3iO□ −Gelの触媒に接して燃焼しNO□
になる。COは150℃以下の温度でパラジウム触媒に
接してC08に酸化される。触媒反応過程は触媒の基本
温度と触媒の種類に関係するが、一般に触媒反応は一定
の最低温度から始まる。
半導体の強い温度依存性に基づき半導体をセンサとして
使用することが推賞される。触媒層を備えるダイオード
を二酸化シリコン又は窒化シリコンの薄い熱絶縁層を介
して基板に吊り下げ形にとりつけた構成はドイツ連邦共
和国特許出願公開第3519397号公報により公知で
ある。この触媒層はダイオードの区域を覆い絶縁層の上
に突き出している。触媒層は絶縁層に接触している部分
の外側で基板表面に接触する。ダイオードは周囲に対し
て充分に絶縁されて検出に必要な熱が周囲に放出されな
いようにしなければならないから、触媒層はできるだけ
薄くする必要がある。極めて薄い触媒層の場合その寿命
は半導体への拡散、境界層との合金化、触媒の僅かな消
耗又は表面酸化によって低下する。この構成の別の欠点
は、水素を含むガスを測定するとき半導体へのH°拡散
によりセンサ信号がネガティブの影響を受ける外に触媒
層が光過程処理の不可能な背面に置かれるためその構造
化が不可能であることである。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明の目的は、水素を含むガスの測定に際して半導
体へのH0拡散が避けられ、又触媒層の寿命が従来のセ
ンサよりも長くなるセンサ装置を提供することである。
(課題を解決するたの手段) この目的はこの発明により、触媒層を備え基板に熱絶縁
されて収められた半導体デバイスを含み発熱触媒反応に
よりガスを検出するセンサ装置に対して、半導体デバイ
スの表面に不活性化層を設け、この不活性化層の上に触
媒層を設けることによって達成される。
〔作用効果〕
不活性化層は半導体へのHoの拡散を阻止する。
触媒層はセンサ構造の表面に設けられているから、例え
ば光過程によって構造化される。触媒層は例えばストラ
イプ形にして層厚を大きくしても断面積は大きくならな
いようにすることができる。
これによって触媒層をできるだけ薄くする必要は無くな
る。触媒層は所望の長寿命を通して機能を持続するよう
に厚くすることができる。
特許請求の範囲の請求項2によるセンサ装置はブレーナ
構成の総ての利点を保有する。特にゼオライト層を第2
の選択装置として触媒層の上に析出させることができる
。ゼオライト層はプレーナ構造の上だけに均等な厚さに
形成可能なものである。
特許請求の範囲の請求項3によるセンサ装置は、金属層
が接触ならびに導体路として使用されることから触媒層
に対して非電動性材料も使用可能であるという利点を示
す。
〔実施例〕
図面に示した実施例についてこの発明を更に詳細に説明
する。
第1図のプレーナ形センサ装置は温度に感応する半導体
デバイス1を含む、この半導体デバイスは例えばダイオ
ード、薄膜抵抗又はトランジスタである。半導体デバイ
ス1は不活性化層2により基板3の空洞31内に吊り下
げられた形になっている。不活性化層2は例えばSin
、又はsi。
N4から成り、熱ならびに電気絶縁性であり機械的に安
定である。不活性化層2は半導体デバイス1の基板3へ
のとりつけを確実にすると同時に基板から熱絶縁するも
のである。不活性化層2の厚さは約0.5μ鍋であって
基板3と半導体デバイスlを覆っている。半導体デバイ
ス1の上では不活性化層2に孔7がある。不活性化層2
の上には触媒Tri4が続き、孔7内で半導体デバイス
lに接触する。触媒層4は例えばパラジウム又は白金で
あって厚さは約lOOないし150nmである0層4の
触媒は導電性のものとする。これにより触媒層4は同時
に半導体デバイス1に対する接触ならびに導体路として
使用することができる。又触媒層4はセンサ構造の上面
に置かれるから光過程により任意の構造化が可能である
。従って触媒層4の厚さには何等の制限もない、触媒層
4は孔7の区域だけで半導体デバイス1、従って半導体
材料と接触するので触媒から半導体へのHoの拡散は実
質上不可能である。半導体デバイスlの背面には接触層
5が設けられる。この接触層は半導体デバイスlの背面
接触となる。接触層5は導電性であることが必要で例え
ばチタンが使用される。同時に半導体デバイス1と基板
3を結合するものであるから接触層5はできるだけ低い
熱伝導率を示さなければならない、チタンはこれらの条
件を良く満たしている。センサの動作中被検出ガスは矢
印8で示す方向で半導体デバイス1に作用する。
触媒層において被検出ガスは例えば周囲空気中の酸素と
触媒反応を起こし熱を放出する。この熱は半導体デバイ
ス1を加熱し、半導体デバイスの温度変化が記録される
。基板3に熱が流れ出して測定の精度が低下しないよう
にするため、半導体デバイス1は基板3からできるだけ
良好に熱絶縁する。
第2図にこの発明の別の実施例を示す、このセンサ装置
は第1図のセンサ装置と同じ構成であって、不活性化層
2から基板3の空洞31内に吊り下げられた形の半導体
デバイス1を含む、不活性化層2は半導体デバイスlを
基板3がら熱絶縁する。半導体デバイス1と基板3の背
面には例えばチタンの接触層5が設けられる。不活性化
層2は孔7を残して基板3と半導体デバイスlを覆う。
不活性化層2の上には金属層6が続く、この金属層は例
えばアルミニウムである。孔7の区域では金属層6が直
接半導体デバイスlに接している。
金属層6の上には触媒層4が続く、この場合金属層6が
接触ならびに導体路として使用されるから触媒層4は被
導電性であってもよい、これによって触媒として使用さ
れる物質の種類が非導電性触媒の領域まで拡げられる。
第2図のセンサ装置の作用は第1図のものと同様である
【図面の簡単な説明】
第1図と第2図はこの発明の互いに異なる実施例を示す
。 1・・・温度感応半導体デバイス 2・・・不活性化層 3・・・基板 31・・・基板の空洞 4・・・触媒層 5・・・接触層 6・・・金属層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)触媒層を備え熱絶縁されて基板内に収められた半導
    体デバイスを含み、発熱触媒反応によりガスを検出する
    センサ装置において、半導体デバイス(1)の表面に不
    活性化層(2)が設けられていること、不活性化層(2
    )上に触媒層(4)が設けられていることを特徴とする
    ガス検出用センサ装置。 2)不活性化層(2)に孔(7)があり、半導体デバイ
    ス(1)への接触がこの孔を通して行われること、半導
    体デバイスの背面接触用として触媒層(4)に対して電
    気絶縁された接触層(5)が設けられていることを特徴
    とする請求項1記載のセンサ装置。 3)プレーナ構成であることを特徴とする請求項1又は
    2記載のセンサ装置。 4)触媒層(4)が導電性の触媒であること、触媒層(
    4)が半導体デバイス(1)に接触していること、触媒
    層(4)が半導体デバイス(1)の接触用として設けら
    れていることを特徴とする請求項1ないし3の1つに記
    載のセンサ装置。 5)触媒層(4)の下に金属層(6)が導体路として設
    けられ、それにより触媒層(4)として非導電性の触媒
    が使用可能であることを特徴とする請求項1ないし3の
    1つに記載のセンサ装置。
JP31605188A 1987-12-21 1988-12-14 発熱触媒反応によるガス検出用センサ装置 Pending JPH01203956A (ja)

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