JPH01299452A - ４端子検出型ガス検出装置 - Google Patents
４端子検出型ガス検出装置Info
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- JPH01299452A JPH01299452A JP63131098A JP13109888A JPH01299452A JP H01299452 A JPH01299452 A JP H01299452A JP 63131098 A JP63131098 A JP 63131098A JP 13109888 A JP13109888 A JP 13109888A JP H01299452 A JPH01299452 A JP H01299452A
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は雰囲気中にガスが存在することを検知するガス
検出装置に関するものであって、更に詳細には、ＬＰガ
スや都市ガスのガス漏れ警報器として適用するのに適し
たガス検出装置に関するものである。
検出装置に関するものであって、更に詳細には、ＬＰガ
スや都市ガスのガス漏れ警報器として適用するのに適し
たガス検出装置に関するものである。
従来、ガス検出装置として、金属酸化物半導体の内部に
電極と、電極を兼ねたヒータコイルを内蔵し、ヒータコ
イルにより加熱した金属酸化物半導体の抵抗値が表面で
のガス吸着によって下がることを利用したもので、第１
図はその１例である市販のガスセンサ及び駆動方法を説
明する概略図であり、１対のヒータコイル１１２間に２
〜３ｍ角の金属酸化物半導体の焼結セラミック（ガス感
応物質１１５）を保持させている。
電極と、電極を兼ねたヒータコイルを内蔵し、ヒータコ
イルにより加熱した金属酸化物半導体の抵抗値が表面で
のガス吸着によって下がることを利用したもので、第１
図はその１例である市販のガスセンサ及び駆動方法を説
明する概略図であり、１対のヒータコイル１１２間に２
〜３ｍ角の金属酸化物半導体の焼結セラミック（ガス感
応物質１１５）を保持させている。
この場合、ガス感応物質１１５とヒータコイル１１２と
の接触状態により接触抵抗が変化し、これが検出信号に
影響を与えてしまう。
の接触状態により接触抵抗が変化し、これが検出信号に
影響を与えてしまう。
本出願人は、前記市販のガス検出装置が大きな消費電力
を必要とするため、この点を改良すべく先に特開昭６１
−１９１９５３号公報記載の技術を提案した。しかしな
がら、この技術においても前述の欠点を解消することは
できなかった。
を必要とするため、この点を改良すべく先に特開昭６１
−１９１９５３号公報記載の技術を提案した。しかしな
がら、この技術においても前述の欠点を解消することは
できなかった。
本発明の目的は、検出用のリードとガス感応物質との境
界面における接触抵抗値を全く含まない検出信号を得る
ことのできるガス検出装置を提供することである。
界面における接触抵抗値を全く含まない検出信号を得る
ことのできるガス検出装置を提供することである。
〔構 成〕
本発明のガス検出装置は、基板、前記基板上に空中に張
り出して設けられ電気的絶縁性材料からなる張り出し部
、前記張り出し部上に設けられており検出領域において
互いに所定距離離隔して設けた少なくとも二対のリード
、前記張出し部上に略前記検出用リードと並置して設け
られた少なくとも１個のヒータリード、前記検出領域に
おいて前記少なくとも二対のリードの夫々に接触して設
けられたガス感応物質層、を有しており、前記二対のリ
ードの一方の一対は前記ガス感応物質層に電流を供給す
るように接続されており、他方の一対は前記ガス感応物
質層の電圧を検出するよう接続されていることを特徴と
するものである。
り出して設けられ電気的絶縁性材料からなる張り出し部
、前記張り出し部上に設けられており検出領域において
互いに所定距離離隔して設けた少なくとも二対のリード
、前記張出し部上に略前記検出用リードと並置して設け
られた少なくとも１個のヒータリード、前記検出領域に
おいて前記少なくとも二対のリードの夫々に接触して設
けられたガス感応物質層、を有しており、前記二対のリ
ードの一方の一対は前記ガス感応物質層に電流を供給す
るように接続されており、他方の一対は前記ガス感応物
質層の電圧を検出するよう接続されていることを特徴と
するものである。
第２図、第３図（第２図Ｐ−Ｐ’の断面図）において、
Ｓｉウェハ、Ｎｊ板等の耐熱性材料から成る基板１を用
い、基板に設置した溝７上にＳｉｏ２等の電気絶縁性材
料６などから成る架橋構造をフォトエツチングにより形
成する。架橋上にはｐｔ等の導電材料で１個のヒータリ
ード２ｃ、２対の検出用のリード３ｅ、３ｆ、４ｅ、４
ｆが配置され、Ｓｉｎ、等の電気絶縁性材料よりなる保
護膜（パッシベーション膜）８で覆われている。
Ｓｉウェハ、Ｎｊ板等の耐熱性材料から成る基板１を用
い、基板に設置した溝７上にＳｉｏ２等の電気絶縁性材
料６などから成る架橋構造をフォトエツチングにより形
成する。架橋上にはｐｔ等の導電材料で１個のヒータリ
ード２ｃ、２対の検出用のリード３ｅ、３ｆ、４ｅ、４
ｆが配置され、Ｓｉｎ、等の電気絶縁性材料よりなる保
護膜（パッシベーション膜）８で覆われている。
保護膜８は、フォトエツチングにより、（ｉ）ガス感応
物質層５と接続させるための検出リード先端部へのコン
タクトホールとしての３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄ （ｉｉ）基板外部への配線取出し用のポンディングパッ
ドとしての２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂの部分
が除去されている。
物質層５と接続させるための検出リード先端部へのコン
タクトホールとしての３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄ （ｉｉ）基板外部への配線取出し用のポンディングパッ
ドとしての２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂの部分
が除去されている。
ガス感応物質層５はＳｎＯ，、Ｆｅ、０３．ＺｎＯ等の
金属酸化物半導体である。
金属酸化物半導体である。
第４図は、本発明のガス検出装置の作動機構を説明する
ものであり、ヒータ電源によりヒータリード２ｃが昇温
し、絶縁体層６，８を仲介して検出用リード３ｅ、３ｆ
とガス感応物質層５が加熱される。５はコンタクトホー
ル３ｃ、３ｄから一定電流を加えることにより、コンタ
クトホール４ｃ、４ａ間に検出電圧を生ずる。
ものであり、ヒータ電源によりヒータリード２ｃが昇温
し、絶縁体層６，８を仲介して検出用リード３ｅ、３ｆ
とガス感応物質層５が加熱される。５はコンタクトホー
ル３ｃ、３ｄから一定電流を加えることにより、コンタ
クトホール４ｃ、４ａ間に検出電圧を生ずる。
この検出電圧は検出用リードとガス感応物質層との境界
面における接触抵抗分を含まないガス感応物質のみの状
態を示している。これは抵抗値測定法のいわゆる４端子
測定法に相当するものである。
面における接触抵抗分を含まないガス感応物質のみの状
態を示している。これは抵抗値測定法のいわゆる４端子
測定法に相当するものである。
本発明のガス検出装置の１例を前述の第２，３図に示し
たが、検出用電源を４ｃ、４ｄに接続し。
たが、検出用電源を４ｃ、４ｄに接続し。
３ｃ、３ｄから検出電源を得ることは勿論可能である。
第５図は、第２図の架橋中央部を拡大したものであるが
、第５図、第６図に示す様に検出リード３ｅ、３ｆ、４
ｅ、４ｆ及びコンタクトホール３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄ
についてはそれぞれガス感応物質層に４箇所接していれ
ば、周辺の均熱バランスを崩さない範囲でどのような形
状、配置であってもよい。
、第５図、第６図に示す様に検出リード３ｅ、３ｆ、４
ｅ、４ｆ及びコンタクトホール３ｃ、３ｄ、４ｃ、４ｄ
についてはそれぞれガス感応物質層に４箇所接していれ
ば、周辺の均熱バランスを崩さない範囲でどのような形
状、配置であってもよい。
第７図、第８図（第７図Ｒ−Ｒ’断面図）および第９図
（第７図Ｑ−Ｑ’断面図）に示す本発明は、第２図の架
橋構造部分を片持ち梁形状にしたものである。
（第７図Ｑ−Ｑ’断面図）に示す本発明は、第２図の架
橋構造部分を片持ち梁形状にしたものである。
又、第１０図、第１１図（第１０図Ｔ−Ｔ’断面図）お
よび第１２図（第１０図ｓ−ｓ’断面図）に示す本発明
の態様は、第７〜９図の検出用リードとガス感応物質層
の上下位置を逆にしたものであり、これによっても同様
の結果をうろことができた。
よび第１２図（第１０図ｓ−ｓ’断面図）に示す本発明
の態様は、第７〜９図の検出用リードとガス感応物質層
の上下位置を逆にしたものであり、これによっても同様
の結果をうろことができた。
第１３〜１４図は検出装置２個分を１本の架橋構造体上
に設けた例を示す。２個分を１体化したことにより温度
特性が同一となり、２個で１対とした場合に較べ、特性
をそろえるための選別作業が不要となるという利点があ
る。
に設けた例を示す。２個分を１体化したことにより温度
特性が同一となり、２個で１対とした場合に較べ、特性
をそろえるための選別作業が不要となるという利点があ
る。
第１５図の例は、第１３図、第１４図の例と同様、ガス
感応物質層３５ａ、 ３５ａ’と検出用リードの上下入
換えが可能であり、第１４図のガス不感用被膜３９のよ
うなものは不要である。
感応物質層３５ａ、 ３５ａ’と検出用リードの上下入
換えが可能であり、第１４図のガス不感用被膜３９のよ
うなものは不要である。
第１６図は、４端子検出構造の２端子分をヒータリード
で兼用した例を示す。
で兼用した例を示す。
ヒータリードは４２ｃ、４２ｃ’の２個あり、その中央
部分に検出用の接点としてそれぞれ４２ｄ、４２ｄ’を
有する。一方の１対の検出用リード４３ｅ、 ４４ｆは
接点として４３ｃ、４４ｃを有する。
部分に検出用の接点としてそれぞれ４２ｄ、４２ｄ’を
有する。一方の１対の検出用リード４３ｅ、 ４４ｆは
接点として４３ｃ、４４ｃを有する。
第１７図で４個の検出用接点にまたがりガス感応物質層
４５があり、４５およびポンディングパッドを除き保護
膜４８で覆われていることを示しである。
４５があり、４５およびポンディングパッドを除き保護
膜４８で覆われていることを示しである。
この変形実施例は第１８図の様に、２つの独立電源で各
ヒータリード４２ｃ、４２ｃ’を加熱し、検出用電源か
ら接点４２ｄ、４２ｄ’を通じてガス感応物質層４５へ
一定電流を流す。ヒータリードが一方の検出用リードの
役割をかねている。その結果、４３ｃ、４４ｃ間に接触
抵抗値分が除かれた検出電圧を得ることができる。まず
、リード４本に比べ２本であればヒータ加熱領域が少な
く消費電力が小さくてすみ、ヒータの寿命ものびる。た
だし、ヒータ駆動電流と検出信号を分離させなければな
らない。そこで第１８図では分離独立２電源になってい
る。
ヒータリード４２ｃ、４２ｃ’を加熱し、検出用電源か
ら接点４２ｄ、４２ｄ’を通じてガス感応物質層４５へ
一定電流を流す。ヒータリードが一方の検出用リードの
役割をかねている。その結果、４３ｃ、４４ｃ間に接触
抵抗値分が除かれた検出電圧を得ることができる。まず
、リード４本に比べ２本であればヒータ加熱領域が少な
く消費電力が小さくてすみ、ヒータの寿命ものびる。た
だし、ヒータ駆動電流と検出信号を分離させなければな
らない。そこで第１８図では分離独立２電源になってい
る。
電源１台で可能にさせるためにはタイミングをずらして
切換えることになる（第１９．２０図）。
切換えることになる（第１９．２０図）。
タイミングをずらせば、ヒータに流す電流値を下げられ
るようにヒータ直列接続高抵抗化が可になり電源もより
容量の小さいものが利用できる。また第１９図の場合、
ヒータをＯＦＦ ｔ、た直後にまだヒータが所定の温度
を保持している瞬時に４端子検出することも可能である
。
るようにヒータ直列接続高抵抗化が可になり電源もより
容量の小さいものが利用できる。また第１９図の場合、
ヒータをＯＦＦ ｔ、た直後にまだヒータが所定の温度
を保持している瞬時に４端子検出することも可能である
。
すなわち、２個のヒータリードの一端をリレーで結び、
ヒータ駆動電流値２０ｍ Ａを加える。
ヒータ駆動電流値２０ｍ Ａを加える。
ヒータは５ｍ５ｅｃ程度で約３５０℃以上になるので、
ガス吸脱着させるためにさらに２０ ｍ ｓｅｃ程度続
けて電流を流し、その直後、電流値を２０μｍ程度に下
げる。電流値が下ると同時にリレーを０ｐｅｎすれば、
第１９図で４２ｄ−＋４３ｃｍ＋４４ｃ→４２ｄ′の経
路を電流が流れる。電流値が下った直後、まだヒータの
温度が高い状態で４３ｃ、４４ｃ間の電圧が検出電圧と
して得られる。
ガス吸脱着させるためにさらに２０ ｍ ｓｅｃ程度続
けて電流を流し、その直後、電流値を２０μｍ程度に下
げる。電流値が下ると同時にリレーを０ｐｅｎすれば、
第１９図で４２ｄ−＋４３ｃｍ＋４４ｃ→４２ｄ′の経
路を電流が流れる。電流値が下った直後、まだヒータの
温度が高い状態で４３ｃ、４４ｃ間の電圧が検出電圧と
して得られる。
そのタイミング動作を第２０図に示す。
なお、電流値等のデータは、架橋寸法が厚さ １２−
３μｍ、巾６０μｍ、長さ２００〜３００ μｍで、ヒ
ータ抵抗値がリレー閉、すなわち直列接続の時５０〜１
２０Ω（常温）となるような熱容量のガス検出装置の場
合を例にしている。
３μｍ、巾６０μｍ、長さ２００〜３００ μｍで、ヒ
ータ抵抗値がリレー閉、すなわち直列接続の時５０〜１
２０Ω（常温）となるような熱容量のガス検出装置の場
合を例にしている。
第１９図、第２０図のようにすると、結局ヒータの抵抗
値の高いものが利用でき、その結果ヒータに流す電流値
を低くでき、電源容量も小さいものでよい。
値の高いものが利用でき、その結果ヒータに流す電流値
を低くでき、電源容量も小さいものでよい。
本発明は、特許請求の範囲に記載したとおりの構成をと
ることにより、検出用リードとガス感応物質層との境界
面における接触抵抗分を含まない検出電圧をうろことが
でき、そのため接触界面の状態、接触界面への周囲温度
等の影響をうけることがなく、長期にわたって安定して
作動するガス検出装置をうろことができた。
ることにより、検出用リードとガス感応物質層との境界
面における接触抵抗分を含まない検出電圧をうろことが
でき、そのため接触界面の状態、接触界面への周囲温度
等の影響をうけることがなく、長期にわたって安定して
作動するガス検出装置をうろことができた。
また従来例の装置であると検出リードを増設することは
構造上困難であるのに対し本発明ではフォトエツチング
により容易に実現できる。
構造上困難であるのに対し本発明ではフォトエツチング
により容易に実現できる。
第１図は従来のガス検出装置の概略図、第２〜３図は本
発明のガス検出装置の１例を示すものであり、第４図は
その作動機構を説明するものである。第５〜１９図は本
発明のガス検出装置の変形例を示すものであり、第２０
図は第１９図のタイミング回路のタイミングのずれを示
すものである。 １１・・・基板（Ｓｉ、Ｎｉなど） １２ａ、１２ｂ・・・ヒータ用ポンディングパッド１２
ｃ・・・ヒータリード １３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ・・・検出用ポンディ
ングパッド１３ｅ、１３ｆ、１４ｅ、１４ｆ−検出用リ
ード１５・・・ガス感応物質層（金属酸化物半導体）１
６・・・片持ち梁（Ｓｉ○、、ＡＱ２０．等）１７・・
・溝（空洞） １８・・・保護膜（ＳｉＯ２，ＡＱ２０．等）２２ｃ・
・・ヒータリード ２３ｅ 、 ２３ｆ 、 ２４ｅ 、 ２３ｆ’＝検出
用リード２５・・・ガス感応物質層 ２８・・・保護膜 できる。 ３２ｃ・・・ヒータリード ３８・・・保護膜３３ｅ
、３４ｅ、３３ｆ、３４ｆ、３３ｅ’ 、３４ｅ’ 、
３３ｆ’ 、３４ｆ’−検出用リード３５ａ′・・・ガ
ス感応物質層 ３５ａ・・・３５８′と同じ ３９・・・ガス不感
用被膜特許出願人 株式会社 リ コ −外１名第１図 第４図 第５図 第６図 第９図 第１１図 第１２図 第１３図 、７゜ 第１４図 第１８図
発明のガス検出装置の１例を示すものであり、第４図は
その作動機構を説明するものである。第５〜１９図は本
発明のガス検出装置の変形例を示すものであり、第２０
図は第１９図のタイミング回路のタイミングのずれを示
すものである。 １１・・・基板（Ｓｉ、Ｎｉなど） １２ａ、１２ｂ・・・ヒータ用ポンディングパッド１２
ｃ・・・ヒータリード １３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ・・・検出用ポンディ
ングパッド１３ｅ、１３ｆ、１４ｅ、１４ｆ−検出用リ
ード１５・・・ガス感応物質層（金属酸化物半導体）１
６・・・片持ち梁（Ｓｉ○、、ＡＱ２０．等）１７・・
・溝（空洞） １８・・・保護膜（ＳｉＯ２，ＡＱ２０．等）２２ｃ・
・・ヒータリード ２３ｅ 、 ２３ｆ 、 ２４ｅ 、 ２３ｆ’＝検出
用リード２５・・・ガス感応物質層 ２８・・・保護膜 できる。 ３２ｃ・・・ヒータリード ３８・・・保護膜３３ｅ
、３４ｅ、３３ｆ、３４ｆ、３３ｅ’ 、３４ｅ’ 、
３３ｆ’ 、３４ｆ’−検出用リード３５ａ′・・・ガ
ス感応物質層 ３５ａ・・・３５８′と同じ ３９・・・ガス不感
用被膜特許出願人 株式会社 リ コ −外１名第１図 第４図 第５図 第６図 第９図 第１１図 第１２図 第１３図 、７゜ 第１４図 第１８図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板、前記基板上に空中に張り出して設けられ電気
的絶縁性材料からなる張り出し部、前記張り出し部上に
設けられており検出領域において互いに所定距離離隔し
て設けた少なくとも二対のリード、前記張り出し部上に
略前記検出用リードと並置して設けられた少なくとも１
個のヒータリード、前記検出領域において前記少なくと
も二対のリードの夫々に接触して設けられたガス感応物
質層、を有しており、前記二対のリードの一方の一対は
前記ガス感応物質層に電流を供給するように接続されて
おり、他方の一対は前記ガス感応物質層の電圧を検出す
るよう接続されていることを特徴とする前記ガス感応物
質層がガスと接触反応することによりその抵抗値変化と
してガス検出を行なうガス検出装置。 ２、ヒータの電気回路が切られた直後に、前記ガス感応
物質層の電圧を検出する回路が閉じられるようなタイミ
ング回路を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のガス検出装置。 ３、特許請求の範囲１によるガス検出装置において、空
中張り出し部上に少なくとも二対のリード、前記二対の
リードの夫々に接触して設けられたガス感応物質層およ
びさらに上部にガス不感用被膜からなるガス検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63131098A JPH01299452A (ja) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | ４端子検出型ガス検出装置 |
| US07/356,067 US4984446A (en) | 1988-05-27 | 1989-05-24 | Gas detecting device and gas detecting system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63131098A JPH01299452A (ja) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | ４端子検出型ガス検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01299452A true JPH01299452A (ja) | 1989-12-04 |
Family
ID=15049931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63131098A Pending JPH01299452A (ja) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | ４端子検出型ガス検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4984446A (ja) |
| JP (1) | JPH01299452A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019070557A (ja) * | 2017-10-06 | 2019-05-09 | 株式会社アドバンテスト | カロリメトリックセンサ、その製造方法、それを用いた検査装置 |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| GB2274336B (en) * | 1993-01-13 | 1997-04-30 | British Gas Plc | Gas sensors |
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