JPH04219B2 - - Google Patents
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- JPH04219B2 JPH04219B2 JP58017380A JP1738083A JPH04219B2 JP H04219 B2 JPH04219 B2 JP H04219B2 JP 58017380 A JP58017380 A JP 58017380A JP 1738083 A JP1738083 A JP 1738083A JP H04219 B2 JPH04219 B2 JP H04219B2
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- JP
- Japan
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- layer
- gas
- gas detection
- substrate
- heater
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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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- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はガス検出装置に関し、より詳細には、
LPガスや都市ガスのガスもれ警報器に適用しう
るガス検出装置に関するものである。
LPガスや都市ガスのガスもれ警報器に適用しう
るガス検出装置に関するものである。
従来技術
従来のガス検出装置としては、SnO2を主成分
とする焼結体内部に電極と加熱用ヒーターコイル
を内蔵し表面でのガス吸着により電気抵抗が変化
することを利用したものがあるが、熱容量が大き
いこと、加熱立上がり時間が長いこと、構造上の
理由から熱平衡状態に到達するのに時間がかかる
こと、従つて消費電力が大きくパルス駆動も不適
当であるという問題があつた。
とする焼結体内部に電極と加熱用ヒーターコイル
を内蔵し表面でのガス吸着により電気抵抗が変化
することを利用したものがあるが、熱容量が大き
いこと、加熱立上がり時間が長いこと、構造上の
理由から熱平衡状態に到達するのに時間がかかる
こと、従つて消費電力が大きくパルス駆動も不適
当であるという問題があつた。
目 的
本発明は以上の如き従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、ヒーターおよび検知部を
微細化し加熱部を支持体と非接触とすることによ
り、駆動電力を低減すると共にパルス駆動を可能
として、３〜５年間の使用に必要な電力を数個の
乾電池で供給できるほど低消費電力で作動するガ
ス検出装置を提供することを目的とする。
ためになされたもので、ヒーターおよび検知部を
微細化し加熱部を支持体と非接触とすることによ
り、駆動電力を低減すると共にパルス駆動を可能
として、３〜５年間の使用に必要な電力を数個の
乾電池で供給できるほど低消費電力で作動するガ
ス検出装置を提供することを目的とする。
構 成
本発明の構成について、以下、実施例に基づい
て説明する。第１図は本発明の１実施例であるガ
ス検知装置を使用したガス検出器の内部構造を示
す概略図、第２図は第１図の−線における断
面図である。本実施例におけるガス検出装置１
１、は、フイルム２１上に搭載されており、下方
は下カバー２７、上方は防塵フイルター２４と防
爆ネツト２３によつて覆われている。上カバーワ
ク２２とネツト・フイルターおさえワク２６とが
フイルム２１上に設けられており、これらによつ
て防塵フイルター２４と防爆ネツト２３を固定し
ている。ガス検出装置１１は、フイルム２１上に
接着されたリード箔２５（４本）の先端をヒータ
ー用電極パツド８とガス検知用電極パツド９に加
熱ボンデイングする事により、フイルム２１上に
装着されている。
て説明する。第１図は本発明の１実施例であるガ
ス検知装置を使用したガス検出器の内部構造を示
す概略図、第２図は第１図の−線における断
面図である。本実施例におけるガス検出装置１
１、は、フイルム２１上に搭載されており、下方
は下カバー２７、上方は防塵フイルター２４と防
爆ネツト２３によつて覆われている。上カバーワ
ク２２とネツト・フイルターおさえワク２６とが
フイルム２１上に設けられており、これらによつ
て防塵フイルター２４と防爆ネツト２３を固定し
ている。ガス検出装置１１は、フイルム２１上に
接着されたリード箔２５（４本）の先端をヒータ
ー用電極パツド８とガス検知用電極パツド９に加
熱ボンデイングする事により、フイルム２１上に
装着されている。
ガス検出装置１１の構成につき説明すると、基
板１にはヒーター層４とガス検知用リード層５が
それぞれ電極部（パツト８，９）とブリツジ部３
を有する形状にパタン形成され、ブリツジ部３に
おいてヒーター層４の上にガス検知用リード層５
が積層されると共に互いに電気的に絶縁されて形
成されている。ガス検知用リード層５は、ブリツ
ジ部３の中央で切断されて間隙６が形成されてお
り間隙６を被覆して半導体ガス検知層７が形成さ
れている。また全ての電極部８，９にはドーム状
のハンダバンプ１０が形成されている。基板１の
ブリツジ部３の下側部分には空洞部２が形成さ
れ、ブリツジ部３は架橋構造とされている。
板１にはヒーター層４とガス検知用リード層５が
それぞれ電極部（パツト８，９）とブリツジ部３
を有する形状にパタン形成され、ブリツジ部３に
おいてヒーター層４の上にガス検知用リード層５
が積層されると共に互いに電気的に絶縁されて形
成されている。ガス検知用リード層５は、ブリツ
ジ部３の中央で切断されて間隙６が形成されてお
り間隙６を被覆して半導体ガス検知層７が形成さ
れている。また全ての電極部８，９にはドーム状
のハンダバンプ１０が形成されている。基板１の
ブリツジ部３の下側部分には空洞部２が形成さ
れ、ブリツジ部３は架橋構造とされている。
第３図はガス検出装置１１の検出原理を説明す
るための概略図、第４図はガス検出器の駆動方法
を示すブロツク図である。電極８ａと電極８ｂは
ヒーター層４の電極であり、電極９ａと電極９ｂ
はガス検知用リード層５ａ，５ｂの電極である。
電極９ａに接続されているリード層５ａと電極９
ｂに接続されているリード層５ｂとはブリツジ部
３上を延在して設けられ、中央付近にて両端部は
互いに間隙６をもつて離隔して終端している。こ
の間隙７及びリード層５ａ，５ｂの端部に亘つて
所定の半導体材料からなる半導体ガス検知層７が
形成されており、その固有抵抗で規定される抵抗
値をもつてリード層５ａ及び５ｂを電気的に接続
させている。第２図に示した如く、ヒーター層４
とガス検知用リード層５は絶縁膜４ｅによつて絶
縁されている。電極８ａ，８ｂ間にパルス駆動回
路３０からパルス電圧1.5〜3Vが加わるとブリツ
ジ部３のヒーター層４が発熱し、絶縁膜４ｅを介
して加熱された半導体ガス検知層７の抵抗値が１
〜２桁低下する。ここで半導体ガス検知層７にガ
スが吸着すると、例えば0.4％の濃度のイソブタ
ンガスの場合、半導体ガス検知層７の抵抗値は更
に２桁低下する。電極９ａ，９ｂに負荷抵抗Ｒと
検出用電源３１（DC又はパルス電源1.5〜3Vを
直列に接続すると半導体ガス検知層７の抵抗値変
化による電流変化は負荷抵抗Ｒの両端での電圧変
動として検出できる。
るための概略図、第４図はガス検出器の駆動方法
を示すブロツク図である。電極８ａと電極８ｂは
ヒーター層４の電極であり、電極９ａと電極９ｂ
はガス検知用リード層５ａ，５ｂの電極である。
電極９ａに接続されているリード層５ａと電極９
ｂに接続されているリード層５ｂとはブリツジ部
３上を延在して設けられ、中央付近にて両端部は
互いに間隙６をもつて離隔して終端している。こ
の間隙７及びリード層５ａ，５ｂの端部に亘つて
所定の半導体材料からなる半導体ガス検知層７が
形成されており、その固有抵抗で規定される抵抗
値をもつてリード層５ａ及び５ｂを電気的に接続
させている。第２図に示した如く、ヒーター層４
とガス検知用リード層５は絶縁膜４ｅによつて絶
縁されている。電極８ａ，８ｂ間にパルス駆動回
路３０からパルス電圧1.5〜3Vが加わるとブリツ
ジ部３のヒーター層４が発熱し、絶縁膜４ｅを介
して加熱された半導体ガス検知層７の抵抗値が１
〜２桁低下する。ここで半導体ガス検知層７にガ
スが吸着すると、例えば0.4％の濃度のイソブタ
ンガスの場合、半導体ガス検知層７の抵抗値は更
に２桁低下する。電極９ａ，９ｂに負荷抵抗Ｒと
検出用電源３１（DC又はパルス電源1.5〜3Vを
直列に接続すると半導体ガス検知層７の抵抗値変
化による電流変化は負荷抵抗Ｒの両端での電圧変
動として検出できる。
ガス検出時以外は半導体ガス検知層７の抵抗値
がＭ（メガ）〜Ｋ（キロ）Ωのオーダーであり極く
わずかの電流しか流れないから、上述のガス検出
装置に１１において消費電力の80〜90％はヒータ
ー層４で消費されていることになる。従つて、ガ
ス検出装置の消費電力を低減させるためにはヒー
ター層４とガス検知用リード層５を微細化するこ
と、ヒーター層４からガス検知用リード層５と半
導体ガス検知層７への熱伝導時間を短くするこ
と、ブリツジ部３において基板１とヒーター層４
を非接触として熱容量を小さくすること等が有効
である。
がＭ（メガ）〜Ｋ（キロ）Ωのオーダーであり極く
わずかの電流しか流れないから、上述のガス検出
装置に１１において消費電力の80〜90％はヒータ
ー層４で消費されていることになる。従つて、ガ
ス検出装置の消費電力を低減させるためにはヒー
ター層４とガス検知用リード層５を微細化するこ
と、ヒーター層４からガス検知用リード層５と半
導体ガス検知層７への熱伝導時間を短くするこ
と、ブリツジ部３において基板１とヒーター層４
を非接触として熱容量を小さくすること等が有効
である。
次に、上述した如き構成を有するガス検出装置
の製造過程の１例を第７図乃至第１７図を参考に
詳細に説明する。
の製造過程の１例を第７図乃至第１７図を参考に
詳細に説明する。
第７図に示した如く、基板１は、アンダーカツ
トエツチングが容易で、高温度（500℃の加熱を
数〜10時間）で変形、変質しない材料、例えば
Si、Al、Cu、Ni、Cr等を使用する。本実施例で
はSi（100）を使用する。（100）面を使用するの
は、アンダーカツトする際公知の異方性エツチン
グにより行なうためである。基板１の外形寸法は
１〜４mm角で0.1〜１mmの厚みであれば良い。
トエツチングが容易で、高温度（500℃の加熱を
数〜10時間）で変形、変質しない材料、例えば
Si、Al、Cu、Ni、Cr等を使用する。本実施例で
はSi（100）を使用する。（100）面を使用するの
は、アンダーカツトする際公知の異方性エツチン
グにより行なうためである。基板１の外形寸法は
１〜４mm角で0.1〜１mmの厚みであれば良い。
第７図は本製造過程の出発物質として基板１の
上に所要の材料を多層積層して形成してあり、以
下、これら各層に付き説明する。
上に所要の材料を多層積層して形成してあり、以
下、これら各層に付き説明する。
４ａはヒーターを支持し電極間の絶縁を行なう
ための絶縁耐熱層である。耐熱性があり絶縁性が
高くヒーター材料と線膨張率の近い材料例えば
SiO2，AlO3，MgO，Si3N4，Ta2O5等を使用す
る。本実施例ではSiO2を公知のRFスパツタリン
グ（Ar圧力0.1〜0.01Torr、投入電力密度１〜
10W／cm2、基板温度350〜400℃）により0.3〜2μ
ｍの厚さに形成している。
ための絶縁耐熱層である。耐熱性があり絶縁性が
高くヒーター材料と線膨張率の近い材料例えば
SiO2，AlO3，MgO，Si3N4，Ta2O5等を使用す
る。本実施例ではSiO2を公知のRFスパツタリン
グ（Ar圧力0.1〜0.01Torr、投入電力密度１〜
10W／cm2、基板温度350〜400℃）により0.3〜2μ
ｍの厚さに形成している。
４ｃはヒーター材料層４ｂと絶縁耐熱層４ａと
の密着性を高める拡散層である。基板１と絶縁耐
熱層４ａ双方のエツチング液に耐久性を持つ材
料、例えばMo，Cr，Ni，Tiを使用する。本実
施例ではMoをRFスパツタリング（上述のRFス
パツタリングと同一条件による）により300〜800
Åの厚さに形成している。
の密着性を高める拡散層である。基板１と絶縁耐
熱層４ａ双方のエツチング液に耐久性を持つ材
料、例えばMo，Cr，Ni，Tiを使用する。本実
施例ではMoをRFスパツタリング（上述のRFス
パツタリングと同一条件による）により300〜800
Åの厚さに形成している。
4bはヒーター材料層である。長期間安定な材
料であるPt、SiC、TaN2等を使用する。本実施
例ではPtをRFスパツタリング（上述と同一条件）
により0.3〜2μｍの厚さに形成している。
料であるPt、SiC、TaN2等を使用する。本実施
例ではPtをRFスパツタリング（上述と同一条件）
により0.3〜2μｍの厚さに形成している。
4dはエツチング用レジスト層である。本実施
例ではSiO2をRFスパツタリング（上述と同一条
件）により0.5〜1μｍの厚さに形成している。
例ではSiO2をRFスパツタリング（上述と同一条
件）により0.5〜1μｍの厚さに形成している。
以上の過程は全て連続工程処理が可能であるた
め、膜間の界面が清浄であり膜と膜との密着性に
優れ信頼性が高いと同時に大量生産に適してい
る。また、上述の過程におけるRFスパツタリン
グが全て基板温度が350〜400℃の条件で行なわれ
るのは、基板加熱により膜が緻密になりヒーター
材料の抵抗値の経時変動幅が小さくなるという公
知の利点の外に、350〜400℃がガス検出装置のガ
ス検出動作温度であるため、動作時に膜に働くス
トレスが最小になり、信頼性を向上させることが
できるという理由の為である。
め、膜間の界面が清浄であり膜と膜との密着性に
優れ信頼性が高いと同時に大量生産に適してい
る。また、上述の過程におけるRFスパツタリン
グが全て基板温度が350〜400℃の条件で行なわれ
るのは、基板加熱により膜が緻密になりヒーター
材料の抵抗値の経時変動幅が小さくなるという公
知の利点の外に、350〜400℃がガス検出装置のガ
ス検出動作温度であるため、動作時に膜に働くス
トレスが最小になり、信頼性を向上させることが
できるという理由の為である。
つぎに、4dのSIO2を公知のフオトリソグラフ
イ技術によりフオトエツチングする。エツチング
液は緩衝フツ酸（HF＋NH4F）を用いる。フオ
トマスクパタンは２つの電極部８ａ，８ｂと１本
のヒーター部３ａを有する形状とし、後述する如
く、基板に公知の異方性エツチングを施した場合
ヒーター部の下では基板はエツチングされるが、
電極部の下ではエツチングされないという条件を
満たすようにする。この場合に使用するフオトマ
スクパタン１２を第５図に示してある。フオトマ
スクパタン１２は、電極部８ａ，８ｂ及びブリツ
ジ部３に対応したパタン８a′，８b′，３a′を有し
ている。ここで、ヒーター部３ａはブリツジ状に
なるから、この部分をブリツジ部３と称する。本
実施例では基板１としてSi（100）を使用している
ので、第５図において、ブリツジ部３a′の下にエ
ツチングされやすい（110）面が現われ、電極部
８a′，８b′の下にはエツチング速度の遅い（111）
面が現われるようにα1＝45゜とする。マスクパタ
ン１２における寸法は、ｌ＝10〜40μｍ、ｍ＝
100〜400μｍとすると良い。一方、基板１として
Si（111）を使用した場合のフオトマスクパタン１
３は結晶方位の関係から第６図の様になり、電極
部とブリツジ部のなす角度α2は15゜である。第８
図は、第５図に示したフオトマスクパタン１２を
用いてフオトエツチング処理した後の、第５図に
示した−線に沿つて取つた断面図である。
SiO2層４ｄはフオトエツチングされて所定の形
状にパタン形成されている。次に、４ｄのSiO2
をマスクとして使用し、その下側に存在するMo
層４ｃ、Pt層４ｂ、Mo層４ｃの各層を公知のド
ライエツチング技術にりエツチングする。本実施
例ではArスパツタエツチング（Ar圧力0.1〜
0.01Torr、投入電力密度１〜10W／cm2、基板温
度は常温）を用いたが、他にCF4＋O2プラズマエ
ツチングでも可能である。第９図はドライエツチ
ング後の、第５図に示した−線に沿う断面図
である。第９図の段階ではエツチングによつて
Mo層４ｃ、Pt層４ｂ、Mo層４ｃの各層の側面
が露出しているので、第９図の表面全体に対し絶
縁層４ｅを形成したものが第１０図である。本実
施例ではSiO2をRFスパツタリング（前述と同一
条件）により500〜2000Åの厚さに形成している。
以上の過程によつてガス検出装置１１のヒーター
層４が形成される。
イ技術によりフオトエツチングする。エツチング
液は緩衝フツ酸（HF＋NH4F）を用いる。フオ
トマスクパタンは２つの電極部８ａ，８ｂと１本
のヒーター部３ａを有する形状とし、後述する如
く、基板に公知の異方性エツチングを施した場合
ヒーター部の下では基板はエツチングされるが、
電極部の下ではエツチングされないという条件を
満たすようにする。この場合に使用するフオトマ
スクパタン１２を第５図に示してある。フオトマ
スクパタン１２は、電極部８ａ，８ｂ及びブリツ
ジ部３に対応したパタン８a′，８b′，３a′を有し
ている。ここで、ヒーター部３ａはブリツジ状に
なるから、この部分をブリツジ部３と称する。本
実施例では基板１としてSi（100）を使用している
ので、第５図において、ブリツジ部３a′の下にエ
ツチングされやすい（110）面が現われ、電極部
８a′，８b′の下にはエツチング速度の遅い（111）
面が現われるようにα1＝45゜とする。マスクパタ
ン１２における寸法は、ｌ＝10〜40μｍ、ｍ＝
100〜400μｍとすると良い。一方、基板１として
Si（111）を使用した場合のフオトマスクパタン１
３は結晶方位の関係から第６図の様になり、電極
部とブリツジ部のなす角度α2は15゜である。第８
図は、第５図に示したフオトマスクパタン１２を
用いてフオトエツチング処理した後の、第５図に
示した−線に沿つて取つた断面図である。
SiO2層４ｄはフオトエツチングされて所定の形
状にパタン形成されている。次に、４ｄのSiO2
をマスクとして使用し、その下側に存在するMo
層４ｃ、Pt層４ｂ、Mo層４ｃの各層を公知のド
ライエツチング技術にりエツチングする。本実施
例ではArスパツタエツチング（Ar圧力0.1〜
0.01Torr、投入電力密度１〜10W／cm2、基板温
度は常温）を用いたが、他にCF4＋O2プラズマエ
ツチングでも可能である。第９図はドライエツチ
ング後の、第５図に示した−線に沿う断面図
である。第９図の段階ではエツチングによつて
Mo層４ｃ、Pt層４ｂ、Mo層４ｃの各層の側面
が露出しているので、第９図の表面全体に対し絶
縁層４ｅを形成したものが第１０図である。本実
施例ではSiO2をRFスパツタリング（前述と同一
条件）により500〜2000Åの厚さに形成している。
以上の過程によつてガス検出装置１１のヒーター
層４が形成される。
次いで、第１０図の構造の表面上に各種選定材
料を用いて所要の層を積層形成し、第１１図に示
した構造とする。即ち、第１１図において、５ｇ
は層間の密着性を高める拡散層、５ｆは導体金属
材料層、５ｈはドライエツチング用レジスト層で
ある。本実施例では拡散層５ｇとしてMoを300
〜800Å、導体金属材料層５ｆとしてPtを0.3〜
0.5μｍ、ドライエツチング用レジスト層５ｈとし
てSiO2を0.3〜0.5μｍの厚さに夫々RFスパツタリ
ングにより形成した。ここで、第１２図に示した
フオトマスクパタン１４を用いて５ｈのSiO2を
フオトエツチングする。エツチング液は緩衝フツ
酸（HF＋NH4F）を用いる。フオトマスクパタ
ン１４は、２つの電極部９a′，９b′と１対のリー
ド線部５a′，５b′を有し、リード線部５a′，５
b′は既に形成されたヒーター層４のパタンとブリ
ツジ部３において重なる様な形状とし、基板１に
対する異方性エツチングに対して電極部９a′，９
b′の下にはエツチングされないという条件を満た
すようにする。また、リード線部５a′，５b′の対
向端部間に長さｎを有するギヤツプが設けられて
おり、これにより間隙６が形成される。第１２図
に示したマスクパタン１４における所要寸法は、
例えば、l′＝６〜30μｍ、ｎ＝３〜10μｍとすると
良い。次にSiO2層5hをマスクとして使用し、Mo
層5g、Pt層5f、Mo層5gをドライエツチング（前
述のArスパツタエツチング等）する。第１３図
はドライエツチング後の、第１２図の−線に
沿う断面図である。以上の過程によつて、ガス検
知用リード層５のパタン形成が行なわれる。次い
で、第１４図に示したフオトマスクパタン１５を
使用してヒーター電極パツドの窓開け８a″，８
b″、ガス検知用電極パツドの窓開け９a″，９b″、
基板のアンダーカツトエツチング用窓開け２′，
２′の為に第１３図において４ａ，４ｅ及び５ｈ
で示されるSiO2をフオトエツチングする。エツ
チング液は緩衝フツ酸（HF＋NH4F）を用いる。
第１５図はフオトエツチング後の、第１４図の
−線に沿つた断面図であり、４はヒーター層で
あつて、４ｂと４ｃとから構成されており、５は
ガス検知用リード層であつて５ｆと５ｇとから構
成されている。５h′はフオトエツチングされた
SiO2である。次に５h′のSiO2をマスクとして基板
１のエツチングを行なう。エツチング液は、結晶
方位に対してエツチング速度が異なる異方性エツ
チング液、例えばヒドラジン水溶液（90〜110℃）
や、KOH（30〜60％水溶液、80〜150℃）やAPW
（エチレンジアミン、ピロカテコール、水）等を
用いる。異方性エツチング液により20〜40分間エ
ツチングを行なうと、第１６図に示すように、ブ
リツジ部３の下側に存在する基板１の部分が深さ
50〜300μｍアンダーカツトされ、ブリツジ部３
においてヒーター層４は基板１と接触しない外形
が得られる。また、第１６図に示すように、ヒー
ター層４は極めて耐熱性と硬度の高いSiO2膜
（４ａ，４ｅ）に包まれているため、高温度（350
〜400℃）かつ高電流密度（３×105〜４×
104A／cm2）で駆動されるにもかかわらずエレク
トロマイグレーシヨンによる寿命の低下がほとん
どない。
料を用いて所要の層を積層形成し、第１１図に示
した構造とする。即ち、第１１図において、５ｇ
は層間の密着性を高める拡散層、５ｆは導体金属
材料層、５ｈはドライエツチング用レジスト層で
ある。本実施例では拡散層５ｇとしてMoを300
〜800Å、導体金属材料層５ｆとしてPtを0.3〜
0.5μｍ、ドライエツチング用レジスト層５ｈとし
てSiO2を0.3〜0.5μｍの厚さに夫々RFスパツタリ
ングにより形成した。ここで、第１２図に示した
フオトマスクパタン１４を用いて５ｈのSiO2を
フオトエツチングする。エツチング液は緩衝フツ
酸（HF＋NH4F）を用いる。フオトマスクパタ
ン１４は、２つの電極部９a′，９b′と１対のリー
ド線部５a′，５b′を有し、リード線部５a′，５
b′は既に形成されたヒーター層４のパタンとブリ
ツジ部３において重なる様な形状とし、基板１に
対する異方性エツチングに対して電極部９a′，９
b′の下にはエツチングされないという条件を満た
すようにする。また、リード線部５a′，５b′の対
向端部間に長さｎを有するギヤツプが設けられて
おり、これにより間隙６が形成される。第１２図
に示したマスクパタン１４における所要寸法は、
例えば、l′＝６〜30μｍ、ｎ＝３〜10μｍとすると
良い。次にSiO2層5hをマスクとして使用し、Mo
層5g、Pt層5f、Mo層5gをドライエツチング（前
述のArスパツタエツチング等）する。第１３図
はドライエツチング後の、第１２図の−線に
沿う断面図である。以上の過程によつて、ガス検
知用リード層５のパタン形成が行なわれる。次い
で、第１４図に示したフオトマスクパタン１５を
使用してヒーター電極パツドの窓開け８a″，８
b″、ガス検知用電極パツドの窓開け９a″，９b″、
基板のアンダーカツトエツチング用窓開け２′，
２′の為に第１３図において４ａ，４ｅ及び５ｈ
で示されるSiO2をフオトエツチングする。エツ
チング液は緩衝フツ酸（HF＋NH4F）を用いる。
第１５図はフオトエツチング後の、第１４図の
−線に沿つた断面図であり、４はヒーター層で
あつて、４ｂと４ｃとから構成されており、５は
ガス検知用リード層であつて５ｆと５ｇとから構
成されている。５h′はフオトエツチングされた
SiO2である。次に５h′のSiO2をマスクとして基板
１のエツチングを行なう。エツチング液は、結晶
方位に対してエツチング速度が異なる異方性エツ
チング液、例えばヒドラジン水溶液（90〜110℃）
や、KOH（30〜60％水溶液、80〜150℃）やAPW
（エチレンジアミン、ピロカテコール、水）等を
用いる。異方性エツチング液により20〜40分間エ
ツチングを行なうと、第１６図に示すように、ブ
リツジ部３の下側に存在する基板１の部分が深さ
50〜300μｍアンダーカツトされ、ブリツジ部３
においてヒーター層４は基板１と接触しない外形
が得られる。また、第１６図に示すように、ヒー
ター層４は極めて耐熱性と硬度の高いSiO2膜
（４ａ，４ｅ）に包まれているため、高温度（350
〜400℃）かつ高電流密度（３×105〜４×
104A／cm2）で駆動されるにもかかわらずエレク
トロマイグレーシヨンによる寿命の低下がほとん
どない。
ヒーター用電極パツト窓１６ａとガス検知用電
極パツド窓１６ｂにはSn、Auをそれぞれ数〜
10μｍの厚さに蒸着し、基板１を400〜600℃に加
熱してドーム状のパンプ１０を形成する。最後
に、半導体ガス検知層７を形成する為にガス検知
用リード層５のブリツジ部３中央にある間隙６を
覆うようにガスを選別する能力のある金属酸化物
半導体材料をコーテイングする。例えばSnO2、
FeO3、ZnO等を蒸着やスパツタリング等の方法
で0.3〜3μｍコーテイングする。あるいは金属酸
化物半導体の微粉末を水・アルコールで分散・ス
ピンコーテイングしても良い。第１７図に示すよ
うに、ヒーター層４とガス検知用リード層５と半
導体ガス検知層７は1μｍ以内に近接しているた
め、熱伝導の時間がほとんど無視できる。また、
ヒーター層４の温度コントロールで半導体ガス検
知層７の抵抗値が正確に制御できる。
極パツド窓１６ｂにはSn、Auをそれぞれ数〜
10μｍの厚さに蒸着し、基板１を400〜600℃に加
熱してドーム状のパンプ１０を形成する。最後
に、半導体ガス検知層７を形成する為にガス検知
用リード層５のブリツジ部３中央にある間隙６を
覆うようにガスを選別する能力のある金属酸化物
半導体材料をコーテイングする。例えばSnO2、
FeO3、ZnO等を蒸着やスパツタリング等の方法
で0.3〜3μｍコーテイングする。あるいは金属酸
化物半導体の微粉末を水・アルコールで分散・ス
ピンコーテイングしても良い。第１７図に示すよ
うに、ヒーター層４とガス検知用リード層５と半
導体ガス検知層７は1μｍ以内に近接しているた
め、熱伝導の時間がほとんど無視できる。また、
ヒーター層４の温度コントロールで半導体ガス検
知層７の抵抗値が正確に制御できる。
尚、このガス検出装置は微細構造であるから表
面へのゴミの付着は重大な障害発生の原因とな
る。例えば寿命が低下したり、動作が不安定にな
つたりする。従来使用されている防爆２重ネツト
構造だけではゴミの進入は防げないため、本実施
例のガス検出装置１１をフイルム２１に取り付け
る場合には0.1μｍ以上のゴミを通さず尚且つガス
の流出入には支障を起こさないグラスウールの防
塵フイルター２４を使用している。
面へのゴミの付着は重大な障害発生の原因とな
る。例えば寿命が低下したり、動作が不安定にな
つたりする。従来使用されている防爆２重ネツト
構造だけではゴミの進入は防げないため、本実施
例のガス検出装置１１をフイルム２１に取り付け
る場合には0.1μｍ以上のゴミを通さず尚且つガス
の流出入には支障を起こさないグラスウールの防
塵フイルター２４を使用している。
次に、本発明の別の実施例に付いて、第１８図
及び第１９図を参考に説明する。第１８図に示し
た別の実施例の、ガス検出装置１１′においては、
ブリツジ部３上において２本のリード部５ａ，５
ｂが間隙を有しながら並行に延在する並行部が形
成されている。この様な構成とした場合には、半
導体ガス検出層７の半導体抵抗のバラツキによる
影響が少なくなる上、半導体抵抗を小さくできる
ので、ガス感度すなわち検出電圧変動の大きいも
のが得られＳ／Ｎ比が向上する。第１９図に示し
た更に別の実施例においては、ガス検知用リード
層５には間隙が無く、ブリツジ部３上に連続して
延在されている。しかしながら、リード層５及び
ヒーター層４の側面上の絶縁膜が除かれており、
半導体ガス検知層７がガス検知用リード層５とヒ
ーター層４の側面に接触して形成されている。第
１９図の−線に沿つた断面図を第２０図に示
してある。加熱・ガス吸着により半導体ガス検知
層７の抵抗が下がり、ガス検知用リード層５から
ヒーター層４へ電流が流れる。第２１図は、第１
９図及び第２０図に示した実施例における駆動回
路であつて、９ａ−９ｂ側から８ａ−８ｂ側へ電
流が流れ、負荷抵抗Ｒの両端の電圧変動としてガ
ス吸着を検出する事ができる。第２０図の例では
ヒーター層４の上面の絶縁膜４ｅの厚さが、半導
体ガス検知層７の抵抗値のバラツキを支配してい
る。従つて、前述したフオトエツチングによりガ
ス検知用リード層パタンに間隙を形成する実施例
の場合に比較して、例えば、抵抗値バラツキ＝フ
オトエツチングのバラツキ＝間隙間隔の精度＝±
100％に対して、抵抗値のバラツキ＝膜厚制御の
精度＝±５％と非常に精度が良く、絶縁層の4eの
厚さを極めて薄くする事によりＳ／Ｎ比の向上を
図ることが可能である。これはスパツタリング等
による薄膜形成において膜厚制御が容易である為
である。
及び第１９図を参考に説明する。第１８図に示し
た別の実施例の、ガス検出装置１１′においては、
ブリツジ部３上において２本のリード部５ａ，５
ｂが間隙を有しながら並行に延在する並行部が形
成されている。この様な構成とした場合には、半
導体ガス検出層７の半導体抵抗のバラツキによる
影響が少なくなる上、半導体抵抗を小さくできる
ので、ガス感度すなわち検出電圧変動の大きいも
のが得られＳ／Ｎ比が向上する。第１９図に示し
た更に別の実施例においては、ガス検知用リード
層５には間隙が無く、ブリツジ部３上に連続して
延在されている。しかしながら、リード層５及び
ヒーター層４の側面上の絶縁膜が除かれており、
半導体ガス検知層７がガス検知用リード層５とヒ
ーター層４の側面に接触して形成されている。第
１９図の−線に沿つた断面図を第２０図に示
してある。加熱・ガス吸着により半導体ガス検知
層７の抵抗が下がり、ガス検知用リード層５から
ヒーター層４へ電流が流れる。第２１図は、第１
９図及び第２０図に示した実施例における駆動回
路であつて、９ａ−９ｂ側から８ａ−８ｂ側へ電
流が流れ、負荷抵抗Ｒの両端の電圧変動としてガ
ス吸着を検出する事ができる。第２０図の例では
ヒーター層４の上面の絶縁膜４ｅの厚さが、半導
体ガス検知層７の抵抗値のバラツキを支配してい
る。従つて、前述したフオトエツチングによりガ
ス検知用リード層パタンに間隙を形成する実施例
の場合に比較して、例えば、抵抗値バラツキ＝フ
オトエツチングのバラツキ＝間隙間隔の精度＝±
100％に対して、抵抗値のバラツキ＝膜厚制御の
精度＝±５％と非常に精度が良く、絶縁層の4eの
厚さを極めて薄くする事によりＳ／Ｎ比の向上を
図ることが可能である。これはスパツタリング等
による薄膜形成において膜厚制御が容易である為
である。
効 果
以上の如く、密着した多層構造をとり、加熱部
分が支持体と非接触である本発明のガス検出装置
は、従来のガス検出装置に比較して大幅に応答速
度を向上させることが可能であると共に、消費電
力を低減することが可能である。多層膜構造であ
るから公知のフオトリソグラフイー技術や薄膜形
成技術等により微細化を図ることができる上に、
加熱部を基板と非接触構造とした事によりガス検
出装置の熱容量は小さくなり、熱伝導時間は無視
出来るほど短くなり、熱平衡に達する時間も大幅
に短縮することができる。その結果、ガス検出装
置の駆動電力が低減するとともに、パルス駆動が
可能となる。例えば、加熱時間10ｍsec、休止時
間10secのパルス駆動をした場合、信号検出回路
等の電力消費分を含めても500ｍAHの容量の電
池で３〜５年間駆動できる。尚、10sec1回のガス
洩れ検出はガス爆発事故防止等の実用上の点にお
いて、何ら支障を起こさない。
分が支持体と非接触である本発明のガス検出装置
は、従来のガス検出装置に比較して大幅に応答速
度を向上させることが可能であると共に、消費電
力を低減することが可能である。多層膜構造であ
るから公知のフオトリソグラフイー技術や薄膜形
成技術等により微細化を図ることができる上に、
加熱部を基板と非接触構造とした事によりガス検
出装置の熱容量は小さくなり、熱伝導時間は無視
出来るほど短くなり、熱平衡に達する時間も大幅
に短縮することができる。その結果、ガス検出装
置の駆動電力が低減するとともに、パルス駆動が
可能となる。例えば、加熱時間10ｍsec、休止時
間10secのパルス駆動をした場合、信号検出回路
等の電力消費分を含めても500ｍAHの容量の電
池で３〜５年間駆動できる。尚、10sec1回のガス
洩れ検出はガス爆発事故防止等の実用上の点にお
いて、何ら支障を起こさない。
本発明によつて、従来の100V電源を要するが
ガスもれ警報器と比較して、コード、コンセント
が不要ではるかにセツトフリーな乾電池駆動のガ
スもれ警報器を供給することができるようにな
る。
ガスもれ警報器と比較して、コード、コンセント
が不要ではるかにセツトフリーな乾電池駆動のガ
スもれ警報器を供給することができるようにな
る。
第１図と第２図は、本発明のガス検出装置を使
用したガス検出器の平面図と断面図である。第３
図はガス検出装置の検出原理を説明するための概
略図、第４図はガス検出器の駆動方法を示すブロ
ツク図である。第５図、第６図は、夫々、本発明
のガス検出装置の製造過程におけるヒーター層形
成時のフオトマスクパタンを示す概略図で、第５
図が基板にSi（100）面、第６図がSi（111）面を使
用した場合である。第７〜第１０図は、ヒーター
層形成時の工程を示す各断面図、第１１図と第１
３図はガス検知用リード層形成時の工程を示す各
断面図、第１５図と第１６図は基板の空洞部形成
時の工程を示す各断面図、第１７図は半導体ガス
検知層とハンダバンプの形成時の断面図である。
第１２図は、ガス検知用リード層形成時のフオト
マスクパタンを示す概略図、第１４図は各電極パ
ツド用窓開けと基板のアンダーカツトエツチング
用窓開けのフオトマスクパタンを示す概略図であ
る。第１８図と第１９図は、ガス検出装置の他の
実施態様を示す概略図であり、第２０図は第１９
図における断面図、第２１図は第１９図における
駆動方法を示すブロツク図である。 （符号の説明）、１：基板、２：空洞部、３：
ブリツジ部、４：ヒーター層、５：ガス検知用リ
ード層、６：間隙、７：半導体ガス検知層、８：
ヒーター電極パツド、９：ガス検知用電極パツ
ド、１０：バンプ。
用したガス検出器の平面図と断面図である。第３
図はガス検出装置の検出原理を説明するための概
略図、第４図はガス検出器の駆動方法を示すブロ
ツク図である。第５図、第６図は、夫々、本発明
のガス検出装置の製造過程におけるヒーター層形
成時のフオトマスクパタンを示す概略図で、第５
図が基板にSi（100）面、第６図がSi（111）面を使
用した場合である。第７〜第１０図は、ヒーター
層形成時の工程を示す各断面図、第１１図と第１
３図はガス検知用リード層形成時の工程を示す各
断面図、第１５図と第１６図は基板の空洞部形成
時の工程を示す各断面図、第１７図は半導体ガス
検知層とハンダバンプの形成時の断面図である。
第１２図は、ガス検知用リード層形成時のフオト
マスクパタンを示す概略図、第１４図は各電極パ
ツド用窓開けと基板のアンダーカツトエツチング
用窓開けのフオトマスクパタンを示す概略図であ
る。第１８図と第１９図は、ガス検出装置の他の
実施態様を示す概略図であり、第２０図は第１９
図における断面図、第２１図は第１９図における
駆動方法を示すブロツク図である。 （符号の説明）、１：基板、２：空洞部、３：
ブリツジ部、４：ヒーター層、５：ガス検知用リ
ード層、６：間隙、７：半導体ガス検知層、８：
ヒーター電極パツド、９：ガス検知用電極パツ
ド、１０：バンプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板、前記基板にエツチングにより形成した
空洞部上に架橋構造に形成され前記基板から電気
的に絶縁されたヒーター層、絶縁層を介して前記
ヒーター層に積層形成され、前記絶縁層の同一面
上において互いに微小の間隙をもつて離隔されパ
ターン形成された一対のリード層、前記間隙にお
いて前記一対のリード層間に形成されたガス感応
物質層とを有し、前記ガス感応物資層がガスと接
触反応することにより前記一対のリード層間の抵
抗値変化をもとにガス検知を行うことを特徴とす
るガス検出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記ガス感
応物質を金属酸化物半導体で形成したことを特徴
とするガス検出装置。 ３ 基板、前記基板にエツチングにより形成した
空洞部上に架橋構造に形成され前記基板から電気
的に絶縁されたヒーター層、絶縁層を介して前記
ヒーター層に積層形成されたリード層、前記ヒー
ター層の側部と前記リード層の側部とに接触して
形成されたガス感応物質層とを有し、前記ガス感
応物質層がガスと接触反応することにより前記ヒ
ーター層と前記リード層との間の抵抗値変化をも
とにガス検知を行うことを特徴とするガス検出装
置。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記ガス感
応物質層を金属酸化物半導体で形成したことを特
徴とするガス検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1738083A JPS59143945A (ja) | 1983-02-07 | 1983-02-07 | ガス検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1738083A JPS59143945A (ja) | 1983-02-07 | 1983-02-07 | ガス検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59143945A JPS59143945A (ja) | 1984-08-17 |
| JPH04219B2 true JPH04219B2 (ja) | 1992-01-06 |
Family
ID=11942397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1738083A Granted JPS59143945A (ja) | 1983-02-07 | 1983-02-07 | ガス検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59143945A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4706493A (en) * | 1985-12-13 | 1987-11-17 | General Motors Corporation | Semiconductor gas sensor having thermally isolated site |
| JP7776976B2 (ja) * | 2021-12-20 | 2025-11-27 | Tdk株式会社 | ガスセンサ |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2221811A1 (de) * | 1972-05-04 | 1973-11-22 | Bayer Ag | Verfahren zur herstellung von flammfesten urethangruppen aufweisenden schaumstoffen |
| JPS5374495A (en) * | 1976-12-14 | 1978-07-01 | Marukon Denshi Kk | Gas responsive element |
| JPS5521090U (ja) * | 1978-07-31 | 1980-02-09 | ||
| JPS5618752A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Ricoh Co Ltd | Driving method for sensor |
| JPS5618750A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Ricoh Co Ltd | Gas detector |
| JPS56109047U (ja) * | 1980-01-23 | 1981-08-24 | ||
| DE3019387C2 (de) * | 1980-05-21 | 1986-01-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor mit einem in den Sensoraufbau integrierten Heizelement |
| JPS5723849A (en) * | 1980-07-18 | 1982-02-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Gas detector and its manufacture |
| JPS5794641A (en) * | 1980-12-04 | 1982-06-12 | Ricoh Co Ltd | Manufacture of electric heater |
| JPS58103654A (ja) * | 1981-12-16 | 1983-06-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 多機能ガスセンサ |
-
1983
- 1983-02-07 JP JP1738083A patent/JPS59143945A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59143945A (ja) | 1984-08-17 |
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