JPH0795002B2 - センサ素子 - Google Patents
センサ素子Info
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- JPH0795002B2 JPH0795002B2 JP62099323A JP9932387A JPH0795002B2 JP H0795002 B2 JPH0795002 B2 JP H0795002B2 JP 62099323 A JP62099323 A JP 62099323A JP 9932387 A JP9932387 A JP 9932387A JP H0795002 B2 JPH0795002 B2 JP H0795002B2
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- JP
- Japan
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- substrate
- shield
- sensitive film
- sensitive
- sensor element
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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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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、参照用と検知用の少くとも２個以上の感応膜
を有するセンサ素子に関し、特に湿度，ガスまたは赤外
線センサに関するものである。
を有するセンサ素子に関し、特に湿度，ガスまたは赤外
線センサに関するものである。
＜従来の技術とその問題点＞ 従来のサーミスタ湿度センサの構造断面図を第３図に示
す。これはサーミスタビード（７）をリード線（８）で
両側から支持した構造を有し、空気中の湿度変化により
サーミスタビード（７）が発生する熱量の放散状態が変
化する際のサーミスタビード（７）の温度変化を抵抗変
化として検知するものである。サーミスタには抵抗温度
係数の大きい材料が用いられ、感度の向上が図られてい
る。またサーミスタビード（７）から発生する熱量がリ
ード線（８）を通して逃散し難いようにリード線（８）
には極細の白金線が用いられている。湿度変化によるサ
ーミスタの抵抗変化は概して小さいため、電源電圧変動
や周囲温度変化などの影響をキャンセルする必要があ
る。そのために参照用と検知用の２つのサーミスタを設
け、参照用サーミスタは乾燥空気を封入した鑵（９）
に、また検知用サーミスタは外気にふれるよう小孔の開
いた鑵（９′）にそれぞれ納められている。
す。これはサーミスタビード（７）をリード線（８）で
両側から支持した構造を有し、空気中の湿度変化により
サーミスタビード（７）が発生する熱量の放散状態が変
化する際のサーミスタビード（７）の温度変化を抵抗変
化として検知するものである。サーミスタには抵抗温度
係数の大きい材料が用いられ、感度の向上が図られてい
る。またサーミスタビード（７）から発生する熱量がリ
ード線（８）を通して逃散し難いようにリード線（８）
には極細の白金線が用いられている。湿度変化によるサ
ーミスタの抵抗変化は概して小さいため、電源電圧変動
や周囲温度変化などの影響をキャンセルする必要があ
る。そのために参照用と検知用の２つのサーミスタを設
け、参照用サーミスタは乾燥空気を封入した鑵（９）
に、また検知用サーミスタは外気にふれるよう小孔の開
いた鑵（９′）にそれぞれ納められている。
しかしながら鑵パッケージは組立に手間を要しコスト高
となる上必然的に大型になるという欠点を有していた。
となる上必然的に大型になるという欠点を有していた。
＜発明の目的＞ 本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、気密封止を
得るために鑵パッケージを用いず、参照用感応膜を遮蔽
体で覆った小型で低価格のセンサ素子を提供することを
目的とする。
得るために鑵パッケージを用いず、参照用感応膜を遮蔽
体で覆った小型で低価格のセンサ素子を提供することを
目的とする。
＜実施例＞ 本発明の一実施例であるセンサ素子の斜視図を第１図
（Ａ）に構造断面図を同図（Ｂ）にそれぞれ示す。
（Ａ）に構造断面図を同図（Ｂ）にそれぞれ示す。
シリコン基板（１）上に堆積されたSiO2スパッタ膜や熱
酸化等から成る絶縁膜（２）にEPW（エチレンジアミン
−ピロカテコール−水）等を用いたシリコンの異方性エ
ッチングにより１対の貫通溝が刻設され、この溝で挾ま
れた帯状部がブリッジ（３）となる。その上に薄膜サー
ミスタ材料からなる感応膜（４）が重畳されている。シ
リコン基板（１）は上記エッチングにより貫通孔及びブ
リッジ（３）下方の部分が除去され、空洞部となってい
る。従ってブリッジ（３）は両端で支えられることとな
る。またここでは図示されていないが、感応膜（４）の
インピーダンスを検出するための１対の櫛状電極が感応
膜（４）の上部もしくは下部に蒸着されてある。ブリッ
ジ（３）は感応膜（４）の熱容量を小さくするとともに
感応膜（４）から発生する熱量が基板（１）へ容易に逃
散しないように設けられたもので低熱伝導性の電気絶縁
材料が用いられる。上記ブリッジ（３）は並設して基板
（１）上に２箇所形成され、他方のブリッジ（３）上に
は同じ感応膜（５）が載置されている。即ち同種の感応
膜（４）及び（５）が同一基板（１）上に少なくとも２
箇所で並置されている。第１の感応膜（４）は外界に露
呈され、例えば空気中の湿度変化により感応膜（４）か
らの熱の放散状態が変わり感応膜（４）のインピーダン
スが変化する。
酸化等から成る絶縁膜（２）にEPW（エチレンジアミン
−ピロカテコール−水）等を用いたシリコンの異方性エ
ッチングにより１対の貫通溝が刻設され、この溝で挾ま
れた帯状部がブリッジ（３）となる。その上に薄膜サー
ミスタ材料からなる感応膜（４）が重畳されている。シ
リコン基板（１）は上記エッチングにより貫通孔及びブ
リッジ（３）下方の部分が除去され、空洞部となってい
る。従ってブリッジ（３）は両端で支えられることとな
る。またここでは図示されていないが、感応膜（４）の
インピーダンスを検出するための１対の櫛状電極が感応
膜（４）の上部もしくは下部に蒸着されてある。ブリッ
ジ（３）は感応膜（４）の熱容量を小さくするとともに
感応膜（４）から発生する熱量が基板（１）へ容易に逃
散しないように設けられたもので低熱伝導性の電気絶縁
材料が用いられる。上記ブリッジ（３）は並設して基板
（１）上に２箇所形成され、他方のブリッジ（３）上に
は同じ感応膜（５）が載置されている。即ち同種の感応
膜（４）及び（５）が同一基板（１）上に少なくとも２
箇所で並置されている。第１の感応膜（４）は外界に露
呈され、例えば空気中の湿度変化により感応膜（４）か
らの熱の放散状態が変わり感応膜（４）のインピーダン
スが変化する。
一方、直方体ブロックのシリコンを片面からハーフエッ
チングして凹陥部を形成した遮蔽体（６）を低融点ガラ
スさ接着剤を用いて第２の感応膜（５）が載置されてい
る基板（１）の上面に接合することによって第２の感応
膜（５）は基板（１）と遮蔽体（６）内に気密封止さ
れ、外界の湿度変化の影響を受けない。また外気温が変
動したとき第１の感応膜（４）のインピーダンスは変化
するが第２の感応膜（５）のそれも同様に変化するの
で、温度補償が行なわれ２つの感応膜（４）（５）の出
力差から外界の湿度を正確に検知することが可能であ
る。この場合従来例のように鑵によって封止するよりも
本実施例のように小型の遮蔽体（６）を用いた方が、素
子全体の熱容量を小さくでき、外気温の変動に対する両
感応膜（４）（５）の追従応答性は速くなる。
チングして凹陥部を形成した遮蔽体（６）を低融点ガラ
スさ接着剤を用いて第２の感応膜（５）が載置されてい
る基板（１）の上面に接合することによって第２の感応
膜（５）は基板（１）と遮蔽体（６）内に気密封止さ
れ、外界の湿度変化の影響を受けない。また外気温が変
動したとき第１の感応膜（４）のインピーダンスは変化
するが第２の感応膜（５）のそれも同様に変化するの
で、温度補償が行なわれ２つの感応膜（４）（５）の出
力差から外界の湿度を正確に検知することが可能であ
る。この場合従来例のように鑵によって封止するよりも
本実施例のように小型の遮蔽体（６）を用いた方が、素
子全体の熱容量を小さくでき、外気温の変動に対する両
感応膜（４）（５）の追従応答性は速くなる。
上記実施例のセンサ素子は、基板（１）上の絶縁膜
（２）や感応膜（４）（５）の形成そして遮蔽体（６）
のエッチング及び接合まで一貫してウェーハ単位のバッ
チ処理ができる為、量産に適し安価に製造され得る。ま
た小型であるため消費電力が小さいという利点を有す
る。基板や遮蔽体としてシリコンといったIV族元素以外
にガリウムヒ素等のIII−Ｖ族化合物半導体を用いるこ
とも可能であり、また基板と遮蔽体の接合法として電界
印加接合も利用できる。さらに絶縁膜（２）の形状を第
２図に示すような片持ち梁（カンチレバー）（３′）に
することもできあるいはダイアフラムにしてもよい。第
２図は本発明の他の実施例を示すセンサ素子の構成断面
図であり第１図と同一符号同一内容を示す。この他、同
様な原理でガスセンサが得られる。ガス種の選択性が必
要な場合は、ガス選択透過膜を感応膜上やパッケージの
通気孔に設けたり、ガスクロマトグラフィーに用いられ
るようなカラムによるガス種の分離が考えられる。参照
用の封入ガスは、検知ガス種に応じて適宜選択してよく
真空であってもよい。
（２）や感応膜（４）（５）の形成そして遮蔽体（６）
のエッチング及び接合まで一貫してウェーハ単位のバッ
チ処理ができる為、量産に適し安価に製造され得る。ま
た小型であるため消費電力が小さいという利点を有す
る。基板や遮蔽体としてシリコンといったIV族元素以外
にガリウムヒ素等のIII−Ｖ族化合物半導体を用いるこ
とも可能であり、また基板と遮蔽体の接合法として電界
印加接合も利用できる。さらに絶縁膜（２）の形状を第
２図に示すような片持ち梁（カンチレバー）（３′）に
することもできあるいはダイアフラムにしてもよい。第
２図は本発明の他の実施例を示すセンサ素子の構成断面
図であり第１図と同一符号同一内容を示す。この他、同
様な原理でガスセンサが得られる。ガス種の選択性が必
要な場合は、ガス選択透過膜を感応膜上やパッケージの
通気孔に設けたり、ガスクロマトグラフィーに用いられ
るようなカラムによるガス種の分離が考えられる。参照
用の封入ガスは、検知ガス種に応じて適宜選択してよく
真空であってもよい。
また感応膜上に金黒等を蒸着したセンサ素子は、赤外線
センサとして応用できる。この場合、湿度センサと異な
り感応膜は加熱されず、赤外線照射による感応膜の温度
上昇を検知する。
センサとして応用できる。この場合、湿度センサと異な
り感応膜は加熱されず、赤外線照射による感応膜の温度
上昇を検知する。
シリコンは赤外線を透過するので参照用感応部の遮蔽体
として用いる場合その上に赤外線反射膜を形成する必要
がある。
として用いる場合その上に赤外線反射膜を形成する必要
がある。
また同一基板上に複数個の感応膜を設け湿度・ガス複合
センサを形成することも可能である。
センサを形成することも可能である。
＜発明の効果＞ 本発明のセンサ素子は、基板上の絶縁膜や感応膜の形
成、そして遮蔽体のエッチング及び基板との接合まで一
貫してウェーハ単位のバッチ処理ができるため、量産に
適し、安価に製造され得る。その上センサ素子が小型で
あるため実用性が高く、かつ参照用感応部を基板と同一
の材料である一体成形の小型の遮蔽体で気密封止してい
るので、熱容量を大幅に低減することができ、外気温の
変動に対する追従性が良く、高精度で低消費電力である
という利点を有する。
成、そして遮蔽体のエッチング及び基板との接合まで一
貫してウェーハ単位のバッチ処理ができるため、量産に
適し、安価に製造され得る。その上センサ素子が小型で
あるため実用性が高く、かつ参照用感応部を基板と同一
の材料である一体成形の小型の遮蔽体で気密封止してい
るので、熱容量を大幅に低減することができ、外気温の
変動に対する追従性が良く、高精度で低消費電力である
という利点を有する。
第１図（Ａ）は本発明の１実施例を示すセンサ素子の斜
視図、同図（Ｂ）は基線Ａ−Ａ′における構造断面図で
ある。 第２図は絶縁膜を片持ち梁（カンチレバー）状にした本
発明の他の実施例を示すセンサ素子の構造断面図であ
る。第３図は従来のサーミスタ湿度センサの構造断面図
である。 １……基板、２……絶縁膜、３……ブリッジ、３′……
カンチレバー、４……第１の感応膜、５……第２の感応
膜、６……遮蔽体、７……サーミスタビード、８……リ
ード線、９……鑵
視図、同図（Ｂ）は基線Ａ−Ａ′における構造断面図で
ある。 第２図は絶縁膜を片持ち梁（カンチレバー）状にした本
発明の他の実施例を示すセンサ素子の構造断面図であ
る。第３図は従来のサーミスタ湿度センサの構造断面図
である。 １……基板、２……絶縁膜、３……ブリッジ、３′……
カンチレバー、４……第１の感応膜、５……第２の感応
膜、６……遮蔽体、７……サーミスタビード、８……リ
ード線、９……鑵
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 枅川 正也 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 田渕 宏樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−178419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−167388（ＪＰ，Ａ) 米国特許4177667（ＵＳ，Ａ) 米国特許4337658（ＵＳ，Ａ) 米国特許4343768（ＵＳ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】基板の一部分が異方性エッチングされてな
るブリッジ状、片持ち梁状、またはダイアフラム状に加
工された絶縁支持体に載置された感応膜を２個並設し、
第１の感応膜は外界に露呈されかつ被検知量の変化に伴
ってインピーダンスが変化し、空隙部を有するように加
工された一体成形の遮蔽体は前記基板に固着され、第２
の感応膜は前記遮蔽体により気密封止されてなり、この
とき、前記基板及び遮蔽体がシリコン又はIII−Ｖ族化
合物半導体の中から選択された同一材料からなることを
特徴とするセンサ素子。 - 【請求項２】前記被検知量は、水蒸気、ガスまたは赤外
線である特許請求の範囲第１項記載のセンサ素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62099323A JPH0795002B2 (ja) | 1987-04-22 | 1987-04-22 | センサ素子 |
| US07/078,741 US4928513A (en) | 1986-07-29 | 1987-07-28 | Sensor |
| DE3724966A DE3724966C3 (de) | 1986-07-29 | 1987-07-28 | Sensor |
| GB8717919A GB2194845B (en) | 1986-07-29 | 1987-07-29 | A sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62099323A JPH0795002B2 (ja) | 1987-04-22 | 1987-04-22 | センサ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63263426A JPS63263426A (ja) | 1988-10-31 |
| JPH0795002B2 true JPH0795002B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=14244428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62099323A Expired - Fee Related JPH0795002B2 (ja) | 1986-07-29 | 1987-04-22 | センサ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0795002B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0376721B1 (en) * | 1988-12-29 | 1998-07-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Moisture-sensitive device |
| JPH0795054B2 (ja) * | 1988-12-29 | 1995-10-11 | シャープ株式会社 | 湿度センサ |
| JP2865939B2 (ja) * | 1992-04-10 | 1999-03-08 | シャープ株式会社 | センサー素子 |
| JP4575846B2 (ja) * | 2005-06-07 | 2010-11-04 | 本田技研工業株式会社 | ガスセンサ |
| US10598621B2 (en) * | 2017-04-11 | 2020-03-24 | Invensense, Inc. | Gas sensing device with chemical and thermal conductivity sensing |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4177667A (en) | 1978-03-03 | 1979-12-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Quick response humidity chamber |
| US4337658A (en) | 1980-10-14 | 1982-07-06 | Honeywell Inc. | Humidity sensor |
| US4343768A (en) | 1979-07-25 | 1982-08-10 | Ricoh Co., Ltd. | Gas detector |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57178149A (en) * | 1981-04-28 | 1982-11-02 | Ricoh Co Ltd | Manufacture of electric heater |
| JPS60167388A (ja) * | 1984-12-17 | 1985-08-30 | Mitsuteru Kimura | 光検出器 |
-
1987
- 1987-04-22 JP JP62099323A patent/JPH0795002B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4177667A (en) | 1978-03-03 | 1979-12-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Quick response humidity chamber |
| US4343768A (en) | 1979-07-25 | 1982-08-10 | Ricoh Co., Ltd. | Gas detector |
| US4337658A (en) | 1980-10-14 | 1982-07-06 | Honeywell Inc. | Humidity sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63263426A (ja) | 1988-10-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |