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公開番号2024071185
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-24
出願番号2022182007
出願日2022-11-14
発明の名称ガスセンサチップ、ガスセンシングシステム、およびガスセンサチップの製造方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類G01N 27/00 20060101AFI20240517BHJP(測定;試験)
要約【課題】雰囲気中に存在する複数種類のガスのセンシングを低コストで実現させる。
【解決手段】ガスセンサチップは、半導体基板と、それぞれが半導体基板上の異なる位置に形成される複数のガス検知材料層と、を備えている。ガス検知材料層は、金属酸化物層と金属酸化物層の上側に形成される触媒金属層とを有し、触媒金属層が雰囲気に露出するように構成される。複数のガス検知材料層は、金属酸化物層の材料の種類、膜厚、結晶粒径、触媒金属層の材料の種類、膜厚、結晶粒径、の組合せが互いに異なる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
半導体基板と、
それぞれが前記半導体基板上の異なる位置に形成される複数のガス検知材料層と、
を備え、
前記ガス検知材料層は、金属酸化物層と前記金属酸化物層の上側に形成される触媒金属層とを有し、前記触媒金属層が雰囲気に露出するように構成され、
前記複数のガス検知材料層は、前記金属酸化物層の材料の種類、膜厚、結晶粒径、前記触媒金属層の材料の種類、膜厚、結晶粒径、の組合せが互いに異なる、
ガスセンサチップ。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサチップにおいて、
前記複数のガス検知材料層の各々について、前記ガス検知材料層をゲート層とし、前記金属酸化物層と前記半導体基板との間に、ゲート絶縁膜層と、ドレイン層と、ソース層と、ウェルとが設けられることにより、複数のセンサＦＥＴを構成する、
ガスセンサチップ。
【請求項３】
請求項２に記載のガスセンサチップにおいて、
前記複数のセンサＦＥＴに加えて、ゲート層が前記雰囲気から隔離されるように構成される第１のＦＥＴを含む、
ガスセンサチップ。
【請求項４】
請求項２に記載のガスセンサチップにおいて、
前記複数のセンサＦＥＴの一部がＮ型ＦＥＴで形成されており、前記複数のセンサＦＥＴの他部がＰ型ＦＥＴで形成されている、
ガスセンサチップ。
【請求項５】
請求項２に記載のガスセンサチップにおいて、
前記複数のセンサＦＥＴは、それぞれ、前記半導体基板と前記ゲート層との間にシリコン酸化膜を含み、
前記複数のセンサＦＥＴにおける前記シリコン酸化膜の厚さは、複数種類の厚さに作り分けられている、
ガスセンサチップ。
【請求項６】
請求項２に記載のガスセンサチップにおいて、
前記複数のセンサＦＥＴは、センサＦＥＴどうしが並列接続もしくは直列接続された素子を含む、
ガスセンサチップ。
【請求項７】
請求項２に記載のガスセンサチップにおいて、
前記センサＦＥＴは、ソース端子、ドレイン端子、ウェル端子、およびゲート端子を含み、
前記ソース端子および前記ドレイン端子の少なくとも一方は、ゲート層が前記雰囲気から隔離されるように構成される第２のＦＥＴを介して、前記ガスセンサチップに対する外部からの給電端子と接続される、
ガスセンサチップ。
【請求項８】
請求項２に記載のガスセンサチップにおいて、
前記複数のセンサＦＥＴの少なくとも一部は、前記金属酸化物層および前記触媒金属層の少なくとも一方が、複数の層で形成されている、
ガスセンサチップ。
【請求項９】
請求項２に記載のガスセンサチップにおいて、
前記複数のセンサＦＥＴの少なくとも一部は、前記金属酸化物層に触媒金属がドーピングされているか、または、前記触媒金属層に金属酸化物がドーピングされている、
ガスセンサチップ。
【請求項１０】
ガスセンサチップと、
前記ガスセンサチップを加熱昇温するヒータ部と、
前記ガスセンサチップと前記ヒータ部とを制御する制御部と、
を備え、
前記ガスセンサチップは、
半導体基板と、
それぞれが前記半導体基板上の異なる位置に形成される複数のガス検知材料層と、
を備え、
前記ガス検知材料層は、金属酸化物層と前記金属酸化物層の上側に形成される触媒金属層とを有し、前記触媒金属層が雰囲気に露出するように構成され、
前記複数のガス検知材料層は、前記金属酸化物層の材料の種類、膜厚、結晶粒径、前記触媒金属層の材料の種類、膜厚、結晶粒径、の組合せが互いに異なっており、
前記制御部は、前記ガスセンサチップが所定の温度となるように前記ヒータ部を制御し、前記複数のガス検知材料層を用いて得られる情報に基づいて、雰囲気中のガスを検知する、
ガスセンシングシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサチップ、ガスセンシングシステム、およびガスセンサチップの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
脱炭素社会の実現に向けて、化石燃料の代わりに水素やカーボンニュートラルなバイオ燃料を用いて発電する技術が注目を集めている。世界中の人々の環境への意識の高まりから、大気中に含まれる汚染物質成分への関心も高まっている。ウェルビーイングへの関心も強くなり、人々は、例えば、呼気センシングにより健康状態をモニタリングしたり、快適な環境で生活したりすることを望むようになってきている。その結果、水素などの１種類のガスのセンシングへのニーズの高まりに加えて、複数種類のガスが含まれる雰囲気でそれぞれのガス成分の濃度を独立に検出したり、複数種類のガス成分の組合せパタンを分離区別したりするニーズが高まってきている。
【０００３】
一方、特許文献１には、ガス分子検出部とアンプ回路のアレイからなるガスセンサの技術が記載されている。
【０００４】
また、非特許文献１には、ガスセンサの１つである水素センサについて記載されている。水素センサには、検出原理が異なるいつかのセンサがある。これらのうちＦＥＴ型、キャパシタ型、ダイオード型といったセンサは、仕事関数型センサに分類される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０１７／１０４１３０号
【非特許文献】
【０００６】
ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ１５７（２０１１）３２９－３５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、雰囲気中に存在するガスの種類あるいはガスごとの成分パタンを検出するためには、ガスの種類あるいはガスの濃度に対する特性が異なる複数種類のガスセンサ素子が必要になる。一般的に、このような複数種類のガスセンサ素子を個々に作製したり、あるいは、個々に入手したりしようとすると、コストが高くなる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１および非特許文献１には、上記の複数種類のガスセンサ素子を低コストに作製する技術については記載がなく、雰囲気中に存在する複数種類のガスのセンシングを低コストで実現させることは困難である。
【０００９】
上記事情により、雰囲気中に存在する複数種類のガスのセンシングを低コストで実現させることができる技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲に記載の技術を用いる。一例を挙げるならば、半導体基板と、それぞれが前記半導体基板上の異なる位置に形成される複数のガス検知材料層と、を備え、前記ガス検知材料層は、金属酸化物層と前記金属酸化物層の上側に形成される触媒金属層とを有し、前記触媒金属層が雰囲気に露出するように構成され、前記複数のガス検知材料層は、前記金属酸化物層の材料の種類、膜厚、結晶粒径、前記触媒金属層の材料の種類、膜厚、結晶粒径、の組合せが互いに異なる、ガスセンサチップを用いればよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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