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公開番号2024086564
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-27
出願番号2023150361
出願日2023-09-15
発明の名称ガスセンサ
出願人TDK株式会社
代理人前田・鈴木国際特許弁理士法人
主分類G01N 27/12 20060101AFI20240620BHJP(測定;試験)
要約【課題】簡易なプロセスで製造可能であって、良好な検出安定性および検出応答性を奏するガスセンサを提供する。
【解決手段】キャビティが形成される基材と、前記基材における前記キャビティの周縁部であるキャビティ周縁部に接続する複数の梁部と、前記梁部を介して前記キャビティ上に保持される第1絶縁膜メンブレン部と、を有する第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜の上側に積層する第2の絶縁膜と、前記第1絶縁膜メンブレン部の上側に設けられるヒーター部と、前記第1絶縁膜メンブレン部と前記第2の絶縁膜との間に設けられ、上方から見て前記ヒーター部より前記第1絶縁膜メンブレン部の中心側に配置され、上側を向く平坦面を形成する平坦部と、前記平坦部の上側に少なくとも前記第2の絶縁膜を介して配置され、前記平坦面より狭い面積を有するガス検出部と、を有するガスセンサ。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
キャビティが形成される基材と、
前記基材における前記キャビティの周縁部であるキャビティ周縁部に接続する複数の梁部と、前記梁部を介して前記キャビティ上に保持される第１絶縁膜メンブレン部と、を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上側に積層する第２の絶縁膜と、
前記第１絶縁膜メンブレン部の上側に設けられるヒーター部と、
前記第１絶縁膜メンブレン部と前記第２の絶縁膜との間に設けられ、上方から見て前記ヒーター部より前記第１絶縁膜メンブレン部の中心側に配置され、上側を向く平坦面を形成する平坦部と、
前記平坦部の上側に少なくとも前記第２の絶縁膜を介して配置され、前記平坦面より狭い面積を有するガス検出部と、
を有するガスセンサ。
続きを表示（約 670 文字）【請求項２】
前記平坦部は、前記第２の絶縁膜より熱伝導率が高いことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記平坦部は、前記ヒーター部と同じ材質であることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記ヒーター部は、略矩形である前記第１絶縁膜メンブレン部の辺の長さの１／２以下の振幅で屈曲を繰り返す屈曲部を有する請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記ヒーター部は、前記第１絶縁膜メンブレン部の中心を通り水平方向に延びる基準線を基準として、対称な形状を有する請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記ヒーター部は、前記平坦部と繋がっている請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記ガス検出部は、半導体材料に接触する少なくとも１対の電極を有し、
前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行う請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記ガス検出部は、触媒材料に接触するＰｔ線を有し、
前記Ｐｔ線の抵抗変化によりガスの検出を行う請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記ガス検出部は、サーミスタ膜に接触する少なくとも１対の電極を有し、
前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行う請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項１０】
前記サーミスタ膜は、触媒材料に接触する請求項９に記載のガスセンサ。
（【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に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスセンサは、雰囲気中に存在するガスを検知し、その種類、濃度等の情報を電気信号に変換して出力する装置である。このようなガスセンサは、家電機器、産業用機器、環境モニタリング機器等に搭載され、人間、環境等に対して影響を及ぼす特定のガスの濃度を検知するために用いられている。
【０００３】
ガスセンサとしては、検知するガスの種類、濃度範囲、精度、動作原理、構成材料等の違いにより様々な検知方式が知られている。そのなかでも、検出部と、検出部周辺の温度を制御するためのヒーターとを組み合わせたものが、温度影響による誤差を低減できるセンサとして、開発が進められている。
【０００４】
たとえば、従来技術に係るガスセンサの１つとして、メンブレンの外周部にヒーター線を配置し、メンブレンの内側部分に検出電極を配置するものがある（たとえば、特許文献１等参照）。このようなガスセンサでは、メンブレンの中央付近にはヒーター線からの熱が伝わりづらいため、検出電極周辺の温度分布の不均一性が大きくなり、検出安定性に悪影響が生じる場合がある。一方、メンブレンにおいて、ヒーター線と検出電極を層状に重ね合わせる技術も提案されている（たとえば、特許文献２等参照）。このような技術では、下層のヒーター線のパターン形状による凹凸により、上層の検出電極を平坦な面の上に形成することが難しいため、検出電極の形状に局所的な歪みが生じやすく、検出信号が不安定になって検出応答性が低下する課題がある。また、ヒーター線と検出電極を層状に重ね合わせる技術では、ＣＭＰなどにより中間層を平坦化する対応も考えられるが、このような対応を行う場合、プロセスのリードタイムの増加およびコストアップにつながる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６９６０６４５号明細書
特許第６８７７３９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、簡易なプロセスで製造可能であって、良好な検出安定性および検出応答性を奏するガスセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るガスセンサは、
キャビティが形成される基材と、
前記基材における前記キャビティの周縁部であるキャビティ周縁部に接続する複数の梁部と、前記梁部を介して前記キャビティ上に保持される第１絶縁膜メンブレン部と、を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上側に積層する第２の絶縁膜と、
前記第１絶縁膜メンブレン部の上側に設けられるヒーター部と、
前記第１絶縁膜メンブレン部と前記第２の絶縁膜との間に設けられ、上方から見て前記ヒーター部より前記第１絶縁膜メンブレン部の中心側に配置され、上側を向く平坦面を形成する平坦部と、
前記平坦部の上側に少なくとも前記第２の絶縁膜を介して配置され、前記平坦面より狭い面積を有するガス検出部と、を有する。
【０００８】
このようなガスセンサは、ヒーター部の内側に平坦面を有する平坦部が形成されており、第２の絶縁膜を介して、平坦部の上に、平坦面より狭い面積を有するガス検出部が形成されている。そのため、ガス検出部は下層の形状による凹凸の影響を受けずに精度よく形成することができ、良好な応答性を奏することができる。また、平坦部は平面方向に略均一な厚みで形成すればよいため、このようなガスセンサは、簡易なプロセスで製造可能であって、プロセス効率も良好である。また、ヒーター部の熱は、第２の絶縁膜や平坦部等介してガス検出部に伝えられるためガス検出部における局所的な温度ばらつきが小さくなり、ガスセンサの検出安定性も良好である。
【０００９】
また、たとえば、前記平坦部は、前記第２の絶縁膜より熱伝導率が高くてもよい。
【００１０】
平坦部の熱伝導率を高くすることにより、ヒーター部の熱がより効率的にガス検出部に伝わるとともに、ガス検出部における局所的な温度ばらつきもより小さくなり、ガスセンサの検出安定性を効果的に高めることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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