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JP3101115B2 - Gas type determining sensor and gas type determining method - Google Patents

Gas type determining sensor and gas type determining method

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Publication number
JP3101115B2
JP3101115B2 JP05033743A JP3374393A JP3101115B2 JP 3101115 B2 JP3101115 B2 JP 3101115B2 JP 05033743 A JP05033743 A JP 05033743A JP 3374393 A JP3374393 A JP 3374393A JP 3101115 B2 JP3101115 B2 JP 3101115B2
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JP
Japan
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gas
thin film
gas type
thermistor
type
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JP05033743A
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仁 吉田
浩一 相澤
恵昭 友成
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ガスの種類判別用セ
ンサおよびガスの種類判別方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas type discriminating sensor and a gas type discriminating method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ガスの種類の判別を行う場合、い
わゆる質量分析法を利用した検出器が使われる。図4
は、従来の180°偏向型の質量分析計の原理を説明す
る図である。イオン源51でイオン化された被検ガス
は、加速電源52の電圧Vで加速され、磁場53で偏向
し、イオンコレクタ54に集束し検出される。この時、
被検ガスイオンの軌道半径Rは、下記の式に従う。
2. Description of the Related Art Conventionally, when determining the type of gas, a detector utilizing so-called mass spectrometry is used. FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of a conventional 180 ° deflection type mass spectrometer. The test gas ionized by the ion source 51 is accelerated by the voltage V of the acceleration power supply 52, deflected by the magnetic field 53, focused on the ion collector 54, and detected. At this time,
The orbital radius R of the test gas ion follows the following equation.

【0003】R=k・(M・V)1/2 /B ・・ 但し、M:被検ガスイオンの質量数、V:加速電圧、B
(T):磁場の強度 k:定数=1.445×10-4 そして、被検ガスの種類により質量数Mが異なるのでイ
オンコレクタを複数個設置し、被検ガスイオンがどのイ
オンコレクタに到達したかで被検ガスの種類が判別でき
るようになっている。
R = k · (M · V) 1/2 / B where M: mass number of test gas ion, V: acceleration voltage, B
(T): magnetic field strength k: constant = 1.445 × 10 -4 And since the mass number M differs depending on the type of the gas to be detected, a plurality of ion collectors are installed, and the ion gas to be detected reaches any ion collector Thus, the type of the test gas can be determined.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】質量分析法を利用した
検出器の場合、測定精度が高いという特徴があるのであ
るが、下記のような問題がある。ひとつは、検出装置自
体が非常に大きくなるということである。イオン源、磁
場発生用の磁石、複数のイオンコレクターなど必要なも
のを装備すると大掛かりなものになるのである。
A detector utilizing mass spectrometry has a feature of high measurement accuracy, but has the following problems. One is that the detector itself becomes very large. Equipped with the necessary equipment such as an ion source, a magnet for generating a magnetic field, and a plurality of ion collectors, the scale becomes large.

【0005】もうひとつは、質量差の少ない近い質量の
ガスの間の判別は難しくて、判別を誤る可能性が高いこ
とである。この発明は、上記事情に鑑み、ガスの種類判
別に用いるセンサであって、小型で近い質量のガスの間
の判別に対する適性も有するガスの種類判別用センサ
と、このセンサを用いガスの種類判別を行う方法を提供
することを課題とする。
Another problem is that it is difficult to discriminate between gases having a small mass difference and close masses, and there is a high possibility that the discrimination is erroneous. In view of the above circumstances, the present invention relates to a sensor used for gas type discrimination, and a gas type discrimination sensor having suitability for discrimination between small and close-mass gases, and a gas type discrimination using this sensor. It is an object of the present invention to provide a method for performing the above.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明にかかるガスの種類判別用センサは、中空
部を有する基板と、この中空部を覆って周辺が基板に支
持された熱絶縁薄膜とを備えるとともに、この熱絶縁薄
膜の中空部を覆う領域上に設けられたサーミスタを備え
、前記基板はシュテム上に配置されており、被検ガス
のガス分子の平均自由工程Lと、熱絶縁薄膜とシュテム
との間の寸法dとが、L>dの関係を満足する
In order to solve the above-mentioned problems, a gas type discriminating sensor according to the present invention comprises a substrate having a hollow portion, and a heat insulating member which covers the hollow portion and whose periphery is supported by the substrate. A thin film, and a thermistor provided on a region covering a hollow portion of the heat insulating thin film , wherein the substrate is disposed on a stem, and a test gas is provided.
Mean free path L of gas molecules, heat insulating thin film and Stem
Satisfies the relationship of L> d .

【0007】この発明のセンサを用いてガスの種類の判
別を行う場合、センサを減圧雰囲気内に配置しサーミス
タを通電した状態で被検ガスを導入し、被検ガス導入時
の前記サーミスタの抵抗値に基づき、被検ガスの種類を
判別するようにする。以下、この発明のガスの種類判別
用センサを図面を参照しながら具体的に説明する。
When the type of gas is determined using the sensor of the present invention, the test gas is introduced while the sensor is placed in a reduced pressure atmosphere and the thermistor is energized, and the resistance of the thermistor when the test gas is introduced is measured. The type of the test gas is determined based on the value. Hereinafter, the gas type determination sensor according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

【0008】図1は、この発明のガスの種類判別用セン
サの要部構成例をあらわす。図1のガスの種類判別用セ
ンサ1の場合、中空部3を有する基板2と、中空部3を
覆って周辺が基板2に支持された熱絶縁薄膜4と、熱絶
縁薄膜4の中空部3を覆う領域上に設けられたサーミス
タ5とを備える構成である。なお、7は容器の一部を構
成するシュテム(基台)である。さらに、シュテム7に
キャンが組み合わされる容器の場合もある。
FIG. 1 shows an example of a configuration of a main part of a gas type determination sensor according to the present invention. In the case of the gas type discriminating sensor 1 shown in FIG. 1, a substrate 2 having a hollow portion 3, a heat insulating thin film 4 covering the hollow portion 3 and having the periphery supported by the substrate 2, and a hollow portion 3 of the heat insulating thin film 4 And a thermistor 5 provided on a region covering the. Reference numeral 7 denotes a stem (base) that constitutes a part of the container. Further, there is a case where the can is combined with the stem 7 in some cases.

【0009】基板2はシリコン基板などの半導体基板が
用いられる。中空部3はシリコン基板2を異方性エッチ
ングにより堀り込むことで形成することが出来る。ま
た、熱絶縁薄膜4は半導体薄膜や誘電体薄膜などの熱絶
縁薄膜が用いられる。好ましい熱絶縁薄膜4としては、
複数の層を積層した多層構造の薄膜が挙げられる。例え
ば、酸化シリコン(SiO)層と窒化シリコン層(Si
N)で形成されてなる多層構造の場合、膜間で応力のバ
ランスがとれ、膜の機械的強度が高くて好ましい。
As the substrate 2, a semiconductor substrate such as a silicon substrate is used. The hollow portion 3 can be formed by digging the silicon substrate 2 by anisotropic etching. As the heat insulating thin film 4, a heat insulating thin film such as a semiconductor thin film or a dielectric thin film is used. Preferred heat insulating thin films 4 include:
A thin film having a multilayer structure in which a plurality of layers are stacked is exemplified. For example, a silicon oxide (SiO) layer and a silicon nitride layer (Si
In the case of the multilayer structure formed by N), the stress is balanced between the films, and the mechanical strength of the film is high, which is preferable.

【0010】サーミスタ5は、温度変化により抵抗値が
変化する感温抵抗体として薄膜抵抗体が用いられている
のであるが、薄膜抵抗体としては、半導体薄膜、特にシ
リコン系の半導体薄膜が適当である。シリコン系の半導
体薄膜としては、アモルファスシリコン(a−Si)薄
膜、アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC)薄
膜などが挙げられるし、a−Si層とa−SiC層など
異なる半導体層が複数積層された多層構造の半導体薄膜
の場合もあり、例えば、a−SiC層の上下面にa−S
i層が積層されてなり、上下電極である導電薄膜がa−
Si層で接している構成が挙げられる。
In the thermistor 5, a thin-film resistor is used as a temperature-sensitive resistor whose resistance value changes with a temperature change. As the thin-film resistor, a semiconductor thin film, particularly a silicon-based semiconductor thin film, is suitable. is there. Examples of the silicon-based semiconductor thin film include an amorphous silicon (a-Si) thin film and an amorphous silicon carbide (a-SiC) thin film, and a plurality of different semiconductor layers such as an a-Si layer and an a-SiC layer are stacked. In some cases, a semiconductor thin film having a multilayer structure may be used. For example, a-S
An i-layer is laminated, and the conductive thin films serving as upper and lower electrodes are a-
A configuration in which the layers are in contact with each other by an Si layer is exemplified.

【0011】以上の構成のガスの種類判別用センサは、
半導体装置製造技術を利用して製造することが出来る。
基板2、熱絶縁薄膜4、および、サーミスタ5の材料・
薄膜は、いずれも、半導体装置製造で用いている材料や
薄膜形成法が適用できるし、中空部3やサーミスタ5
は、半導体装置製造で用いている異方性エッチングや微
細加工技術を適用でき、結果として、非常にサイズの小
さい形態のガスの種類判別用センサでも容易に実現可能
となる。
The gas type discriminating sensor having the above structure is
It can be manufactured using semiconductor device manufacturing technology.
Materials for the substrate 2, the heat insulating thin film 4, and the thermistor 5
As for the thin film, any of the materials and thin film forming methods used in the manufacture of semiconductor devices can be applied, and the hollow portion 3 and the thermistor 5 can be used.
Can apply the anisotropic etching and fine processing techniques used in the manufacture of semiconductor devices, and as a result, a gas type discrimination sensor having a very small size can be easily realized.

【0012】[0012]

【作用】この発明のガスの種類判別用センサの動作原理
を、図1を参照しながら説明する。この発明のガスの種
類判別用センサ1では、熱絶縁薄膜4のサーミスタ5の
載っている部分は裏側が中空部3であるのであるが、サ
ーミスタ5と基板2の間は熱絶縁薄膜4の熱抵抗が大き
いために熱分離されていて、サーミスタ5で生じる熱は
基板2に拡散するよりも空気等を媒体として直にシュテ
ム7に流れる(放射される)ほうが支配的になる。
The principle of operation of the gas type discrimination sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. In the gas type discriminating sensor 1 of the present invention, the back side of the portion where the thermistor 5 is placed on the heat insulating thin film 4 is the hollow portion 3. The heat generated by the thermistor 5 is more predominantly flowing (radiated) to the stem 7 using air or the like as a medium than diffusing to the substrate 2 due to the large resistance.

【0013】一方、中空部3に存在するガス分子の平均
自由行程Lと熱絶縁薄膜4とシュテム7の間の寸法dの
差がある一定の関係である場合、サーミスタ5からシュ
テム7に伝わる熱量Qは、下の式に従う。 Q=αΛ0 p(273.2/T)1/2 (T2 −T1 )・A ・・ ここで、α:温度に依存する係数、Λ0 :自由分子熱伝
導度(ガスの種類により異なる)、T1 :熱絶縁薄膜に
おけるサーミスタ形成域、T2 :シュテムの温度A:熱
絶縁薄膜におけるサーミスタ形成域の面積、T:中空部
3の温度上記熱量Qは式より分かるように自由分子熱
伝導度Λ0 に比例するが、この自由分子熱伝導度Λ
0 は、下記の表1にみるように、ガスの種類により異な
っている。
On the other hand, when there is a certain relationship between the mean free path L of the gas molecules existing in the hollow portion 3 and the dimension d between the heat insulating thin film 4 and the stem 7, the amount of heat transmitted from the thermistor 5 to the stem 7 Q follows the formula below. Q = αΛ 0 p (273.2 / T) 1/2 (T 2 −T 1 ) · A where α: temperature-dependent coefficient, Λ 0 : free molecular thermal conductivity (depending on the type of gas) Different), T 1 : thermistor formation region in the thermally insulating thin film, T 2 : temperature of the stem A: area of the thermistor formation region in the thermally insulating thin film, T: temperature of the hollow portion 3 The above heat quantity Q is a free molecule as can be seen from the equation. Thermal conductivity す る proportional to 0 , but this free molecular thermal conductivity Λ
0 varies depending on the type of gas as shown in Table 1 below.

【0014】[0014]

【表1】 [Table 1]

【0015】そして、ガス固有の熱伝導度の違いで起こ
る熱量Qの変化がガスの種類判別に意味をもつのは、平
均自由行程Lと熱絶縁薄膜4とシュテム7の間の寸法d
の差が、平均自由行程L>寸法dなる関係を満たす場合
である。平均自由行程L>寸法dなる関係でない場合、
中空部3に既に相当のガス分子が存在し中空部3による
適切な熱絶縁作用が既に崩れてしまっており、中空部3
に被検ガスを導入したとしてもガスの種類判別が出来る
だけの熱量Qの変化が起こらないからである。
The change in the amount of heat Q caused by the difference in the thermal conductivity inherent to the gas has a meaning in determining the type of gas because the mean free path L and the dimension d between the heat insulating thin film 4 and the stem 7 are different.
Is the case where the relationship of the mean free path L> the dimension d is satisfied. When there is no relation of mean free path L> dimension d,
Considerable gas molecules already exist in the hollow portion 3, and the appropriate thermal insulation action by the hollow portion 3 has already been broken.
This is because even if the test gas is introduced into the chamber, the amount of heat Q that can be used to determine the type of gas does not change.

【0016】そして、平均自由行程L>寸法dなる関係
は、事実上、減圧雰囲気でないと実現は難しく、普通、
1Torr以下の減圧雰囲気でないと難しいようである。な
お、減圧雰囲気の圧力値(真空度)も熱量Qの変動を招
くファクタであるから、通常、サンサを設置する減圧雰
囲気の圧力値は一定に保持しておくことが望まれるので
あるが、被検ガスの種類に応じて減圧雰囲気の圧力値が
異なるようであってもよい。
The relationship of mean free path L> dimension d is practically difficult to realize unless the atmosphere is a reduced pressure atmosphere.
It seems difficult unless the atmosphere is under a reduced pressure of 1 Torr or less. Since the pressure value (degree of vacuum) of the reduced-pressure atmosphere is also a factor that causes a change in the amount of heat Q, it is usually desired that the pressure value of the reduced-pressure atmosphere in which the sensor is installed be kept constant. The pressure value of the reduced pressure atmosphere may be different depending on the type of the detection gas.

【0017】この発明のガスの種類判別用センサを使用
する場合、上述のように、減圧雰囲気の内にセンサを設
置し、サーミスタ5に電流を流し(通電し)発熱状態と
しておく。他方、上記の熱量Qは中空部3に存在するガ
スの自由分子熱伝導度Λ0 で決まり、サーミスタ5は、
発熱量と熱量Qにより定まる温度となる。一方、自由分
子熱伝導度Λ0 はガスの種類によって異なっていて、中
空部3に存在するガスの種類が変われば熱量Qが変化
し、サーミスタ5の定まる温度が変わる。他方、差5は
温度が変われば抵抗値が変わる。したがって、中空部3
に存在するガスの種類によって、サーミスタ5の抵抗値
が変わるから、サーミスタ5の抵抗値に基づいてガスの
種類が分かることになる。このように、この発明は、ガ
ス固有の熱伝導度に着目してガスの種類を判別を行うも
のなのである。
When using the gas type discriminating sensor of the present invention, as described above, the sensor is installed in a reduced-pressure atmosphere, and a current is supplied to the thermistor 5 so that the thermistor 5 is heated to generate heat. On the other hand, the heat quantity Q is determined by the free molecular thermal conductivity Λ 0 of the gas existing in the hollow portion 3, and the thermistor 5
The temperature is determined by the heat value and the heat value Q. On the other hand, the free molecular thermal conductivity Λ 0 differs depending on the type of gas. If the type of gas existing in the hollow portion 3 changes, the heat quantity Q changes, and the temperature determined by the thermistor 5 changes. On the other hand, the difference 5 changes the resistance value when the temperature changes. Therefore, the hollow part 3
The resistance value of the thermistor 5 changes depending on the type of gas present in the above, so that the type of gas can be known based on the resistance value of the thermistor 5. As described above, in the present invention, the type of gas is determined by focusing on the thermal conductivity inherent to the gas.

【0018】それに、例えば、表1にみるように、質量
が近くても自由分子熱伝導度Λ0 に大きな差がある場合
があり、近い質量のガス判別が精度よく行えることが分
かる。この発明のガスの種類判別用センサは、前述の通
り、半導体装置製造技術を適用して、サイズの極く小さ
い形態のものを容易に実現できる構成であるため、十分
な小型化が図れる。
[0018] Besides, for example, as seen in Table 1, may be mass there is a large difference in free molecular heat conductivity lambda 0 be closer, it can be seen that performed accurately close the mass of gas determination. As described above, the gas type discrimination sensor of the present invention has a configuration in which a semiconductor device manufacturing technology is applied and a very small-sized form can be easily realized, so that a sufficient miniaturization can be achieved.

【0019】[0019]

【実施例】以下、この発明のガスの種類判別用センサの
実施例を、図面を参照しながら説明する。図2は、実施
例にかかるガスの種類判別用センサの要部構成をあらわ
す断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a gas type discriminating sensor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a main configuration of a gas type determination sensor according to the embodiment.

【0020】−実施例− 実施例のガスの種類判別用センサ1は、熱分離空間であ
る中空部3を有するシリコン基板2を備え、シリコン基
板1の表面に中空部3を覆って周辺がシリコン基板2に
支持された熱絶縁薄膜4が設けられたダイアフラム構成
であり、この熱絶縁薄膜4のダイアフラム構造域上にサ
ーミスタ5が設置されている構成である。熱分離空間は
サーミスタ5をシリコン基板2から熱絶縁する働きをす
る。なお、7は容器の一部を構成するシュテムである。
Embodiment The gas type discriminating sensor 1 of the embodiment is provided with a silicon substrate 2 having a hollow portion 3 which is a heat separation space, and the surface of the silicon substrate 1 covers the hollow portion 3 and has a silicon surrounding. This is a diaphragm configuration in which a heat insulating thin film 4 supported on a substrate 2 is provided, and a thermistor 5 is installed on a diaphragm structure area of the heat insulating thin film 4. The heat separation space functions to thermally insulate the thermistor 5 from the silicon substrate 2. Reference numeral 7 denotes a stem that constitutes a part of the container.

【0021】熱絶縁薄膜4は、3層構造であって、厚み
5000Åの酸化シリコン(SiO)層4aを厚み50
0Åの窒化シリコン(SiO層)4b,4cでサンドイ
ッチした構成であり、引っ張り・圧縮と異なる特性の薄
膜を積層し膜間の応力バランスをとり、反りが少なく破
壊の起こり難い機械的強度の高い膜であり、電気的絶縁
性も有する。勿論、酸化シリコン層だけの単独構成の熱
絶縁薄膜であってもよい。
The heat insulating thin film 4 has a three-layer structure, and a silicon oxide (SiO) layer 4a having a thickness of 5000.degree.
It is a structure sandwiched between 0 ° silicon nitride (SiO layers) 4b and 4c. Thin films having different characteristics from those of tensile and compression are laminated to balance the stress between the films. And also has electrical insulation. Of course, it may be a heat insulating thin film having only a silicon oxide layer alone.

【0022】一方、サーミスタ5は薄膜抵抗体である半
導体薄膜5aの裏面と表面に下電極5b,上電極5cが
設けられてなる構成である。半導体薄膜5aとしては、
容量結合型プラズマCVD法で形成したものであって、
厚み300Åのp型a−Si層51、厚み10000Å
のp型a−SiC層52、厚み300Åのp型a−Si
層53を積層してなるアモルファス半導体薄膜である。
On the other hand, the thermistor 5 has a configuration in which a lower electrode 5b and an upper electrode 5c are provided on the back and front surfaces of a semiconductor thin film 5a which is a thin film resistor. As the semiconductor thin film 5a,
Formed by a capacitively coupled plasma CVD method,
300-mm thick p-type a-Si layer 51, 10000 mm thick
P-type a-SiC layer 52, p-type a-Si having a thickness of 300 °
It is an amorphous semiconductor thin film formed by stacking layers 53.

【0023】上下のp型a−Si層51,53の形成の
際の条件は、0.25モル%のジボランを加えたモノシ
ラン(B2 6 /SiH4 =0.25%)を用い、基板
温度180℃、ガス圧力0.9Torr、放電電力20W、
周波数13.56MHz、電極サイズ30mm×30m
m、電極間隔25mmとした。p型a−SiC層52の
形成の際の条件は、SiH4 :100sccm、B2
6 (0.5%H2 ベース):50sccm、CH4 :4
00sccmのガス供給量とし、基板温度180℃、ガ
ス圧力0.9Torr、放電電力20W、周波数13.56
MHz、電極サイズ30mm×30mm、電極間隔25m
mとした。
The conditions for forming the upper and lower p-type a-Si layers 51 and 53 are as follows: monosilane (B 2 H 6 / SiH 4 = 0.25%) to which 0.25 mol% of diborane is added; Substrate temperature 180 ° C, gas pressure 0.9 Torr, discharge power 20W,
13.56MHz frequency, electrode size 30mm x 30m
m, and the electrode spacing was 25 mm. The conditions for forming the p-type a-SiC layer 52 are as follows: SiH 4 : 100 sccm, B 2 H
6 (0.5% H 2 base): 50 sccm, CH 4 : 4
The gas supply amount was 00 sccm, the substrate temperature was 180 ° C., the gas pressure was 0.9 Torr, the discharge power was 20 W, and the frequency was 13.56.
MHz, electrode size 30mm x 30mm, electrode spacing 25m
m.

【0024】下電極5bは電子ビーム蒸着法で形成した
厚み2000Å程度の適当な導電薄膜が用いられる。導
電薄膜(特に下電極5bの場合)としてはNi−Cr系
薄膜が適当であるが、Cr薄膜でもよい。上電極5cは
電子ビーム蒸着法で形成した厚み2000Å程度の適当
な導電薄膜が用いられる。導電薄膜としてはCr薄膜な
どが挙げられる。
As the lower electrode 5b, an appropriate conductive thin film having a thickness of about 2000 ° formed by an electron beam evaporation method is used. As the conductive thin film (especially in the case of the lower electrode 5b), a Ni—Cr-based thin film is suitable, but a Cr thin film may be used. As the upper electrode 5c, an appropriate conductive thin film having a thickness of about 2000 ° formed by an electron beam evaporation method is used. Examples of the conductive thin film include a Cr thin film.

【0025】半導体薄膜や導電薄膜は、勿論、微細加工
技術によるパターン化により所定のパターン形状にする
ことは言うまでもない。なお、a−Si層51とa−S
iC層52の間、a−Si層53とa−SiC層52の
間に、a−Si組成からa−SiC組成に連続ないし段
階的に移行させた層(バッファ層)をそれぞれ挿入する
ことが、良好なオーミック性を得る上で望ましい。
Needless to say, the semiconductor thin film and the conductive thin film are formed into a predetermined pattern shape by patterning using a fine processing technique. The a-Si layer 51 and a-S
Between the iC layer 52 and between the a-Si layer 53 and the a-SiC layer 52, it is possible to insert a layer (buffer layer) continuously or stepwise shifted from the a-Si composition to the a-SiC composition. It is desirable for obtaining good ohmic properties.

【0026】また、a−Si層51,53やa−SiC
層52の形成条件も、上の条件に限られず、例えば、ガ
ス圧力0.1〜10Torr、放電電力10〜150W、基
板温度100〜300℃、B2 6 /SiH4 =0.0
1〜1%の範囲から適当な条件を選択する。a−SiC
層52の厚みも、数百Å〜数μmの範囲から選定でき
る。このような薄膜を用いた場合、B定数が5000程
度のサーミスタ5とすることができる。
Further, a-Si layers 51 and 53 and a-SiC
The conditions for forming the layer 52 are not limited to the above conditions. For example, the gas pressure is 0.1 to 10 Torr, the discharge power is 10 to 150 W, the substrate temperature is 100 to 300 ° C., and B 2 H 6 / SiH 4 = 0.0.
Appropriate conditions are selected from the range of 1 to 1%. a-SiC
The thickness of the layer 52 can also be selected from the range of several hundreds of μm to several μm. When such a thin film is used, a thermistor 5 having a B constant of about 5000 can be obtained.

【0027】普通、熱絶縁薄膜4およびサーミスタ5を
完成させたのち、シリコン基板1の裏面側を、HF−H
NO3 系ないしKOH等のエッチング液を使用する異方
性エッチングにより熱絶縁薄膜4を残すようにして堀り
込み、中空部3を形成してダイアフラム構造を完成す
る。この後、シリコン基板1の裏面をシリコン樹脂等を
用いてシュテム7の表面に接合し、ガスの種類判別用セ
ンサを完成した。この発明のガスの種類判別用センサの
場合、シュテム7のない状態であってもよい。また、実
施例の場合、シュテム7の表面がもっとも近く、シュテ
ム7表面と熱絶縁薄4との距離の寸法d<平均自由行程
Lとなる必要があるが、サーミスタ5の上側でサーミス
タ5表面に近接して臨む容器面を配し、この容器面とサ
ーミスタ表面の間の距離の寸法よりも平均自由行程Lが
大きいという構成としてもよい。
Usually, after the heat insulating thin film 4 and the thermistor 5 are completed, the back surface of the silicon substrate 1 is HF-H
Drilling is performed by anisotropic etching using an etchant such as NO 3 or KOH so as to leave the heat insulating thin film 4 to form the hollow portion 3 to complete the diaphragm structure. Thereafter, the back surface of the silicon substrate 1 was joined to the surface of the stem 7 using a silicone resin or the like, thereby completing a gas type discrimination sensor. In the case of the gas type discrimination sensor of the present invention, the state without the stem 7 may be used. In the case of the embodiment, the surface of the stem 7 is closest, and the dimension d of the distance between the surface of the stem 7 and the heat insulating thin film 4 needs to be smaller than the mean free path L. A configuration may be adopted in which a container surface facing closely is arranged, and the mean free path L is larger than the dimension of the distance between the container surface and the thermistor surface.

【0028】実施例の場合、シリコン基板1の厚みが約
300μmであるため、シュテム7表面と熱絶縁薄膜4
の裏側の距離である寸法dも約300μmである。図3
に、実施例のガスの種類判別用センサにおけるガスの種
類とサーミスタの温度上昇の関係を示す。図3の横軸は
ガスの種類であり、縦軸は減圧雰囲気で通電させたサー
ミスタの前記ガス導入時の温度上昇の程度である。図3
では、サーミスタ5の温度がガスの種類に応じて異なっ
ており、この結果、ガスの種類の判別ができることが分
かる。
In the case of the embodiment, since the thickness of the silicon substrate 1 is about 300 μm, the surface of the stem 7 and the heat insulating thin film 4
Is about 300 μm, which is the distance on the back side of. FIG.
The relationship between the gas type and the temperature rise of the thermistor in the gas type determination sensor of the embodiment is shown below. The abscissa in FIG. 3 indicates the type of gas, and the ordinate indicates the degree of temperature rise when the gas is introduced into the thermistor in a depressurized atmosphere. FIG.
In FIG. 7, it is understood that the temperature of the thermistor 5 differs depending on the type of gas, and as a result, the type of gas can be determined.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上に述べたように、この発明における
ガスの種類判別用センサは、サイズの極く小さい形態の
ものが容易に実現できる構成であって小型化が出来、質
量が近くとも熱伝導度に大きな差のある場合は適切なガ
スの種類判別が行えるため、近い質量のガスの間でのガ
ス判別に適していて、有用性が高く、このセンサを用い
てガスの種類判別を行うこの発明の方法の場合、減圧雰
囲気が必要な程度であって、大掛かりな装置構成を必要
としないため、実用性は顕著である。
As described above, the gas type discriminating sensor according to the present invention has a configuration in which an extremely small form can be easily realized. If there is a large difference in conductivity, appropriate gas type discrimination can be performed, so it is suitable for gas discrimination between gases having similar masses and is highly useful, and gas type discrimination is performed using this sensor. In the case of the method of the present invention, a reduced-pressure atmosphere is necessary, and a large-scale apparatus configuration is not required, so that the practicality is remarkable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明のガスの種類判別用センサの基本構成
例をあらわす断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a basic configuration of a gas type determination sensor according to the present invention.

【図2】実施例のガスの種類判別用センサの要部構成を
あらわす断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of a gas type determination sensor according to the embodiment.

【図3】実施例のセンサでのガスの種類とサーミスタの
温度上昇の関係を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the type of gas and the temperature rise of the thermistor in the sensor of the embodiment.

【図4】従来の質量分析計の原理を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory view showing the principle of a conventional mass spectrometer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガスの種類判別用センサ 2 基板 3 中空部 4 熱絶縁薄膜 5 サーミスタ 7 シュテム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas type discrimination sensor 2 Substrate 3 Hollow part 4 Thermal insulating thin film 5 Thermistor 7 Stem

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−96549(JP,A) 特開 平4−356979(JP,A) 実公 平2−39249(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/18 G01N 25/18 Continuation of the front page (56) References JP-A-1-96549 (JP, A) JP-A-4-355699 (JP, A) Jiko 2-39249 (JP, Y2) (58) Fields surveyed (Int .Cl. 7 , DB name) G01N 27/18 G01N 25/18

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 中空部を有する基板と、この中空部を覆
って周辺が基板に支持された熱絶縁薄膜とを備えるとと
もに、この熱絶縁薄膜の中空部を覆う領域上に設けられ
たサーミスタを備え、前記基板はシュテム上に配置され
ており、被検ガスのガス分子の平均自由工程Lと、熱絶
縁薄膜とシュテムとの間の寸法dとが、L>dの関係を
満足するガスの種類判別用センサ。
1. A thermistor provided on a region having a hollow portion and a heat insulating thin film covering the hollow portion and having a periphery supported by the substrate, and provided on a region covering the hollow portion of the heat insulating thin film. The substrate is arranged on a stem
Mean free path L of gas molecules of the test gas
The dimension d between the edge thin film and the stem is defined by the relation of L> d.
Satisfactory gas type sensor.
【請求項2】 熱絶縁薄膜が、複数の層を積層してなる
多層構造の薄膜である請求項1記載のガスの種類判別用
センサ。
2. The gas type discrimination sensor according to claim 1, wherein the heat insulating thin film is a thin film having a multilayer structure in which a plurality of layers are laminated.
【請求項3】 多層構造が酸化シリコン層と窒化シリコ
ン層の積層でなされている請求項2記載のガスの種類判
別用センサ。
3. The gas type discrimination sensor according to claim 2, wherein the multilayer structure is formed by laminating a silicon oxide layer and a silicon nitride layer.
【請求項4】 サーミスタにおける温度変化により抵抗
値が変化する感温抵抗体として、半導体薄膜からなる抵
抗体が用いられている請求項1から3までのいずれかに
記載のガスの種類判別用センサ。
4. The gas type discriminating sensor according to claim 1, wherein a resistor made of a semiconductor thin film is used as the temperature-sensitive resistor whose resistance value changes with a temperature change in the thermistor. .
【請求項5】 半導体薄膜が少なくともアモルファス炭
化シリコン薄膜を有する請求項4記載のガスの種類判別
用センサ。
5. The gas type discrimination sensor according to claim 4, wherein the semiconductor thin film has at least an amorphous silicon carbide thin film.
【請求項6】 請求項1から5までのいずれかに記載の
ガス種判別用センサを減圧雰囲気内に配置しサーミスタ
を通電した状態で被検ガスを導入し、被検ガス導入時の
前記サーミスタの抵抗値に基づき、被検ガスの種類を判
別するようにするガスの種類判別方法。
6. A gas type discriminating sensor according to claim 1, wherein the gas type discriminating sensor is disposed in a reduced-pressure atmosphere, and a test gas is introduced while the thermistor is energized. A gas type determining method for determining the type of the test gas based on the resistance value of the gas.
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