JPH05249063A - 圧力計一体型ガスセンサ - Google Patents
圧力計一体型ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH05249063A JPH05249063A JP8278592A JP8278592A JPH05249063A JP H05249063 A JPH05249063 A JP H05249063A JP 8278592 A JP8278592 A JP 8278592A JP 8278592 A JP8278592 A JP 8278592A JP H05249063 A JPH05249063 A JP H05249063A
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- Japan
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- gas
- substrate
- pressure
- gas sensor
- diaphragm
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 被検ガスの濃度と圧力を１チップで同時に測
定できるガスセンサを提供すること。 【構成】 Ｓｉ基板２上に電気絶縁性材料から成る張り
出し部３を設けて感ガス素子とヒーターリード１０を設
置し、ガスの濃度を測定する。また、前記同一Ｓｉ基板
２上にダイアフラム５を設けてピエゾ抵抗素子２０を設
置し、ガスの圧力を測定する。
定できるガスセンサを提供すること。 【構成】 Ｓｉ基板２上に電気絶縁性材料から成る張り
出し部３を設けて感ガス素子とヒーターリード１０を設
置し、ガスの濃度を測定する。また、前記同一Ｓｉ基板
２上にダイアフラム５を設けてピエゾ抵抗素子２０を設
置し、ガスの圧力を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスセンサに係り、特に
被検ガス濃度を測定する機能と、被検ガスを含む気体の
圧力を測定する機能を合わせ持つ圧力計一体型ガスセン
サに関する。
被検ガス濃度を測定する機能と、被検ガスを含む気体の
圧力を測定する機能を合わせ持つ圧力計一体型ガスセン
サに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来被検ガスの濃度と、被検ガスを含む
気体の圧力を測定するためには、前記被検ガスの濃度を
測定する濃度センサと被検ガスを含む気体の圧力を測定
する圧力センサを別々に用いる必要があった。
気体の圧力を測定するためには、前記被検ガスの濃度を
測定する濃度センサと被検ガスを含む気体の圧力を測定
する圧力センサを別々に用いる必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のガスセンサで
は、被検ガスの濃度と被検ガスを含む気体の圧力を同時
に測定するためにはガスセンサ２台分の設置空間を必要
とすると共に、ガスセンサ２台分のコストを必要とす
る。
は、被検ガスの濃度と被検ガスを含む気体の圧力を同時
に測定するためにはガスセンサ２台分の設置空間を必要
とすると共に、ガスセンサ２台分のコストを必要とす
る。
【０００４】本発明は上記の点を解決しようとするもの
で、その目的は被検ガスの濃度と被検ガスを含む気体の
圧力を１チップで同時に測定できる圧力計一体型ガスセ
ンサを提供することである。
で、その目的は被検ガスの濃度と被検ガスを含む気体の
圧力を１チップで同時に測定できる圧力計一体型ガスセ
ンサを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明においては、ガス
センサのＳｉ基板上に電気絶縁性材料から成る張り出し
部を設けると共に前記張り出し部に感ガス素子（例えば
金属酸化物半導体層）を設置し、前記感ガス素子の抵抗
値変化により被検ガスを含む気体中のガスの濃度を測定
する。また本発明においては、前記同一Ｓｉ基板の一部
を薄肉化してダイアフラムを設けると共に前記ダイアフ
ラム上にピエゾ抵抗素子を設置し、前記ピエゾ抵抗素子
の抵抗値変化により被検ガスを含む気体の圧力を測定す
る。
センサのＳｉ基板上に電気絶縁性材料から成る張り出し
部を設けると共に前記張り出し部に感ガス素子（例えば
金属酸化物半導体層）を設置し、前記感ガス素子の抵抗
値変化により被検ガスを含む気体中のガスの濃度を測定
する。また本発明においては、前記同一Ｓｉ基板の一部
を薄肉化してダイアフラムを設けると共に前記ダイアフ
ラム上にピエゾ抵抗素子を設置し、前記ピエゾ抵抗素子
の抵抗値変化により被検ガスを含む気体の圧力を測定す
る。
【０００６】すなわち、本発明はＳｉ基板、感ガス素
子、ヒーターリードおよびピエゾ抵抗素子から成る圧力
計一体型ガスセンサにおいて、電気絶縁性材料から成る
張り出し部を前記Ｓｉ基板上に空中に張り出して設ける
と共に前記張り出し部上に前記感ガス素子とヒーターリ
ードを設置し、また前記Ｓｉ基板の一部を薄肉化してダ
イアフラムを設けると共に前記ダイアフラム上に前記ピ
エゾ抵抗素子を設置したことを特徴とする。
子、ヒーターリードおよびピエゾ抵抗素子から成る圧力
計一体型ガスセンサにおいて、電気絶縁性材料から成る
張り出し部を前記Ｓｉ基板上に空中に張り出して設ける
と共に前記張り出し部上に前記感ガス素子とヒーターリ
ードを設置し、また前記Ｓｉ基板の一部を薄肉化してダ
イアフラムを設けると共に前記ダイアフラム上に前記ピ
エゾ抵抗素子を設置したことを特徴とする。
【０００７】
【作用】このように、本発明による圧力計一体型ガスセ
ンサにおいては、同一チップ上に感ガス素子とピエゾ素
子を設けることにより、前記感ガス素子で被検ガス濃度
を測定すると共に、前記ピエゾ素子で被検ガスを含む気
体中のガスの圧力を測定できる。
ンサにおいては、同一チップ上に感ガス素子とピエゾ素
子を設けることにより、前記感ガス素子で被検ガス濃度
を測定すると共に、前記ピエゾ素子で被検ガスを含む気
体中のガスの圧力を測定できる。
【０００８】
【実施例】次に図面に示す実施例を挙げて本発明を更に
詳しく説明する。図１は本発明による圧力計一体型ガス
センサの全体構成を示す概略説明図である。但し電極配
線、ヒーターリード、感ガス素子は図示していない。図
中ガラスベース１上には基板２が陽極接合してある。こ
こでは、基板２として異方性エッチングを行うのに都合
のよい、Ｓｉ基板を使用した場合を例にとって説明す
る。特にｐ型のピエゾ抵抗素子２０を形成するために
は、ｎ型Ｓｉ（１００）面を基板２として使用すること
が好ましい。Ｓｉ基板２には、エッチング液（例えば水
酸化カリウム水溶液）により異方性エッチングを行い、
張り出し部３と凹部４とダイアフラム５を形成する。ま
た必要に応じてガラスベース１には、ダイアフラム５の
裏面側に基準圧力を導入する基準圧導入口１ａを設け
る。
詳しく説明する。図１は本発明による圧力計一体型ガス
センサの全体構成を示す概略説明図である。但し電極配
線、ヒーターリード、感ガス素子は図示していない。図
中ガラスベース１上には基板２が陽極接合してある。こ
こでは、基板２として異方性エッチングを行うのに都合
のよい、Ｓｉ基板を使用した場合を例にとって説明す
る。特にｐ型のピエゾ抵抗素子２０を形成するために
は、ｎ型Ｓｉ（１００）面を基板２として使用すること
が好ましい。Ｓｉ基板２には、エッチング液（例えば水
酸化カリウム水溶液）により異方性エッチングを行い、
張り出し部３と凹部４とダイアフラム５を形成する。ま
た必要に応じてガラスベース１には、ダイアフラム５の
裏面側に基準圧力を導入する基準圧導入口１ａを設け
る。
【０００９】最初に本発明による被検ガス濃度の測定セ
ンサについて説明する。図２に張り出し部３付近の拡大
図を、図３に図２中のＸ−Ｘ’断面図を示す。ここでは
張り出し部３の例として片持ち梁構造を採用しているが
架橋構造等であってもよい。また、張り出し部３の数は
必要に応じていくつであってもよい。張り出し部３上に
はヒーターリード１０と感ガス素子として金属酸化物半
導体層１１を設置する。金属酸化物半導体層１１は被検
ガスを検知すると抵抗値が変化するのでこの変化を検出
リード１２で検出する。基板２にＳｉ（１００）面を使
用した場合は、張り出し部３の長手方向として（１１
０）方向から４５度傾けた方向を選択すると、前記張り
出し部３の製作が容易となる。張り出し部３の材料とし
てはシリカが、ヒーターリード１０と検出リード１２の
材料としては白金が好ましい。金属酸化物半導体層１１
の材料としては、錫、亜鉛、インジウム、チタン、鉄等
の酸化物があげられ、中でも錫の酸化物の使用が最も好
ましい。
ンサについて説明する。図２に張り出し部３付近の拡大
図を、図３に図２中のＸ−Ｘ’断面図を示す。ここでは
張り出し部３の例として片持ち梁構造を採用しているが
架橋構造等であってもよい。また、張り出し部３の数は
必要に応じていくつであってもよい。張り出し部３上に
はヒーターリード１０と感ガス素子として金属酸化物半
導体層１１を設置する。金属酸化物半導体層１１は被検
ガスを検知すると抵抗値が変化するのでこの変化を検出
リード１２で検出する。基板２にＳｉ（１００）面を使
用した場合は、張り出し部３の長手方向として（１１
０）方向から４５度傾けた方向を選択すると、前記張り
出し部３の製作が容易となる。張り出し部３の材料とし
てはシリカが、ヒーターリード１０と検出リード１２の
材料としては白金が好ましい。金属酸化物半導体層１１
の材料としては、錫、亜鉛、インジウム、チタン、鉄等
の酸化物があげられ、中でも錫の酸化物の使用が最も好
ましい。
【００１０】次に、図４に感ガス素子として白金あるい
はパラジウムを担持した酸化触媒層を用いた場合の実施
例を示す。図５には図４中のＹ−Ｙ’断面を示す。張り
出し部３上にヒーターリード１０と酸化触媒層１３を形
成する。酸化触媒層１３はヒーターリード１０上もしく
はヒーターリード１０近傍に形成する。これは被検ガス
の燃焼による酸化触媒層１３の温度変化をヒーターリー
ド１０に伝えやすくするためである。酸化触媒層１３の
材料としては例えばアルミナあるいはシリカを主成分と
する担体に白金やパラジウムを触媒として担持した物を
使用する。前記酸化触媒層１３が被検ガスにさらされる
と酸化触媒層１３付近で前記被検ガスが燃焼し、前記酸
化触媒層１３に温度変化が生じる。前記酸化触媒層１３
の温度変化はヒーターリード１０に抵抗値変化となって
表れ、前記抵抗値変化を測定することにより被検ガス濃
度を検出する。
はパラジウムを担持した酸化触媒層を用いた場合の実施
例を示す。図５には図４中のＹ−Ｙ’断面を示す。張り
出し部３上にヒーターリード１０と酸化触媒層１３を形
成する。酸化触媒層１３はヒーターリード１０上もしく
はヒーターリード１０近傍に形成する。これは被検ガス
の燃焼による酸化触媒層１３の温度変化をヒーターリー
ド１０に伝えやすくするためである。酸化触媒層１３の
材料としては例えばアルミナあるいはシリカを主成分と
する担体に白金やパラジウムを触媒として担持した物を
使用する。前記酸化触媒層１３が被検ガスにさらされる
と酸化触媒層１３付近で前記被検ガスが燃焼し、前記酸
化触媒層１３に温度変化が生じる。前記酸化触媒層１３
の温度変化はヒーターリード１０に抵抗値変化となって
表れ、前記抵抗値変化を測定することにより被検ガス濃
度を検出する。
【００１１】さらに本発明による被検ガス圧の測定セン
サについて説明する。図６にダイアフラム付近の拡大図
を示し、図７に図６中のＺ−Ｚ’断面を示す。ピエゾ抵
抗素子２０は、ｎ型Ｓｉ（１００）面にたとえば硼素を
不純物拡散あるいはイオンインプラントすることにより
形成する。この場合、ピエゾ抵抗素子２０は感度向上の
ために図のようにダイアフラム周辺部に配置し、その長
手方向は（１００）方向とすることが望ましい。ピエゾ
抵抗素子２０には配線２１を接続する。その材料として
はアルミニウムが一般的であるが、白金を用いれば製造
プロセスが簡単になる。図示はしていないが、これらの
ピエゾ抵抗素子２０がブリッジ回路を構成するようにワ
イヤーボンドを施す。
サについて説明する。図６にダイアフラム付近の拡大図
を示し、図７に図６中のＺ−Ｚ’断面を示す。ピエゾ抵
抗素子２０は、ｎ型Ｓｉ（１００）面にたとえば硼素を
不純物拡散あるいはイオンインプラントすることにより
形成する。この場合、ピエゾ抵抗素子２０は感度向上の
ために図のようにダイアフラム周辺部に配置し、その長
手方向は（１００）方向とすることが望ましい。ピエゾ
抵抗素子２０には配線２１を接続する。その材料として
はアルミニウムが一般的であるが、白金を用いれば製造
プロセスが簡単になる。図示はしていないが、これらの
ピエゾ抵抗素子２０がブリッジ回路を構成するようにワ
イヤーボンドを施す。
【００１２】最後に本発明による圧力計一体型ガスセン
サの製造プロセスの一例を図８に基づき簡単に説明す
る。ここで示す図は説明を判りやすくするために、実際
の断面図とは多少異なる。また感ガス素子は金属酸化物
半導体層の場合について述べる。本発明における圧力計
一体型ガスセンサは図８の（ａ）から（ｇ）の順に沿っ
て製造する。その内容は下記の通りである。 （ａ）ｎ型Ｓｉ（１００）基板２を熱酸化して前記Ｓｉ
基板２の上下両面にシリカ層を形成する。 （ｂ）ピエゾ抵抗素子２０を形成する部分のシリカ層を
エッチングする。 （ｃ）硼素をデポジション後、酸化性雰囲気の中でドラ
イブインし、ピエゾ抵抗素子２０を形成する。 （ｄ）前記ピエゾ抵抗素子２０上の所定の位置にコンタ
クトホールを形成する。この際、Ｓｉ基板２の下面にも
レジストを塗布し、シリカ層を保護する。 （ｅ）Ｓｉ基板２上に白金をスパッタリング蒸着し、ピ
エゾ抵抗素子２０の配線２１とヒーターリード１０と検
出リードのパターンを形成する。 （ｆ）酸化錫膜をスパッタリング後、パターニングし、
金属酸化物半導体層（感ガス素子）１１を形成する。 （ｇ）二つの金属酸化物半導体層（感ガス素子）１１の
間のシリカを水酸化カリウム水溶液で異方性エッチング
し、前記Ｓｉ基板上で絶縁体材料でできた張り出し部３
と前記Ｓｉ基板と前記張り出し部３との間に設けた凹部
４とダイアフラム５を形成する。
サの製造プロセスの一例を図８に基づき簡単に説明す
る。ここで示す図は説明を判りやすくするために、実際
の断面図とは多少異なる。また感ガス素子は金属酸化物
半導体層の場合について述べる。本発明における圧力計
一体型ガスセンサは図８の（ａ）から（ｇ）の順に沿っ
て製造する。その内容は下記の通りである。 （ａ）ｎ型Ｓｉ（１００）基板２を熱酸化して前記Ｓｉ
基板２の上下両面にシリカ層を形成する。 （ｂ）ピエゾ抵抗素子２０を形成する部分のシリカ層を
エッチングする。 （ｃ）硼素をデポジション後、酸化性雰囲気の中でドラ
イブインし、ピエゾ抵抗素子２０を形成する。 （ｄ）前記ピエゾ抵抗素子２０上の所定の位置にコンタ
クトホールを形成する。この際、Ｓｉ基板２の下面にも
レジストを塗布し、シリカ層を保護する。 （ｅ）Ｓｉ基板２上に白金をスパッタリング蒸着し、ピ
エゾ抵抗素子２０の配線２１とヒーターリード１０と検
出リードのパターンを形成する。 （ｆ）酸化錫膜をスパッタリング後、パターニングし、
金属酸化物半導体層（感ガス素子）１１を形成する。 （ｇ）二つの金属酸化物半導体層（感ガス素子）１１の
間のシリカを水酸化カリウム水溶液で異方性エッチング
し、前記Ｓｉ基板上で絶縁体材料でできた張り出し部３
と前記Ｓｉ基板と前記張り出し部３との間に設けた凹部
４とダイアフラム５を形成する。
【００１３】
【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、１
チップで被検ガス濃度とそのガスを含む気体の圧力を同
時に測定可能な圧力計一体型ガスセンサを実現できる。
またガス濃度センサと圧力センサを同一基板上に形成で
きるのでガスセンサを小型化できる。また１種類のガス
センサのみ生産すればよいからガスセンサの量産がで
き、生産コストを下げることができる。
チップで被検ガス濃度とそのガスを含む気体の圧力を同
時に測定可能な圧力計一体型ガスセンサを実現できる。
またガス濃度センサと圧力センサを同一基板上に形成で
きるのでガスセンサを小型化できる。また１種類のガス
センサのみ生産すればよいからガスセンサの量産がで
き、生産コストを下げることができる。
【図１】本発明による圧力計一体型ガスセンサの全体構
成を示す概略説明図である。
成を示す概略説明図である。
【図２】図１中の張り出し部の拡大図である。
【図３】図２中のＸ−Ｘ’断面図である。
【図４】感ガス素子として酸化触媒層を用いた場合を示
す説明図である。
す説明図である。
【図５】図４中のＹ−Ｙ’断面図である。
【図６】図１中のダイアフラム部付近の拡大図である。
【図７】図６中のＺ−Ｚ’断面図である。
【図８】本発明の圧力計一体型ガスセンサ製造プロセス
を示す説明図である。
を示す説明図である。
１ａ 基準圧導入口 １ ガラスベース ２ 基板（Ｓｉ基板） ３ 張り出し部 ４ 凹部 ５ ダイアフラム １０ ヒーターリード １１ 金属酸化物半導体層 １２ 検出リード １３ 酸化触媒層 ２０ ピエゾ抵抗素子 ２１ 配線
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓｉ基板、感ガス素子、ヒーターリード
およびピエゾ抵抗素子から成る圧力計一体型ガスセンサ
において、電気絶縁性材料から成る張り出し部を前記Ｓ
ｉ基板上に空中に張り出して設けると共に前記張り出し
部上に前記感ガス素子とヒーターリードを設置し、また
前記Ｓｉ基板の一部を薄肉化してダイアフラムを設ける
と共に前記ダイアフラム上に前記ピエゾ抵抗素子を設置
したことを特徴とする、圧力計一体型ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8278592A JPH05249063A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 圧力計一体型ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8278592A JPH05249063A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 圧力計一体型ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249063A true JPH05249063A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=13784074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8278592A Pending JPH05249063A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 圧力計一体型ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05249063A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5708190A (en) * | 1996-04-02 | 1998-01-13 | Ssi Technologies, Inc. | Gas concentration sensor |
| JP2011017624A (ja) * | 2009-07-09 | 2011-01-27 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサおよび薄膜ガスセンサの製造方法 |
| JP2014066559A (ja) * | 2012-09-25 | 2014-04-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | センサ |
| CN113776592A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-10 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种气体与压力复合传感器及其制备方法 |
-
1992
- 1992-03-04 JP JP8278592A patent/JPH05249063A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5708190A (en) * | 1996-04-02 | 1998-01-13 | Ssi Technologies, Inc. | Gas concentration sensor |
| JP2011017624A (ja) * | 2009-07-09 | 2011-01-27 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサおよび薄膜ガスセンサの製造方法 |
| JP2014066559A (ja) * | 2012-09-25 | 2014-04-17 | Ngk Spark Plug Co Ltd | センサ |
| CN113776592A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-10 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种气体与压力复合传感器及其制备方法 |
| CN113776592B (zh) * | 2021-09-10 | 2023-11-24 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种气体与压力复合传感器及其制备方法 |
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