JPH08278273A - Gas detector - Google Patents
Gas detectorInfo
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- JPH08278273A JPH08278273A JP7112387A JP11238795A JPH08278273A JP H08278273 A JPH08278273 A JP H08278273A JP 7112387 A JP7112387 A JP 7112387A JP 11238795 A JP11238795 A JP 11238795A JP H08278273 A JPH08278273 A JP H08278273A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【技術分野】本発明は、雰囲気中に、あらかじめ検知対
象と想定した検知対象群に属するガスが存在するか否か
を検知することのできるガス検知装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas detection device capable of detecting whether or not a gas belonging to a detection target group assumed to be a detection target in advance exists in an atmosphere.
【０００２】[0002]
【従来技術】ガス検知装置には、金属酸化物を使用する
半導体検知方式のものと、触媒を使用した接触燃焼方式
のものとがあるが、何れの場合にもヒーターを用いてガ
ス感応素子を加熱する必要があり、消費電力が大きく又
応答性にも問題がある。そのため、微細加工によるマイ
クロヒーター（特公昭６２−２４３８号公報）を使用す
るガス検知装置が提案されている（特開昭６１−１９１
９５３号公報）。マイクロヒーターの使用により消費電
力、応答性は大幅に改善されたが、ガス選択性を持たせ
るためにはフィルター等を付加するか、それぞれのガス
に対する感度の異なるガス感応素子を複数個使用する必
要があり、コスト面等で問題を残している。加えて、前
記フィルターは雑ガスを除き目的のガスのみを検知する
ものであり、多種類のガスを１つのガス検知装置で識別
することは不可能である。2. Description of the Related Art There are two types of gas detection devices, a semiconductor detection system using metal oxides and a catalytic combustion system using a catalyst. In either case, a gas sensitive element is equipped with a heater. Since it needs to be heated, it consumes a large amount of power and has a problem in responsiveness. Therefore, a gas detection device using a micro-heater by microfabrication (Japanese Patent Publication No. 62-2438) has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 61-191).
953). Although power consumption and responsiveness have been greatly improved by using a micro-heater, it is necessary to add a filter or the like or use multiple gas sensitive elements with different sensitivities to each gas in order to have gas selectivity. However, there is a problem in terms of cost. In addition, the filter detects only the target gas excluding the miscellaneous gas, and it is impossible to identify many kinds of gas with one gas detection device.
【０００３】[0003]
【目的】雰囲気ないし環境中に存在する、一般的には好
ましくないガス成分を検知する装置に於ては、通常、ど
んな種類のガスがあるかは問題とされることは少なく、
普段と異なったガスが存在するか否かのみが重要である
ことが多い。特に、いわゆるガス警報器といわれる分野
はそれにあてはまるものである。例えば、プロパン、都
市ガスなどの可燃性ガスのもれ、ないしそれらの不完全
燃焼によって生じる水素、一酸化炭素などがあげられ
る。これらは、いかなるものであってもまず、それらの
存在自体を判定することが一義的に重要である。したが
って、本発明の目的は、フィルター等の付加を必要とす
ることなく、あらかじめ検知対象と想定した検知対象群
に属するガスの存在を一つのガス検知装置で検知するこ
とのできる装置を提供することにある。[Purpose] In a device for detecting generally unfavorable gas components existing in an atmosphere or environment, what kind of gas is usually not a problem,
Often it is only important whether or not there is a different gas than usual. In particular, the field of so-called gas alarms applies to that. Examples thereof include leakage of combustible gases such as propane and city gas, and hydrogen and carbon monoxide produced by incomplete combustion of them. Whatever these are, first of all it is important to determine their existence. Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of detecting the presence of a gas belonging to a detection target group assumed to be a detection target in advance by one gas detection device without requiring addition of a filter or the like. It is in.
【０００４】[0004]
【構成】 本発明のガス検知装置の１つは、電気絶縁性基板、お
よび該基板上にそれぞれが独立して設けられた、あらか
じめ検知対象と想定された検知対象群に属するガスの存
在を検知することができる複数個のガス検知用の金属酸
化物薄膜、該金属酸化物薄膜の加熱手段および抵抗測定
手段を少なくとも有するガス検知装置において、抵抗測
定手段が同一の抵抗測定用電極よりなる電極対により前
記各金属酸化物薄膜の抵抗の変化を検知して行うことを
特徴とするものである。すなわち、本発明のガス検知素
子は、あらかじめ検知対象と想定された検知対象群に属
するガスの１つでも、検知対象の雰囲気中に存在する場
合には、その存在を検知して、警報信号を発生すること
ができる能力を有するものであれば良く、検知対象の雰
囲気中にどんな種類のガスが存在するかまでを検知する
ものではない。前記ガス検知装置としては、例えば各金
属酸化物薄膜が同一の金属酸化物材料で構成され、かつ
前記薄膜の加熱手段が該薄膜を異なった温度で加熱する
ものが、装置の構成の簡単化およびその作製の容易さ等
の観点から好ましいものである。但し、本装置において
は、前記のような構成のものが好ましいが、もちろん前
記金属酸化物薄膜は複数の異なった材料で構成されてい
てもよい。A gas detection device according to the present invention detects the presence of a gas belonging to a detection target group, which is assumed to be a detection target in advance, which is provided on an electrically insulating substrate and is independently provided on the substrate. A plurality of gas detecting metal oxide thin films, a gas detecting device having at least a heating means for the metal oxide thin films and a resistance measuring means, wherein the resistance measuring means comprises the same resistance measuring electrode. Is performed by detecting a change in resistance of each of the metal oxide thin films. That is, the gas detection element of the present invention detects the presence of even one of the gases belonging to the detection target group presumed to be the detection target in the atmosphere of the detection target and outputs an alarm signal. It only needs to have the ability to generate, and does not detect what kind of gas is present in the atmosphere to be detected. As the gas detection device, for example, each metal oxide thin film is made of the same metal oxide material, and the heating means of the thin film heats the thin film at different temperatures. This is preferable from the viewpoint of easiness of production and the like. However, in the present apparatus, the one having the above-mentioned structure is preferable, but the metal oxide thin film may of course be composed of a plurality of different materials.
【０００５】本発明のガス検知装置の他の１つは、基
板上に空中に張り出して設けられた電気絶縁性材料から
なる張り出し部を有するものであって、かつ、前記張り
出し部に、１または各々がそれぞれ独立した２以上のガ
ス検知用の金属酸化物と該金属酸化物薄膜の加熱手段お
よび抵抗測定手段を有するものである。この装置におい
ても前記の装置と同様に、各金属酸化物材料で構成さ
れ、かつ前記薄膜の加熱手段が該薄膜を異なった温度で
加熱するものが好ましいが、前記の装置と同様に、前
記金属酸化物薄膜は複数の異なった材料で構成されてい
てもよい。また、このガス検知装置は、張り出し部にヒ
ーター、金属酸化物薄膜抵抗測定手段を設けてあるの
で、ヒーターへの電力の投入後、ごく短時間で所定の温
度になる。従って図８に示すように、例えばヒーターに
印加する電圧を立上り時間より数倍長い周期で、のこぎ
り歯状に変化させることにより、一つの周期内で常温か
ら設定されたある温度に金属酸化物薄膜を加熱すること
ができる。従って、検知対象の雰囲気中に複数の検知対
象のガス成分が存在する場合であっても、金属酸化物薄
膜が１個で、検知対象の雰囲気中に検知対象群に属する
ガス成分が少なくとも１種は存在することを検知するこ
とができる。Another one of the gas detectors of the present invention has an overhanging portion made of an electrically insulating material provided on the substrate in an overhanging manner in the air, and the overhanging portion is provided with 1 or Each has two or more independent metal oxides for gas detection, heating means for the metal oxide thin film, and resistance measuring means. Also in this device, like the above-mentioned device, it is preferable that the thin film is made of each metal oxide material and the thin film heating means heats the thin film at different temperatures. The oxide thin film may be composed of a plurality of different materials. Further, since this gas detecting device is provided with the heater and the metal oxide thin film resistance measuring means in the projecting portion, the temperature reaches a predetermined temperature in a very short time after the electric power is supplied to the heater. Therefore, as shown in FIG. 8, for example, by changing the voltage applied to the heater in a sawtooth shape with a cycle several times longer than the rise time, the metal oxide thin film can be heated from room temperature to a certain temperature within one cycle. Can be heated. Therefore, even when a plurality of gas components to be detected exist in the atmosphere to be detected, there is at least one metal oxide thin film and at least one gas component belonging to the detection target group in the atmosphere to be detected. Can detect its presence.
【０００６】本発明のガス検知装置の他の１つは、前
記のガス検知装置において、金属酸化物薄膜の加熱手
段を空中に張り出した張り出し部に設け、該加熱手段と
空間を介して相対向するように金属酸化物薄膜と抵抗測
定手段とを別個の基板に設けたものである。この装置に
おいても前記の装置と同様に、各金属酸化物材料で構
成され、かつ前記薄膜の加熱手段が該薄膜を異なった温
度で加熱するものが好ましいが、前記の装置と同様
に、前記金属酸化物薄膜は複数の異なった材料で構成さ
れていてもよい。また、この装置も前記の装置のよう
に複数個のガス検知用の金属酸化物薄膜を設けず１個の
金属酸化物薄膜でも、ヒーターに印加する電圧を立上り
時間より数倍長い周期で、のこぎり歯状に変化させるこ
とにより、一つの周期内で常温から設定されたある温度
に金属酸化物薄膜を加熱することができるので、前記
の装置と同様に、検知対象の雰囲気中に検知対象群に属
するガス成分が少なくとも１種は存在することを検知す
ることができる。Another one of the gas detectors of the present invention is the above-mentioned gas detector, wherein the heating means for the metal oxide thin film is provided in an overhanging portion protruding in the air, and the heating means faces each other through a space. As described above, the metal oxide thin film and the resistance measuring means are provided on separate substrates. Also in this device, like the above-mentioned device, it is preferable that the thin film is made of each metal oxide material and the thin film heating means heats the thin film at different temperatures. The oxide thin film may be composed of a plurality of different materials. In addition, unlike the above-mentioned device, this device does not provide a plurality of metal oxide thin films for gas detection, and even with one metal oxide thin film, the voltage applied to the heater is sawed at a cycle several times longer than the rise time. By changing the shape of the teeth, it is possible to heat the metal oxide thin film from room temperature to a certain temperature within one cycle. The presence of at least one gas component belonging can be detected.
【０００７】以下、本発明のガス検知装置の構成および
動作を図面に基づいて具体的に説明する。但し本発明の
装置は以下のものに限定されるものではない。 図１および２のガス検知装置（特許請求の範囲の請求
項１のガス検知装置に相当する装置） 図１は平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。こ
こで、１はアルミナなどの絶縁性基板であり、この基板
表面にガス検知用の金属酸化物薄膜２１、２２、２３が
形成されている。これらの両端は全て同一の抵抗測定用
電極対３１、３２に対して並列に接続されている。実際
の動作は、動作時にある一定の温度、例えば３００〜５
００℃に加熱する必要がある。この加熱は、たとえば酸
化ルビジウム抵抗ペーストをアルミナ基板１の裏面に塗
布・乾燥することによりヒータ部４を作製し、これに通
電することにより行うことができる。前記ガス検知用の
金属酸化物薄膜として、例えば２１が水素の存在下で低
抵抗化する酸化タングステン、２２が酸化炭素の存在下
で、低抵抗化する酸化スズ−酸化トリウム混合物、２３
がプロパン・ブタンがあると抵抗値が低下する酸化スズ
である金属酸化物薄膜を用いれば、水素、酸化炭素およ
びプロパン、ブタンのうちの少なくとも１種のガスが存
在することを電極対３１、３２間の抵抗値低下によって
知ることができる。これら金属酸化物薄膜２１、２２、
２３の作製法としては、例えばスパッタリング法や、酸
素プラズマ中で金属を蒸着させるプラズマ蒸着法を採用
することができる。また、抵抗測定用電極対３１、３２
は、例えば白金、ニクロムなどをスパッタリング法や真
空蒸着法等により薄膜として作製される。前記金属酸化
物薄膜２１、２２、２３および抵抗測定用電極対３１、
３２は、前記のような方法で薄膜を作製した後、例えば
通常のフォトリソグラフィー・エッチング法などによ
り、所定の形状に加工される。前記ガス検知装置を構成
する金属酸化物薄膜２１、２２、２３、抵抗測定用電極
対３１、３２およびヒータ部４の作製法およびそれらを
構成する各材料は、例えば検知対象のガスの種類、検知
温度等を考慮して、適宜、その目的に合致したものを採
用することができる。The structure and operation of the gas detector of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. However, the device of the present invention is not limited to the following. 1 and 2 (apparatus corresponding to the gas detecting apparatus according to claim 1 of the claims) FIG. 1 is a plan view, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. Here, 1 is an insulating substrate made of alumina or the like, and metal oxide thin films 21, 22, and 23 for gas detection are formed on the surface of the substrate. Both ends of these are connected in parallel to the same resistance measuring electrode pair 31, 32. The actual operation is performed at a certain temperature during operation, for example, 300 to 5
It needs to be heated to 00 ° C. This heating can be performed by, for example, applying a rubidium oxide resistance paste to the back surface of the alumina substrate 1 and drying it to form the heater portion 4, and then energizing this. As the metal oxide thin film for gas detection, for example, 21 is tungsten oxide whose resistance is reduced in the presence of hydrogen, 22 is a tin oxide-thorium oxide mixture whose resistance is reduced in the presence of carbon oxide, 23
When a metal oxide thin film of tin oxide whose resistance value decreases when propane / butane is present, it is confirmed that hydrogen, carbon oxide and at least one gas selected from propane and butane are present in the electrode pair 31, 32. It can be known by the decrease in the resistance value during the period. These metal oxide thin films 21, 22,
As a manufacturing method of 23, for example, a sputtering method or a plasma vapor deposition method in which a metal is vapor-deposited in oxygen plasma can be adopted. In addition, the resistance measuring electrode pair 31, 32
For example, platinum, nichrome, or the like is formed as a thin film by a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like. The metal oxide thin films 21, 22, 23 and the resistance measuring electrode pair 31,
After forming a thin film by the method as described above, 32 is processed into a predetermined shape by, for example, an ordinary photolithography / etching method. The method for producing the metal oxide thin films 21, 22, 23, the resistance measuring electrode pairs 31, 32, and the heater portion 4 and the respective materials constituting them, which constitute the gas detection device, are, for example, the type of gas to be detected, detection. In consideration of the temperature and the like, it is possible to appropriately adopt a material that meets the purpose.
【０００８】図３および４のガス検知装置（特許請求
の範囲の請求項２のガス検知装置に相当する装置） 図３は基板１の裏面から見た平面図であり、図４は図３
のＢ−Ｂ線断面図である。基板１の表面側には、図１の
ガス検知装置の基板１の表面側に形成されている金属酸
化物薄膜２１、２２、２３および抵抗測定用電極対３
１、３２と同様の金属酸化物薄膜および抵抗測定用電極
対が形成されている。また基板１の裏面側には、前記金
属酸化物薄膜２１、２２、２３各部分を基板裏面から異
なった温度で加熱する薄膜ヒータ部５が設けられてい
る。このガス検知装置は、例えば以下のように動作させ
て被ガス検知材料のガス検知に使用することができる。
酸化スズなどのある種の金属酸化物は、ガス種によっ
て、最大の感度を示す温度が異なる。ここで感度とは、
そのガスが存在しない時の抵抗を存在する時の抵抗で割
った値で示す。例えば、前記各金属酸化物薄膜が酸化ス
ズ薄膜である場合に、水素は１５０℃付近、ブタンは３
５０℃付近、メタンは５００℃付近でもっとも感度が高
いので、薄膜ヒーター５による加熱を、金属酸化物薄膜
２３で５００℃付近で行い、金属酸化物薄膜２２で３５
０℃付近で行い、金属酸化物薄膜２１で１５０℃付近で
行うことにより、メタン、ブタンおよび水素の存在を検
知することができる。ここで薄膜ヒーター５は白金、ニ
クロムなどの金属材料をスパッタリング、真空蒸着法な
どを用いて、薄膜として形成し、フォトリソグラフィー
・エッチング手法を用いて、パターン形成することによ
り得られる。3 and 4 (device corresponding to the gas detecting device according to claim 2 of the claims) FIG. 3 is a plan view seen from the back surface of the substrate 1, and FIG.
FIG. 6 is a sectional view taken along line BB of FIG. On the front surface side of the substrate 1, the metal oxide thin films 21, 22, 23 and the resistance measuring electrode pair 3 formed on the front surface side of the substrate 1 of the gas detection device of FIG.
The metal oxide thin film and the electrode pair for resistance measurement similar to those of Nos. 1 and 32 are formed. Further, on the back surface side of the substrate 1, there is provided a thin film heater section 5 for heating the respective portions of the metal oxide thin films 21, 22, 23 from the back surface of the substrate at different temperatures. This gas detection device can be used, for example, for the gas detection of the gas detection target material by operating as follows.
Certain metal oxides, such as tin oxide, have different sensitivities at different temperatures depending on the gas species. Here, the sensitivity is
The resistance when the gas is not present is divided by the resistance when the gas is present. For example, when each of the metal oxide thin films is a tin oxide thin film, hydrogen is around 150 ° C. and butane is 3
Since the sensitivities of methane and methane are the highest at around 50 ° C. and around 500 ° C., the thin film heater 5 heats the metal oxide thin film 23 at around 500 ° C. and the metal oxide thin film 22 at 35 ° C.
The presence of methane, butane, and hydrogen can be detected by performing the heating at around 0 ° C. and the metallic oxide thin film 21 at around 150 ° C. Here, the thin film heater 5 is obtained by forming a thin film of a metal material such as platinum or nichrome into a thin film by using a sputtering method, a vacuum deposition method or the like, and forming a pattern by using a photolithography / etching method.
【０００９】図５および６のガス検知装置（特許請求
の範囲の請求項３のガス検知装置に相当する装置） ガス検知装置としては、携帯が可能であり、かつ高速に
応答するものが好ましいが、このためには、低消費電力
化と小型化を行う必要があるが、図５および６に示すガ
ス検知装置は、前記のような課題を解決した装置であ
る。以下、図５および６に示す装置について説明する。
図５は平面図、図６は図５のＣ−Ｃ線断面図である。基
板１は酸化シリコン、酸化タンタル等の絶縁性薄膜で形
成され、かつ空中に張り出した張り出し部を有する形状
のものである。そして前記基板１の張り出し部の表面に
薄膜ヒーター６、金属酸化物薄膜２１、２２、２３およ
び抵抗測定用電極対３１、３２を設けたものである。前
記張り出し部と該張り出し部の表面に形成された薄膜ヒ
ーター６、金属酸化物薄膜２１、２２および２３は、例
えば次のようにして作製することができる。まず（１０
０）面の単結晶シリコン基板７上に絶縁膜１、抵抗測定
用電極対３１、３２を形成し、その後表面の絶縁膜を開
口し、次にエッチング処理、例えば水酸化ナトリウム水
溶液により異方性エッチング処理してシリコンを除去す
ることにより作製される。このガス検知装置において
は、ヒーターを前記張り出し部のある個所にだけ設け
（前記図５および６のものでは、先端部だけ）、ヒータ
ーと前記金属酸化物薄膜２１、２２、２３との各距離を
異ならせることにより、前記ヒーターの加熱に際して、
金属酸化物薄膜２１、２２、２３の加熱温度を変化させ
ることができる。前記のガス検知装置は、前記のよう
な場合と異なり、ヒーター加熱をある個所にだけ設けれ
ば良いので、該装置の小型化および低消費電力化を達成
することができた。また、このガス検知装置は、また基
板１の張り出し部に薄膜ヒーター６、金属酸化物薄膜２
１、２２、２３および抵抗測定用電極対３１、３２を設
けてあるので、薄膜ヒーターへの電力を投入後、ごく短
時間で所定の温度になる。従って図８に示すように、例
えばヒーターに印加する電圧を立上り時間より数倍長い
周期で、のこぎり歯状に変化させることにより、一つの
周期内で常温から設定されたある温度に金属酸化物薄膜
を加熱することができる。従って、図３および４の装置
のように金属酸化物薄膜２１、２２、２３が単一の金属
酸化物材料（例えば酸化スズ）で形成されていても、ガ
ス中の各ガス成分を識別することができる。5 and 6 (device corresponding to the gas detecting device of claim 3 in the claims) As the gas detecting device, it is preferable that the gas detecting device is portable and responds at high speed. For this purpose, it is necessary to reduce the power consumption and reduce the size, but the gas detection device shown in FIGS. 5 and 6 is a device that solves the above problems. The apparatus shown in FIGS. 5 and 6 will be described below.
5 is a plan view and FIG. 6 is a sectional view taken along the line CC of FIG. The substrate 1 is formed of an insulating thin film of silicon oxide, tantalum oxide, or the like, and has a shape having a protruding portion protruding in the air. Further, the thin film heater 6, the metal oxide thin films 21, 22, 23 and the resistance measuring electrode pairs 31, 32 are provided on the surface of the projecting portion of the substrate 1. The projecting portion and the thin film heater 6 and the metal oxide thin films 21, 22 and 23 formed on the surface of the projecting portion can be manufactured, for example, as follows. First (10
The insulating film 1 and the resistance measuring electrode pairs 31 and 32 are formed on the (0) plane single crystal silicon substrate 7, and then the insulating film on the surface is opened, and then anisotropic by etching treatment, for example, aqueous sodium hydroxide solution. It is made by etching to remove silicon. In this gas detection device, a heater is provided only at the portion having the overhanging portion (in the case of FIGS. 5 and 6, only the tip end portion), and the distance between the heater and the metal oxide thin films 21, 22, 23 is set. When heating the heater by making it different,
The heating temperature of the metal oxide thin films 21, 22, 23 can be changed. Unlike the above-mentioned case, the gas detection device described above only needs to be provided with a heater heating at a certain place, and thus the device can be downsized and the power consumption can be reduced. In addition, this gas detecting device also includes a thin film heater 6 and a metal oxide thin film 2 on the protruding portion of the substrate 1.
Since the electrodes 1, 22, 23 and the resistance measuring electrode pairs 31, 32 are provided, the temperature reaches a predetermined temperature in a very short time after the electric power is applied to the thin film heater. Therefore, as shown in FIG. 8, for example, by changing the voltage applied to the heater in a sawtooth shape with a cycle several times longer than the rise time, the metal oxide thin film can be heated from room temperature to a certain temperature within one cycle. Can be heated. Therefore, even if the metal oxide thin films 21, 22, and 23 are formed of a single metal oxide material (for example, tin oxide) as in the device of FIGS. 3 and 4, it is necessary to identify each gas component in the gas. You can
【００１０】図７のガス検知装置（特許請求の範囲の
請求項５のガス検知装置に相当する装置） 図７に示すように、薄膜ヒーター６が形成された基板１
のみを空中に張り出した構造とし、抵抗測定用電極対３
１、３２（図示せず）および金属酸化物薄膜２１、２
２、２３は前記薄膜ヒーター６と空間を介して相対向す
るように前記基板１とは別個の基板８上に設けたもので
ある。前記の基板８は、空中に張り出した構造のもので
はないが、前記の抵抗測定用電極対３１、３２および金
属酸化物薄膜２１、２２、２３と前記薄膜ヒーター６と
が空間を介して相対向するように設置が可能であれば、
該基板も空中に張り出した構造のものでもよい。この装
置では、前記図５および６のガス検知装置と同様に、薄
膜ヒーター６と前記金属酸化物薄膜２１、２２、２３と
の各距離を容易に異ならせることができ、薄膜ヒーター
６の加熱に際して、金属酸化物薄膜２１、２２、２３の
加熱温度を変化させることができる。また、この装置で
は前記のように複数個の金属酸化物薄膜を設けなくて
も、前記図５および６のガス検知装置と同様に、薄膜ヒ
ーター６に印加する電圧を立上り時間より数倍長い周期
で、のこぎり歯状に変化させることにより、一つの周期
内で常温から設定されたある温度に金属酸化物薄膜を加
熱することができる。なお、前記図５〜６および７に示
す張り出し部は、片持ち梁構造のものであるが、前記張
り出し部は架橋構造のものであってもよい。また、前記
のガス検知装置においては、金属酸化物薄膜の温度を変
更することは、加熱するヒーターに流す電流値を変える
ことにより可能であり、例えば２０〜３０ｍＡ程度の電
流で金属酸化物半導体薄膜を加熱することにより行うこ
ともできるが、前記したような図５、６および７に示す
ように各金属酸化物との距離を異ならしめるような構成
でヒーターを配置したものが好ましい。Gas Detector of FIG. 7 (Device Corresponding to Gas Detector of Claim 5 of the Claims) As shown in FIG. 7, the substrate 1 on which the thin film heater 6 is formed.
Only the electrode pair for resistance measurement 3
1, 32 (not shown) and metal oxide thin films 21, 2
Reference numerals 2 and 23 are provided on the substrate 8 separate from the substrate 1 so as to face the thin film heater 6 with a space therebetween. The substrate 8 does not have a structure overhanging in the air, but the resistance measuring electrode pairs 31, 32 and the metal oxide thin films 21, 22, 23 and the thin film heater 6 face each other through a space. If it can be installed as
The substrate may also have a structure protruding in the air. In this device, the distance between the thin film heater 6 and the metal oxide thin films 21, 22, and 23 can be easily made different, similarly to the gas detection device of FIGS. The heating temperature of the metal oxide thin films 21, 22, 23 can be changed. Also, in this device, even if a plurality of metal oxide thin films are not provided as described above, the voltage applied to the thin film heater 6 is a cycle several times longer than the rise time, as in the gas detection devices of FIGS. 5 and 6. Then, by changing into a sawtooth shape, the metal oxide thin film can be heated from room temperature to a certain temperature within one cycle. The overhang portion shown in FIGS. 5 to 6 and 7 has a cantilever structure, but the overhang portion may have a bridge structure. Further, in the above-mentioned gas detection device, it is possible to change the temperature of the metal oxide thin film by changing the value of the current passed through the heater to be heated, and for example, the metal oxide semiconductor thin film with a current of about 20 to 30 mA. However, it is preferable that the heater is arranged in such a manner that the distance from each metal oxide is made different as shown in FIGS. 5, 6 and 7 as described above.
【００１１】前記の張り出し部を有する装置において、
張り出し部の数は最低１個あればよい。勿論複数の張り
出し部が有ってもさしつかえない。また、張り出し部の
１個に設ける金属酸化物の数は１個でも、あるいは２個
以上であってもよい。基板としては、アンダーカットエ
ッチングが容易で、高温でも変形しない材料、例えばＳ
ｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ等が使用され、好ましくは
Ｓｉ（１００）が用いられる。（１００）面を使用する
のが好ましい理由は、アンダーカットエッチングする際
に公知の異方性エッチング液を使用することができるた
めである。基板１の外形寸法は１〜４ｍｍ角程度で、そ
の厚さは０．１〜１ｍｍが適当である。金属酸化物薄膜
の材料としては、スズ、亜鉛、鉄、チタン、インジウ
ム、ニッケル、タングステン、カドミウム、バナジウム
等の金属酸化物半導体材料があげられ、中でもスズの使
用が最も好ましい。前記薄膜の形成方法については、蒸
着法、スパッタリング法、あるいは本出願人が提案した
『薄膜蒸着装置』（特開昭５９−８９７６３号）を用い
る方法など種々あるがどの方法であっても良い。金属酸
化物薄膜の加熱手段としてはヒーターリードが挙げら
れ、その材料としてはＰｔ，Ｐｄ，Ａｕなどが好まし
い。In the device having the above-mentioned overhang,
The number of overhangs should be at least one. Of course, it does not matter if there are multiple overhangs. Further, the number of metal oxides provided on one of the overhanging portions may be one, or may be two or more. As the substrate, a material that is easy to undercut and does not deform even at high temperatures, such as S
i, Al, Cu, Ni, Cr or the like is used, and preferably Si (100) is used. The reason why it is preferable to use the (100) plane is that a known anisotropic etching solution can be used for undercut etching. The outer dimension of the substrate 1 is about 1 to 4 mm square, and its thickness is suitably 0.1 to 1 mm. Examples of the material of the metal oxide thin film include metal oxide semiconductor materials such as tin, zinc, iron, titanium, indium, nickel, tungsten, cadmium and vanadium, and among them, tin is most preferably used. There are various methods for forming the thin film, such as a vapor deposition method, a sputtering method, and a method using a “thin film vapor deposition apparatus” (Japanese Patent Laid-Open No. 59-89763) proposed by the present applicant, but any method may be used. A heater lead may be mentioned as a heating means for the metal oxide thin film, and Pt, Pd, Au or the like is preferable as the material thereof.
【００１２】以下、本発明の具体的実施態様を示す。 １． 電気絶縁性基板、および該基板上にそれぞれが独
立して設けられた、あらかじめ検知対象と想定された検
知対象群に属するガスの存在を検知することができる複
数個のガス検知用の金属酸化物薄膜、該金属酸化物薄膜
の加熱手段および抵抗測定手段を少なくとも有するガス
検知装置において、抵抗測定手段が同一の抵抗測定用電
極よりなる電極対により前記各金属酸化物薄膜の抵抗を
測定するものであることを特徴とするガス検知装置。 ２． ガス検知用の金属酸化物薄膜が、電極対に対して
並列に接続されている前記１のガス検知装置。 ３． ガス検知用の金属酸化物薄膜および該薄膜の抵抗
測定手段を基板の同一面に有し、かつ前記金属酸化物薄
膜の加熱手段を前記基板面の反対面に有する前記１また
は２のガス検知装置。 ４． ガス検知用の金属酸化物薄膜、該金属酸化物薄膜
の加熱手段および抵抗測定手段を基板の同一面に有する
ものである前記１または２のガス検知装置。 ５． 金属酸化物薄膜が同一の金属酸化物材料で構成さ
れ、かつ該金属酸化物薄膜の加熱手段が、金属酸化物薄
膜の各々を異なった温度に加熱するものである前記１、
２、３または４のガス検知装置。 ６． 金属酸化物薄膜の加熱手段が、各金属酸化物に対
する加熱距離をそれぞれ異なるように基板上に配置した
ものである前記５のガス検知装置。Specific embodiments of the present invention will be described below. 1. Electrically insulating substrate, and a plurality of metal oxides for gas detection, which are independently provided on the substrate and can detect the presence of gas belonging to a detection target group assumed to be a detection target in advance In a gas detector having at least a thin film, a heating means for the metal oxide thin film and a resistance measuring means, the resistance measuring means measures the resistance of each of the metal oxide thin films by an electrode pair composed of the same resistance measuring electrode. A gas detection device characterized by being present. 2. The gas detection device according to the above 1, wherein the metal oxide thin film for gas detection is connected in parallel to the electrode pair. 3. The gas detecting device according to the above 1 or 2, which has a metal oxide thin film for gas detection and a resistance measuring means for the thin film on the same surface of a substrate, and a heating means for the metal oxide thin film on a surface opposite to the substrate surface. . 4. 3. The gas detection device according to 1 or 2 above, which has a metal oxide thin film for gas detection, a heating means for the metal oxide thin film, and a resistance measuring means on the same surface of the substrate. 5. 1. The metal oxide thin films are made of the same metal oxide material, and the heating means for the metal oxide thin films heats each of the metal oxide thin films to different temperatures.
2, 3 or 4 gas detectors. 6. 6. The gas detection device according to the above 5, wherein the heating means for the metal oxide thin film is arranged on the substrate so that the heating distance for each metal oxide is different.
【００１３】７． 基板上に空中に張り出して設けられ
た電気絶縁性材料からなる張り出し部を有するものであ
って、かつ、前記張り出し部の同一面上に、１または各
々がそれぞれ独立した２以上の金属酸化物と該金属酸化
物薄膜の加熱手段および抵抗測定手段を有するものであ
る前記１または２のガス検知装置。 ８． 基板上に空中に張り出して設けられた電気絶縁性
材料からなる張り出し部を有するものであって、かつ前
記張り出し部の一面に１または各々がそれぞれ独立した
２以上の金属酸化物薄膜と該金属酸化物薄膜の抵抗測定
手段とを有し、かつ前記張り出し部の一面と反対面に前
記金属酸化物薄膜の加熱手段を有する前記１または２の
ガス検知装置。 ９． 金属酸化物薄膜の加熱手段を空中に張り出した張
り出し部に設け、該加熱手段と空間を介して相対向する
ように金属酸化物薄膜と抵抗測定手段とを別個の基板に
設けたものである前記１または２のガス検知装置。 １０．金属酸化物薄膜と抵抗測定手段とを設けた別個の
基板が、空中に設けた前記９のガス検知装置。 １１．加熱手段が、金属酸化物薄膜の各々を異なった温
度に加熱するものである前記７、８、９または１０のガ
ス検知装置。 １２．加熱手段が、各金属酸化物に対する加熱距離とそ
れぞれ異なるように基板上に配置したものである前記１
１のガス検知装置。7. What is claimed is: 1. A substrate having an overhanging portion made of an electrically insulating material, which is provided overhanging in the air on a substrate, and one or two or more independent metal oxides are provided on the same surface of the overhanging portion. 3. The gas detection device according to 1 or 2 having a heating means for the metal oxide thin film and a resistance measuring means. 8. What is claimed is: 1. A substrate having an overhanging portion made of an electrically insulating material, which is provided overhanging in the air on a substrate, and one or two or more independent metal oxide thin films and one or more independent metal oxides on one surface of the overhanging portion. 3. The gas detection device according to 1 or 2, further comprising: a resistance measuring unit for measuring a thin film of an object, and a heating unit for heating the metal oxide thin film on a surface opposite to the one surface of the projecting portion. 9. The heating means for the metal oxide thin film is provided in an overhanging portion that is overhanging in the air, and the metal oxide thin film and the resistance measuring means are provided on separate substrates so as to face the heating means through a space. 1 or 2 gas detection device. 10. 9. The gas detection device according to 9 above, wherein a separate substrate provided with a metal oxide thin film and a resistance measuring means is provided in the air. 11. 11. The gas detecting device according to 7, 8, 9 or 10, wherein the heating means heats each of the metal oxide thin films to different temperatures. 12. The heating means is arranged on the substrate so as to have a different heating distance for each metal oxide.
1. Gas detector.
【００１４】１３．金属酸化物薄膜が１個であって、か
つ該金属酸化物薄膜の加熱手段が、該加熱手段に投入す
る電力を時間に対してのこぎり歯状に印加するものであ
る前記１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１
１または１２のガス検知装置。 １４．加熱手段がヒーターリードである前記１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２または
１３のガス検知装置。 １５．ガス検知用の金属酸化物薄膜が、金属酸化物半導
体材料である前記１、２、３、４、５、６、７、８、
９、１０、１１、１２、１３または１４のガス検知装
置。 １６．ガス検知用の金属酸化物薄膜が同一の材料である
前記１４または１５のガス検知装置。13. 1, 2, 3, wherein the number of metal oxide thin films is one, and the heating means for the metal oxide thin films applies electric power to the heating means in a sawtooth shape with respect to time. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1
1 or 12 gas detectors. 14. 1, 2, wherein the heating means is a heater lead
3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 or 13 gas detection device. 15. The metal oxide thin film for gas detection is 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, which is a metal oxide semiconductor material.
9, 10, 11, 12, 13 or 14 gas detection device. 16. 16. The gas detection device according to 14 or 15, wherein the metal oxide thin films for gas detection are made of the same material.
【００１５】[0015]
請求項１ 複数の種類のガスを幅広く検知できる。 請求項２ 同一の金属酸化物で構成される薄膜を用いているにもか
かわらず、各種ガスを高い感度を持って検知できるの
で、請求項１の効果をより簡単な構成で達成できる。 請求項３ 各構成要素、特にヒーターが空中に張り出した構造とし
て作られているので、小型、低消費電力かつ高速応答性
が得られる。 請求項４ 特に、消費電力・応答性に影響のあるヒーターのみを空
中に張り出した構造とし、金属酸化物は別基板に形成し
ているので、ヒーターと金属酸化物を別個に作製するこ
とが可能であり、薄膜作製や加工時に、互いの工程の履
歴をうけることがないので、歩留り良く作製できる。 請求項５ 加熱を常温付近からある温度まで、走査できるようなヒ
ーターの駆動をしているので、単一の金属酸化物で、各
種ガスの検知が可能である。Claim 1 A plurality of types of gases can be widely detected. [Claim 2] Since various gases can be detected with high sensitivity, even though the thin films made of the same metal oxide are used, the effect of claim 1 can be achieved with a simpler configuration. Claim 3 Since each component, especially the heater, is formed as a structure overhanging in the air, small size, low power consumption and high speed response can be obtained. Claim 4 In particular, since only the heater that affects power consumption and responsiveness is overhanging in the air and the metal oxide is formed on a different substrate, the heater and the metal oxide can be manufactured separately. In addition, since the history of each process is not received at the time of manufacturing and processing the thin film, it is possible to manufacture with good yield. Claim 5 Since the heater is driven so that the heating can be scanned from near room temperature to a certain temperature, various gases can be detected with a single metal oxide.
【図１】請求項１に係るガス検知装置の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a gas detection device according to claim 1. FIG.
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
【図３】請求項２に係るガス検知装置の平面図（裏面）
である。FIG. 3 is a plan view (back side) of the gas detection device according to claim 2;
Is.
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。4 is a sectional view taken along line BB of FIG.
【図５】請求項３に係るガス検知装置の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a gas detection device according to a third aspect.
【図６】図４のＣ−Ｃ線断面図である。6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
【図７】請求項４に係るガス検知装置の平面図である。FIG. 7 is a plan view of a gas detection device according to a fourth aspect.
【図８】請求項３または４に係るガス検知装置のヒータ
ーに投入される電力を時間に対しのこぎり歯状に印加す
ることを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing that electric power applied to the heater of the gas detection device according to claim 3 or 4 is applied in a sawtooth shape with respect to time.
１ 絶縁性基板 ２１ ガス検知用金属酸化物薄膜 ２２ ガス検知用金属酸化物薄膜 ２３ ガス検知用金属酸化物薄膜 ３１ 抵抗測定用電極対 ３２ 抵抗測定用電極対 ４ 薄膜ヒーター部 ５ 薄膜ヒーター部 ６ 薄膜ヒーター部 ７ 基板 ８ 基板 1 Insulating Substrate 21 Metal Oxide Thin Film for Gas Detection 22 Metal Oxide Thin Film for Gas Detection 23 Metal Oxide Thin Film for Gas Detection 31 Resistance Measurement Electrode Pair 32 Resistance Measurement Electrode Pair 4 Thin Film Heater Section 5 Thin Film Heater Section 6 Thin Film Heater part 7 substrate 8 substrate
Claims (5)
ぞれが独立して設けられた、あらかじめ検知対象と想定
された検知対象群に属するガスの存在を検知することが
できる複数個のガス検知用の金属酸化物薄膜、該金属酸
化物薄膜の加熱手段および抵抗測定手段を少なくとも有
するガス検知装置において、抵抗測定手段が同一の抵抗
測定用電極よりなる電極対により前記各金属酸化物薄膜
の抵抗を測定するものであることを特徴とするガス検知
装置。1. An electrically insulating substrate, and a plurality of gas detectors each independently provided on the substrate and capable of detecting the presence of a gas belonging to a detection target group assumed to be a detection target in advance. In a gas detector having at least a metal oxide thin film for heating, a heating means for the metal oxide thin film, and a resistance measuring means, the resistance of each of the metal oxide thin films is formed by an electrode pair having the same resistance measuring electrode as the resistance measuring means. A gas detection device, characterized in that
各金属酸化物薄膜が同一の金属酸化物材料で構成され、
かつ前記薄膜の加熱手段が該薄膜をそれぞれ異なった温
度で加熱するものであるガス検知装置。2. The gas detection device according to claim 1, wherein
Each metal oxide thin film is composed of the same metal oxide material,
Further, the gas detecting device wherein the heating means of the thin film heats the thin film at different temperatures.
おいて、基板上に空中に張り出して設けられた電気絶縁
性材料からなる張り出し部を有するものであって、か
つ、前記張り出し部に、１または各々がそれぞれ独立し
た２以上のガス検知用の金属酸化物と該金属酸化物薄膜
の加熱手段および抵抗測定手段を有するものであるガス
検知装置。3. The gas detection device according to claim 1, further comprising an overhanging portion made of an electrically insulating material and provided on the substrate so as to overhang in the air, and the overhanging portion is provided with 1 Alternatively, a gas detection device having two or more independent metal oxides for gas detection, heating means for the metal oxide thin film, and resistance measuring means.
おいて、ガス検知用の金属酸化物薄膜の加熱手段を空中
に張り出した張り出し部に設け、該加熱手段と空間を介
して相対向するように金属酸化物薄膜と抵抗測定手段と
を別個の基板に設けたものであるガス検知装置。4. The gas detection device according to claim 1, wherein the heating means for the metal oxide thin film for gas detection is provided in an overhanging portion protruding in the air, and is opposed to the heating means with a space. A gas detection device in which the metal oxide thin film and the resistance measuring means are provided on separate substrates.
おいて、加熱手段が該手段に投入される電力を時間に対
してのこぎり歯状に印加するものであるガス検知装置。5. The gas detection device according to claim 3, wherein the heating means applies electric power supplied to the heating means in a sawtooth shape with respect to time.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7112387A JPH08278273A (en) | 1995-02-07 | 1995-04-13 | Gas detector |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4242895 | 1995-02-07 | ||
| JP7-42428 | 1995-02-07 | ||
| JP7112387A JPH08278273A (en) | 1995-02-07 | 1995-04-13 | Gas detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08278273A true JPH08278273A (en) | 1996-10-22 |
Family
ID=26382116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7112387A Pending JPH08278273A (en) | 1995-02-07 | 1995-04-13 | Gas detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08278273A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003501625A (en) * | 1999-05-31 | 2003-01-14 | エーアーデーエス・ドイッチェランド・ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Semiconductor gas sensor, gas sensor system and gas analysis method |
| JP2012168193A (en) * | 2012-05-01 | 2012-09-06 | Kenji Sato | Wireless tag type sensor |
| JP2013174627A (en) * | 2013-06-14 | 2013-09-05 | Tdk Corp | Gas sensor |
| JP2013195233A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Tokyo Denki Univ | Detector and manufacturing method of detector |
| CN111289582A (en) * | 2020-03-26 | 2020-06-16 | 合肥微纳传感技术有限公司 | MEMS gas sensor, array thereof, gas detection method and preparation method |
-
1995
- 1995-04-13 JP JP7112387A patent/JPH08278273A/en active Pending
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| JP2003501625A (en) * | 1999-05-31 | 2003-01-14 | エーアーデーエス・ドイッチェランド・ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Semiconductor gas sensor, gas sensor system and gas analysis method |
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| JP2012168193A (en) * | 2012-05-01 | 2012-09-06 | Kenji Sato | Wireless tag type sensor |
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