JPS6245484B2 - - Google Patents
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- JPS6245484B2 JPS6245484B2 JP20565181A JP20565181A JPS6245484B2 JP S6245484 B2 JPS6245484 B2 JP S6245484B2 JP 20565181 A JP20565181 A JP 20565181A JP 20565181 A JP20565181 A JP 20565181A JP S6245484 B2 JPS6245484 B2 JP S6245484B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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- G01N27/16—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は可燃性ガス等の還元性ガスを検知する
ガス検知素子に係り、小型でかつ量産性に富み、
省電力で動作する新しい構造、検知原理に基づく
ガス検知素子に関するものである。
ガス検知素子に係り、小型でかつ量産性に富み、
省電力で動作する新しい構造、検知原理に基づく
ガス検知素子に関するものである。
近年、家庭用のエネルギー源としてのガスの普
及が目ざましく、それに伴う各種ガス機器の急速
な普及と合いまつて、ガス漏れによる事故も多発
する傾向にあり、これらの事故が大きな社会問題
にまで発展している。一方これらの事故を未然に
防ぐべく努力も各方面で研究が進められ、色々な
形で実用化が図られている。特にその方法の１つ
として可燃性ガスの漏れ等を検知するための種々
のガス検知素子が開発されている。このガス検知
素子について述べると、現在実用化されているガ
ス検知素子をその検知方法によつて大別すると、
半導体式と接触燃焼式とが上げられる。前者は、
高温（200〜400℃）に加熱された半導体（一般に
金属酸化物半導体SnO2，ZnO2，γ―Fe2O3等）
がプロパンガスなどの可燃性ガスと接触した時に
電気抵抗体値が低下する性質を利用したものであ
る。この半導体方式の欠点は、半導体材料を高温
で使用するため、その材料自身や電極材料および
加熱するためのヒータ材料等が変化しやすいこと
等である。またその構造も複雑になり易く、強度
の面でも不充分なものもある。しかし半導体方式
は出力が大きい利点を生かし、いち早く実用化さ
れた。後者の接触燃焼式は、自己発熱（約300〜
400℃）している白金または白金と他の貴金属か
らなる巻線または厚膜状の抵抗体がガスと接触す
ると、自ら酸化触媒として作用するため巻線また
は厚膜状の抵抗体が温度上昇し、この時、巻線又
は厚膜状抵抗体の抵抗―温度係数が正であるので
抵抗が増加し、その増加量を検出するようにした
ものである。この方法によれば、温度係数が小さ
いため、発生する出力も小さく増幅回路を必要と
する欠点がある。しかし、信号として得られる出
力がガス濃度に対して直線的に増加するという利
点がある。
及が目ざましく、それに伴う各種ガス機器の急速
な普及と合いまつて、ガス漏れによる事故も多発
する傾向にあり、これらの事故が大きな社会問題
にまで発展している。一方これらの事故を未然に
防ぐべく努力も各方面で研究が進められ、色々な
形で実用化が図られている。特にその方法の１つ
として可燃性ガスの漏れ等を検知するための種々
のガス検知素子が開発されている。このガス検知
素子について述べると、現在実用化されているガ
ス検知素子をその検知方法によつて大別すると、
半導体式と接触燃焼式とが上げられる。前者は、
高温（200〜400℃）に加熱された半導体（一般に
金属酸化物半導体SnO2，ZnO2，γ―Fe2O3等）
がプロパンガスなどの可燃性ガスと接触した時に
電気抵抗体値が低下する性質を利用したものであ
る。この半導体方式の欠点は、半導体材料を高温
で使用するため、その材料自身や電極材料および
加熱するためのヒータ材料等が変化しやすいこと
等である。またその構造も複雑になり易く、強度
の面でも不充分なものもある。しかし半導体方式
は出力が大きい利点を生かし、いち早く実用化さ
れた。後者の接触燃焼式は、自己発熱（約300〜
400℃）している白金または白金と他の貴金属か
らなる巻線または厚膜状の抵抗体がガスと接触す
ると、自ら酸化触媒として作用するため巻線また
は厚膜状の抵抗体が温度上昇し、この時、巻線又
は厚膜状抵抗体の抵抗―温度係数が正であるので
抵抗が増加し、その増加量を検出するようにした
ものである。この方法によれば、温度係数が小さ
いため、発生する出力も小さく増幅回路を必要と
する欠点がある。しかし、信号として得られる出
力がガス濃度に対して直線的に増加するという利
点がある。
以上ガス検知素子の検知原理に基づく二つの方
式について述べたが、近年マイクロプロセツサの
普及に伴つて、新しい形でセンサへの要望が強ま
りつつある。それは第１にエレクトロニクス産業
のIC化への大きな流れとともに各種センサの集
積化への動き等である。これはマイクロプロセツ
サとともに、システム化された省エネルギー、微
小化へ向けての指向のためでもある。また第２に
は、多品種少量が予想されるセンサ産業に対する
センサの多機能化への要求である。これらの新し
い動きと、先に述べた現在実用化されているガス
検知素子を比べるに、センサ技術の中のガス検知
素子の集積化への遅れが目立つているといえる。
この原因を考えると、通常のガス検知素子では感
応部分を数百℃以上に加熱しなければならず、ガ
ス感応部をそのままモノリシツク半導体集積回路
チツプ上に形成しても正常には動作しないのであ
る。これは現在実用化されているモノリシツク半
導体集積回路では100〜125℃までが動作温度の上
限であるとされているからである。したがつて簡
単に集積化することは困難といわざるを得ない。
しかし、シリコンで形成したセンサ部が他の材料
で形成したセンサ部より劣つていても、全体とし
て演算、増幅などの周辺回路を一体化し、単体と
してのセンサ以上の性能が得られることも十分考
えられる。
式について述べたが、近年マイクロプロセツサの
普及に伴つて、新しい形でセンサへの要望が強ま
りつつある。それは第１にエレクトロニクス産業
のIC化への大きな流れとともに各種センサの集
積化への動き等である。これはマイクロプロセツ
サとともに、システム化された省エネルギー、微
小化へ向けての指向のためでもある。また第２に
は、多品種少量が予想されるセンサ産業に対する
センサの多機能化への要求である。これらの新し
い動きと、先に述べた現在実用化されているガス
検知素子を比べるに、センサ技術の中のガス検知
素子の集積化への遅れが目立つているといえる。
この原因を考えると、通常のガス検知素子では感
応部分を数百℃以上に加熱しなければならず、ガ
ス感応部をそのままモノリシツク半導体集積回路
チツプ上に形成しても正常には動作しないのであ
る。これは現在実用化されているモノリシツク半
導体集積回路では100〜125℃までが動作温度の上
限であるとされているからである。したがつて簡
単に集積化することは困難といわざるを得ない。
しかし、シリコンで形成したセンサ部が他の材料
で形成したセンサ部より劣つていても、全体とし
て演算、増幅などの周辺回路を一体化し、単体と
してのセンサ以上の性能が得られることも十分考
えられる。
本発明はかかる現状の検知素子を集積化するに
際し、まつたく新しい形を採用することによつて
今までの問題点を解決しようとするものである。
すなわち本発明にかかる集積化ガス検知素子の構
成は、自己発熱し、かつガスの存在で接触燃焼
するヒータ部分と同じような熱的性質（熱容量、
温度係数、熱伝導率等）をもち、かつガスの存在
で温度上昇のないヒータ部分の一対のガス濃度―
温度変換部分と、各ヒータ部に近接し熱伝導を
ある程度受けやすい部分にそれぞれトランジスタ
集積型温度センサを配し、その電流出力を前記ヒ
ータ部の温度差に対応するよううにした温度差―
電流変換部とからなるものである。
際し、まつたく新しい形を採用することによつて
今までの問題点を解決しようとするものである。
すなわち本発明にかかる集積化ガス検知素子の構
成は、自己発熱し、かつガスの存在で接触燃焼
するヒータ部分と同じような熱的性質（熱容量、
温度係数、熱伝導率等）をもち、かつガスの存在
で温度上昇のないヒータ部分の一対のガス濃度―
温度変換部分と、各ヒータ部に近接し熱伝導を
ある程度受けやすい部分にそれぞれトランジスタ
集積型温度センサを配し、その電流出力を前記ヒ
ータ部の温度差に対応するよううにした温度差―
電流変換部とからなるものである。
このようなガス検知素子の特徴の第１は、接触
燃焼方式であるため、出力が存在するガスの濃度
に比例する点にある。これは存在するガスによる
燃焼によつてヒータ部が濃度に比例して温度上昇
するためである。しかし本発明ではその出力を抵
抗の温度係数の変化として取り出さず、温度上昇
分を温度センサで電流という電気信号で取り出す
ところに大きな特徴がある。これは、自己発熱部
分は温度が高い上、触媒などと反応しやすいの
で、感応特性の劣化が促進されて徐々に感応特性
としての出力が変化しやすいという欠点を除去す
るためである。次に、温度上昇分を温度センサで
出力変換することが本発明の第２の特徴である。
そしてこの温度センサでは、温度に対し直線的に
電流が変化するので、全体としてガス濃度に対し
て直線的に変化する電気的出力として得られる。
さらに、雰囲気温度に対しては、２つのヒータ部
によつて補償されるので、ある程度周囲温度が変
化しても、両者に温度差がなければ出力として現
われず、したがつて発熱量に温度依存性がなけれ
ば、何ら回路的に補償する必要がないものであ
る。
燃焼方式であるため、出力が存在するガスの濃度
に比例する点にある。これは存在するガスによる
燃焼によつてヒータ部が濃度に比例して温度上昇
するためである。しかし本発明ではその出力を抵
抗の温度係数の変化として取り出さず、温度上昇
分を温度センサで電流という電気信号で取り出す
ところに大きな特徴がある。これは、自己発熱部
分は温度が高い上、触媒などと反応しやすいの
で、感応特性の劣化が促進されて徐々に感応特性
としての出力が変化しやすいという欠点を除去す
るためである。次に、温度上昇分を温度センサで
出力変換することが本発明の第２の特徴である。
そしてこの温度センサでは、温度に対し直線的に
電流が変化するので、全体としてガス濃度に対し
て直線的に変化する電気的出力として得られる。
さらに、雰囲気温度に対しては、２つのヒータ部
によつて補償されるので、ある程度周囲温度が変
化しても、両者に温度差がなければ出力として現
われず、したがつて発熱量に温度依存性がなけれ
ば、何ら回路的に補償する必要がないものであ
る。
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。先づ、トランジスタ集積型温度センサについ
て簡単に説明する。特徴としては、IC化技術で
ワンチツプ化が可能であることおよび温度に対し
比較的精度良い出力信号が得られることである。
そこで電流出力型について簡単に述べる。第１図
にトランジスタ集積化温度センサの基本回路を示
す。第１図において、Q1，Q2はpnpトランジス
タ、Q3，Q4はnpnトランジスタで、それぞれ整合
がとれているものとする。一定のエミツタ電流比
で動作しているトランジスタQ3，Q4のそれぞれ
のベース・エミツタ間の電圧ＶBE3，ＶBE4，と抵
抗Ｒの両端の電圧ＶTの関係は ＶBE4＝ＶT＋ＶBE3 ……(1) で表わされる。したがつて抵抗Ｒの両端の電圧Ｖ
Tは ＶT＝ＶBE4−ＶBE3 ……(2) となる。一般にトランジスタのベース・エミツタ
間電圧ＶBEとエミツタ電流ＩEとの関係は次式で
表わされる。
る。先づ、トランジスタ集積型温度センサについ
て簡単に説明する。特徴としては、IC化技術で
ワンチツプ化が可能であることおよび温度に対し
比較的精度良い出力信号が得られることである。
そこで電流出力型について簡単に述べる。第１図
にトランジスタ集積化温度センサの基本回路を示
す。第１図において、Q1，Q2はpnpトランジス
タ、Q3，Q4はnpnトランジスタで、それぞれ整合
がとれているものとする。一定のエミツタ電流比
で動作しているトランジスタQ3，Q4のそれぞれ
のベース・エミツタ間の電圧ＶBE3，ＶBE4，と抵
抗Ｒの両端の電圧ＶTの関係は ＶBE4＝ＶT＋ＶBE3 ……(1) で表わされる。したがつて抵抗Ｒの両端の電圧Ｖ
Tは ＶT＝ＶBE4−ＶBE3 ……(2) となる。一般にトランジスタのベース・エミツタ
間電圧ＶBEとエミツタ電流ＩEとの関係は次式で
表わされる。
ＩE＝ＩS（expｑＶＢＥ／ＫＴ−１）
〓ＩS・expｑＶＢＥ／ＫＴ ……(3)
したがつてＶBEは、
ＶBe＝ｋＴ／ｑ・ｌoＩＥ／ＩＳ ……(4)
ここで、ｋはボルツマン定数、ＩSはエミツタ
飽和電流、ｑは電子の電荷、Ｔは絶対温度であ
る。式から適当なＩEのもとでは、ＶBEは絶対温
度Ｔに比例することがわかる。
飽和電流、ｑは電子の電荷、Ｔは絶対温度であ
る。式から適当なＩEのもとでは、ＶBEは絶対温
度Ｔに比例することがわかる。
そこで(4)式を(2)式に代入すると、
ＶT＝ｋＴ／ｑｌo（ＩＳ２／ＩＳ１・ＩＥ２／ＩＥ１
）……(5) ここで、ＩS1≒ＩS2、ＩＥ２／ＩＥ１＝ｒ（電流密度
比）と すると、 ＶT＝ｋＴ／ｑ・ｌor ……(6) ここでｒ＝８とすると ＶT＝ｋＴ／ｑｌo８＝0.1792・Ｔ（mV／Ｋ） ……(7) となり、流れる全電流Ｉは、トランジスタQ1，
Q2によるカレントミラー効果によりＩE1＝ＩE2で
あるので、 Ｉ＝2IE1＝ＶＴ／Ｒ＝３５８／Ｒ・Ｔ（μＡ）……(8
) Ｒ＝358（Ω）とすれば、 Ｉ＝Ｔ（μＡ／Ｋ） ……(9) となり、絶対温度Ｔに対応した出力が得られるこ
とがわかる。この電流出力型の温度センサの特徴
は、電流出力であるので、入力電圧の変動に対し
ては、あまり影響を受けず、かつ２端子であるの
で、それ程複雑な回路構成にならない点、また、
絶対温度に比例した出力となるので、上昇温度分
の計測について正確な値を得ることが可能である
点などである。
）……(5) ここで、ＩS1≒ＩS2、ＩＥ２／ＩＥ１＝ｒ（電流密度
比）と すると、 ＶT＝ｋＴ／ｑ・ｌor ……(6) ここでｒ＝８とすると ＶT＝ｋＴ／ｑｌo８＝0.1792・Ｔ（mV／Ｋ） ……(7) となり、流れる全電流Ｉは、トランジスタQ1，
Q2によるカレントミラー効果によりＩE1＝ＩE2で
あるので、 Ｉ＝2IE1＝ＶＴ／Ｒ＝３５８／Ｒ・Ｔ（μＡ）……(8
) Ｒ＝358（Ω）とすれば、 Ｉ＝Ｔ（μＡ／Ｋ） ……(9) となり、絶対温度Ｔに対応した出力が得られるこ
とがわかる。この電流出力型の温度センサの特徴
は、電流出力であるので、入力電圧の変動に対し
ては、あまり影響を受けず、かつ２端子であるの
で、それ程複雑な回路構成にならない点、また、
絶対温度に比例した出力となるので、上昇温度分
の計測について正確な値を得ることが可能である
点などである。
本発明では、この電流出力型集積化温度センサ
を一対用いて、接触燃焼ヒータ部と、補償用ヒー
タ部の温度上昇分の差（ガスの存在による両ヒー
タ部の温度差）を計測し、出力させることを特徴
としている。
を一対用いて、接触燃焼ヒータ部と、補償用ヒー
タ部の温度上昇分の差（ガスの存在による両ヒー
タ部の温度差）を計測し、出力させることを特徴
としている。
次に、この集積化温度センサの構成を第２図に
示す。第２図において、T1，T2はそれぞれ電流
出力型の集積化温度センサ、E1，E2は該センサ
の電源である。今、各温度センサの周囲温度が等
しい時、T1，T2に流れる電流I1，I2は等しいの
で、 I0＝I1−I2 ……(10) からI0＝０である。しかし、ここでT1の周囲温度
が10℃高くなつたとすると、I0＝10μＡとなり、
T2とT1の温度差が出力されることとなる。逆に
T2の方が温度が高ければ、I0はマイナスとなる
が、その絶対値はT1とT2の温度差が出力される
はずである。
示す。第２図において、T1，T2はそれぞれ電流
出力型の集積化温度センサ、E1，E2は該センサ
の電源である。今、各温度センサの周囲温度が等
しい時、T1，T2に流れる電流I1，I2は等しいの
で、 I0＝I1−I2 ……(10) からI0＝０である。しかし、ここでT1の周囲温度
が10℃高くなつたとすると、I0＝10μＡとなり、
T2とT1の温度差が出力されることとなる。逆に
T2の方が温度が高ければ、I0はマイナスとなる
が、その絶対値はT1とT2の温度差が出力される
はずである。
したがつて、本発明の目的であるガス濃度の計
測には、この温度センサ部に近接して、接触燃焼
モータ部および補償ヒータを設け、かつ温度セン
サの出力形式を温度差出力とすれば、ガスに対す
る接触燃焼温度の出力、すなわちガス濃度が直線
的に出力されるのである。以上述べた集積化ガス
検知素子の詳細を製造方法にしたがつて具体的に
述べる。
測には、この温度センサ部に近接して、接触燃焼
モータ部および補償ヒータを設け、かつ温度セン
サの出力形式を温度差出力とすれば、ガスに対す
る接触燃焼温度の出力、すなわちガス濃度が直線
的に出力されるのである。以上述べた集積化ガス
検知素子の詳細を製造方法にしたがつて具体的に
述べる。
比抵抗20ないし30Ω・cm、厚み400μｍのｐ型
シリコンウエハを用いる。まず発熱体ヒータの方
であるが、ｐ型シリコンウエハ上にｎ型エピタキ
シヤル層を約10μの深さで形成する。このエピタ
キシヤル層に選択的にボロンを熱拡散し、0.1〜
0.2Ω・cm程度のP+型層を形成する。この低抵抗
部が加熱用のヒータ部となり、両端に電極の接続
をするための窓を明けておく。
シリコンウエハを用いる。まず発熱体ヒータの方
であるが、ｐ型シリコンウエハ上にｎ型エピタキ
シヤル層を約10μの深さで形成する。このエピタ
キシヤル層に選択的にボロンを熱拡散し、0.1〜
0.2Ω・cm程度のP+型層を形成する。この低抵抗
部が加熱用のヒータ部となり、両端に電極の接続
をするための窓を明けておく。
第３図は本発明のガス検知素子の平面図であ
る。１はシリコンウエハ、２はP+型抵抗拡散部
であるボロン拡散加熱抵抗体であり、電極取り出
し用窓３を介して加熱用電源パツド４および５へ
アルミニウムAl配線で接続を行なつている。次
に、温度センサ部６を図のように前記P+型抵抗
拡散部２に近接（約200μ）した部分に設ける。
この時の内部構成は１を基本回路とし、トランジ
スタ自身のアーリー効果や抵抗体の温度特性の補
償などを行なうため、やや複雑なものとなつてい
る。この温度センサ部の形成は一般の集積回路の
製造方法と何ら異なるものではなく、実際には加
熱用ヒータ部（図示せず）の作成もこの温度セン
サの製造工程中のP+拡散と同時に行なつている
ものである。この温度センサ部６と各電極パツド
７，８，９は図の通りである。
る。１はシリコンウエハ、２はP+型抵抗拡散部
であるボロン拡散加熱抵抗体であり、電極取り出
し用窓３を介して加熱用電源パツド４および５へ
アルミニウムAl配線で接続を行なつている。次
に、温度センサ部６を図のように前記P+型抵抗
拡散部２に近接（約200μ）した部分に設ける。
この時の内部構成は１を基本回路とし、トランジ
スタ自身のアーリー効果や抵抗体の温度特性の補
償などを行なうため、やや複雑なものとなつてい
る。この温度センサ部の形成は一般の集積回路の
製造方法と何ら異なるものではなく、実際には加
熱用ヒータ部（図示せず）の作成もこの温度セン
サの製造工程中のP+拡散と同時に行なつている
ものである。この温度センサ部６と各電極パツド
７，８，９は図の通りである。
このようにしてできた素子の全面に酸化シリコ
ン膜SiO2を形成する。その後パツド部４，５，
７，８，９に窓を開けておく。次にガスに対して
触媒として酸化第二鉄（Fe2O3）にパラジウム
（Pd）を含んだものを用い、スパツタ法で１０の
部分に膜を形成する。したがつて、触媒膜１０が
形成させた方がガスに対して接触燃焼する作用を
し、逆に触媒膜が形成されなかつた方が加熱用ヒ
ータとして働くもののガスに対しては不感となる
ものである。
ン膜SiO2を形成する。その後パツド部４，５，
７，８，９に窓を開けておく。次にガスに対して
触媒として酸化第二鉄（Fe2O3）にパラジウム
（Pd）を含んだものを用い、スパツタ法で１０の
部分に膜を形成する。したがつて、触媒膜１０が
形成させた方がガスに対して接触燃焼する作用を
し、逆に触媒膜が形成されなかつた方が加熱用ヒ
ータとして働くもののガスに対しては不感となる
ものである。
第４図に以上のようにして得られたガス検知素
子の接続方法を記す。第４図において１１は接触
燃焼ヒータ部としての触媒側加熱ヒータ部、１２
は補償用ヒータ部としての補償側加熱ヒータ部、
１３，１４は温度センサ部、１５，１６は温度セ
ンサ供給用電源、１７は加熱ヒータ部用電源、１
８は出力電流計である。
子の接続方法を記す。第４図において１１は接触
燃焼ヒータ部としての触媒側加熱ヒータ部、１２
は補償用ヒータ部としての補償側加熱ヒータ部、
１３，１４は温度センサ部、１５，１６は温度セ
ンサ供給用電源、１７は加熱ヒータ部用電源、１
８は出力電流計である。
このようにして接続した本実施例に基づくガス
検知素子を実際に各種のガス雰囲気で計測した結
果の一例を第５図に示す。計測条件としては、加
熱用電源の電圧は1.35Vとし、この時の消費電力
は120mWであつた。被検ガスとしては水素H2、
イソブタン（ｉ―C4H10）、エチルアルコール
（C2H5OH）３種類について実施した。第５図か
らわかるように、C2H5OHが最も反応しやすく、
0.5％のガス濃度で約7.5μＡの電流出力が得られ
た。このことは、先に示した通り、約7.5℃の温
度上昇の差が各温度センサに存在したことを示す
ものである。この他、イソブタン、水素について
も図の通りであつた。また得られる電流出力もガ
スの濃度に対して直線的に変化するものである。
検知素子を実際に各種のガス雰囲気で計測した結
果の一例を第５図に示す。計測条件としては、加
熱用電源の電圧は1.35Vとし、この時の消費電力
は120mWであつた。被検ガスとしては水素H2、
イソブタン（ｉ―C4H10）、エチルアルコール
（C2H5OH）３種類について実施した。第５図か
らわかるように、C2H5OHが最も反応しやすく、
0.5％のガス濃度で約7.5μＡの電流出力が得られ
た。このことは、先に示した通り、約7.5℃の温
度上昇の差が各温度センサに存在したことを示す
ものである。この他、イソブタン、水素について
も図の通りであつた。また得られる電流出力もガ
スの濃度に対して直線的に変化するものである。
第６図はハイブリツト型の構成によつて得られ
た本発明にかかる実施例の斜射図を示す。第６図
において、１９はアルミナ焼結基板、２０，２１
は印刷法によつて形成されたヒータ部用と温度検
出力用の金電極である。２２は基板１９上に接着
されたモノリシツク型の半導体温度センサ、２３
は同じく印刷焼付けによつて得られた白金グレー
ス抵抗発熱体、２４は接触燃焼をする触媒膜であ
る。
た本発明にかかる実施例の斜射図を示す。第６図
において、１９はアルミナ焼結基板、２０，２１
は印刷法によつて形成されたヒータ部用と温度検
出力用の金電極である。２２は基板１９上に接着
されたモノリシツク型の半導体温度センサ、２３
は同じく印刷焼付けによつて得られた白金グレー
ス抵抗発熱体、２４は接触燃焼をする触媒膜であ
る。
本発明は、可燃性ガスの接触による温度上昇分
のみを温度検出部分から取り出すことを目的とし
たものであるので、それぞれの構成をハイブリツ
ド型およびモノリシツク型としても同一の効果を
得ることができるものである。
のみを温度検出部分から取り出すことを目的とし
たものであるので、それぞれの構成をハイブリツ
ド型およびモノリシツク型としても同一の効果を
得ることができるものである。
また、本実施例では、加熱用ヒータを、P+型
抵抗拡散法および厚膜印刷法を用いて形成した
が、スパツタ法や真空蒸着法等を用いても得るこ
とができる。また材料としてSiCrなどを用いて
も、同様の効果を得ることが可能であることはい
うまでもない。また本実施例では、触媒として酸
化鉄―パラジウムを用いたが、目的とするガスに
応じて白金およびロジウム等あるいは酸化鉄のか
わりに酸化スズ、酸化亜鉛等を用いることも有効
な手段といえる。
抵抗拡散法および厚膜印刷法を用いて形成した
が、スパツタ法や真空蒸着法等を用いても得るこ
とができる。また材料としてSiCrなどを用いて
も、同様の効果を得ることが可能であることはい
うまでもない。また本実施例では、触媒として酸
化鉄―パラジウムを用いたが、目的とするガスに
応じて白金およびロジウム等あるいは酸化鉄のか
わりに酸化スズ、酸化亜鉛等を用いることも有効
な手段といえる。
なお、本発明の実施例では、モノリシツク半導
体技術を応用し、検知素子の構成のすべてを集積
化して得る方法について述べたが、必ずしもモノ
リシツク半導体化する必要はない。
体技術を応用し、検知素子の構成のすべてを集積
化して得る方法について述べたが、必ずしもモノ
リシツク半導体化する必要はない。
以上のように、本発明によるガス検知素子の検
知原理は接触燃焼を利用しているが、従来のよう
に発熱抵抗体の微弱な抵抗温度係数を検出するの
ではなく、温度上昇のみを取り出すのであるか
ら、従来のように検出感度を上げるため、動作さ
せる温度を必要以上に高くするようなことを要せ
ず、従来程に動作温度を上げなくとも充分に動作
させることが可能となつた。また、そのため、接
触燃焼する触媒も低温で動作させることが可能と
なり、長期にわたつて信頼性のすぐれたセンサを
得るに至つたものである。さらに、検出部の温度
センサ部もモノリシツク半導体集積回路の実使用
温度（125℃以下）近くで使用が可能となつたの
で、全体を集積化することができ、小型で軽量か
つ省電力化を実現できるものである。
知原理は接触燃焼を利用しているが、従来のよう
に発熱抵抗体の微弱な抵抗温度係数を検出するの
ではなく、温度上昇のみを取り出すのであるか
ら、従来のように検出感度を上げるため、動作さ
せる温度を必要以上に高くするようなことを要せ
ず、従来程に動作温度を上げなくとも充分に動作
させることが可能となつた。また、そのため、接
触燃焼する触媒も低温で動作させることが可能と
なり、長期にわたつて信頼性のすぐれたセンサを
得るに至つたものである。さらに、検出部の温度
センサ部もモノリシツク半導体集積回路の実使用
温度（125℃以下）近くで使用が可能となつたの
で、全体を集積化することができ、小型で軽量か
つ省電力化を実現できるものである。
以上述べた如く、本発明にもとづくガス検知素
子は小型軽量で、量産性に富み、かつ省電力で動
作する新しい構造、検知原理に基づくものであ
り、各種のガス防災機器システムなどに応用出来
るなど、その実用的価値は極めて大なるものであ
る。
子は小型軽量で、量産性に富み、かつ省電力で動
作する新しい構造、検知原理に基づくものであ
り、各種のガス防災機器システムなどに応用出来
るなど、その実用的価値は極めて大なるものであ
る。
第１図はトランジスタ集積化温度センサの基本
回路図、第２図は温度差検出回路構成図、第３図
は本発明の集積化ガス検知素子の平面図、第４図
は本発明の集積化ガス検知素子の回路構成図、第
５図は本発明の集積化ガス検知素子の計測結果を
示す特性図、第６図はハイブリツド型ガス検知素
子の斜視図ある。 １……シリコンウエハ、２……P+型抵抗拡散
層、４……加熱用電源パツド（触媒側）、５……
加熱用電源パツド（補償側）、６……温度センサ
部、７……電流出力端用パツド、８，９……温度
センサ電源用パツド、１０……触媒膜、１１……
触媒側加熱ヒータ部、１２……補償側加熱ヒータ
部、１３……温度センサ（触媒側）、１４……温
度センサ（補償側）、１５……温度センサ用電源
（補償側）、１６……温度センサ用電源（触媒
側）、１７……加熱ヒータ部用電源。
回路図、第２図は温度差検出回路構成図、第３図
は本発明の集積化ガス検知素子の平面図、第４図
は本発明の集積化ガス検知素子の回路構成図、第
５図は本発明の集積化ガス検知素子の計測結果を
示す特性図、第６図はハイブリツド型ガス検知素
子の斜視図ある。 １……シリコンウエハ、２……P+型抵抗拡散
層、４……加熱用電源パツド（触媒側）、５……
加熱用電源パツド（補償側）、６……温度センサ
部、７……電流出力端用パツド、８，９……温度
センサ電源用パツド、１０……触媒膜、１１……
触媒側加熱ヒータ部、１２……補償側加熱ヒータ
部、１３……温度センサ（触媒側）、１４……温
度センサ（補償側）、１５……温度センサ用電源
（補償側）、１６……温度センサ用電源（触媒
側）、１７……加熱ヒータ部用電源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 可燃性ガスの存在により接触燃焼する発熱抵
抗体と、可燃性ガスの存在に対し不感な発熱抵抗
体の一対のそれぞれの近傍に、絶対温度に対し直
線的に電流が変化するように構成した温度センサ
を設け、可燃性ガスの接触による温度上昇分を該
温度センサ対の電流差として取出すようにしたガ
ス検知素子。 ２ 一対の抵抗体および一対の集積化温度センサ
をシリコン基板上にワンチツプ化して設けたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガス検
知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20565181A JPS58106451A (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | ガス検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20565181A JPS58106451A (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | ガス検知素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58106451A JPS58106451A (ja) | 1983-06-24 |
| JPS6245484B2 true JPS6245484B2 (ja) | 1987-09-28 |
Family
ID=16510413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20565181A Granted JPS58106451A (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | ガス検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58106451A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0478376U (ja) * | 1990-11-20 | 1992-07-08 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3504498A1 (de) * | 1985-02-09 | 1986-08-14 | Drägerwerk AG, 2400 Lübeck | Gassensor mit mehreren sensorelementen |
| US10429330B2 (en) | 2016-07-18 | 2019-10-01 | Stmicroelectronics Pte Ltd | Gas analyzer that detects gases, humidity, and temperature |
| US10557812B2 (en) | 2016-12-01 | 2020-02-11 | Stmicroelectronics Pte Ltd | Gas sensors |
-
1981
- 1981-12-18 JP JP20565181A patent/JPS58106451A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0478376U (ja) * | 1990-11-20 | 1992-07-08 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58106451A (ja) | 1983-06-24 |
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