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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022157281
(43)【公開日】2022-10-14
(54)【発明の名称】ガスセンサ及びにおいセンサ
(51)【国際特許分類】
G01N 27/12 20060101AFI20221006BHJP
【ＦＩ】
G01N27/12 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021061408
(22)【出願日】2021-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000204284
【氏名又は名称】太陽誘電株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087480
【弁理士】
【氏名又は名称】片山 修平
(72)【発明者】
【氏名】原野 航
【テーマコード（参考）】
2G046
【Ｆターム（参考）】
2G046AA08
2G046AA13
2G046BE03
2G046DB05
2G046FB02
2G046FC08
2G046FE15
2G046FE39
2G046FE48
(57)【要約】
【課題】酸化性ガスを高精度に検出することが可能なガスセンサ及びにおいセンサを提供すること。
【解決手段】本発明に係るガスセンサは、ガス感知層と、ヒータと、加熱制御部と、検出部とを具備する。ガス感知層は、酸化性ガスが吸着する。ヒータは、ガス感知層を加熱する。加熱制御部は、ヒータによりガス感知層を加熱し、ガス感知層を第１の温度とする期間を第１の期間とし、ヒータによりガス感知層を加熱せず、ガス感知層を第１の温度より低い第２の温度とする期間を第２の期間とすると、第１の期間と第２の期間を順に行うようにヒータを制御する。検出部は、第２の期間におけるガス感知層の電気特性に基づいて酸化性ガスを検出する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係るガスセンサは、ガス感知層と、ヒータと、加熱制御部と、検出部とを具備する。ガス感知層は、酸化性ガスが吸着する。ヒータは、ガス感知層を加熱する。加熱制御部は、ヒータによりガス感知層を加熱し、ガス感知層を第１の温度とする期間を第１の期間とし、ヒータによりガス感知層を加熱せず、ガス感知層を第１の温度より低い第２の温度とする期間を第２の期間とすると、第１の期間と第２の期間を順に行うようにヒータを制御する。検出部は、第２の期間におけるガス感知層の電気特性に基づいて酸化性ガスを検出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化性ガスが吸着するガス感知層と、
前記ガス感知層を加熱するヒータと、
前記ヒータにより前記ガス感知層を加熱し、前記ガス感知層を第１の温度とする期間を第１の期間とし、前記ヒータにより前記ガス感知層を加熱せず、前記ガス感知層を前記第１の温度より低い第２の温度とする期間を第２の期間とすると、前記第１の期間と前記第２の期間を順に行うように前記ヒータを制御する加熱制御部と、
前記第２の期間における前記ガス感知層の電気特性に基づいて前記酸化性ガスを検出する検出部と
を具備するガスセンサ。
前記ガス感知層を加熱するヒータと、
前記ヒータにより前記ガス感知層を加熱し、前記ガス感知層を第１の温度とする期間を第１の期間とし、前記ヒータにより前記ガス感知層を加熱せず、前記ガス感知層を前記第１の温度より低い第２の温度とする期間を第２の期間とすると、前記第１の期間と前記第２の期間を順に行うように前記ヒータを制御する加熱制御部と、
前記第２の期間における前記ガス感知層の電気特性に基づいて前記酸化性ガスを検出する検出部と
を具備するガスセンサ。
【請求項2】
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記第１の温度は３５０℃以上４５０℃以下である
ガスセンサ。
前記第１の温度は３５０℃以上４５０℃以下である
ガスセンサ。
【請求項3】
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記第１の温度は２００℃以上２５０℃以下である
ガスセンサ。
前記第１の温度は２００℃以上２５０℃以下である
ガスセンサ。
【請求項4】
請求項１から３のうちいずれか1項に記載のガスセンサであって、
前記検出部は、前記第１の期間における前記ガス感知層の電気特性に基づいて前記酸化性ガスを検出しない
ガスセンサ。
前記検出部は、前記第１の期間における前記ガス感知層の電気特性に基づいて前記酸化性ガスを検出しない
ガスセンサ。
【請求項5】
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記加熱制御部は、前記ヒータにより前記ガス感知層を加熱し、前記ガス感知層を前記第１の温度より低く、前記第２の温度より高い第３の温度とする期間を第３の期間とし、前記ヒータにより前記ガス感知層を加熱せず、前記ガス感知層を前記第２の温度とする期間を第４の期間とすると、前記第１の期間、前記第２の期間、前記第３の期間及び前記第４の期間をこの順に設け、
前記検出部は、前記第２の期間における前記ガス感知層の電気特性と、前記第４の期間における前記ガス感知層の電気特性に基づいて前記酸化性ガスを検出する
ガスセンサ。
前記加熱制御部は、前記ヒータにより前記ガス感知層を加熱し、前記ガス感知層を前記第１の温度より低く、前記第２の温度より高い第３の温度とする期間を第３の期間とし、前記ヒータにより前記ガス感知層を加熱せず、前記ガス感知層を前記第２の温度とする期間を第４の期間とすると、前記第１の期間、前記第２の期間、前記第３の期間及び前記第４の期間をこの順に設け、
前記検出部は、前記第２の期間における前記ガス感知層の電気特性と、前記第４の期間における前記ガス感知層の電気特性に基づいて前記酸化性ガスを検出する
ガスセンサ。
【請求項6】
請求項５に記載のガスセンサであって、
前記検出部は、さらに、前記第１の期間における前記ガス感知層の電気特性と、前記第３の期間における前記ガス感知層の電気特性に基づいて前記酸化性ガスを検出する
ガスセンサ。
前記検出部は、さらに、前記第１の期間における前記ガス感知層の電気特性と、前記第３の期間における前記ガス感知層の電気特性に基づいて前記酸化性ガスを検出する
ガスセンサ。
【請求項7】
請求項１から６のうちいずれか1項に記載のガスセンサであって、
前記ガス感知層は、金属酸化物半導体とＡｕを主成分とする
ガスセンサ。
前記ガス感知層は、金属酸化物半導体とＡｕを主成分とする
ガスセンサ。
【請求項8】
請求項７に記載のガスセンサであって、
前記ガス感知層は、金属酸化物半導体からなる金属酸化物層と、Ａｕからなり、前記金属酸化物層上に形成された金属層とを有する
ガスセンサ。
前記ガス感知層は、金属酸化物半導体からなる金属酸化物層と、Ａｕからなり、前記金属酸化物層上に形成された金属層とを有する
ガスセンサ。
【請求項9】
請求項７に記載のガスセンサであって、
前記ガス感知層は、金属酸化物半導体からなる金属酸化物層と、Ａｕからなり、前記金属酸化物層中に分散された粒子とを有する
ガスセンサ。
前記ガス感知層は、金属酸化物半導体からなる金属酸化物層と、Ａｕからなり、前記金属酸化物層中に分散された粒子とを有する
ガスセンサ。
【請求項10】
請求項７から９のうちいずれか1項に記載のガスセンサであって、
前記金属酸化物半導体は、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛のいずれかからなる
ガスセンサ。
前記金属酸化物半導体は、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛のいずれかからなる
ガスセンサ。
【請求項11】
請求項１から１０のうちいずれか1項に記載のガスセンサと、加熱されることにより還元性ガスを検出するガスセンサを含む複数のガスセンサと、
前記複数のガスセンサの出力に基づいて、においを判定する判定部
を具備するにおいセンサ。
前記複数のガスセンサの出力に基づいて、においを判定する判定部
を具備するにおいセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化性ガスを検出するガスセンサ及びにおいセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体からなるガス感知層を備え、ガス感知層に吸着するガス分子によるガス感知層の電気抵抗値変化に基づいてガスを検出する半導体式ガスセンサが知られている。このようなガスセンサは、ガス感知層の温度をヒータにより最適温度に制御した上でガスの検出を行うものが一般的である。
【0003】
また、近年、ヒータを間欠的に駆動できるパルス加熱駆動を用いてガスセンサの消費電力の低減や高感度化を図る研究も進められている（例えば特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１５７０３号公報
【特許文献2】特開２０２０－４１８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１及び２に記載のような技術では、ガス感知層を最適温度に加熱してガス検出を行うことで高感度化を計っていた。しかしながら、その場合、環境中のＨ２Ｏの吸着により、酸化性ガスの吸着サイトが阻害され、低濃度（例えばppt濃度域）での酸化性ガス検出が困難といった問題がある。
【0006】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、酸化性ガスを高精度に検出することが可能なガスセンサ及びにおいセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るガスセンサは、ガス感知層と、ヒータと、加熱制御部と、検出部とを具備する。
上記ガス感知層は、酸化性ガスが吸着する。
上記ヒータは、上記ガス感知層を加熱する。
上記加熱制御部は、上記ヒータにより上記ガス感知層を加熱し、上記ガス感知層を第１の温度とする期間を第１の期間とし、上記ヒータにより上記ガス感知層を加熱せず、上記ガス感知層を上記第１の温度より低い第２の温度とする期間を第２の期間とすると、上記第１の期間と上記第２の期間を順に行うように上記ヒータを制御する。
上記検出部は、上記第２の期間における上記ガス感知層の電気特性に基づいて上記酸化性ガスを検出する。
上記ガス感知層は、酸化性ガスが吸着する。
上記ヒータは、上記ガス感知層を加熱する。
上記加熱制御部は、上記ヒータにより上記ガス感知層を加熱し、上記ガス感知層を第１の温度とする期間を第１の期間とし、上記ヒータにより上記ガス感知層を加熱せず、上記ガス感知層を上記第１の温度より低い第２の温度とする期間を第２の期間とすると、上記第１の期間と上記第２の期間を順に行うように上記ヒータを制御する。
上記検出部は、上記第２の期間における上記ガス感知層の電気特性に基づいて上記酸化性ガスを検出する。
【0008】
上記第１の温度は３５０℃以上４５０℃以下であってもよい。
【0009】
上記第１の温度は２００℃以上２５０℃以下であってもよい。
【0010】
上記検出部は、上記第１の期間における上記ガス感知層の電気特性に基づいて上記酸化性ガスを検出しなくてもよい。
【0011】
上記加熱制御部は、上記ヒータにより上記ガス感知層を加熱し、上記ガス感知層を上記第１の温度より低く、上記第２の温度より高い第３の温度とする期間を第３の期間とし、上記ヒータにより上記ガス感知層を加熱せず、上記ガス感知層を上記第２の温度とする期間を第４の期間とすると、上記第１の期間、上記第２の期間、上記第３の期間及び上記第４の期間をこの順に設け、
上記検出部は、上記第２の期間における上記ガス感知層の電気特性と、上記第４の期間における上記ガス感知層の電気特性に基づいて上記酸化性ガスを検出してもよい。
上記検出部は、上記第２の期間における上記ガス感知層の電気特性と、上記第４の期間における上記ガス感知層の電気特性に基づいて上記酸化性ガスを検出してもよい。
【0012】
上記検出部は、さらに、上記第１の期間における上記ガス感知層の電気特性と、上記第３の期間における上記ガス感知層の電気特性に基づいて上記酸化性ガスを検出してもよい。
【0013】
上記ガス感知層は、金属酸化物半導体とＡｕを主成分とするものであってもよい。
【0014】
上記ガス感知層は、金属酸化物半導体からなる金属酸化物層と、Ａｕからなり、上記金属酸化物層上に形成された金属層とを有するものであってもよい。
【0015】
上記ガス感知層は、金属酸化物半導体からなる金属酸化物層と、Ａｕからなり、上記金属酸化物層中に分散された粒子とを有するものであってもよい。
【0016】
上記金属酸化物半導体は、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛のいずれかからなるものであってもよい。
ガスセンサ。
ガスセンサ。
【0017】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るにおいセンサは、複数のガスセンサと判定部とを具備する。
上記複数のガスセンサは、上記ガスセンサと、加熱されることにより還元性ガスを検出するガスセンサを含む。
上記判定部は、上記複数のガスセンサの出力に基づいて、においを判定する。
上記複数のガスセンサは、上記ガスセンサと、加熱されることにより還元性ガスを検出するガスセンサを含む。
上記判定部は、上記複数のガスセンサの出力に基づいて、においを判定する。
【発明の効果】
【0018】
以上のように本発明によれば、酸化性ガスを高精度に検出することが可能なガスセンサ及びにおいセンサを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施形態に係るガスセンサの模式図である。
【図2】上記ガスセンサの動作を示すフローチャートである。
【図3】上記ガスセンサが備えるガス感知層の温度の推移を示す模式図である。
【図4】上記ガスセンサの検出原理を示す模式図である。
【図5】上記ガスセンサの他の動作を示すフローチャートである。
【図6】上記ガスセンサの他の動作を示すフローチャートである。
【図7】上記ガスセンサが備えるガス感知層の温度の推移を示す模式図である。
【図8】上記ガスセンサが備えるセンサ素子の他の構造を示す模式図である。
【図9】本発明の実施形態に係るにおいセンサの模式図である。
【図10】本発明の実施例１に係るガスセンサ（Ａｕ表面担持ＳｎO２）の測定結果（第1温度Ｔ１：３５０℃）である。
【図11】本発明の実施例１に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：３５０℃、空気）である。
【図12】本発明の実施例１に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：３５０℃、ＮＯ２）である。
【図13】本発明の実施例１に係るガスセンサ及び比較例に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：３５０℃）である。
【図14】本発明の実施例１に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃）である。
【図15】本発明の実施例１に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃、空気）である。
【図16】本発明の実施例１に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃、ＮＯ２）である。
【図17】本発明の実施例１に係るガスセンサ及び比較例に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：３５０℃、第３温度Ｔ３：２３０℃）である。
【図18】本発明の実施例１に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：３５０℃、第３温度Ｔ３：２３０℃）である。
【図19】本発明の実施例１に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：３５０℃、第３温度Ｔ３：２３０℃、空気）である。
【図20】本発明の実施例１に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：３５０℃、第３温度Ｔ３：２３０℃、ＮＯ２）である。
【図21】本発明の実施例１に係るガスセンサ及び比較例に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：３５０℃、第３温度Ｔ３：２３０℃）である。
【図22】本発明の実施例２に係るガスセンサ（Ａｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３）の測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃、空気）である。
【図23】本発明の実施例２に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃、ＮＯ２）である。
【図24】本発明の実施例３（実施例１と２の比較）に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃）である。
【図25】本発明の実施例４に係るガスセンサ（Ａｕ分散ＳｎＯ２）の測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃、空気）である。
【図26】本発明の実施例４に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃、ＮＯ２）である。
【図27】本発明の実施例５に係るガスセンサ（Ａｕ分散Ｉｎ２Ｏ３）の測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃、空気）である。
【図28】本発明の実施例５に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃、ＮＯ２）である。
【図29】本発明の実施例６（実施例４と５の比較）に係るガスセンサの測定結果（第1温度Ｔ１：２３０℃）である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
［ガスセンサの構成］
本発明の実施形態に係るガスセンサについて説明する。図１は本実施形態に係るガスセンサ１００の構成を示す模式図である。同図に示すようにガスセンサ１００は、センサ素子１１０及び制御モジュール１２０を有する。
本発明の実施形態に係るガスセンサについて説明する。図１は本実施形態に係るガスセンサ１００の構成を示す模式図である。同図に示すようにガスセンサ１００は、センサ素子１１０及び制御モジュール１２０を有する。
【0021】
まずヒータ１１６を内蔵し、少なくとも表面が絶縁処理された支持層に関し説明する。このガスセンサ１００は、少なくとも表面が絶縁処理された支持層があり、その支持層に例えば第１電極１１３及び第２電極１１４が形成されている。更に、支持層及び第１電極１１３及び第２電極１１４を覆うようにガス感知層１１７が設けられている。後述するが、ガス感知層１１７の材料は、金属酸化物半導体であり、例えば、酸化スズ（ＳｎＯＸ）、酸化インジウム（ＩｎＯＸ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）から選択される。そしてこのガス感知層１１７の上には、金属層１１８が設けられる。ここでは、白金（Ｐｔ）を用いている。
【0022】
一方、後述するが、感知層１１７は、加熱処理が施されるため、ヒータ１１６が必要となる。このヒータ１１６は、感知層１１７の下に設ける。つまり前述した支持層に設けられる。考えられる支持層としては、セラミック基板、ガラス基板または半導体基板である。まずセラミック基板としては、例えばＡｌ２Ｏ３を主成分とする焼結基板である。ペースト状のセラミック粉体を焼結するため、セラミック基板の中にヒータ用の金属を埋め込むことは簡単である。すると、このヒータが埋め込まれたセラミック基板は、表面が絶縁処理されているため、第１電極１１３及び第２電極１１４を設けることができる。
【0023】
続いて、ガラス基板を説明する。ガラス基板の上にヒータの材料を印刷、または貼り合わせで設けることができる。更にその上に、粉体のガラス層を焼結させたり、またはＳｉフィラーが入った絶縁樹脂層を被覆したりすることで、表面絶縁性の支持層を形成できる。そしてこの支持層の上には、第１電極１１３及び第２電極１１４を印刷またはメッキなどで形成できる。
【0024】
最後に、半導体基板を使った支持層を説明する。ここではＳｉ基板を採用した構造に関し説明する。Ｓｉ基板では、このガスセンサの演算処理が行われるため、ＰまたはＮ型で、半導性である。このＳｉ基板の上に、熱酸化してＳｉＯ２膜を被覆して表面が絶縁処理された支持層を用意する。あるいは、Ｓｉ基板の表面に、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）またはスパッタリングなどで、ＳｉＯ２あるいはＳｉＮｘの絶縁層を被覆しても良い。成膜の仕方は色々とあり、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘなどを選択して少なくとも一層形成すれば、支持層となる。ヒータ１１２は、この絶縁層の間に埋め込まれれば良い。埋め込まれ、表面は絶縁処理されるため、この上に電極から上を構成すればよい。
【0025】
この様に、支持層は、第１電極１１３、第２電極１１４、感知層１１７および金属層１１８の支持を可能とすれば、色々なものを選択できる。尚、支持層内にヒータが内蔵されるのではなく、支持層の外部をヒータとなるもの、例えばＮｉＣｒ線などで囲んでも良い。本発明では、まず、支持層として半導体基板を採用したため、以下、Ｓｉ基板を支持層として説明していく。
【0026】
センサ素子１１０は、基板１１１、絶縁層１１２、第１電極１１３、第２電極１１４、ガス感知層１１５及びヒータ１１６を備える。
【0027】
基板１１１はセンサ素子１１０の各部を支持する。基板１１１は例えばシリコン（Ｓｉ）からなる。絶縁層１１２は基板１１１上に設けられ、第１電極１１３及び第２電極１１４とヒータ１１６を絶縁する。絶縁層１１２は例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる。
【0028】
第１電極１１３及び第２電極１１４は絶縁層１１２上に設けられ、ガス感知層１１５の電気特性を検知する。第１電極１１３と第２電極１１４は櫛歯型電極であり、互いに離間して配置されている。第１電極１１３と第２電極１１４は金属材料からなり、例えば白金（Ｐｔ）からなる。第１電極１１３と第２電極１１４の厚みは例えば８０ｎｍである。
【0029】
ガス感知層１１５は絶縁層１１２上に設けられ、酸化性ガスが吸着する。ガス感知層１１５は、金属酸化物半導体と金（Ａｕ）を主成分とし、具体的には金属酸化物層１１７と金属層１１８を有する。金属酸化物層１１７は金属酸化物半導体からなり、第１電極１１３及び第２電極１１４は金属酸化物層１１７により被覆される。金属酸化物半導体は、酸化スズ（ＳｎＯＸ）、酸化インジウム（ＩｎＯＸ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。酸化スズは例えば二酸化スズ（ＳｎＯ２）であり、酸化インジウムは例えば酸化インジウム（III）（Ｉｎ２Ｏ３）である。金属酸化物層１１７の厚み例えば１００ｎｍである。金属層１１８は、金属酸化物層１１７上に形成され、金属酸化物層１１７上に担持された金（Ａｕ）からなる。金属層１１８の厚みは例えば３ｎｍである。
【0030】
ヒータ１１６は絶縁層１１２に設けられ、ガス感知層１１５を加熱する。ヒータ１１６は例えば白金（Ｐｔ）からなる抵抗発熱体を有する抵抗加熱式ヒータである。ヒータ１１６は他の方式のヒータであってもよい。
【0031】
センサ素子１１０は以上のような構成を有する。センサ素子１１０の構成についてはここに示すものに限定されず、後述するガスセンサ１００の動作を実現可能なものであればよい。
【0032】
制御モジュール１２０は加熱制御部１２１と検出部１２２を有する。制御モジュール１２０はセンサ素子１１０と一体的に構成されている。また、制御モジュール１２０はセンサ素子１１０とは別に設けられ、センサ素子１１０と接続されたものであってもよい。さらに、制御モジュール１２０の一部のみがセンサ素子１１０と一体的に構成されてもよい。例えば加熱制御部１２１はセンサ素子１１０と一体的に構成され、検出部１２２はセンサ素子１１０とは別に設けられるものであってもよい。
【0033】
加熱制御部１２１はヒータ１１６に接続され、ヒータ１１６の駆動を制御する。加熱制御部１２１は、「第１期間」と「第２期間」を順に行う。第１期間では、加熱制御部１２１がヒータ１１６を駆動する。具体的には加熱制御部１２１は、ヒータ１１６に所定の電圧を印加することでヒータ１１６を発熱させる。ガス感知層１１５はヒータ１１６により所定温度に加熱される。以下、第１期間におけるガス感知層１１５の温度を第１温度Ｔ１とする。第１温度Ｔ１は２００℃以上２５０℃以下又は３５０℃以上４５０℃以下が好適である。
【0034】
第２期間では、加熱制御部１２１がヒータ１１６を駆動しない。具体的には加熱制御部１２１は、ヒータ１１６への電圧印可を停止することでヒータ１１６の加熱を停止させる。ガス感知層１１５はヒータ１１６により加熱されず、周囲の温度（即ち、室温）と同一の温度となる。なお、第２期間では加熱制御部１２１はヒータ１１６を駆動してガス感知層１１５が室温となるように制御してもよい。以下、第２期間におけるガス感知層１１５の温度を第２温度Ｔ２とする。第２温度Ｔ２は０℃以上６０℃以下が好適である。
【0035】
検出部１２２はガス感知層１１５の電気特性に基づいて酸化性ガスを検出する。検出部１２２は、第１電極１１３及び第２電極１１４に接続され、第１電極１１３と第２電極１１４の間の抵抗値を取得する。第１電極１１３と第２電極１１４の間にはガス感知層１１５が存在するため、第１電極１１３と第２電極１１４の間の電気抵抗はガス感知層１１５の電気抵抗であり、即ちガス感知層１１５の電気特性である。検出部１２２は後述するように、この電気特性を用いて酸化性ガスを検出する。
【0036】
［センサ素子の製造方法］
センサ素子１１０の製造方法は特に限定されないが、次の様にして製造することができる。基板１１１上に絶縁材料を積層し、その上にヒータ１１６を形成する。ヒータ１１６上にも絶縁材料を積層し、ヒータ１１６が埋設された絶縁層１１２を形成する。続いて、絶縁層１１２上に金属酸化物層１１７を積層する。金属酸化物層１１７はＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングにより堆積させる。さらに、金属酸化物層１１７上に金属層１１８を堆積させる。金属層１１８はＤＣ（Direct Current）スパッタリング又はＲＦスパッタリングにより堆積させることができる。その後、所定条件で焼成することでセンサ素子１１０を形成する。所定条件は例えば３８０℃、１２時間である。
センサ素子１１０の製造方法は特に限定されないが、次の様にして製造することができる。基板１１１上に絶縁材料を積層し、その上にヒータ１１６を形成する。ヒータ１１６上にも絶縁材料を積層し、ヒータ１１６が埋設された絶縁層１１２を形成する。続いて、絶縁層１１２上に金属酸化物層１１７を積層する。金属酸化物層１１７はＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングにより堆積させる。さらに、金属酸化物層１１７上に金属層１１８を堆積させる。金属層１１８はＤＣ（Direct Current）スパッタリング又はＲＦスパッタリングにより堆積させることができる。その後、所定条件で焼成することでセンサ素子１１０を形成する。所定条件は例えば３８０℃、１２時間である。
【0037】
【0038】
以下の説明においてセンサ素子１１０に供給されるガスを「測定対象ガス」とする。ガスセンサ１００は測定対象ガスに含まれる「酸化性ガス」を検出することができる。酸化性ガスはガス感知層１１５に吸着し、ガス感知層１１５中の電子を吸引する分子からなるガスであり、窒素酸化物（ＮＯＸ）ガス、オゾン（Ｏ３）ガス及び塩素（Ｃｌ２）ガス等が含まれる。特にガスセンサ１００は二酸化窒素（ＮＯ２）ガスの検出に好適である。
【0039】
測定プロセスが開始されると、加熱制御部１２１は、第1期間Ｐ１（図３参照）を開始する。即ち加熱制御部１２１はヒータ１１６を駆動し、ガス感知層１１５を第１温度Ｔ１に加熱する（Ｓｔ１０１）。加熱制御部１２１は、第１期間Ｐ１の間、ヒータ１１６の駆動を維持し、ガス感知層１１５を第１温度Ｔ１に維持する（Ｓｔ１０２）。第１期間Ｐ１は１秒間以上６０秒間以下であり、１秒間以上１０秒間以下が好適である。第１期間Ｐ１を長くすれば後述する水分子が脱離しやすくなり、酸化性ガスの感度が向上するが、消費電力が増加する。したがって、第１期間Ｐ１は１秒間以上１０秒間以下が好適であり、例えば５秒間である。
【0040】
第１期間Ｐ１の終了後（Ｓｔ１０２；Ｙｅｓ）、加熱制御部１２１は第２期間Ｐ２（図３参照）を開始する。即ち加熱制御部１２１は、ヒータ１１６の駆動を停止し、ガス感知層１１５を第２温度Ｔ２にする（Ｓｔ１０３）。ヒータ１１６の駆動停止と同時に検出部１２２は、第１電極１１３と第２電極１１４の間の抵抗値を取得する（Ｓｔ１０４）。加熱制御部１２１は、第２期間Ｐ２の間、ヒータ１１６の駆動停止を維持し、ガス感知層１１５を第２温度Ｔ２に維持する（Ｓｔ１０５）。第２期間Ｐ２は消費電力の低減のため、長い方が好適であり、例えば１０秒間である。
【0041】
第２期間Ｐ２の終了後（Ｓｔ１０５；Ｙｅｓ）、ガスセンサ１００は測定プロセス終了まで、上記Ｓｔ１０１～Ｓｔ１０５を繰り返し実行する。加熱制御部１２１は、ガス感知層１１５の温度を図３に示すように第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２の間で急激に変化させるが、このような加熱方法はパルス加熱と呼ばれる。なお、ガスセンサ１００は測定プロセスにおいてＳｔ１０１～Ｓｔ１０５を一度のみ実行してもよい。
【0042】
［検出部による酸化性ガスの検出について］
検出部１２２は、第２期間Ｐ２において取得した抵抗値に基づいて酸化性ガスを検出する。図４は酸化性ガスの検出原理を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、ガス感知層１１５には電子（図中「ｅ－」）が存在する。
検出部１２２は、第２期間Ｐ２において取得した抵抗値に基づいて酸化性ガスを検出する。図４は酸化性ガスの検出原理を示す模式図である。図４（ａ）に示すように、ガス感知層１１５には電子（図中「ｅ－」）が存在する。
【0043】
図４（ｂ）に示すように、ガス感知層１１５に酸化性ガスのガス分子（図中「gas」）が接近するとガス感知層１１５中の電子（図中「ｅ－」）はガス分子に吸引され、図４（ｃ）に示すように、ガス分子とガス感知層１１５の化学結合形成に利用される。
【0044】
これにより、ガス感知層１１５中の電子が減少するため、ガス感知層１１５の電気抵抗が増加する。ガス感知層１１５の電気抵抗はガス分子の吸着数によって変動するため、検出部１２２は第１電極１１３と第２電極１１４の間の抵抗値に基づいて酸化性ガスの濃度を特定することができる。具体的には、酸化性ガスが含まれない参照用ガス（例えば、空気）に対して測定された抵抗値をＲａ、酸化性ガスを含む測定対象ガスに対して測定された抵抗値をＲｇとすると、検出部１２２はＲｇ／Ｒａの比率によって測定対象ガスにおける酸化性ガスの濃度を特定することができる（実施例参照）。
【0045】
なお、本発明に係るガス感知層１１５は金属酸化物層１１７と金属層１１８（図１参照）を備える。金属層１１８は金属酸化物層１１７を完全には被覆せず、ガス分子は金属層１１８を透過して金属酸化物層１１７に吸着することができる。金属層１１８はガス分子の吸着に際して触媒として機能し、ガス分子の金属酸化物層１１７への吸着を促進する。
【0046】
以上のようにして検出部１２２は、ガス感知層１１５の電気特性に基づいて酸化性ガスを検出することができる。検出部１２２は、抵抗値の取得（図４、Ｓｔ１０４）と同時に酸化性ガスの検出を実施してもよく、取得した抵抗値を記憶しておき、事後的に酸化性ガスの検出を実施してもよい。
【0047】
なお、検出部１２２は第２期間Ｐ２において抵抗値を取得するが、第１期間Ｐ１においては第１電極１１３と第２電極１１４への電圧印可をせず、抵抗値の取得及び酸化性ガスの検出を行わないものとしてもよい。これにより、データ量や演算量の低減が可能であり、ガスセンサ１００の消費電力を削減することができる。なお、第１期間Ｐ１において抵抗値の取得を行ってもよい。
【0048】
［ガス感知層の温度について］
加熱制御部１２１は、上記のようにヒータ１１６を駆動し、第１期間Ｐ１の間、ガス感知層１１５を第１温度Ｔ１に加熱する（図３参照）。その後、加熱制御部１２１は、ヒータ１１６の駆動を停止し、第２期間Ｐ２の間、ガス感知層１１５を第２温度Ｔ２とする。検出部１２２は第２期間Ｐ２において第１電極１１３と第２電極１１４の間の抵抗値を取得し、酸化性ガスを検出する。
加熱制御部１２１は、上記のようにヒータ１１６を駆動し、第１期間Ｐ１の間、ガス感知層１１５を第１温度Ｔ１に加熱する（図３参照）。その後、加熱制御部１２１は、ヒータ１１６の駆動を停止し、第２期間Ｐ２の間、ガス感知層１１５を第２温度Ｔ２とする。検出部１２２は第２期間Ｐ２において第１電極１１３と第２電極１１４の間の抵抗値を取得し、酸化性ガスを検出する。
【0049】
ここでガス感知層１１５には、事前に環境中の水分子が吸着している。ガス感知層１１５に水分子が吸着していると、酸化性ガスが吸着可能なガス感知層１１５の吸着サイトが水分子によって占められ、酸化性ガスの吸着が妨げられる。ここで加熱制御部１２１が、第１期間Ｐ１においてガス感知層１１５を第１温度Ｔ１に加熱することにより、水分子をガス感知層１１５から脱離させることができる。このため、第２期間Ｐ２では水分子が結合している吸着サイトが減少しており、酸化性ガスのガス感知層１１５への吸着を促進することができる。したがって、第２期間Ｐ２において抵抗値を取得する前に第１期間Ｐ１を設けることにより、酸化性ガスの検出精度を向上させることができる。
【0050】
ガス感知層１１５の構成と温度の関係について説明する。ガス感知層１１５は上記のように金属酸化物半導体からなる金属酸化物層１１７と、金属酸化物層１１７の表面に担持された金（Ａｕ）からなる金属層１１８を備える。上記のように第１期間Ｐ１において水分子がガス感知層１１５から脱離した後、第２期間Ｐ２では水分子が再度吸着サイトに吸着しようとする。ここで、金属酸化物層１１７の表面に金（Ａｕ）が存在することにより、金（Ａｕ）が触媒として作用し、第２温度Ｔ２における酸化性ガスの吸着サイトへの吸着速度が向上する。したがって、検出部１２２が第２期間Ｐ２において抵抗値を取得することにより、酸化性ガスの検出精度をより向上させることができる。
【0051】
第１温度Ｔ１は具体的には、３００℃以上４５０℃以下と２００℃以上２５０℃以下が好適である。以下、それぞれの温度範囲について説明する。
【0052】
（第１温度Ｔ１：３００℃以上４５０℃以下）
ガス感知層１１５に吸着している水分子は、具体的には物理吸着及び化学吸着によりガス感知層１１５に吸着している。化学吸着では水分子の水酸基とガス感知層１１５の間に化学結合が生じている。ガス感知層１１５を３５０℃以上４００℃以下に加熱すると、水酸基とガス感知層１１５の化学結合が解除され、化学吸着している水分子が脱離する。また、この温度では物理吸着している水分子も脱離する。このため第１期間Ｐ１においてガス感知層１１５の吸着サイトから多くの水分子が脱離する。これにより、酸化性ガスの濃度が低くても第２期間Ｐ２において抵抗値が変動するため、ガスセンサ１００によって低濃度（例えば１００ｐｐｔ程度）の酸化性ガスを検出することが可能となる（実施例参照）。
ガス感知層１１５に吸着している水分子は、具体的には物理吸着及び化学吸着によりガス感知層１１５に吸着している。化学吸着では水分子の水酸基とガス感知層１１５の間に化学結合が生じている。ガス感知層１１５を３５０℃以上４００℃以下に加熱すると、水酸基とガス感知層１１５の化学結合が解除され、化学吸着している水分子が脱離する。また、この温度では物理吸着している水分子も脱離する。このため第１期間Ｐ１においてガス感知層１１５の吸着サイトから多くの水分子が脱離する。これにより、酸化性ガスの濃度が低くても第２期間Ｐ２において抵抗値が変動するため、ガスセンサ１００によって低濃度（例えば１００ｐｐｔ程度）の酸化性ガスを検出することが可能となる（実施例参照）。
【0053】
なお、第１温度Ｔ１が３００℃未満であると第１期間Ｐ１において水分子の水酸基とガス感知層１１５の間の化学結合が解除されない。また、第１温度Ｔ１が４５０℃を超えると水分子は脱離するが、消費電力が過大となる。したがって、第１温度Ｔ１：３００℃以上４５０℃以下が好適である。
【0054】
（第１温度Ｔ１：２００℃以上２５０℃以下）
ガス感知層１１５を２００℃以上２５０℃以下に加熱すると、水酸基とガス感知層１１５の化学結合が解除されず、化学吸着している水分子は脱離しない。一方、物理吸着している水分子は脱離する。このため第１期間Ｐ１においてガス感知層１１５の吸着サイトから一部の水分子が脱離する。この場合、酸化性ガスの濃度による抵抗値の変化量が大きくなり、特にｐｐｂ濃度域において高分解能化が可能である（実施例参照）。
ガス感知層１１５を２００℃以上２５０℃以下に加熱すると、水酸基とガス感知層１１５の化学結合が解除されず、化学吸着している水分子は脱離しない。一方、物理吸着している水分子は脱離する。このため第１期間Ｐ１においてガス感知層１１５の吸着サイトから一部の水分子が脱離する。この場合、酸化性ガスの濃度による抵抗値の変化量が大きくなり、特にｐｐｂ濃度域において高分解能化が可能である（実施例参照）。
【0055】
なお、第１温度Ｔ１が２００℃未満であるとガス感知層１１５へ物理吸着している水分子が第１期間Ｐ１において脱離しない。また、また、第１温度Ｔ１が２５０℃を超えると化学吸着している水分子の脱離が生じる。したがって、第１温度Ｔ１：２００℃以上２５０℃以下が好適である。
【0056】
以上のように第１温度Ｔ１は、３００℃以上４５０℃以下と２００℃以上２５０℃以下が好適である。第１温度Ｔ１が３００℃以上４５０℃以下の場合、低濃度の酸化性ガスを検出することが可能となる。また第１温度Ｔ１が２００℃以上２５０℃以下の場合、高い分解能で酸化性ガスを検出することが可能となる。したがって、加熱制御部１２１は、低濃度の酸化性ガスを検出したい場合は第１温度Ｔ１を３００℃以上４５０℃以下とし、酸化性ガスを高分解能で検出したい場合は第１温度Ｔ１を２００℃以上２５０℃以下とすることができる。即ち加熱制御部１２１は、測定の目的や酸化性ガスの濃度範囲に応じて第１温度Ｔ１の温度範囲を選択することができる。
【0057】
［ガスセンサによる効果］
以上のようにガスセンサ１００は、ヒータ１１６によりガス感知層１１５を第１温度Ｔ１に加熱する第１期間Ｐ１と、ヒータ１１６によりガス感知層１１５を加熱せず、第２温度Ｔ２とする第２期間Ｐ２とを順に設ける。第１期間Ｐ１において水分子をガス感知層１１５から脱離させることができ、第２期間Ｐ２では酸化性ガスのガス感知層１１５への吸着を促進することができる。したがって、酸化性ガスの検出精度を向上させることができる。
以上のようにガスセンサ１００は、ヒータ１１６によりガス感知層１１５を第１温度Ｔ１に加熱する第１期間Ｐ１と、ヒータ１１６によりガス感知層１１５を加熱せず、第２温度Ｔ２とする第２期間Ｐ２とを順に設ける。第１期間Ｐ１において水分子をガス感知層１１５から脱離させることができ、第２期間Ｐ２では酸化性ガスのガス感知層１１５への吸着を促進することができる。したがって、酸化性ガスの検出精度を向上させることができる。
【0058】
また、センサ素子１１０において金属酸化物層１１７の表面に金（Ａｕ）からなる金属層１１８を設けたガス感知層１１５を用いることができる。この構成においては第２温度Ｔ２での酸化性ガスのガス感知層１１５への吸着速度を向上させることができ、酸化性ガスの検出精度をさらに向上させることができる。
【0059】
さらに加熱制御部１２１は第１温度Ｔ１を、３００℃以上４５０℃以下、又は２００℃以上２５０℃以下とすることができる。第１温度Ｔ１を３００℃以上４５０℃以下とすると低濃度の酸化性ガスを検出することが実現可能であり、２００℃以上２５０℃以下とすること高分解能での酸化性ガスの検出が実現可能である。
【0060】
［ガスセンサの他の動作について］
ガスセンサ１００の他の動作について説明する。図５及び図６はガスセンサ１００の他の動作を示すフローチャートであり、図７はこの動作におけるガス感知層１１５の温度の推移を示すグラフである。
ガスセンサ１００の他の動作について説明する。図５及び図６はガスセンサ１００の他の動作を示すフローチャートであり、図７はこの動作におけるガス感知層１１５の温度の推移を示すグラフである。
【0061】
測定プロセスが開始されると、加熱制御部１２１は、第1期間Ｐ１（図７参照）を開始する。即ち加熱制御部１２１はヒータ１１６を駆動し、ガス感知層１１５を第１温度Ｔ１に加熱する（Ｓｔ１１１）。加熱制御部１２１は、第１期間Ｐ１の間、ヒータ１１６の駆動を維持し、ガス感知層１１５を第１温度Ｔ１に維持する（Ｓｔ１１２）。第１期間Ｐ１は１秒間以上６０秒間以下であり、１秒間以上１０秒間以下が好適である。第１期間Ｐ１は例えば１０秒間である。
【0062】
第１期間Ｐ１の終了後（Ｓｔ１１２；Ｙｅｓ）、加熱制御部１２１は第２期間Ｐ２（図７参照）を開始する。即ち加熱制御部１２１は、ヒータ１１６の駆動を停止し、ガス感知層１１５を第２温度Ｔ２にする（Ｓｔ１１３）。ヒータ１１６の駆動停止と同時に検出部１２２は、第１電極１１３と第２電極１１４の間の抵抗値を取得する（Ｓｔ１１４）。加熱制御部１２１は、第２期間Ｐ２の間、ヒータ１１６の駆動停止を維持し、ガス感知層１１５を第２温度Ｔ２に維持する（Ｓｔ１１５）。第２期間Ｐ２は消費電力の低減のため、長い方が好適であり、例えば１０秒間である。
【0063】
第２期間Ｐ２の終了後（Ｓｔ１１５；Ｙｅｓ）、加熱制御部１２１は第３期間Ｐ３（図７参照）を開始する。即ち加熱制御部１２１はヒータ１１６を駆動し、ガス感知層１１５を第３温度Ｔ３に加熱する（Ｓｔ１１６）。第３温度Ｔ３は第１温度Ｔ１より低く、第２温度Ｔ２より高い温度である。加熱制御部１２１は、第３期間Ｐ３の間、ヒータ１１６の駆動を維持し、ガス感知層１１５を第３温度Ｔ３に維持する（Ｓｔ１１７）。第３期間Ｐ３は１秒間以上６０秒間以下であり、１秒間以上１０秒間以下が好適である。第３期間Ｐ３は例えば１０秒間である。
【0064】
第３期間Ｐ３の終了後（Ｓｔ１１７；Ｙｅｓ）、加熱制御部１２１は第４期間Ｐ４（図７参照）を開始する。即ち加熱制御部１２１は、ヒータ１１６の駆動を停止し、ガス感知層１１５を第２温度Ｔ２にする（Ｓｔ１１８）。ヒータ１１６の駆動停止と同時に検出部１２２は、第１電極１１３と第２電極１１４の間の抵抗値を取得する（Ｓｔ１１９）。加熱制御部１２１は、第４期間Ｐ４の間、ヒータ１１６の駆動停止を維持し、ガス感知層１１５を第２温度Ｔ２に維持する（Ｓｔ１２０）。第４期間Ｐ４は消費電力の低減のため、長い方が好適であり、例えば１０秒間である。
【0065】
ガスセンサ１００は測定プロセス終了まで、上記Ｓｔ１１１～Ｓｔ１２０を繰り返し実行する。なお、ガスセンサ１００は測定プロセスにおいてＳｔ１１１～Ｓｔ１２０を一度のみ実行してもよい。
【0066】
ガスセンサ１００は以上のような動作を行うこともできる。第１温度Ｔ１と第３温度Ｔ３は異なる温度であるため、第１期間Ｐ１と第３期間Ｐ３ではガス感知層１１５からの水分子の脱離状況が異なる。このため、第２期間Ｐ２と第４期間Ｐ４では異なる条件で酸化性ガスがガス感知層１１５に吸着する。このため、検出可能な酸化性ガスの濃度範囲を拡張することが可能となる。
【0067】
具体的には、第１温度Ｔ１は３００℃以上４５０℃以下が好適であり、第２温度Ｔ２は２００℃以上２５０℃以下が好適である。上述したように、３００℃以上４５０℃以下の温度でガス感知層１１５を加熱すると水分子の化学吸着及び物理吸着が解除され、加熱後に抵抗値を取得すると低濃度の酸化性ガスを検出することが可能となる。また、２００℃以上２５０℃以下の温度でガス感知層１１５を加熱すると水分子の物理吸着が解除され、加熱後に抵抗値を取得すると高い分解能で酸化性ガスを検出することが可能となる。したがって、第１温度Ｔ１を３００℃以上４５０℃以下、第２温度Ｔ２を２００℃以上２５０℃以下とすることにより、一度の測定プロセスで低濃度の酸化性ガスの検出と高い分解能での酸化性ガスの検出が実現可能である（実施例参照）。
【0068】
なお、このガスセンサの動作（図５及び図６参照）では、検出部１２２は第２期間Ｐ２と第４期間Ｐ４において抵抗値を取得する（Ｓｔ１１４及びＳｔ１１９）としたが、第１期間Ｐ１と第３期間Ｐ３においても抵抗値を取得してもよい。ガス感知層１１５が第１温度Ｔ１又は第３温度Ｔ３で加熱されている場合、高濃度（ｐｐｍから％濃度域）の酸化性ガスを検出することが可能となる（実施例参照）。したがって、検出部１２２が第１期間Ｐ１、第２期間Ｐ２、第３期間Ｐ３及び第４期間Ｐ４の４つの期間で抵抗値を取得することにより、検出可能な酸化性ガスの濃度範囲をさらに拡張することが可能となる。
【0069】
［センサ素子の他の構成］
センサ素子１１０の他の構成について説明する。図８は、他の構成を有するセンサ素子１１０の断面図である。上記説明においてガス感知層１１５は、金属酸化物半導体からなる金属酸化物層１１７と金（Ａｕ）からなる金属層１１８を備えるとしたが、ガス感知層１１５は複合材料層１１９を備えることも可能である。
センサ素子１１０の他の構成について説明する。図８は、他の構成を有するセンサ素子１１０の断面図である。上記説明においてガス感知層１１５は、金属酸化物半導体からなる金属酸化物層１１７と金（Ａｕ）からなる金属層１１８を備えるとしたが、ガス感知層１１５は複合材料層１１９を備えることも可能である。
【0070】
複合材料層１１９は金属酸化物半導体からなる層にＡｕ粒子を分散した層である。金属酸化物半導体は酸化スズ（ＳｎＯＸ）、酸化インジウム（ＩｎＯＸ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）とすることができる。酸化スズは例えば二酸化スズ（ＳｎＯ２）であり、酸化インジウムは例えば酸化インジウム（III）（Ｉｎ２Ｏ３）である。このような複合材料層１１９はＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングにより金属酸化物半導体と金（Ａｕ）を同時にスパッタリングすることにより積層することができる。その後、所定条件（例えば３８０℃、１２時間）で焼成することでセンサ素子１１０を形成することができる。所定条件は例えば３８０℃、１２時間である。なお、基板１１１にはキャビティが設けられてもよい。
【0071】
このような構成を有するセンサ素子１１０を用いることによっても、Ａｕ粒子が酸化性ガスのガス感知層１１５への吸着を促進し、低濃度の酸化性ガスの検出と高い分解能での酸化性ガスの検出が実現可能である。一方、低濃度の酸化性ガスの検出については表面に金属層１１８を備えるセンサ素子１１０（図１参照）の方が高い感度を有しており、より好適である。
【0072】
［においセンサ］
本発明の実施形態に係るにおいセンサについて説明する。図９は本実施形態に係るにおいセンサ２００の構成を示すブロック図である。同図に示すようににおいセンサ２００はチャンバ２１１、ガスセンサ２１２及び判定部２１３を具備する。
本発明の実施形態に係るにおいセンサについて説明する。図９は本実施形態に係るにおいセンサ２００の構成を示すブロック図である。同図に示すようににおいセンサ２００はチャンバ２１１、ガスセンサ２１２及び判定部２１３を具備する。
【0073】
チャンバ２１１は、ガスセンサ２１２を収容する。チャンバ２１１には第１吸入口２１１ａ、第２吸入口２１１ｂ及び排出口２１１ｃが設けられている。チャンバ２１１内には湿度センサや温度センサが設けられてもよい。第１吸入口２１１ａはチャンバ２１１内に測定対象ガスを供給する吸入口であり、ポンプやファン等、周囲の気体をチャンバ２１１内に送出する気体送出機構が接続される。第２吸入口２１１ｂにはチャンバ２１１内にクリーニングガスを供給する吸入口である。クリーニングガスは酸化性ガスが除去されたガスである。第２吸入口２１１ｂにはポンプやファン等の気体送出機構とフィルタが接続される。あるいは第２吸入口２１１ｂにはボンベ等のクリーニングガス源が接続されてもよい。
【0074】
ガスセンサ２１２はチャンバ２１１に収容され、チャンバ２１１内のガスを検出する。においセンサ２００は１つ又は複数のガスセンサ２１２を備え、ガスセンサ２１２の数は限定されない。各ガスセンサ２１２はそれぞれが異なるガスを検出するガス感知層を備える。ガスセンサ２１２の少なくとも一つは上記ガスセンサ１００の構成を有し、他の少なくとも一つは加熱されることにより還元性ガスを検出するガスセンサである。
【0075】
においセンサ２００ではチャンバ２１１内に第２吸入口２１１ｂからクリーニングガスが供給され、各ガスセンサ２１２のガス感知層に吸着しているガス分子が除去される。その後、第１吸入口２１１ａからチャンバ２１１内に測定対象ガスが供給される。測定対象ガスに含まれるガス分子はそれぞれのガスセンサ２１２のガス感知層に吸着し、検出される。
【0076】
判定部２１３は、各ガスセンサ２１２からガスの検出結果を取得し、測定対象ガスに含まれるにおいの判定を実行する。判定部２１３はにおい成分の有無、におい成分の濃度、においの種類及びにおいの強度のうち少なくともいずれか一つを判定することができる。においセンサ２００では、ガスセンサ２１２の少なくとも一つがガスセンサ１００の構成を有し、高精度に酸化性ガスを検出することができるため、高精度ににおいの判定を行うことが可能である。
【実施例0077】
（実施例１：Ａｕ表面担持ＳｎＯ２）
ＳｎＯ２からなる金属酸化物層と、Ａｕからなる金属層を備えるガス感知層を有するセンサ素子（図１参照）を作製し、酸化性ガスの検出を行った。
ＳｎＯ２からなる金属酸化物層と、Ａｕからなる金属層を備えるガス感知層を有するセンサ素子（図１参照）を作製し、酸化性ガスの検出を行った。
【0078】
＜１－１：センサ素子の作製＞
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を積層し、ＳｉＯ２上に白金（Ｐｔ）からなるヒータを形成した。さらにヒータ上にＳｉＯ２を積層し、絶縁層を形成した。絶縁層上に白金（Ｐｔ）からなる櫛歯型電極である第１電極と第２電極を形成した。その上にＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングによりＳｎＯ２からなる金属酸化物層を１００ｎｍの厚みで成膜し、第１電極と第２電極を被覆した。その後に、金属酸化物層上にＡｕからなる金属層を３ｎｍの厚みで成膜した。その後、３８０℃、１２時間焼成し、センサ素子を作製した。
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を積層し、ＳｉＯ２上に白金（Ｐｔ）からなるヒータを形成した。さらにヒータ上にＳｉＯ２を積層し、絶縁層を形成した。絶縁層上に白金（Ｐｔ）からなる櫛歯型電極である第１電極と第２電極を形成した。その上にＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングによりＳｎＯ２からなる金属酸化物層を１００ｎｍの厚みで成膜し、第１電極と第２電極を被覆した。その後に、金属酸化物層上にＡｕからなる金属層を３ｎｍの厚みで成膜した。その後、３８０℃、１２時間焼成し、センサ素子を作製した。
【0079】
＜１－２：抵抗値の測定（加熱温度３５０℃）＞
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を交互に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は３５０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は１０秒間とした。
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を交互に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は３５０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は１０秒間とした。
【0080】
図１０は測定結果を示すグラフであり、第１期間Ｐ１での抵抗値を「３５０℃」で示し、第２期間Ｐ２での抵抗値を「ＲＴ」で示す。なお、「ＲＴ」は「室温（room temperature）」を意味する。同図に示すようにセンサ素子に空気（図中「Ａｉｒ」）、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、５００ｐｐｂのＮＯ２を順に供給した。同図に示すように、ＮＯ２濃度が上昇するに伴って第２温度Ｔ２での抵抗値（図中「ＲＴ」）が上昇しており、ＮＯ２の濃度上昇が検出されていることがわかる。
【0081】
図１１は図１０において空気供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフであり、図１２は図１０において５００ｐｐｂのＮＯ２供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフである。図１１では第１期間Ｐ１（図中「３５０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値が減少していることがわかる。ＳｎＯ２表面における水酸基の脱離開始温度は２５０℃以上であることが報告されており（Surface Science 86 (1979) 335-344参照）、第１期間Ｐ１において脱離した水分子が第２期間Ｐ２においてガス感知層に吸着することによるものであると考えられる。
【0082】
一方、図１２では第１期間Ｐ１（図中「３５０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値が上昇していることがわかる。これはＮＯ２中では、第１期間Ｐ１において化学吸着している水分子が脱離し、その吸着サイトにＮＯ２が化学吸着したためと考えられる。
【0083】
図１３は、空気供給時の抵抗値ＲａとＮＯ２供給時の抵抗値Ｒｇの比（Ｒｇ／Ｒａ）とＮＯ２濃度の関係を示すグラフである。図中「パルス加熱」は本発明の手法による加熱方法（図３参照）によって得られる測定結果であり、「定常加熱」は一定温度（２３０℃）を継続する加熱方法によって得られる測定結果である。同図に示すように「定常加熱」では低濃度（１０ｐｐｂ以下）のＮＯ２は検出できないが、「パルス加熱」では低濃度（ｐｐｔ濃度域）のＮＯ２が検出可能であり、検出限界は１００ｐｐｔ程度である。このように、本発明の手法による加熱方法（図３参照）において第１温度Ｔ１を３５０℃とすることにより、低濃度のＮＯ２ガスを検出可能であるといえる。
【0084】
＜１－３：抵抗値の測定（加熱温度２３０℃）＞
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は２３０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は３０秒間とした。
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は２３０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は３０秒間とした。
【0085】
図１４は測定結果を示すグラフであり、第１期間Ｐ１での抵抗値を「２３０℃」で示し、第２期間Ｐ２での抵抗値を「ＲＴ」で示す。同図に示すようにセンサ素子に空気（図中「Ａｉｒ」）、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、５００ｐｐｂのＮＯ２を順に供給した。同図に示すように、ＮＯ２濃度が上昇するに伴って第２温度Ｔ２での抵抗値（図中「ＲＴ」）が上昇しており、ＮＯ２の濃度上昇が検出されていることがわかる。
【0086】
図１５は図１４において空気供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフであり、図１６は図１４において５００ｐｐｂのＮＯ２供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフである。図１５では第１期間Ｐ１（図中「２３０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値が減少しないことがわかる。ＳｎＯ２表面における水酸基の脱離開始温度は２５０℃以上であることから、化学吸着している水分子は第１期間Ｐ１において脱離しておらず、第２期間Ｐ２における抵抗値の維持は水分子の化学吸着が由来であると考えられる。
【0087】
一方、図１６では第１期間Ｐ１（図中「２３０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値が上昇していることがわかる。これはＮＯ２中では、物理吸着している水分子が２３０℃において脱離し、その吸着サイトにＮＯ２が化学吸着したためと考えられる。
【0088】
図１７は、空気供給時の抵抗値ＲａとＮＯ２供給時の抵抗値Ｒｇの比（Ｒｇ／Ｒａ）とＮＯ２濃度の関係を示すグラフである。図中「パルス加熱」は本発明の手法による加熱方法（図３参照）によって得られる測定結果であり、「定常加熱」は一定温度（２３０℃）を継続する加熱方法によって得られる測定結果である。同図に示すように「パルス加熱」では「定常加熱」よりグラフの傾きが大きく、比（Ｒｇ／Ｒａ）を感度として用いると、感度は各濃度において「定常加熱」より上昇しており、高分解能化が可能であるといえる。
【0089】
＜１－４：抵抗値の測定（加熱温度３５０℃及び２３０℃）＞
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１、第２期間Ｐ２、第３期間Ｐ３及び第４期間Ｐ４を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１及び第３温度Ｔ３）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は３５０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は１０秒間とした。第３温度Ｔ３は２３０℃とし、第３期間Ｐ３は５秒間、第４期間Ｐ４は１０秒間とした。
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１、第２期間Ｐ２、第３期間Ｐ３及び第４期間Ｐ４を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１及び第３温度Ｔ３）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は３５０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は１０秒間とした。第３温度Ｔ３は２３０℃とし、第３期間Ｐ３は５秒間、第４期間Ｐ４は１０秒間とした。
【0090】
図１８は測定結果を示すグラフであり、第１期間Ｐ１での抵抗値を「３５０℃」で示し、第３期間Ｐ３での抵抗値を「２３０℃」で示す。また、第２期間Ｐ２及び第４期間Ｐ４での抵抗値を「ＲＴ」で示す。同図に示すようにセンサ素子に空気（図中「Ａｉｒ」）、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、５００ｐｐｂのＮＯ２を順に供給した。同図に示すように、ＮＯ２濃度が上昇するに伴って第２温度Ｔ２での抵抗値（図中「ＲＴ」）が上昇しており、ＮＯ２の濃度上昇が検出されていることがわかる。
【0091】
図１９は図１８において空気供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフであり、図２０は図１８において５００ｐｐｂのＮＯ２供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフである。図１９では第１期間Ｐ１（図中「３５０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ１」）、第３期間Ｐ３（図中「２３０℃」）及び第４期間Ｐ４（図中「ＲＴ２」）において抵抗値が減少していることがわかる。
【0092】
一方、図２０では第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ１」）、第３期間Ｐ３（図中「２３０℃」）及び第４期間Ｐ４（図中「ＲＴ２」）において抵抗値が上昇していることがわかる。これはＮＯ２中では、第１期間Ｐ１において化学吸着している水分子が脱離し、その吸着サイトにＮＯ２が化学吸着したためと考えられる。
【0093】
図２１は、空気供給時の抵抗値ＲａとＮＯ２供給時の抵抗値Ｒｇの比（Ｒｇ／Ｒａ）とＮＯ２濃度の関係を示すグラフである。図中「３５０℃」は第１期間Ｐ１での抵抗値の測定結果であり、「ＲＴ（３５０℃後）」は第２期間Ｐ２での抵抗値の測定結果である。また、図中「２３０℃は」第３期間Ｐ３での抵抗値の測定結果であり、「ＲＴ（２３０℃後）」は第４期間Ｐ４での抵抗値の測定結果である。
【0094】
比（Ｒｇ／Ｒａ）を感度として用いると、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ（３５０℃後））の抵抗値から低濃度域（１００ｐｐｔ～約１ｐｐｍ）での酸化性ガスの検出が可能である。しかし１ｐｐｍ以上となるとＲｇの抵抗値が高く、検出限界に差し掛かるため、検出が困難となる。一方、第３期間Ｐ３（図中「２３０℃」）ではＲｇの検出限界を考慮すると高濃度域（１００ｐｐｔ～約１％）での酸化性ガスの検出が可能である。したがって、第１期間Ｐ１～第４期間Ｐ４の各期間において抵抗値を計測することにより、低濃度域から高濃度域までの幅広い濃度範囲で酸化性ガスを検出することが可能であるといえる。
【0095】
（実施例２：Ａｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３）
Ｉｎ２Ｏ３からなる金属酸化物層と、Ａｕからなる金属層を備えるガス感知層を有するセンサ素子（図１参照）を作製し、酸化性ガスの検出を行った。
Ｉｎ２Ｏ３からなる金属酸化物層と、Ａｕからなる金属層を備えるガス感知層を有するセンサ素子（図１参照）を作製し、酸化性ガスの検出を行った。
【0096】
＜２－１：センサ素子の作製＞
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を積層し、ＳｉＯ２上に白金（Ｐｔ）からなるヒータを形成した。さらにヒータ上にＳｉＯ２を積層し、絶縁層を形成した。絶縁層上に白金（Ｐｔ）からなる櫛歯型電極である第１電極と第２電極を形成した。その上にＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングによりＩｎ２Ｏ３からなる金属酸化物層を１００ｎｍの厚みで成膜し、第１電極と第２電極を被覆した。その後に、金属酸化物層上にＡｕからなる金属層を３ｎｍの厚みで成膜した。その後、３００℃、１２時間焼成し、センサ素子を作製した。
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を積層し、ＳｉＯ２上に白金（Ｐｔ）からなるヒータを形成した。さらにヒータ上にＳｉＯ２を積層し、絶縁層を形成した。絶縁層上に白金（Ｐｔ）からなる櫛歯型電極である第１電極と第２電極を形成した。その上にＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングによりＩｎ２Ｏ３からなる金属酸化物層を１００ｎｍの厚みで成膜し、第１電極と第２電極を被覆した。その後に、金属酸化物層上にＡｕからなる金属層を３ｎｍの厚みで成膜した。その後、３００℃、１２時間焼成し、センサ素子を作製した。
【0097】
＜２－２：抵抗値の測定（加熱温度２３０℃）＞
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は２３０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は３０秒間とした。センサ素子に空気（図中「Ａｉｒ」）、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、５００ｐｐｂのＮＯ２を順に供給した。
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は２３０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は３０秒間とした。センサ素子に空気（図中「Ａｉｒ」）、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、５００ｐｐｂのＮＯ２を順に供給した。
【0098】
図２２は空気供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフであり、図２３は５００ｐｐｂのＮＯ２供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフである。図２２では第１期間Ｐ１（図中「２３０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値が減少しないことがわかる。これは、化学吸着している水分子は第１期間Ｐ１において脱離しておらず、第２期間Ｐ２における抵抗値の維持は水分子の化学吸着が由来であることによるものと考えられる。
【0099】
一方、図２３では第１期間Ｐ１（図中「２３０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値が上昇していることがわかる。これはＮＯ２中では、物理吸着している水分子が２３０℃において脱離し、その吸着サイトにＮＯ２が化学吸着したためと考えられる。なお、第１期間Ｐ１での加熱温度を３５０℃とした場合、ガス感知層と基板との熱線膨張係数差によって応力が生じ、基板が割れてしまう恐れがあるが、キャビティレスにしたり、基板を改良して強度を強くしたりすれば、基板が割れないようにすることができると考えられる。この場合理論的に低濃度の酸化性ガスを検出可能と推察される。
【0100】
（実施例３：Ａｕ表面担持ＳｎＯ２とＡｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３の比較）
図２４は実施例１に係るセンサ素子（ガス感知層がＡｕ表面担持ＳｎＯ２）と実施例２に係るセンサ素子（ガス感知層がＡｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３）の感度（Ｒｇ／Ｒａ）を示すグラフである。同図において「Ａｕ表面担持ＳｎＯ２パルス加熱」及び「Ａｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３パルス加熱」は本発明の手法による加熱方法（図３参照）によって得られる測定結果である。なお、第１温度Ｔ１は２３０℃である。また「Ａｕ表面担持ＳｎＯ２定常加熱」及び「Ａｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３定常加熱」は一定温度（２３０℃）を継続する加熱方法によって得られる測定結果である。
図２４は実施例１に係るセンサ素子（ガス感知層がＡｕ表面担持ＳｎＯ２）と実施例２に係るセンサ素子（ガス感知層がＡｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３）の感度（Ｒｇ／Ｒａ）を示すグラフである。同図において「Ａｕ表面担持ＳｎＯ２パルス加熱」及び「Ａｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３パルス加熱」は本発明の手法による加熱方法（図３参照）によって得られる測定結果である。なお、第１温度Ｔ１は２３０℃である。また「Ａｕ表面担持ＳｎＯ２定常加熱」及び「Ａｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３定常加熱」は一定温度（２３０℃）を継続する加熱方法によって得られる測定結果である。
【0101】
図２４に示すように「Ａｕ表面担持ＳｎＯ２パルス加熱」及び「Ａｕ表面担持Ｉｎ２Ｏ３パルス加熱」は共に定常加熱より感度が向上しており、高分解能化が可能であるといえる。
【0102】
（実施例４：Ａｕ分散ＳｎＯ２）
ＳｎＯ２からなる金属酸化物層中にＡｕからなる粒子を分散させた感知層を有するセンサ素子（図８参照）を作製し、酸化性ガスの検出を行った。
ＳｎＯ２からなる金属酸化物層中にＡｕからなる粒子を分散させた感知層を有するセンサ素子（図８参照）を作製し、酸化性ガスの検出を行った。
【0103】
＜４－１：センサ素子の作製＞
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を積層し、ＳｉＯ２上に白金（Ｐｔ）からなるヒータを形成した。さらにヒータ上にＳｉＯ２を積層し、絶縁層を形成した。絶縁層上に白金（Ｐｔ）からなる櫛歯型電極である第１電極と第２電極を形成した。その上にＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングによりＳｎＯ２及びＡｕを同時に３００ｎｍの厚みで成膜し、第１電極と第２電極を被覆した。その後、３８０℃、１２時間焼成し、センサ素子を作製した。
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を積層し、ＳｉＯ２上に白金（Ｐｔ）からなるヒータを形成した。さらにヒータ上にＳｉＯ２を積層し、絶縁層を形成した。絶縁層上に白金（Ｐｔ）からなる櫛歯型電極である第１電極と第２電極を形成した。その上にＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングによりＳｎＯ２及びＡｕを同時に３００ｎｍの厚みで成膜し、第１電極と第２電極を被覆した。その後、３８０℃、１２時間焼成し、センサ素子を作製した。
【0104】
＜４－２：抵抗値の測定（加熱温度２３０℃）＞
乾燥した空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は２３０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は３０秒間とした。センサ素子に空気（図中「Ａｉｒ」）、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、５００ｐｐｂのＮＯ２を順に供給した。
乾燥した空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は２３０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は３０秒間とした。センサ素子に空気（図中「Ａｉｒ」）、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、５００ｐｐｂのＮＯ２を順に供給した。
【0105】
図２５は空気供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフであり、図２６は５００ｐｐｂのＮＯ２供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフである。図２５では第１期間Ｐ１（図中「２３０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値が減少しないことがわかる。このため化学吸着している水分子は第１期間Ｐ１において脱離しておらず、第２期間Ｐ２における抵抗値の維持は水分子の化学吸着が由来であると考えられる。
【0106】
また、図２６では第１期間Ｐ１（図中「２３０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値がほとんど上昇しないことがわかる。このため第２期間Ｐ２において酸化性ガスの吸着が生じていないことがわかる。
【0107】
（実施例５：Ａｕ分散Ｉｎ２Ｏ３）
Ｉｎ２Ｏ３からなる金属酸化物層中にＡｕからなる粒子を分散させた感知層を有するセンサ素子（図８参照）を作製し、酸化性ガスの検出を行った。
Ｉｎ２Ｏ３からなる金属酸化物層中にＡｕからなる粒子を分散させた感知層を有するセンサ素子（図８参照）を作製し、酸化性ガスの検出を行った。
【0108】
＜５－１：センサ素子の作製＞
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を積層し、ＳｉＯ２上に白金（Ｐｔ）からなるヒータを形成した。さらにヒータ上にＳｉＯ２を積層し、絶縁層を形成した。絶縁層上に白金（Ｐｔ）からなる櫛歯型電極である第１電極と第２電極を形成した。その上にＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングによりＩｎ２Ｏ３及びＡｕを同時に３００ｎｍの厚みで成膜し、第１電極と第２電極を被覆した。その後、３００℃、１２時間焼成し、センサ素子を作製した。
Ｓｉ基板上にＳｉＯ２を積層し、ＳｉＯ２上に白金（Ｐｔ）からなるヒータを形成した。さらにヒータ上にＳｉＯ２を積層し、絶縁層を形成した。絶縁層上に白金（Ｐｔ）からなる櫛歯型電極である第１電極と第２電極を形成した。その上にＲＦ（Radio-Frequency）スパッタリングによりＩｎ２Ｏ３及びＡｕを同時に３００ｎｍの厚みで成膜し、第１電極と第２電極を被覆した。その後、３００℃、１２時間焼成し、センサ素子を作製した。
【0109】
＜５－２：抵抗値の測定（加熱温度２３０℃）＞
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は２３０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は３０秒間とした。センサ素子に空気（図中「Ａｉｒ」）、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、５００ｐｐｂのＮＯ２を順に供給した。
乾燥した合成空気とＮＯ２（濃度１２ｐｐｍ）のボンベを用意し、空気とＮＯ２を混合して測定対象ガスとした。第１期間Ｐ１と第２期間Ｐ２を順に繰り返す周期でヒータをパルス駆動し、空気中及び測定対象ガス中での加熱（第１温度Ｔ１）時と非加熱（第２温度Ｔ２）時での第１電極と第２電極の間の抵抗値を測定した。第１温度Ｔ１は２３０℃とし、第１期間Ｐ１は５秒間、第２期間Ｐ２は３０秒間とした。センサ素子に空気（図中「Ａｉｒ」）、５０ｐｐｂ、１００ｐｐｂ、５００ｐｐｂのＮＯ２を順に供給した。
【0110】
図２７は空気供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフであり、図２８は５００ｐｐｂのＮＯ２供給時の抵抗値の変化を抽出したグラフである。図２７では第１期間Ｐ１（図中「２３０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値が減少しないことがわかる。このため化学吸着している水分子は第１期間Ｐ１において脱離しておらず、第２期間Ｐ２における抵抗値の維持は水分子の化学吸着が由来であると考えられる。
【0111】
また、図２８では第１期間Ｐ１（図中「２３０℃」）での加熱後、第２期間Ｐ２（図中「ＲＴ」）において抵抗値がほとんど上昇しないことがわかる。このため第２期間Ｐ２において酸化性ガスの吸着が生じていないことがわかる。
【0112】
（実施例６：Ａｕ分散ＳｎＯ２とＡｕ分散Ｉｎ２Ｏ３の比較）
図２９は実施例４に係るセンサ素子（ガス感知層がＡｕ分散ＳｎＯ２）と実施例５に係るセンサ素子（ガス感知層がＡｕ分散Ｉｎ２Ｏ３）の感度（Ｒｇ／Ｒａ）を示すグラフである。同図において「Ａｕ分散ＳｎＯ２パルス加熱」及び「Ａｕ分散Ｉｎ２Ｏ３パルス加熱」は本発明の手法による加熱方法（図３参照）によって得られる測定結果である。なお、第１温度Ｔ１は２３０℃である。また「Ａｕ分散ＳｎＯ２定常加熱」及び「Ａｕ分散Ｉｎ２Ｏ３定常加熱」は一定温度（２３０℃）を継続する加熱方法によって得られる測定結果である。
図２９は実施例４に係るセンサ素子（ガス感知層がＡｕ分散ＳｎＯ２）と実施例５に係るセンサ素子（ガス感知層がＡｕ分散Ｉｎ２Ｏ３）の感度（Ｒｇ／Ｒａ）を示すグラフである。同図において「Ａｕ分散ＳｎＯ２パルス加熱」及び「Ａｕ分散Ｉｎ２Ｏ３パルス加熱」は本発明の手法による加熱方法（図３参照）によって得られる測定結果である。なお、第１温度Ｔ１は２３０℃である。また「Ａｕ分散ＳｎＯ２定常加熱」及び「Ａｕ分散Ｉｎ２Ｏ３定常加熱」は一定温度（２３０℃）を継続する加熱方法によって得られる測定結果である。
【0113】
図２９に示すように「Ａｕ分散ＳｎＯ２パルス加熱」及び「Ａｕ分散Ｉｎ２Ｏ３パルス加熱」は共に定常加熱より感度が向上しており、高分解能化が可能であるといえる。
【0114】
【符号の説明】
【0115】
１００…ガスセンサ
１１０…センサ素子
１１１…基板
１１２…絶縁層
１１３…第１電極
１１４…第２電極
１１５…ガス感知層
１１６…ヒータ
１１７…金属酸化物層
１１８…金属層
１１９…複合材料層
１２０…制御モジュール
１２１…加熱制御部
１２２…検出部
２００…においセンサ
２１１…チャンバ
２１２…ガスセンサ
２１３…判定部
１１０…センサ素子
１１１…基板
１１２…絶縁層
１１３…第１電極
１１４…第２電極
１１５…ガス感知層
１１６…ヒータ
１１７…金属酸化物層
１１８…金属層
１１９…複合材料層
１２０…制御モジュール
１２１…加熱制御部
１２２…検出部
２００…においセンサ
２１１…チャンバ
２１２…ガスセンサ
２１３…判定部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】