(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】P2022181915
(43)【公開日】2022-12-08
(54)【発明の名称】二酸化炭素ガスセンサ及びガスセンサ素子
(51)【国際特許分類】
G01N 27/416 20060101AFI20221201BHJP
C25B 1/02 20060101ALI20221201BHJP
C25B 1/042 20210101ALI20221201BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20221201BHJP
C25B 9/70 20210101ALI20221201BHJP
C25B 13/04 20210101ALI20221201BHJP
C25B 13/07 20210101ALI20221201BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20221201BHJP
【ＦＩ】
G01N27/416 331
C25B1/02
C25B1/042
C25B9/00 A
C25B9/70
C25B13/04 301
C25B13/07
C25B9/23
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021089145
(22)【出願日】2021-05-27
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】赤坂 俊輔
(72)【発明者】
【氏名】中原 健
【テーマコード（参考）】
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021AA09
4K021BA02
4K021BC09
4K021CA15
4K021DB36
4K021DB43
4K021DB53
4K021DC01
4K021DC03
4K021DC15
4K021EA06
(57)【要約】
【課題】二酸化炭素ガスに対するガス選択性が改善された二酸化炭素ガスセンサを提供する。
【解決手段】二酸化炭素ガスセンサは、入口を有する流路と、流路内に配置されている第１素子及び少なくとも１つの第２素子とを備える。第１素子は、第１固体電解質層と、第１固体電解質層を挟み込んでいる第１カソード及び第１アノードとを有する。少なくとも１つの第２素子の各々は、第２固体電解質層と、第２固体電解質層を挟み込んでいる第２カソード及び第２アノードとを有する。第１固体電解質層及び第２固体電解質層は、酸素イオン伝導体により形成されている。第１カソードは、流路内にある。第２カソード及び第２アノードは、それぞれ、流路内及び流路外にある、流路外に放出される。
【選択図】図１
【解決手段】二酸化炭素ガスセンサは、入口を有する流路と、流路内に配置されている第１素子及び少なくとも１つの第２素子とを備える。第１素子は、第１固体電解質層と、第１固体電解質層を挟み込んでいる第１カソード及び第１アノードとを有する。少なくとも１つの第２素子の各々は、第２固体電解質層と、第２固体電解質層を挟み込んでいる第２カソード及び第２アノードとを有する。第１固体電解質層及び第２固体電解質層は、酸素イオン伝導体により形成されている。第１カソードは、流路内にある。第２カソード及び第２アノードは、それぞれ、流路内及び流路外にある、流路外に放出される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
検知対象ガスが導入される入口を有する流路と、
前記流路内に配置されている第１素子及び少なくとも１つの第２素子とを備え、
前記第１素子は、第１固体電解質層と、前記第１固体電解質層を挟み込んでいる第１カソード及び第１アノードとを有し、
前記少なくとも１つの第２素子の各々は、第２固体電解質層と、前記第２固体電解質層を挟み込んでいる第２カソード及び第２アノードとを有し、
前記第１固体電解質層及び前記第２固体電解質層は、酸素イオン伝導体により形成されており、
前記第１カソードは、前記流路内にあり、
前記第２カソード及び前記第２アノードは、それぞれ、前記流路内及び前記流路外にある、前記流路外に放出される、二酸化炭素ガスセンサ。
前記流路内に配置されている第１素子及び少なくとも１つの第２素子とを備え、
前記第１素子は、第１固体電解質層と、前記第１固体電解質層を挟み込んでいる第１カソード及び第１アノードとを有し、
前記少なくとも１つの第２素子の各々は、第２固体電解質層と、前記第２固体電解質層を挟み込んでいる第２カソード及び第２アノードとを有し、
前記第１固体電解質層及び前記第２固体電解質層は、酸素イオン伝導体により形成されており、
前記第１カソードは、前記流路内にあり、
前記第２カソード及び前記第２アノードは、それぞれ、前記流路内及び前記流路外にある、前記流路外に放出される、二酸化炭素ガスセンサ。
【請求項2】
前記第１カソードと前記第１アノードとの間には、前記第１カソードにおいて二酸化炭素から酸素イオンを生成可能な第１電圧以上の電圧が印加されており、
前記第２カソードと前記第２アノードとの間には、前記第２カソードにおいて水蒸気、酸素ガス及び窒素酸化物ガスから酸素イオンを生成可能な第２電圧以上であり、かつ前記第１電圧未満の電圧が印加されている、請求項１に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
前記第２カソードと前記第２アノードとの間には、前記第２カソードにおいて水蒸気、酸素ガス及び窒素酸化物ガスから酸素イオンを生成可能な第２電圧以上であり、かつ前記第１電圧未満の電圧が印加されている、請求項１に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
【請求項3】
前記酸素イオン伝導体は、イットリア安定化ジルコニアである、請求項１又は請求項２に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
【請求項4】
前記少なくとも１つの第２素子は、複数の第２素子であり、
前記複数の第２素子のうちの少なくとも１つは、前記流路内において前記第１素子よりも前記入口の近くにある、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
前記複数の第２素子のうちの少なくとも１つは、前記流路内において前記第１素子よりも前記入口の近くにある、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
【請求項5】
前記第１素子は、第１基板と、第１絶縁層と、第１多孔質酸化物層と、第２絶縁層とをさらに有し、
前記第１基板には、前記第１基板を厚さ方向に貫通している第１キャビティが形成されており、
前記第１絶縁層は、前記第１基板上に配置されており、
前記第１多孔質酸化物層は、前記第１キャビティ上にある前記第１絶縁層の部分上に配置されており、
前記第１カソードは、前記第１多孔質酸化物層上に配置されており、
前記第１固体電解質層は、前記第１カソード上に配置されており、
前記第２絶縁層は、前記第１多孔質酸化物層、前記第１カソード及び前記第１固体電解質層を覆うように、前記第１絶縁層上に配置されており、
前記第２絶縁層には、前記第１固体電解質層を部分的に露出させている第１開口が形成されており、
前記第１アノードは、前記第１開口から露出している前記第１固体電解質層の部分上に配置されている、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
前記第１基板には、前記第１基板を厚さ方向に貫通している第１キャビティが形成されており、
前記第１絶縁層は、前記第１基板上に配置されており、
前記第１多孔質酸化物層は、前記第１キャビティ上にある前記第１絶縁層の部分上に配置されており、
前記第１カソードは、前記第１多孔質酸化物層上に配置されており、
前記第１固体電解質層は、前記第１カソード上に配置されており、
前記第２絶縁層は、前記第１多孔質酸化物層、前記第１カソード及び前記第１固体電解質層を覆うように、前記第１絶縁層上に配置されており、
前記第２絶縁層には、前記第１固体電解質層を部分的に露出させている第１開口が形成されており、
前記第１アノードは、前記第１開口から露出している前記第１固体電解質層の部分上に配置されている、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
【請求項6】
前記第１多孔質酸化物層は、平面視において櫛歯形状になっている櫛歯部を含み、
前記櫛歯部の側面上からは、前記第２絶縁層が除去されており、
前記第１カソード、前記第１固体電解質層及び前記第１アノードは、平面視において前記櫛歯部と重なるように配置されている、請求項５に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
前記櫛歯部の側面上からは、前記第２絶縁層が除去されており、
前記第１カソード、前記第１固体電解質層及び前記第１アノードは、平面視において前記櫛歯部と重なるように配置されている、請求項５に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
【請求項7】
前記第１素子は、第１基板と、第１絶縁層と、第１多孔質酸化物層と、第２絶縁層とをさらに有し、
前記第１基板には、前記第１基板を厚さ方向に貫通している第１キャビティが形成されており、
前記第１絶縁層は、前記第１基板上に配置されており、
前記第１アノードは、前記第１多孔質酸化物層上に配置されており、
前記第１固体電解質層は、前記第１アノード上に配置されており、
前記第２絶縁層は、前記第１多孔質酸化物層、前記第１アノード及び前記第１固体電解質層を覆っており、
前記第２絶縁層には、前記第１固体電解質層を部分的に露出させている第１開口が形成されており、
前記第１カソードは、前記第１開口から露出している前記第１固体電解質層の部分上に配置されており、
前記第１キャビティ上にある前記第１絶縁層の部分には、前記第１キャビティに連通している第１貫通穴が形成されており、
前記第１多孔質酸化物層、前記第１アノード、前記第１固体電解質層、前記第２絶縁層及び前記第１カソードは、前記第１多孔質酸化物層が前記第１キャビティに対して露出するように、前記第１貫通穴内に配置されている、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
前記第１基板には、前記第１基板を厚さ方向に貫通している第１キャビティが形成されており、
前記第１絶縁層は、前記第１基板上に配置されており、
前記第１アノードは、前記第１多孔質酸化物層上に配置されており、
前記第１固体電解質層は、前記第１アノード上に配置されており、
前記第２絶縁層は、前記第１多孔質酸化物層、前記第１アノード及び前記第１固体電解質層を覆っており、
前記第２絶縁層には、前記第１固体電解質層を部分的に露出させている第１開口が形成されており、
前記第１カソードは、前記第１開口から露出している前記第１固体電解質層の部分上に配置されており、
前記第１キャビティ上にある前記第１絶縁層の部分には、前記第１キャビティに連通している第１貫通穴が形成されており、
前記第１多孔質酸化物層、前記第１アノード、前記第１固体電解質層、前記第２絶縁層及び前記第１カソードは、前記第１多孔質酸化物層が前記第１キャビティに対して露出するように、前記第１貫通穴内に配置されている、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
【請求項8】
前記少なくとも１つの第２素子の各々は、第２基板と、第３絶縁層と、第２多孔質酸化物層と、第４絶縁層とをさらに有し、
前記第２基板には、前記第２基板を厚さ方向に貫通している第２キャビティが形成されており、
前記第３絶縁層は、前記第２基板上に配置されており、
前記第２アノードは、前記第２多孔質酸化物層上に配置されており、
前記第２固体電解質層は、前記第２アノード上に配置されており、
前記第４絶縁層は、前記第２多孔質酸化物層、前記第２アノード及び前記第２固体電解質層を覆っており、
前記第４絶縁層には、前記第２固体電解質層を部分的に露出させている第２開口が形成されており、
前記第２カソードは、前記第２開口から露出している前記第２固体電解質層の部分上に配置されており、
前記第２キャビティ上にある前記第３絶縁層の部分には、前記第２キャビティに連通している第２貫通穴が形成されており、
前記第２多孔質酸化物層、前記第２アノード、前記第２固体電解質層、前記第４絶縁層及び前記第２カソードは、前記第２多孔質酸化物層が前記第２キャビティに対して露出するように、前記第２貫通穴内に配置されている、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
前記第２基板には、前記第２基板を厚さ方向に貫通している第２キャビティが形成されており、
前記第３絶縁層は、前記第２基板上に配置されており、
前記第２アノードは、前記第２多孔質酸化物層上に配置されており、
前記第２固体電解質層は、前記第２アノード上に配置されており、
前記第４絶縁層は、前記第２多孔質酸化物層、前記第２アノード及び前記第２固体電解質層を覆っており、
前記第４絶縁層には、前記第２固体電解質層を部分的に露出させている第２開口が形成されており、
前記第２カソードは、前記第２開口から露出している前記第２固体電解質層の部分上に配置されており、
前記第２キャビティ上にある前記第３絶縁層の部分には、前記第２キャビティに連通している第２貫通穴が形成されており、
前記第２多孔質酸化物層、前記第２アノード、前記第２固体電解質層、前記第４絶縁層及び前記第２カソードは、前記第２多孔質酸化物層が前記第２キャビティに対して露出するように、前記第２貫通穴内に配置されている、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の二酸化炭素ガスセンサ。
【請求項9】
基板と、
第１絶縁層と、
多孔質酸化物層と、
カソードと、
酸素イオンを伝導体により形成されている固体電解質層と、
第２絶縁層と、
アノードとを備え、
前記基板には、前記基板を厚さ方向に貫通しているキャビティが形成されており、
前記第１絶縁層は、前記基板上に配置されており、
前記多孔質酸化物層は、前記キャビティ上にある前記第１絶縁層の部分上に配置されており、
前記カソードは、前記多孔質酸化物層上に配置されており、
前記固体電解質層は、前記カソード上に配置されており、
前記第２絶縁層は、前記多孔質酸化物層、前記カソード及び前記固体電解質層を覆うように、前記第１絶縁層上に配置されており、
前記第２絶縁層には、前記固体電解質層を部分的に露出させている開口が形成されており、
前記アノードは、前記開口から露出している前記固体電解質層の部分上に配置されている、ガスセンサ素子。
第１絶縁層と、
多孔質酸化物層と、
カソードと、
酸素イオンを伝導体により形成されている固体電解質層と、
第２絶縁層と、
アノードとを備え、
前記基板には、前記基板を厚さ方向に貫通しているキャビティが形成されており、
前記第１絶縁層は、前記基板上に配置されており、
前記多孔質酸化物層は、前記キャビティ上にある前記第１絶縁層の部分上に配置されており、
前記カソードは、前記多孔質酸化物層上に配置されており、
前記固体電解質層は、前記カソード上に配置されており、
前記第２絶縁層は、前記多孔質酸化物層、前記カソード及び前記固体電解質層を覆うように、前記第１絶縁層上に配置されており、
前記第２絶縁層には、前記固体電解質層を部分的に露出させている開口が形成されており、
前記アノードは、前記開口から露出している前記固体電解質層の部分上に配置されている、ガスセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、二酸化炭素ガスセンサ及びガスセンサ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
非特許文献１（Noritaka Mizuno他２名、「CO2 Sensing Mechanism of La2O3-loaded SnO2」、CHEMISTRY LETTERS、第２４６７頁から第２４７０頁、１９９２年）には、半導体式の二酸化炭素ガスセンサが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Noritaka Mizuno他２名、「CO2 Sensing Mechanism of La2O3-loaded SnO2」、CHEMISTRY LETTERS、第２４６７頁から第２４７０頁、１９９２年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
非特許文献１に記載の二酸化炭素ガスセンサは、二酸化炭素ガス以外のガス（例えば、水素ガス）にも応答する。すなわち、非特許文献１に記載の二酸化炭素ガスセンサは、二酸化炭素ガスに対するガス選択性が低い。
【0005】
本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、二酸化炭素ガスに対するガス選択性が改善された二酸化炭素ガスセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の二酸化炭素ガスセンサは、入口を有する流路と、流路内に配置されている第１素子及び少なくとも１つの第２素子とを備える。第１素子は、第１固体電解質層と、第１固体電解質層を挟み込んでいる第１カソード及び第１アノードとを有する。少なくとも１つの第２素子の各々は、第２固体電解質層と、第２固体電解質層を挟み込んでいる第２カソード及び第２アノードとを有する。第１固体電解質層及び第２固体電解質層は、酸素イオン伝導体により形成されている。第１カソードは、流路内にある。第２カソード及び第２アノードは、それぞれ、流路内及び流路外にある。
【発明の効果】
【0007】
本開示の二酸化ガスセンサによると、二酸化炭素ガスに対するガス選択性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】二酸化炭素ガスセンサ１００の模式図である。
【図2】第１素子２０の断面図である。
【図3】第１素子２０の製造方法を示す工程図である。
【図4A】第１絶縁層形成工程Ｓ２を説明するための断面図である。
【図4B】第１配線形成工程Ｓ３を説明するための断面図である。
【図4C】第２絶縁層形成工程Ｓ４を説明するための断面図である。
【図4D】第２配線形成工程Ｓ５を説明するための断面図である。
【図4E】第３絶縁層形成工程Ｓ６を説明するための断面図である。
【図4F】多孔質酸化物層形成工程Ｓ７及びカソード形成工程Ｓ８を説明するための断面図である。
【図4G】固体電解質層形成工程Ｓ９を説明するための断面図である。
【図4H】パターンニング工程Ｓ１０を説明するための断面図である。
【図4I】第４絶縁層形成工程Ｓ１１を説明するための断面図である。
【図4J】アノード形成工程Ｓ１２を説明するための断面図である。
【図5】第２素子３０の断面図である。
【図6】第２素子３０の製造方法を示す工程図である。
【図7A】第１絶縁層形成工程Ｓ１５を説明するための断面図である。
【図7B】配線形成工程Ｓ１６を説明するための断面図である。
【図7C】第２絶縁層形成工程Ｓ１７を説明するための断面図である。
【図7D】貫通穴形成工程Ｓ１８を説明するための断面図である。
【図7E】多孔質酸化物層形成工程Ｓ１９及びアノード形成工程Ｓ２０を説明するための断面図である。
【図7F】固体電解質層形成工程Ｓ２１を説明するための断面図である。
【図7G】パターンニング工程Ｓ２２を説明するための断面図である。
【図7H】第３絶縁層形成工程Ｓ２３を説明するための断面図である。
【図7I】カソード形成工程Ｓ２４を説明するための断面図である。
【図8】二酸化炭素ガスセンサ１００Ａの模式図である。
【図9】二酸化炭素ガスセンサ１００Ａに用いられている第１素子２０の拡大平面図である。
【図10】二酸化炭素ガスセンサ１００Ａに用いられている第１素子２０の断面図である。
【図11】二酸化炭素ガスセンサ１００Ｂの模式図である。
【図12】第１素子４０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本開示の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。
【0010】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る二酸化炭素ガスセンサ（以下「二酸化炭素ガスセンサ１００」とする）を説明する。
第１実施形態に係る二酸化炭素ガスセンサ（以下「二酸化炭素ガスセンサ１００」とする）を説明する。
【0011】
＜二酸化炭素ガスセンサ１００の構成＞
以下に、二酸化炭素ガスセンサ１００の構成を説明する。
以下に、二酸化炭素ガスセンサ１００の構成を説明する。
【0012】
図１は、二酸化炭素ガスセンサ１００の模式図である。図１に示されるように、二酸化炭素ガスセンサ１００は、流路１０と、第１素子２０と、複数の第２素子３０とを有している。図１に示される例では、二酸化炭素ガスセンサ１００は、２つの第２素子３０を有している。但し、第２素子３０の数は、１つであってもよい。
【0013】
流路１０は、入口１１を有している。入口１１からは、検知対象となるガス（検知対象ガス）が導入される。流路１０は、２つの内部空間を有している。検知対象ガスには、二酸化炭素ガス、水蒸気、酸素ガス及び窒素酸化物ガスが含まれている。
【0014】
入口１１の近くにある流路１０の内部空間を第１内部空間とし、第１内部空間よりも入口１１から離れている流路１０の内部空間を第２内部空間とする。第１素子２０は、第２内部空間に配置されている。複数の第２素子３０のうちの１つは、第１内部空間に配置されている。このことを別の観点から言えば、複数の第２素子３０のうちの１つは、流路１０内において、第１素子２０よりも上流側に配置されている。
【0015】
図２は、第１素子２０の断面図である。図２に示されるように、第１素子２０は、基板２１と、絶縁層２２と、配線２３と、配線２４と、多孔質酸化物層２５と、カソード２６と、固体電解質層２７と、絶縁層２８と、アノード２９とを有している。
【0016】
基板２１は、例えば、単結晶シリコンにより形成されている。基板２１には、キャビティ２１ａが形成されている。キャビティ２１ａは、厚さ方向に沿って基板２１を貫通している。絶縁層２２は、基板２１上に配置されている。キャビティ２１ａ上にある絶縁層２２の部分を、絶縁層２２のメンブレン部ということがある。
【0017】
絶縁層２２は、第１層２２ａと、第２層２２ｂと、第３層２２ｃと、第４層２２ｄとを有している。第１層２２ａ、第３層２２ｃ及び第４層２２ｄは、例えばシリコン酸化物により形成されている。第２層２２ｂは、例えばシリコン窒化物により形成されている。第１層２２ａは、基板２１上に配置されている。第２層２２ｂは、第１層２２ａ上に配置されている。第３層２２ｃは、第２層２２ｂ上に配置されている。第４層２２ｄは、第３層２２ｃ上に配置されている。
【0018】
絶縁層２２は、第５層２２ｅと、第６層２２ｆとをさらに有している。第５層２２ｅはシリコン窒化物により形成されており、第６層２２ｆはシリコン酸化物により形成されている。第５層２２ｅは第４層２２ｄ上に配置されており、第６層２２ｆは第５層２２ｅ上に配置されている。
【0019】
配線２３は、例えば、白金により形成されている。配線２３は、絶縁層２３内に配置されている。より具体的には、配線２３は、第３層２２ｃ上に配置されており、かつ第４層２２ｄに覆われている。配線２３の周囲は、密着層２３ａに覆われている。密着層２３ａは、例えばチタン酸化物により形成されている。これにより、配線２３と絶縁層２２（第３層２２ｃ及び第４層２２ｄ）との間の密着性が確保されている。
【0020】
配線２３は、ヒータ部２３ｂを有している。ヒータ部２３ｂは、絶縁層２２のメンブレン部内に配置されている。ヒータ部２３ｂを構成している配線２３の部分は、平面視において、蛇行している。配線２３に電流が流れることによりヒータ部２３ｂが抵抗発熱し、固体電解質層２７が加熱される。
【0021】
配線２４は、例えば、白金により形成されている。配線２４は、絶縁層２３内に配置されている。より具体的には、配線２４は、第５層２２ｅ上に配置されており、かつ第６層２２ｆに覆われている。配線２４の周囲は、密着層２４ａに覆われている。密着層２４ａは、例えばチタン酸化物により形成されている。これにより、配線２４と絶縁層２２（第５層２２ｅ及び第６層２２ｆ）との間の密着性が確保されている。
【0022】
配線２４は、温度センサ部２４ｂを有している。温度センサ部２４ｂを構成している配線２４の部分は、平面視において、蛇行している。温度センサ部２４ｂは、平面視において、ヒータ部２３ｂと重なる位置にある。温度センサ部２４ｂは、測温抵抗体として機能する。すなわち、温度センサ部２４ｂを構成している配線２４の電気抵抗値の変化を測定することにより、温度センサ部２４ｂ近傍の温度が測定される。
【0023】
多孔質酸化物層２５は、絶縁層２２のメンブレン部上に配置されている。多孔質酸化物層２５は、例えば、タンタル酸化物により形成されている。多孔質酸化物層２５は、多孔質であるため、検知対象ガスが流れる流路となる。
【0024】
カソード２６は、多孔質金属により形成されている層である。カソード２６は、例えば白金により形成されている。カソード２６は、多孔質酸化物層２５上に配置されている。固体電解質層２７は、酸素イオン伝導体により形成されている。酸素イオン伝導体の具体例としては、イットリア安定化ジルコニアが挙げられる。なお、イットリア安定化ジルコニアは、５００℃程度に加熱されることにより、酸素イオン伝導性を発現する。固体電解質層２７は、カソード２６上に配置されている。
【0025】
絶縁層２８は、例えば、シリコン酸化物により形成されている層とタンタル酸化物により形成されている層とがスタックされている層である。絶縁層２８は、多孔質酸化物層２５、カソード２６及び固体電解質層２７を覆うように、絶縁層２２上に配置されている。絶縁層２８には、固体電解質層２７を露出させている開口が形成されている。
【0026】
絶縁層２８の開口から露出している固体電解質層２７の部分上には、アノード２９が配置されている。アノード２９は、多孔質金属により形成されている層である。アノード２９は、例えば白金により形成されている。
【0027】
検知対象ガス中の二酸化炭素ガスは、多孔質酸化物層２５を通ってカソード２６に達すると、カソード２６から電子を受け取ることにより、酸素イオンとなる。この酸素イオンは、カソード２６とアノード２９との間の電圧により、固体電解質層２７を通ってアノード２９に移動する。アノード２９に移動した酸素イオンは、アノード２９に電子を放出することにより、酸素ガスとなる。
【0028】
この反応に伴ってカソード２６とアノード２９との間に流れる電流は、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度に比例する。そのため、カソード２６とアノード２９との間に流れる電流を検知することにより、第１素子２０は、検知対象ガス中の二酸化炭素濃度を検知することができる。
【0029】
上記の反応が生じるカソード２６とアノード２９との間の電圧の最小値を、第１電圧とする。カソード２６とアノード２９との間には、第１電圧以上の電圧が印加される。カソード２６及びアノード２９が白金により形成されている場合、第１電圧は、２．２ボルト程度である。
【0030】
図３は、第１素子２０の製造方法を示す工程図である。図３に示されるように、第１素子２０は、準備工程Ｓ１と、第１絶縁層形成工程Ｓ２と、第１配線形成工程Ｓ３と、第２絶縁層形成工程Ｓ４、第２配線形成工程Ｓ５、第３絶縁層形成工程Ｓ６、多孔質酸化物層形成工程Ｓ７と、カソード形成工程Ｓ８と、固体電解質層形成工程Ｓ９と、パターンニング工程Ｓ１０と、第４絶縁層形成工程Ｓ１１と、アノード形成工程Ｓ１２と、キャビティ形成工程Ｓ１３とにより形成されている。
【0031】
準備工程Ｓ１では、基板２１が準備される。準備工程Ｓ１において準備される基板２１には、キャビティ２１ａが形成されていない。図４Ａは、第１絶縁層形成工程Ｓ２を説明するための断面図である。図４Ａに示されるように、第１絶縁層形成工程Ｓ２では、第１層２２ａ、第２層２２ｂ及び第３層２２ｃが順次形成される。第１層２２ａ、第２層２２ｂ及び第３層２２ｃの形成は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて行われる。
【0032】
図４Ｂは、第１配線形成工程Ｓ３を説明するための断面図である。図４Ｂに示されるように、第１配線形成工程Ｓ３では、配線２３及び密着層２３ａが形成される。第３層２２ｃ上にある密着層２３ａの部分を第１部分２３ａａとし、配線２３を覆っている密着層２３ａの部分を第２部分２３ａｂとする。第１配線形成工程Ｓ３では、第１に、第１部分２３ａａの形成が行われる。第１部分２３ａａは、密着層２３ａの構成材料を成膜及びパターンニングすることにより形成される。この成膜は、例えば、スパッタリングにより行われる。このパターンニングは、フォトリソグラフィを用いたマスク形成及び当該マスクを用いたエッチングにより行われる。
【0033】
第１配線形成工程Ｓ３では、第２に、配線２３の形成が行われる。配線２３は、配線２３の構成材料を成膜及びパターンニングすることにより形成される。この成膜は、例えばスパッタリングにより行われる。このパターンニングは、フォトリソグラフィを用いたマスク形成及び当該マスクを用いたエッチングにより行われる。
【0034】
第１配線形成工程Ｓ３では、第３に、第２部分２３ａｂの形成が行われる。第２部分２３ａｂは、第２部分２３ａｂの構成材料を成膜及びパターンニングすることにより形成される。この成膜は、例えばスパッタリングにより行われる。このパターンニングは、フォトリソグラフィを用いたマスク形成及び当該マスクを用いたエッチングにより行われる。
【0035】
図４Ｃは、第２絶縁層形成工程Ｓ４を説明するための断面図である。図４Ｃに示されるように、第２絶縁層形成工程Ｓ４では、例えばＣＶＤ法を用いて、第４層２２ｄが形成される。図４Ｄは、第２配線形成工程Ｓ５を説明するための断面図である。図４Ｄに示されるように、第２配線形成工程Ｓ５では、配線２４が形成される。配線２４の形成方法は、配線２３の形成方法と同様である。図４Ｅは、第３絶縁層形成工程Ｓ６を説明するための断面図である。図４Ｅに示されるように、第３絶縁層形成工程Ｓ６では、第５層２２ｅ及び第６層２２ｆが、例えばＣＶＤ法を用いて順次形成される。
【0036】
図４Ｆは、多孔質酸化物層形成工程Ｓ７及びカソード形成工程Ｓ８を説明するための断面図である。図４Ｆに示されるように、多孔質酸化物層形成工程Ｓ７では多孔質酸化物層２５が形成され、カソード形成工程Ｓ８ではカソード２６が形成される。多孔質酸化物層２５及びカソード２６は、例えばスパッタリングより形成される。
【0037】
図４Ｇは、固体電解質層形成工程Ｓ９を説明するための断面図である。図４Ｇに示されるように、固体電解質層形成工程Ｓ９では、固体電解質層２７が形成される。固体電解質層２７は、固体電解質層２７の構成材料を成膜及びパターンニングすることにより形成される。この成膜は、例えばスパッタリングにより行われる。このパターンニングは、例えばドライエッチングにより行われる。図４Ｈは、パターンニング工程Ｓ１０を説明するための断面図である。図４Ｈに示されるように、パターンニング工程Ｓ１０では、多孔質酸化物層２５及びカソード２６のパターンニングが行われる。このパターンニングは、例えばドライエッチングにより行われる。
【0038】
図４Ｉは、第４絶縁層形成工程Ｓ１１を説明するための断面図である。図４Ｉに示されるように、第４絶縁層形成工程Ｓ１１では、絶縁層２８が形成される。絶縁層２８の形成は、例えばスパッタリングにより行われる。なお、絶縁層２８には、エッチングが行われることにより、固体電解質層２７を部分的に露出させる開口が形成される。図４Ｊは、アノード形成工程Ｓ１２を説明するための断面図である。図４Ｊに示されるように、アノード形成工程Ｓ１２では、アノード２９が形成される。アノード２９は、アノード２９の構成材料を成膜及びパターンニングすることにより形成される。この成膜は、例えばスパッタリングにより行われる。このパターンニングは、例えばドライエッチングにより行われる。
【0039】
キャビティ形成工程Ｓ１３では、例えばウェットエッチングにより、キャビティ２１ａが形成される。以上により、図２に示される構造の第１素子２０が形成される。
【0040】
図５は、第２素子３０の断面図である。図５に示されるように、第２素子３０は、基板３１と、絶縁層３２と、配線３３と、多孔質酸化物層３４と、アノード３５と、固体電解質層３６と、絶縁層３７と、カソード３８とを有している。
【0041】
基板３１は、例えば、単結晶シリコンにより形成されている。基板３１には、キャビティ３１ａが形成されている。キャビティ３１ａは、厚さ方向に沿って基板３１を貫通している。絶縁層３２は、基板３１上に配置されている。キャビティ３１ａ上にある絶縁層３２の部分を、絶縁層３２のメンブレン部ということがある。
【0042】
絶縁層３２は、第１層３２ａと、第２層３２ｂと、第３層３２ｃと、第４層３２ｄとを有している。第１層３２ａ、第３層３２ｃ及び第４層３２ｄは、例えばシリコン酸化物により形成されている。第２層３２ｂは、例えばシリコン窒化物により形成されている。第１層３２ａは、基板３１上に配置されている。第２層３２ｂは、第１層３２ａ上に配置されている。第３層３２ｃは、第２層３２ｂ上に配置されている。第４層３２ｄは、第３層３２ｃ上に配置されている。
【0043】
絶縁層３２は、第５層３２ｅと、第６層３２ｆとをさらに有している。第５層３２ｅはシリコン窒化物により形成されており、第６層３２ｆはシリコン酸化物により形成されている。第５層３２ｅは第４層３２ｄ上に配置されており、第６層３２ｆは第５層３２ｅ上に配置されている。絶縁層３２のメンブレン部には、貫通穴３２ｇが形成されている。貫通穴３２ｇは、キャビティ３１ａに連通している。貫通穴３２ｇは、例えば、キャビティ３１ａ側に近づくにつれて内径が小さくなるテーパ状に形成されている。
【0044】
配線３３は、例えば、白金により形成されている。配線３３は、絶縁層３３内に配置されている。より具体的には、配線３３は、第３層３２ｃ上に配置されており、かつ第４層３２ｄに覆われている。配線３３の周囲は、密着層３３ａに覆われている。密着層３３ａは、例えばチタン酸化物により形成されている。これにより、配線３３と絶縁層３２（第３層３２ｃ及び第４層３２ｄ）との間の密着性が確保されている。
【0045】
配線３３は、ヒータ部３３ｂを有している。ヒータ部３３ｂは、絶縁層３２のメンブレン部内に配置されている。ヒータ部３３ｂを構成している配線３３の部分は、貫通穴３２ｇの周囲に配置されている。
【0046】
多孔質酸化物層３４は、絶縁層３２のメンブレン部上に配置されている。多孔質酸化物層３４は、例えば、タンタル酸化物により形成されている。アノード３５は、多孔質金属により形成されている層である。アノード３５は、例えば白金により形成されている。アノード３５は、多孔質酸化物層３４上に配置されている。固体電解質層３６は、酸素イオン伝導体により形成されている。酸素イオン伝導体の具体例としては、イットリア安定化ジルコニアが挙げられる。固体電解質層３６は、アノード３５上に配置されている。
【0047】
絶縁層３７は、例えば、シリコン酸化物により形成されている層とタンタル酸化物により形成されている層とがスタックされている層である。絶縁層３７は、多孔質酸化物層３４、アノード３５及び固体電解質層３６を覆っている。絶縁層３７には、固体電解質層３６を露出させている開口が形成されている。絶縁層３７の開口から露出している固体電解質層３６の部分上には、カソード３８が配置されている。カソード３８は、多孔質金属により形成されている層である。カソード３８は、例えば白金により形成されている。
【0048】
多孔質酸化物層３４、アノード３５、固体電解質層３６、絶縁層３７及びカソード３８は、貫通穴３２ｇ内に配置されている。多孔質酸化物層３４は、キャビティ３１ａに対して露出している。
【0049】
検知対象ガス中の水蒸気、酸素ガス及び窒素酸化物ガスは、カソード３８から電子を受け取ることにより、酸素イオンとなる。この酸素イオンは、カソード３８とアノード３５との間の電圧により、固体電解質層３６を通ってアノード３５に移動する。アノード３５に移動した酸素イオンは、アノード３５に電子を放出することにより、酸素ガスとなる。
【0050】
なお、検知対象ガス中の水蒸気から酸素イオンが生成される際に、カソード３８において水素ガスが発生する。また、検知対象ガス中の窒素酸化物から酸素イオンが生成される際に、カソード３８において窒素ガスが発生する。
【0051】
上記の反応が生じるカソード３８とアノード３５との間の電圧の最小値を、第２電圧とする。カソード３８とアノード３５との間には、第２電圧以上の電圧が印加される。しかしながら、カソード３８において検知対象ガス中の二酸化炭素ガスから酸素イオンを生成しないようにするため、カソード３８とアノード３５との間の電圧は、第１電圧未満とされる。なお、カソード３８及びアノード３５が白金により形成されている場合、第２電圧は、１．２ボルト程度である。
【0052】
図６は、第２素子３０の製造方法を示す工程図である。図６に示されるように、第２素子３０は、準備工程Ｓ１４、第１絶縁層形成工程Ｓ１５、配線形成工程Ｓ１６、第２絶縁層形成工程Ｓ１７、貫通穴形成工程Ｓ１８、多孔質酸化物層形成工程Ｓ１９、アノード形成工程Ｓ２０、固体電解質層形成工程Ｓ２１、パターンニング工程Ｓ２２、第３絶縁層形成工程Ｓ２３、カソード形成工程Ｓ２４及びキャビティ形成工程Ｓ２５により形成されている。
【0053】
準備工程Ｓ１４では、基板３１が準備される。準備工程Ｓ１４において準備される基板３１には、キャビティ３１ａが形成されていない。
【0054】
図７Ａは、第１絶縁層形成工程Ｓ１５を説明するための断面図である。図７Ａに示されるように、第１絶縁層形成工程Ｓ２では、第１層３２ａ、第２層３２ｂ及び第３層３２ｃが順次形成される。第１層３２ａ、第２層３２ｂ及び第３層３２ｃの形成方法は、第１層２２ａ、第２層２２ｂ及び第３層２２ｃの形成方法と同様である。
【0055】
図７Ｂは、配線形成工程Ｓ１６を説明するための断面図である。図７Ｂに示されるように、配線形成工程Ｓ１６では、配線３３及び密着層３３ａが形成される。配線３３及び密着層３３ａの形成方法は、配線２３及び密着層２３ａの形成方法と同様である。
【0056】
図７Ｃは、第２絶縁層形成工程Ｓ１７を説明するための断面図である。図７Ｃに示されるように、第２絶縁層形成工程Ｓ１７では、第４層３２ｄ、第５層３２ｅ及び第６層３２ｆが形成される。第４層３２ｄ、第５層３２ｅ及び第６層３２ｆの形成方法は、第４層２２ｄ、第５層２２ｅ及び第６層２２ｆの形成方法と同様である。
【0057】
図７Ｄは、貫通穴形成工程Ｓ１８を説明するための断面図である。図７Ｄに示されるように、貫通穴形成工程Ｓ１８では、貫通穴３２ｇが形成される。貫通穴３２ｇの形成は、例えばドライエッチングにより行われる。図７Ｅは、多孔質酸化物層形成工程Ｓ１９及びアノード形成工程Ｓ２０を説明するための断面図である。図７Ｅに示されるように、多孔質酸化物層形成工程Ｓ１９では多孔質酸化物層３４が形成され、アノード形成工程Ｓ２０ではアノード３５が形成される。多孔質酸化物層３４及びアノード３５の形成方法は、多孔質酸化物層２５及びカソード２６の形成方法と同様である。
【0058】
図７Ｆは、固体電解質層形成工程Ｓ２１を説明するための断面図である。図７Ｆに示されるように、固体電解質層形成工程Ｓ２１では、固体電解質層３６が形成される。固体電解質層３６の形成方法は、固体電解質層２７の形成方法と同様である。図７Ｇは、パターンニング工程Ｓ２２を説明するための断面図である。図７Ｇに示されるように、パターンニング工程Ｓ２２では、多孔質酸化物層３４及びアノード３５のパターンニングが行われる。パターンニング工程Ｓ２２は、パターンニング工程Ｓ１０と同様の方法により行われる。
【0059】
図７Ｈは、第３絶縁層形成工程Ｓ２３を説明するための断面図である。図７Ｈに示されるように、第３絶縁層形成工程Ｓ２３では、絶縁層３７が形成される。絶縁層３７の形成方法は、絶縁層２８の形成方法と同様である。なお、絶縁層３７には、エッチングが行われることにより、固体電解質層３６を部分的に露出させる開口が形成される。図７Ｉは、カソード形成工程Ｓ２４を説明するための断面図である。図７Ｉに示されるように、カソード形成工程Ｓ２４では、カソード３８が形成される。カソード３８の形成方法は、アノード２９の形成方法と同様である。
【0060】
キャビティ形成工程Ｓ２５では、キャビティ３１ａが形成される。キャビティ３１ａの形成方法は、キャビティ２１ａの形成方法と同様である。以上により、図５に示される構造の第２素子３０が形成される。
【0061】
第１素子２０は、カソード２６が流路１０内にあるように配置されている。なお、アノード２９は、流路１０内に位置していてもよく、流路１０外に位置していてもよい。第２素子３０は、カソード３８が流路１０内にあるとともに、アノード３５が流路１０外にあるように配置されている。
【0062】
＜二酸化炭素ガスセンサ１００の効果＞
以下に、二酸化炭素ガスセンサ１００の効果を説明する。
以下に、二酸化炭素ガスセンサ１００の効果を説明する。
【0063】
上記のとおり、第２素子３０は、カソード３８が流路１０内にあるとともに、アノード３５が流路１０外にあるように配置されている。検知対象ガス中の水蒸気、酸素ガス及び窒素酸化物ガスは、カソード３８において分解される。また、アノード３５は流路１０外に配置されているため、アノード３５において発生する酸素ガスは、第１素子２０に到達する検知対象ガス中の酸素ガスの濃度を増加させない。
【0064】
そのため、第１素子２０に到達した検知対象ガス中の水蒸気、酸素ガス及び窒素酸化物ガスの濃度は、入口１１から導入された際と比較して、低下している。このように、第１素子２０は、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度を検知する際に検知対象ガス中の水蒸気、酸素ガス及び窒素酸化物の影響を受けにくくなるため、二酸化炭素ガスセンサ１００の二酸化炭素ガスに対するガス選択性が改善される。
【0065】
二酸化炭素ガスセンサ１００が複数の第２素子３０を有している場合、第１素子２０に到達した検知対象ガス中の水蒸気、酸素ガス及び窒素酸化物ガスの濃度をさらに低下させることが可能であるため、二酸化炭素ガスセンサ１００の二酸化炭素ガスに対するガス選択性がさらに改善される。
【0066】
＜変形例＞
上記においては、カソード２６及びアノード２９の間に第１電圧以上の電圧を印加した際にカソード２６及びアノード２９の間に流れる電流を検知することにより、第１素子２０が検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度を検知する例を説明した。
上記においては、カソード２６及びアノード２９の間に第１電圧以上の電圧を印加した際にカソード２６及びアノード２９の間に流れる電流を検知することにより、第１素子２０が検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度を検知する例を説明した。
【0067】
カソード２６及びアノード２９の間に第２電圧以上第１電圧未満の電圧を印加した際にカソード２６及びアノード２９の間に流れる電流（第１電流）とカソード２６及びアノード２９の間に第１電圧以上の電圧を印加した際にカソード２６及びアノード２９の間に流れる電流（第２電流）との差は、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度に比例する。そのため、第１素子２０は、第１電流と第２電流との差に基づいて、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度を検知してもよい。また、感度向上のため、第１電流と第２電流との差を積算することにより、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度が検知されてもよい。
【0068】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る二酸化炭素ガスセンサ（以下「二酸化炭素ガスセンサ１００Ａ」とする）を説明する。ここでは、二酸化炭素ガスセンサ１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
第２実施形態に係る二酸化炭素ガスセンサ（以下「二酸化炭素ガスセンサ１００Ａ」とする）を説明する。ここでは、二酸化炭素ガスセンサ１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
【0069】
図８は、二酸化炭素ガスセンサ１００Ａの模式図である。図８に示されるように、二酸化炭素ガスセンサ１００Ａは、流路１０と、第１素子２０と、複数の第２素子３０とを有している。この点に関して、二酸化炭素ガスセンサ１００Ａの構成は、二酸化炭素ガスセンサ１００の構成と共通している。二酸化炭素ガスセンサ１００Ａでは、第１素子２０の詳細が、二酸化炭素ガスセンサ１００と異なっている。この点に関して、二酸化炭素ガスセンサ１００Ａの構成は、二酸化炭素ガスセンサ１００の構成と異なっている。
【0070】
図９は、二酸化炭素ガスセンサ１００Ａに用いられている第１素子２０の拡大平面図である。図９中では、カソード２６、固体電解質層２７、絶縁層２８及びアノード２９の図示が省略されている。図１０は、二酸化炭素ガスセンサ１００Ａに用いられている第１素子２０の断面図である。図９及び図１０に示されるように、二酸化炭素ガスセンサ１００Ａに用いられている第１素子２０では、多孔質酸化物層２５が、櫛歯部２５ａを有している。櫛歯部２５ａは、平面視において櫛歯形状になっている。櫛歯部２５ａの側面上からは、絶縁層２８が除去されている。
【0071】
二酸化炭素ガスセンサ１００に用いられている第１素子２０では、多孔質酸化物層２５の側面が絶縁層２８により覆われている。そのため、二酸化炭素ガスセンサ１００に用いられている第１素子２０では、多孔質酸化物層２５を通ってカソード２６に到達する検知対象ガスの流量が制限されており、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度が高い場合に有利である。
【0072】
他方で、二酸化炭素ガスセンサ１００Ａに用いられている第１素子２０では、櫛歯部２５ａの側面上から絶縁層２８が除去されている。そのため、二酸化炭素ガスセンサ１００Ａに用いられている第１素子２０では、多孔質酸化物層２５を通ってカソード２６に到達する検知対象ガスの流量が制限されにくく、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度が低い場合の感度向上に有利である。
【0073】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る二酸化炭素ガスセンサ（以下「二酸化炭素ガスセンサ１００Ｂ」とする）を説明する。ここでは、二酸化炭素ガスセンサ１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
第３実施形態に係る二酸化炭素ガスセンサ（以下「二酸化炭素ガスセンサ１００Ｂ」とする）を説明する。ここでは、二酸化炭素ガスセンサ１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
【0074】
図１１は、二酸化炭素ガスセンサ１００Ｂの模式図である。図１１に示されるように、二酸化炭素ガスセンサ１００Ｂは、流路１０と、複数の第２素子３０とを有している。この点に関して、二酸化炭素ガスセンサ１００Ｂの構成は、二酸化炭素ガスセンサ１００の構成と共通している。
【0075】
二酸化炭素ガスセンサ１００Ｂでは、第１素子２０に代えて、第１素子４０が用いられている。この点に関して、二酸化炭素ガスセンサ１００Ｂの構成は、二酸化炭素ガスセンサ１００の構成と異なっている。
【0076】
図１２は、第１素子４０の断面図である。図１２に示されるように、第１素子４０は、基板４１と、絶縁層４２と、配線４３と、多孔質酸化物層４４と、アノード４５と、固体電解質層４６と、絶縁層４７と、カソード４８とを有している。
【0077】
基板４１は、例えば、単結晶シリコンにより形成されている。基板４１には、キャビティ４１ａが形成されている。キャビティ４１ａは、厚さ方向に沿って基板４１を貫通している。絶縁層４２は、基板４１上に配置されている。キャビティ４１ａ上にある絶縁層４２の部分を、絶縁層４２のメンブレン部ということがある。
【0078】
絶縁層４２は、第１層４２ａと、第２層４２ｂと、第３層４２ｃと、第４層４２ｄとを有している。第１層４２ａ、第３層４２ｃ及び第４層４２ｄは、例えばシリコン酸化物により形成されている。第２層４２ｂは、例えばシリコン窒化物により形成されている。第１層４２ａは、基板４１上に配置されている。第２層４２ｂは、第１層４２ａ上に配置されている。第３層４２ｃは、第２層４２ｂ上に配置されている。第４層４２ｄは、第３層４２ｃ上に配置されている。
【0079】
絶縁層４２は、第５層４２ｅと、第６層４２ｆとをさらに有している。第５層４２ｅはシリコン窒化物により形成されており、第６層４２ｆはシリコン酸化物により形成されている。第５層４２ｅは第４層４２ｄ上に配置されており、第６層４２ｆは第５層４２ｅ上に配置されている。絶縁層４２のメンブレン部には、貫通穴４２ｇが形成されている。貫通穴４２ｇは、キャビティ４１ａに連通している。貫通穴４２ｇは、例えば、キャビティ４１ａ側に近づくにつれて内径が小さくなるテーパ状に形成されている。
【0080】
配線４３は、例えば、白金により形成されている。配線４３は、絶縁層４３内に配置されている。より具体的には、配線４３は、第３層４２ｃ上に配置されており、かつ第４層４２ｄに覆われている。配線４３の周囲は、密着層４３ａに覆われている。密着層４３ａは、例えばチタン酸化物により形成されている。これにより、配線４３と絶縁層４２（第３層４２ｃ及び第４層４２ｄ）との間の密着性が確保されている。
【0081】
配線４３は、ヒータ部４３ｂを有している。ヒータ部４３ｂは、絶縁層４２のメンブレン部内に配置されている。ヒータ部４３ｂを構成している配線４３の部分は、貫通穴４２ｇの周囲に配置されている。
【0082】
多孔質酸化物層４４は、絶縁層４２のメンブレン部上に配置されている。多孔質酸化物層４４は、例えば、タンタル酸化物により形成されている。アノード４５は、多孔質金属により形成されている層である。アノード４５は、例えば白金により形成されている。アノード４５は、多孔質酸化物層４４上に配置されている。固体電解質層４６は、酸素イオン伝導体により形成されている。酸素イオン伝導体の具体例としては、イットリア安定化ジルコニアが挙げられる。固体電解質層４６は、アノード４５上に配置されている。
【0083】
絶縁層４７は、例えば、シリコン酸化物により形成されている層とタンタル酸化物により形成されている層とがスタックされている層である。絶縁層４７は、多孔質酸化物層４４、アノード４５及び固体電解質層４６を覆っている。絶縁層４７には、固体電解質層４６を露出させている開口が形成されている。絶縁層４７の開口から露出している固体電解質層４６の部分上には、カソード４８が配置されている。カソード４８は、多孔質金属により形成されている層である。カソード４８は、例えば白金により形成されている。
【0084】
多孔質酸化物層４４、アノード４５、固体電解質層４６、絶縁層４７及びカソード４８は、貫通穴４２ｇ内に配置されている。多孔質酸化物層３４は、キャビティ３１ａに対して露出している。すなわち、第１素子４０は、第２素子３０と同様の構成になっている。
【0085】
カソード４８とアノード４５との間に第１電圧以上の電圧が印加されている際、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスは、カソード４８から電子を受け取ることにより、酸素イオンとなる。この酸素イオンは、カソード４８とアノード４５との間の電圧により、固体電解質層４６を通ってアノード４５に移動する。アノード４５に移動した酸素イオンは、アノード３５に電子を放出することにより、酸素ガスとなる。
【0086】
この反応に伴ってカソード４８とアノード４５との間に流れる電流は、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度に比例する。そのため、カソード４８とアノード４５との間に流れる電流を検知することにより、第１素子４０は、検知対象ガス中の二酸化炭素濃度を検知することができる。第１素子４０ではカソード４８に到達する検知対象ガスの流量が制限されにくいため、二酸化炭素ガスセンサ１００Ｂによると、検知対象ガス中の二酸化炭素ガスの濃度が高い場合の感度が改善される。
【0087】
以上のように本開示の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。
【符号の説明】
【0088】
１０ 流路、１１ 入口、２０ 第１素子、２１ 基板、２１ａ キャビティ、２２ 絶縁層、２２ａ 第１層、２２ｂ 第２層、２２ｃ 第３層、２２ｄ 第４層、２２ｅ 第５層、２２ｆ 第６層、２３ 配線、２３ａ 密着層、２３ａａ 第１部分、２３ａｂ 第２部分、２３ｂ ヒータ部、２４ 配線、２４ａ 密着層、２４ｂ 温度センサ部、２５ 多孔質酸化物層、２５ａ 櫛歯部、２６ カソード、２７ 固体電解質層、２８ 絶縁層、２９ アノード、３０ 第２素子、３１ 基板、３１ａ キャビティ、３２ 絶縁層、３２ａ 第１層、３２ｂ 第２層、３２ｃ 第３層、３２ｄ 第４層、３２ｅ 第５層、３２ｆ 第６層、３２ｇ 貫通穴、３３ 配線、３３ａ 密着層、３３ｂ ヒータ部、３４ 多孔質酸化物層、３５ アノード、３６ 固体電解質層、３７ 絶縁層、３８ カソード、４０ 第２素子、４１ 基板、４１ａ キャビティ、４２ 絶縁層、４２ａ 第１層、４２ｂ 第２層、４２ｃ 第４層、４２ｄ 第４層、４２ｅ 第５層、４２ｆ 第６層、４２ｇ 貫通穴、４３ 配線、４３ａ 密着層、４３ｂ ヒータ部、４４ 多孔質酸化物層、４５ アノード、４６ 固体電解質層、４７ 絶縁層、４８ カソード、１００，１００Ａ，１００Ｂ 二酸化炭素ガスセンサ、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 第１絶縁層形成工程、Ｓ３ 第１配線形成工程、Ｓ４ 第２絶縁層形成工程、Ｓ５ 第２配線形成工程、Ｓ６ 第３絶縁層形成工程、Ｓ７ 多孔質酸化物層形成工程、Ｓ８ カソード形成工程、Ｓ９ 固体電解質層形成工程、Ｓ１０ パターンニング工程、Ｓ１１ 第４絶縁層形成工程、Ｓ１２ アノード形成工程、Ｓ１３ キャビティ形成工程、Ｓ１４ 準備工程、Ｓ１５ 第１絶縁層形成工程、Ｓ１６ 配線形成工程、Ｓ１７ 第２絶縁層形成工程、Ｓ１８ 貫通穴形成工程、Ｓ１９ 多孔質酸化物層形成工程、Ｓ２０ アノード形成工程、Ｓ２１ 固体電解質層形成工程、Ｓ２２ パターンニング工程、Ｓ２３ 第３絶縁層形成工程、Ｓ２４ カソード形成工程、Ｓ２５ キャビティ形成工程。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図4I】
【図4J】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図7G】
【図7H】
【図7I】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】