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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】P2023180198
(43)【公開日】2023-12-20
(54)【発明の名称】センサ
(51)【国際特許分類】
   G01N 27/22 20060101AFI20231213BHJP
   G01N 27/04 20060101ALI20231213BHJP
【FI】
G01N27/22 A
G01N27/04 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022138529
(22)【出願日】2022-08-31
(31)【優先権主張番号】P 2022092774
(32)【優先日】2022-06-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(74)【代理人】
【識別番号】110004026
【氏名又は名称】弁理士法人iX
(72)【発明者】
【氏名】林 裕美
【テーマコード(参考)】
2G060
【Fターム(参考)】
2G060AA02
2G060AB03
2G060AE19
2G060AF07
2G060AF10
2G060AG03
2G060AG10
2G060AG11
2G060BA09
2G060BB09
2G060JA01
2G060KA01
(57)【要約】
【課題】安定した検出が可能なセンサを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、センサは、構造体を含む。前記構造体は、第1層と、第1膜領域を含む第1膜と、第1部分領域を含む第1中間層と、を含む。前記第1部分領域は、前記第1層と前記第1膜領域との間にある。前記第1層の体積は、前記構造体の周りの検出対象に応じて変化可能である。前記第1膜は、シリコン及び酸素を含む。前記第1中間層は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1層と、
第1膜領域を含む第1膜と、
第1部分領域を含む第1中間層と、
を含む構造体を備え、
前記第1部分領域は、前記第1層と前記第1膜領域との間にあり、
前記第1層の体積は、前記構造体の周りの検出対象に応じて変化可能であり、
前記第1膜は、シリコン及び酸素を含み、
前記第1中間層は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、センサ。
【請求項2】
前記第1層は、Pd、Cu及びSiを含む、請求項1に記載のセンサ。
【請求項3】
前記検出対象は、水素を含む、請求項1に記載のセンサ。
【請求項4】
前記構造体は、ベース層をさらに含み、
前記ベース層と前記第1膜領域との間に前記第1層がある、請求項1に記載のセンサ。
【請求項5】
前記構造体は、第2中間層をさらに含み、
前記第2中間層は、前記ベース層と前記第1層との間にあり、
前記第2中間層は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、請求項4に記載のセンサ。
【請求項6】
前記第1膜は、第2膜領域及び第3膜領域をさらに含み、
前記第1層から前記第1膜領域への第1方向と交差する第2方向において、前記第1層は、前記第2膜領域と前記第3膜領域との間にある、請求項4に記載のセンサ。
【請求項7】
前記第1中間層は、第2部分領域及び第3部分領域をさらに含み、
前記第2方向において、前記第2部分領域は、前記第2膜領域と前記第1層との間にあり、
前記第2方向において、前記第3部分領域は、前記第1層と前記第3膜領域との間にある、請求項6に記載のセンサ。
【請求項8】
前記第1膜は、第2延在領域及び第3延在領域をさらに含み、
前記第2延在領域は、前記第2膜領域と連続し、
前記第2延在領域は、前記ベース層に沿って延び、
前記第3延在領域は、前記第3膜領域と連続し、
前記第3延在領域は、前記ベース層に沿って延びる、請求項6に記載のセンサ。
【請求項9】
基体と、
前記基体に固定された第1電極と、
前記基体に固定され前記構造体を支持する支持部と、
をさらに備え、
前記第1電極は、前記基体と前記構造体との間にあり、
前記第1電極と前記構造体との間に第1空隙が設けられた、請求項1~8のいずれか1つに記載のセンサ。
【請求項10】
前記構造体は、第2電極をさらに含み、
前記第1電極と前記第2電極との間の静電容量は、前記検出対象に応じて変化可能である、請求項9に記載のセンサ。
【請求項11】
前記静電容量に対応する値を検出可能な回路部をさらに備えた、請求項10に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、センサに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、センサにおいて、安定した検出が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2019-56607号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態は、安定した検出が可能なセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、センサは、構造体を含む。前記構造体は、第1層と、第1膜領域を含む第1膜と、第1部分領域を含む第1中間層と、を含む。前記第1部分領域は、前記第1層と前記第1膜領域との間にある。前記第1層の体積は、前記構造体の周りの検出対象に応じて変化可能である。前記第1膜は、シリコン及び酸素を含む。前記第1中間層は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1図1は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図2図2は、センサの特性を例示するグラフである。
図3図3(a)~図3(c)は、センサの特性を例示するグラフである。
図4図4は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図5図5(a)及び図5(b)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図6図6(a)~図6(c)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図7図7(a)~図7(c)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図8図8は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図9図9(a)及び図9(b)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図10図10(a)~図10(c)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図11図11(a)~図11(c)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図12図12(a)及び図12(b)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図13図13は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図14図14は、第2実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図15図15は、第3実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図16図16(a)及び図16(b)は、第4実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図17図17(a)及び図17(b)は、第4実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図18図18は、第4実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図19図19は、第4実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図1に示すように、実施形態に係るセンサ110は、構造体18を含む。構造体18は、第1層31、第1膜11及び第1中間層21を含む。第1膜11は、第1膜領域11aを含む。第1中間層21は、第1部分領域21aを含む。構造体18は、例えば検出部である。
【0009】
第1部分領域21aは、第1層31と第1膜領域11aとの間にある。第1層31から第1膜領域11aへの方向を第1方向D1とする。第1方向D1をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向及びX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。
【0010】
第1層31は、X-Y平面に沿う。第1層31は、X-Y平面に対して実質的に平行で良い。
【0011】
第1層31の体積は、構造体18の周りの検出対象に応じて変化可能である。例えば、検出対象は、ガスである。検出対象は、例えば水素である。検出対象は、水素、水素分子及び水素イオンよりなる群から選択された少なくとも1つを含んで良い。第1層31の電気抵抗が、構造体18の周りの検出対象に応じて変化可能も良い。
【0012】
例えば、第1層31は、検出対象(例えば水素)を取り込むことができる。例えば、第1層31に検出対象が取り込まれることで、第1層31の体積が大きくなる。体積の変化により、構造体18が変形しても良い。例えば、変形を検出することで、検出対象の濃度を検出することができる。
【0013】
第1層31に検出対象が取り込まれることで、第1層31の電気抵抗率が変化(例えば上昇)する。これにより、第1層31の電気抵抗が変化する。電気抵抗の変化を検出することで、検出対象の濃度を検出できる。
【0014】
実施形態において、第1膜11は、シリコン及び酸素を含む。第1膜11は、例えば、SiO(1≦x≦2)を含む。第1膜11は、例えば、SiOを含む。例えば、第1膜11は、検出対象を透過させる。第1膜11は、検出対象とは異なる物質(例えば酸素など)を透過させ難い。例えば、第1膜11における水素の透過率は、第1膜11における酸素の透過率よりも高い。第1膜11により、酸素の透過が抑制される。第1膜11が設けられることで、検出対象とは異なる物質の影響が抑制できる。検出対象を高い感度で検出できる。第1膜11は、シリコン及びアルミニウムよりなる群から選択された少なくとも1つと、酸素と、を含んでも良い。第1膜11は、例えば、アルミニウム及び酸素を含んでも良い。第1膜11は、例えば、酸化アルミニウムを含んでも良い。
【0015】
実施形態において、第1中間層21は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。例えば、第1層31の構造が、検出対象とは異なる物質(例えば水など)の影響により変化する場合がある。例えば、構造体18の周囲に存在する水などの影響により、第1層31のアモルファス性または結晶性が変化する場合がある。例えば、水などの影響により、第1層31の特性が変化する。これにより、検出対象に対する特性の変化の程度が変化する。安定した検出が困難になる。
【0016】
実施形態においては、第1中間層21が設けられることで、検出対象とは異なる物質(例えば水)による特性の変化が抑制される。例えば、第1中間層21における検出対象とは異なる物質(例えば水)の透過率は、低い。検出対象とは異なる物質(例えば水)は、第1中間層21を実質的に透過しない。これにより、検出対象とは異なる物質(例えば水)の影響が抑制できる。実施形態によれば、より安定した検出が可能になる。
【0017】
実施形態によれば、検出対象とは異なる物質(例えば酸素または水など)の影響が抑制できる。実施形態によれば、安定した検出が可能なセンサが提供できる。
【0018】
実施形態において、第1層31は、Pd、Cu及びSiを含む。これにより、水素が検出対象である場合に、大きな体積変化が得やすい。水素が検出対象である場合に、大きな抵抗変化が得やすい。水素を高い感度で検出可能である。第1層31は、例えば、Pd、Cu及びSiを含む合金を含む。例えば、第1中間層21の触媒作用により、水素分子が水素原子に効率的に変化する。これにより、水素に起因した第1層31の変化(体積または電気抵抗の変化)がより効果的に生じる。
【0019】
実施形態において、第1層31の少なくとも一部は、アモルファスであることが好ましい。これにより、構造体18(例えば検出部)から得られる信号は、水素に対して高速に応答する。水素の吸蔵及び水素の放出において、ヒステリシスが抑制できる。
【0020】
以下、検出対象が水素である場合の特性の例について説明する。
図2は、センサの特性を例示するグラフである。
構造体18の周り雰囲気中における検出対象(水素)の濃度を濃度Cとする。図2の横軸は、C1/2である。縦軸は、検出感度S1(相対値)である。図2には、実施形態に係るセンサ110の特性が例示されている。図には、第1参考例のセンサ119の特性が例示されている。センサ110においては、上記のように、構造体18は、第1層31、第1膜11及び第1中間層21を含む。センサ119においては、構造体18は、第1層31を含み、第1膜11及び第1中間層21を含まない。図2には、構造体18の周りの雰囲気は、空気であり、酸素及び水素を含む。
【0021】
この例では、第1層31は、Pd、Cu及びSiを含む合金を含む。第1中間層21は、Ptを含む。第1膜11は、SiO(1≦x≦2)を含む。
【0022】
図2に示すように、センサ110においては、感度S1は、濃度C1/2の広い範囲の変化に対して、高い線形性で変化する。
【0023】
これに対して、センサ119においては、濃度C1/2が低い領域では、感度S1が低い。線形性が低い。
【0024】
第1参考例のセンサ119においては、雰囲気(空気)に含まれる酸素が、第1層31に到達する。第1層31に到達した酸素は、第1層31の表面で解離した水素と反応して、雰囲気中に散逸する。これにより、第1層31に付着または取り込まれた水素が第1層31から離脱する。これにより、高い感度S1が得にくいと考えられる。
【0025】
これに対して、実施形態に係るセンサ110においては、第1膜11が設けられることで、雰囲気中の酸素が第1層31に到達することが抑制される。例えば、第1膜11により、酸素が遮断される。酸素の影響が抑制されることで、高い感度が得られる。高い線形性が得られる。
【0026】
図3(a)~図3(c)は、センサの特性を例示するグラフである。
図3(a)は、第1参考例のセンサ119に対応する。図3(b)は、第2参考例のセンサ118に対応する。図3(c)は、実施形態に係るセンサ110に対応する。センサ118において、構造体18は、第1層31及び第1中間層21を含み、第1膜11を含まない。
【0027】
これらの図は、XRD(X-ray Diffraction)解析の結果を例示している。これらの図の横軸は、角度2θである。縦軸は、信号の強度Int1である。これらの図は、試料の高温試験後の特性を例示している。高温試験前において、第1層31はアモルファスである。図3(a)における高温試験の条件は、300℃1時間である。図3(b)における高温試験の条件は、300℃1時間である。図3(c)における高温試験の条件は、300℃15時間である。
【0028】
図3(b)及び図3(c)に示すように、センサ118及びセンサ110においては、第1ピークp1、第2ピークp2及び第3ピークp3が観察される。第1ピークp1において、角度2θが約40度(38度以上42度以下)である。第1ピークp1は、Pt(111)及びアモルファス層に対応する。第2ピークp2において、角度2θは、約69度(67度以上71度以下)である。第2ピークp2は、Siに対応する。第3ピークp3において、角度2θが約86度(84度以上88度以下)である。第3ピークp3は、Pt(222)に対応する。
【0029】
一方、図3(a)に示すように、センサ119においては、上記の第1~第3ピークp1~p3とは異なるピークが観察される。センサ119においては、高温試験において、第1層31の構造が変化したと考えられる。例えば、第1層31に含まれるPdに関して、Pd(111)、Pd(311)、Pd(222)及びPd(400)のピークが観察される。高温試験における酸素及び水の影響により、第1層31の構造が変化する。
【0030】
構造が変化すると、第1層31における検出対象に基づく体積変化または抵抗変化の特性が変化する。これにより、安定した検出が困難である。
【0031】
センサ118及びセンサ110においては、高温試験後においても構造の変化が実質的に観察されない。第1中間層21及び第1膜11により、水の影響が抑制できると考えられる。
【0032】
実施形態において、第1層31の第1方向D1に沿う厚さを厚さt31とする。実施形態において、厚さt31は、例えば、10nm以上10μm以下であることが好ましい。
【0033】
実施形態において、第1部分領域21aの第1方向D1に沿う厚さを厚さt21とする。実施形態において、厚さt21は、例えば、1nm以上1000nm以下であることが好ましい。
【0034】
実施形態において、第1膜領域11aの第1方向D1に沿う厚さを厚さt11とする。実施形態において、厚さt11は、例えば、1nm以上1000nm以下であることが好ましい。
【0035】
図1に示すように、構造体18は、ベース層10Bをさらに含んでも良い。ベース層10Bと第1膜領域11aとの間に第1層31がある。ベース層10Bは、シリコン、アルミニウム及びチタンよりなる群から選択された少なくとも1つと、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも1つと、を含む。1つの例において、ベース層10Bは、窒化シリコン及び酸化シリコン及びよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。ベース層10Bは、酸化アルミニウム及び窒化チタンよりなる群から選択された少なくとも1つを含んでも良い。安定した特性のベース層10Bが得られる。
【0036】
例えば、第1層31の体積の変化に基づいて、ベース層10Bと第1層31との間に応力が生じる。これにより、構造体18が変形しやすくなる。変形を検出することで、検出対象を高い感度で検出できる。変形の検出は、例えば、電気的特性の検出により行われても良い。変形の検出が光学的に検出されても良い。
【0037】
実施形態において、ベース層10Bの第1方向D1に沿う厚さを厚さt10Bとする。実施形態において、厚さt10Bは、例えば、10nm以上100μm以下であることが好ましい。
【0038】
図4は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図4に示すように、実施形態に係るセンサ111において、構造体18は、第2中間層22をさらに含む。これを除くセンサ111の構成は、センサ110と同様で良い。
【0039】
第2中間層22は、ベース層10Bと第1層31との間にある。第2中間層22は、Tiを含む。第2中間層22は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含んでも良い。
【0040】
第2中間層22が設けられることで、第1層31がベース層10Bに高い密着性で固定できる。例えば、はがれなどが抑制できる。
【0041】
図5(a)及び図5(b)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図5(a)に示すように、実施形態に係るセンサ112において、第1膜11は、第2膜領域11b及び第3膜領域11cをさらに含む。これを除くセンサ112の構成は、センサ110と同様で良い。
【0042】
第1層31から第1膜領域11aへの第1方向D1と交差する第2方向D2において、第1層31は、第2膜領域11bと第3膜領域11cとの間にある。第2方向D2は、例えば、X軸方向である。第2方向D2は、例えば、Y軸方向でも良い。センサ112において、第1方向D1と交差する2つの方向において、第1膜11の複数の部分の間に第1層31が設けられて良い。例えば、第1膜11は、第1層31を覆う。
【0043】
センサ112においては、第2膜領域11b及び第3膜領域11cにより、第1層31の側面に関して、酸素の影響が効果的に抑制できる。より安定した検出が可能になる。より高い感度が得られる。
【0044】
例えば、第1膜領域11aは、第2膜領域11b及び第3膜領域11cと連続する。例えば、第2膜領域11b及び第3膜領域11cは、ベース層10Bと接する。
【0045】
図5(b)に示すように、実施形態に係るセンサ112において、第1膜11は、第4膜領域11d及び第5膜領域11eをさらに含んで良い。
【0046】
第3方向D3において、第1層31は、第4膜領域11dと第5膜領域11eとの間にある。第3方向D3は、第1方向D1及び第2方向D2を含む平面と交差する。第3方向D3は、例えば、Y軸方向である。例えば、第1膜11は、第1層31を覆う。
【0047】
例えば、第1膜領域11aは、第4膜領域11d及び第5膜領域11eと連続する。第2膜領域11bは、第4膜領域11d及び第5膜領域11eと連続する。第3膜領域11cは、第4膜領域11d及び第5膜領域11eと連続する。例えば、第4膜領域11d及び第5膜領域11eは、ベース層10Bと接する。
【0048】
図6(a)~図6(c)、及び、図7(a)~図7(c)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図6(a)に示すように、ベース層10Bの上に、第1層31となる膜31f、及び、第1中間層21となる膜21fが形成される。これらの膜の形成は、例えばスパッタにより行われる。
【0049】
図6(b)に示すように、膜21fの上にマスク部材M1が形成される。マスク部材M1は、目的とするパターン形状を有する。マスク部材M1をマスクとして用いて、膜31f及び膜21fの一部が除去される。これらの膜の一部の除去は、例えば、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより実施できる。
【0050】
図6(c)に示すように、マスク部材M1が除去される。第1層31及び第1中間層21が得られる。
【0051】
図7(a)に示すように、加工体に第1膜11となる膜11fが形成される。膜11fの形成は、例えばスパッタなどにより行われる。
【0052】
図7(b)に示すように、膜11fの上にマスク部材M2が形成される。マスク部材M2は、目的とするパターン形状を有する。マスク部材M2をマスクとして用いて、膜11fの一部が除去される。膜11fの一部の除去は、例えば、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより実施できる。
【0053】
図7(c)に示すように、マスク部材M2が除去される。第1膜11が得られる。これにより、センサ112が得られる。
【0054】
図8は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図8に示すように、実施形態に係るセンサ113において、構造体18は、第2中間層22をさらに含む。これを除くセンサ113の構成は、センサ112と同様で良い。
【0055】
図9(a)及び図9(b)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図9(a)に示すように、実施形態に係るセンサ114において、第1中間層21は、第2部分領域21b及び第3部分領域21cをさらに含む。これを除くセンサ114の構成は、センサ112と同様で良い。
【0056】
第2方向D2において、第2部分領域21bは、第2膜領域11bと第1層31との間にある。第2方向D2において、第3部分領域21cは、第1層31と第3膜領域11cとの間にある。
【0057】
センサ114においては、第2部分領域21b及び第3部分領域21cにより、第1層31の側面に関して、水の影響が効果的に抑制できる。より安定した検出が可能になる。より高い感度が得られる。
【0058】
図9(a)に示すように、第1部分領域21aは、第2部分領域21b及び第3部分領域21cと連続して良い。
【0059】
第2部分領域21b及び第3部分領域21cは、ベース層10Bと接することが好ましい。第2部分領域21b及び第3部分領域21cにより、第1層31がより効果的に保護される。
【0060】
センサ114において、第1方向D1と交差する2つの方向において、第1中間層21の複数の部分の間に第1層31が設けられて良い。例えば、第1中間層21は、第1層31を覆う。
【0061】
図9(b)に示すように、実施形態に係るセンサ114において、第1中間層21は、第4部分領域21d及び第5部分領域21eをさらに含んで良い。
【0062】
第3方向D3において、第4部分領域21dは、第4膜領域11dと第1層31との間にある。第3方向D3において、第5部分領域21eは、第1層31と第5膜領域11eとの間にある。
【0063】
例えば、第1部分領域21aは、第4部分領域21d及び第5部分領域21eと連続する。第2部分領域21bは、第4部分領域21d及び第5部分領域21eと連続する。第3部分領域21cは、第4部分領域21d及び第5部分領域21eと連続する。例えば、第4部分領域21d及び第5部分領域21eは、ベース層10Bと接する。
【0064】
図10(a)~図10(c)、図11(a)~図11(c)、図12(a)及び図12(b)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
【0065】
図10(a)に示すように、ベース層10Bの上に、第1層31となる膜31fが形成される。膜31fの形成は、例えばスパッタにより行われる。さらに、膜31fの上に、マスク部材M1が形成される。マスク部材M1は、目的とするパターン形状を有する。
【0066】
図10(b)に示すように、マスク部材M1をマスクとして用いて、膜31fの一部を除去することで、第1層31が得られる。膜31fの一部の除去は、例えば、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより実施できる。マスク部材M1が除去される。
【0067】
図10(c)に示すように、加工体(ベース層10B及び第1層31)の上に、第1中間層21となる膜21fが形成される。膜21fの形成は、例えばスパッタなどにより行われる。
【0068】
図11(a)に示すように、膜21fの上に、マスク部材M2が形成される。マスク部材M2は、目的とするパターン形状を有する。
【0069】
図11(b)に示すように、マスク部材M2をマスクとして用いて、膜21fの一部が除去される。膜21fの一部の除去は、例えば、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより実施できる。これにより、第1中間層21が得られる。マスク部材M2が除去される。
【0070】
図11(c)に示すように、加工体(ベース層10B、第1層31及び第1中間層21)の上に、第1膜11となる膜11fが形成される。膜11fの形成は、例えばスパッタなどにより行われる。
【0071】
図12(a)に示すように、膜11fの上にマスク部材M3が形成される。マスク部材M3は、目的とするパターン形状を有する。マスク部材M3をマスクとして用いて、膜11fの一部が除去される。膜11fの一部の除去は、例えば、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより実施できる。
【0072】
図12(b)に示すように、マスク部材M3が除去される。第1膜11が得られる。これにより、センサ114が得られる。
【0073】
図13は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図13に示すように、実施形態に係るセンサ115において、構造体18は、第2中間層22をさらに含む。これを除くセンサ115の構成は、センサ114と同様で良い。
【0074】
(第2実施形態)
図14は、第2実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図14に示すように、実施形態に係るセンサ121は、基体55、第1電極51及び支持部10Sを含む。センサ121は、この他、第1実施形態に関して説明した構造体18を含む。既に説明したように、構造体18は、第1層31、第1膜11及び第1中間層21を含む。第1膜11は、第1膜領域11aを含む。第1中間層21は、第1部分領域21aを含む。
【0075】
第1電極51は、基体55に固定される。支持部10Sは、基体55に固定され、構造体18を支持する。第1電極51は、基体55と構造体18との間にある。第1電極51と構造体18との間に第1空隙g1が設けられる。
【0076】
センサ121において、第1電極51と構造体18との間の距離d1は、検出対象に応じて変化可能である。例えば、検出対象の濃度に応じて、構造体18が変化する。これにより、距離d1が変化する。
【0077】
例えば、構造体18に含まれる導電部材が対向電極として機能しても良い。第1電極51と、導電部材(対向電極)と、の間の静電容量が検出される。これにより、距離d1の変化が検出されても良い。
【0078】
この例では、構造体18は、第2電極52をさらに含む。第1電極51と第2電極52との間に第1空隙g1が設けられる。第1電極51と第2電極52との間の静電容量は、検出対象に応じて変化可能である。
【0079】
この例では、回路部70が設けられている。回路部70は、第1電極51、及び、対向電極(例えば第2電極52)と電気的に接続される。回路部70は、第1電極51と、対向電極(例えば第2電極52)と、の間の静電容量の変化に対応する値を検出可能である。センサ121は、例えば、容量変化型のガスセンサである。
【0080】
(第3実施形態)
図15は、第3実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図15に示すように、実施形態に係るセンサ131は、基体55及び支持部10Sを含む。センサ131は、この他、第1実施形態に関して説明した構造体18を含む。支持部10Sは、基体55に固定され、構造体18を支持する。センサ131においては、検出対象による第1層31の電気抵抗が検出される。例えば、センサ131は、回路部70を含んで良い。回路部70は、第1層31の電気抵抗に対応する値を検出可能である。
【0081】
センサ131において、基体55と構造体18との間に第1空隙g1が設けられて良い。例えば、基体55の温度の影響などが抑制される。より高い精度の検出が可能になる。
【0082】
実施形態は、以下の構成(例えば技術案)を含んで良い。
(構成1)
第1層と、
第1膜領域を含む第1膜と、
第1部分領域を含む第1中間層と、
を含む構造体を備え、
前記第1部分領域は、前記第1層と前記第1膜領域との間にあり、
前記第1層の体積は、前記構造体の周りの検出対象に応じて変化可能であり、
前記第1膜は、シリコン及び酸素を含み、
前記第1中間層は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、センサ。
【0083】
(構成2)
前記第1層は、Pd、Cu及びSiを含む、構成1に記載のセンサ。
【0084】
(構成3)
前記第1層の少なくとも一部は、アモルファスである、構成1または2に記載のセンサ。
【0085】
(構成4)
前記検出対象は、水素を含む、構成1~3のいずれか1つに記載のセンサ。
【0086】
(構成5)
前記第1膜は、SiO(1≦x≦2)を含む、構成1~4のいずれか1つに記載のセンサ。
【0087】
(構成6)
前記構造体は、ベース層をさらに含み、
前記ベース層と前記第1膜領域との間に前記第1層がある、構成1~5のいずれか1つに記載のセンサ。
【0088】
(構成7)
前記ベース層は、シリコン、アルミニウム及びチタンよりなる群から選択された少なくとも1つと、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも1つと、を含む、構成1~6のいずれか1つに記載のセンサ。
【0089】
(構成8)
前記構造体は、第2中間層をさらに含み、
前記第2中間層は、前記ベース層と前記第1層との間にあり、
前記第2中間層は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、構成6または7に記載のセンサ。
【0090】
(構成9)
前記第1膜は、第2膜領域及び第3膜領域をさらに含み、
前記第1層から前記第1膜領域への第1方向と交差する第2方向において、前記第1層は、前記第2膜領域と前記第3膜領域との間にある、構成6~8のいずれか1つに記載のセンサ。
【0091】
(構成10)
前記第1膜領域は、前記第2膜領域及び前記第3膜領域と連続した、構成9に記載のセンサ。
【0092】
(構成11)
前記第2膜領域及び前記第3膜領域は、前記ベース層と接する、構成9または10に記載のセンサ。
【0093】
(構成12)
前記第1中間層は、第2部分領域及び第3部分領域をさらに含み、
前記第2方向において、前記第2部分領域は、前記第2膜領域と前記第1層との間にあり、
前記第2方向において、前記第3部分領域は、前記第1層と前記第3膜領域との間にある、構成9~11のいずれか1つに記載のセンサ。
【0094】
(構成13)
前記第1部分領域は、前記第2部分領域及び前記第3部分領域と連続した、構成12に記載のセンサ。
【0095】
(構成14)
前記第2部分領域及び前記第3部分領域は、前記ベース層と接する、構成12または13に記載のセンサ。
【0096】
(構成15)
基体と、
前記基体に固定された第1電極と、
前記基体に固定され前記構造体を支持する支持部と、
をさらに備え、
前記第1電極は、前記基体と前記構造体との間にあり、
前記第1電極と前記構造体との間に第1空隙が設けられた、構成1~14のいずれか1つに記載のセンサ。
【0097】
(構成16)
前記構造体は、第2電極をさらに含み、
前記第1電極と前記第2電極との間に第1空隙が設けられた、構成15に記載のセンサ。
【0098】
(構成17)
前記第1電極と前記第2電極との間の静電容量は、前記検出対象に応じて変化可能である、構成16に記載のセンサ。
【0099】
(構成18)
前記静電容量に対応する値を検出可能な回路部をさらに備えた、構成17に記載のセンサ。
【0100】
(構成19)
前記第1電極と前記構造体との間の距離は、前記検出対象に応じて変化可能である、構成15~18のいずれか1つに記載のセンサ。
【0101】
(構成20)
基体と、
前記基体に固定され前記構造体を支持する支持部と、
をさらに備えた構成1~14のいずれか1つに記載のセンサ。
【0102】
(構成21)
第1層と、
第1膜領域を含む第1膜と、
第1部分領域を含む第1中間層と、
を含む構造体を備え、
前記第1部分領域は、前記第1層と前記第1膜領域との間にあり、
前記第1層の体積は、前記構造体の周りの検出対象に応じて変化可能であり、
前記第1膜は、アルミニウム及び酸素を含み、
前記第1中間層は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、センサ。
【0103】
(構成22)
第1層と、
第1膜領域を含む第1膜と、
第1部分領域を含む第1中間層と、
を含む構造体を備え、
前記第1部分領域は、前記第1層と前記第1膜領域との間にあり、
前記第1層の電気抵抗は、前記構造体の周りの検出対象に応じて変化可能であり、
前記第1膜は、シリコン及び酸素を含み、
前記第1中間層は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、センサ。
【0104】
(構成23)
前記電気抵抗に対応する値を検出可能な回路部をさらに備えた、構成22に記載のセンサ。
【0105】
(構成24)
前記第1膜は、第2膜領域及び第3膜領域をさらに含み、
前記第1層から前記第1膜領域への第1方向と交差する第2方向において、前記第1層は、前記第2膜領域と前記第3膜領域との間にある、構成21~23いずれか1つに記載のセンサ。
【0106】
(構成25)
前記構造体は、ベース層をさらに含み、
前記ベース層と前記第1膜領域との間に前記第1層がある、構成21~23のいずれか1つに記載のセンサ。
【0107】
(構成26)
前記構造体は、第2中間層をさらに含み、
前記第2中間層は、前記ベース層と前記第1層との間にあり、
前記第2中間層は、Pd、Pt及びTiよりなる群から選択された少なくとも1つを含む、構成25に記載のセンサ。
【0108】
(第4実施形態)
図16(a)及び図16(b)は、第4実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図16(a)及び図16(b)に示すように、実施形態に係るセンサ112aにおいて、第1膜11は、第2延在領域11ba、第3延在領域11ca、第4延在領域11da及び第5延在領域11eaをさらに含む。これを除くセンサ112aの構成は、センサ112と同様で良い。
【0109】
第2延在領域11baは、第2膜領域11bと連続する。第2延在領域11baは、ベース層10Bに沿って延びる。第3延在領域11caは、第3膜領域11cと連続する。第3延在領域11caは、ベース層10Bに沿って延びる。例えば、第2延在領域11ba及び第3延在領域11caは、ベース層10Bと接する。
【0110】
第4延在領域11daは、第4膜領域11dと連続する。第4延在領域11daは、ベース層10Bに沿って延びる。第5延在領域11eaは、第5膜領域11eと連続する。第5延在領域11eaは、ベース層10Bに沿って延びる。例えば、第4延在領域11da及び第5延在領域11eaは、ベース層10Bと接する。
【0111】
センサ112aにおいては、第2膜領域11b及び第3膜領域11cにより、第1層31の側面と、ベース層10Bと、の間の領域において、酸素の影響が効果的に抑制できる。より安定した検出が可能になる。より高い感度が得られる。
【0112】
図17(a)及び図17(b)は、第4実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図17(a)及び図17(b)に示すように、実施形態に係るセンサ114aにおいて、第1膜11は、第2延在領域11ba、第3延在領域11ca、第4延在領域11da及び第5延在領域11eaをさらに含む。これを除くセンサ114aの構成は、センサ114と同様で良い。センサ114aにおいて、酸素の影響が効果的に抑制できる。より安定した検出が可能になる。より高い感度が得られる。
【0113】
図18は、第4実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図18に示すように、実施形態に係るセンサ121aにおいて、第1膜11は、第2延在領域11ba及び第3延在領域11caを含む。センサ121aにおいて、第4延在領域11da及び第5延在領域11eaが設けられても良い(図16(a)及び図16(b)参照)。これを除くセンサ121aの構成は、センサ121と同様で良い。センサ121aにおいて、酸素の影響が効果的に抑制できる。より安定した検出が可能になる。より高い感度が得られる。
【0114】
図19は、第4実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図19に示すように、実施形態に係るセンサ131aにおいて、第1膜11は、第2延在領域11ba及び第3延在領域11caを含む。センサ131aにおいて、第4延在領域11da及び第5延在領域11eaが設けられても良い(図16(a)及び図16(b)参照)。これを除くセンサ131aの構成は、センサ131と同様で良い。センサ131aにおいて、酸素の影響が効果的に抑制できる。より安定した検出が可能になる。より高い感度が得られる。
【0115】
実施形態によれば、安定した検出が可能なセンサを提供できる。
【0116】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、センサに含まれる構造体、層、膜及び回路部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【0117】
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【0118】
その他、本発明の実施の形態として上述したセンサを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのセンサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【0119】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【0120】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0121】
10B…ベース層、 10S…支持部、 11…第1膜、 11a~11e…第1~第5膜領域、 11ba、11ca、11da、11ea…第2~第5延在領域、 11f…膜、 18…構造体、 21…第1中間層、 21a~21e…第1~第5部分領域、 21f…膜、 22…第2中間層、 31…第1層、 31f…膜、 51、52…第1、第2電極、 55…基体、 70…回路部、 110~115、112a、114a、118、119、121、121a、131、131a…センサ、 2θ…角度、 D1~D3…第1~第3方向、 Int1…強度、 M1~M3…マスク部材、 d1…距離、 g1…第1空隙、 p1~p3…第1~第3ピーク、 t10B、t11、t21、t31…厚さ
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