ホーム > 特許ランキング > 日本特殊陶業株式会社
(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】P2024159380
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】ガスセンサ及びガスセンサシステム
(51)【国際特許分類】
G01N 27/12 20060101AFI20241031BHJP
【ＦＩ】
G01N27/12 B
G01N27/12 C
G01N27/12 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023104878
(22)【出願日】2023-06-27
(31)【優先権主張番号】P 2023074377
(32)【優先日】2023-04-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000004547
【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000497
【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】黒田 燎
(72)【発明者】
【氏名】高倉 雅博
(72)【発明者】
【氏名】塙 裕一郎
【テーマコード（参考）】
2G046
【Ｆターム（参考）】
2G046AA26
2G046BA01
2G046BA06
2G046BA09
2G046BB02
2G046BC05
2G046BC09
2G046BE01
2G046BE08
2G046FB01
2G046FB06
2G046FE29
2G046FE31
2G046FE38
2G046FE44
2G046FE46
(57)【要約】
【課題】センサ感度を高めつつ、ガス吸着層の過熱を抑制し得るガスセンサを提供する。
【解決手段】ガスセンサ１０は、ヒータ電極２４を有した基体２０と、基体２０に積層され、ヒータ電極２４を用いた温度変化によって測定対象ガスを吸着および脱離することで測定対象ガスを濃縮するガス吸着層５０と、基体２０に積層され、測定対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する酸化物半導体を主相とするガス検知層３０と、ガス検知層３０に接続された一対の検知電極４０と、を備える。ガス検知層３０の少なくとも一部は、基体２０の厚さ方向において、ヒータ電極２４に重なる。ガス吸着層５０は、金属有機構造体からなり、基体２０の厚さ方向から見たとき、ガス検知層３０と離間して構成されている。
【選択図】図１
【解決手段】ガスセンサ１０は、ヒータ電極２４を有した基体２０と、基体２０に積層され、ヒータ電極２４を用いた温度変化によって測定対象ガスを吸着および脱離することで測定対象ガスを濃縮するガス吸着層５０と、基体２０に積層され、測定対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する酸化物半導体を主相とするガス検知層３０と、ガス検知層３０に接続された一対の検知電極４０と、を備える。ガス検知層３０の少なくとも一部は、基体２０の厚さ方向において、ヒータ電極２４に重なる。ガス吸着層５０は、金属有機構造体からなり、基体２０の厚さ方向から見たとき、ガス検知層３０と離間して構成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒータ電極を有した基体と、
前記基体に積層され、前記ヒータ電極を用いた温度変化によって測定対象ガスを吸着および脱離することで前記測定対象ガスを濃縮するガス吸着層と、
前記基体に積層され、前記測定対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する酸化物半導体を主相とするガス検知層と、
前記ガス検知層に接続された一対の検知電極と、を備え、
前記ガス吸着層によって濃縮した前記測定対象ガスの濃度を測定するガスセンサであって、
前記ガス検知層の少なくとも一部は、前記基体の厚さ方向において、前記ヒータ電極に重なり、
前記ガス吸着層は、金属有機構造体からなり、前記基体の厚さ方向から見たとき、前記ガス検知層と離間して構成された、
ガスセンサ。
前記基体に積層され、前記ヒータ電極を用いた温度変化によって測定対象ガスを吸着および脱離することで前記測定対象ガスを濃縮するガス吸着層と、
前記基体に積層され、前記測定対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する酸化物半導体を主相とするガス検知層と、
前記ガス検知層に接続された一対の検知電極と、を備え、
前記ガス吸着層によって濃縮した前記測定対象ガスの濃度を測定するガスセンサであって、
前記ガス検知層の少なくとも一部は、前記基体の厚さ方向において、前記ヒータ電極に重なり、
前記ガス吸着層は、金属有機構造体からなり、前記基体の厚さ方向から見たとき、前記ガス検知層と離間して構成された、
ガスセンサ。
【請求項2】
前記ガス吸着層は、前記ガス検知層の周りを連続的又は断続的に囲む、
請求項１に記載のガスセンサ。
請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項3】
前記基体は、前記ヒータ電極によって加熱され、
前記ガス検知層の全体は、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の７０％以上の領域である均熱領域に配され、
前記ガス吸着層の全体は、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の７０％未満の領域である非均熱領域に配される、
請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
前記ガス検知層の全体は、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の７０％以上の領域である均熱領域に配され、
前記ガス吸着層の全体は、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の７０％未満の領域である非均熱領域に配される、
請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項4】
前記ガス吸着層の全体は、前記非均熱領域のうち、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の２０％以上かつ７０％未満の領域に配される、
請求項３に記載のガスセンサ。
請求項３に記載のガスセンサ。
【請求項5】
前記基体は、ダイアフラムを有し、
前記ヒータ電極は、前記ダイアフラムに設けられる、
請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
前記ヒータ電極は、前記ダイアフラムに設けられる、
請求項１又は請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項6】
請求項１又は請求項２に記載のガスセンサと、
前記ヒータ電極を用いた加熱時間と、前記ガスセンサによって検出された濃縮された前記測定対象ガスの濃度と、に基づいて、濃縮前の前記測定対象ガスの濃度を導出する制御を行う制御部と、
を備えるガスセンサシステム。
前記ヒータ電極を用いた加熱時間と、前記ガスセンサによって検出された濃縮された前記測定対象ガスの濃度と、に基づいて、濃縮前の前記測定対象ガスの濃度を導出する制御を行う制御部と、
を備えるガスセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスセンサ及びガスセンサシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
ｐｐｂレベルまたはｐｐｔレベルの極低濃度のガスを測る技術は、ガスクロマトグラフィー質量分析等の大型機器を用いるものが主流であり、小型かつ簡便に測る手法は限られている。
【0003】
例えば、特許文献１の皮膚ガス測定装置は、皮膚ガス捕集部と、皮膚ガス測定部と、を備えている。皮膚ガス捕集部は、皮膚ガス成分を吸着して濃縮する多孔質材料と、多孔質材料を加熱する加熱部と、を有している。多孔質材料は、ゼオライトから構成されるものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１４－２３２０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
センサ基板上に多孔質材料を搭載する場合に、センサ基板の耐久性を考慮すると、ガス吸着量が多い金属有機構造体（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ：ＭＯＦ）が好ましい。しかしながら、金属有機構造体は、リガンドが有機物で構成されるため、耐熱性に欠けることが知られている。そのため、ガスを検知する感応膜を加熱して感度を高めようとしたとき、多孔質材料が劣化して吸着材として機能しなくなるおそれがある。
【0006】
本開示は、センサ感度を高めつつ、ガス吸着層の過熱を抑制し得るガスセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示のガスセンサは、
ヒータ電極を有した基体と、
前記基体に積層され、前記ヒータ電極を用いた温度変化によって測定対象ガスを吸着および脱離するガス吸着層と、
前記基体に積層され、前記測定対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する酸化物半導体を主相とするガス検知層と、
前記ガス検知層に接続された一対の検知電極と、を備え、
前記ガス検知層によって濃縮した前記測定対象ガスの濃度を測定するガスセンサであって、
前記ガス検知層の少なくとも一部は、前記基体の厚さ方向において、前記ヒータ電極に重なり、
前記ガス吸着層は、金属有機構造体からなり、前記基体の厚さ方向から見たとき、前記ガス検知層と離間して構成されている。
ヒータ電極を有した基体と、
前記基体に積層され、前記ヒータ電極を用いた温度変化によって測定対象ガスを吸着および脱離するガス吸着層と、
前記基体に積層され、前記測定対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する酸化物半導体を主相とするガス検知層と、
前記ガス検知層に接続された一対の検知電極と、を備え、
前記ガス検知層によって濃縮した前記測定対象ガスの濃度を測定するガスセンサであって、
前記ガス検知層の少なくとも一部は、前記基体の厚さ方向において、前記ヒータ電極に重なり、
前記ガス吸着層は、金属有機構造体からなり、前記基体の厚さ方向から見たとき、前記ガス検知層と離間して構成されている。
【発明の効果】
【0008】
本開示に係る技術は、センサ感度を高めつつ、ガス吸着層の過熱を抑制し得る。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。
【0011】
〔１〕ヒータ電極を有した基体と、
前記基体に積層され、前記ヒータ電極を用いた温度変化によって測定対象ガスを吸着および脱離するガス吸着層と、
前記基体に積層され、前記測定対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する酸化物半導体を主相とするガス検知層と、
前記ガス検知層に接続された一対の検知電極と、を備え、
前記ガス吸着層によって濃縮した前記測定対象ガスの濃度を測定するガスセンサであって、
前記ガス検知層の少なくとも一部は、前記基体の厚さ方向において、前記ヒータ電極に重なり、
前記ガス吸着層は、金属有機構造体からなり、前記基体の厚さ方向から見たとき、前記ガス検知層と離間して構成されたガスセンサ。
前記基体に積層され、前記ヒータ電極を用いた温度変化によって測定対象ガスを吸着および脱離するガス吸着層と、
前記基体に積層され、前記測定対象ガスの濃度に応じて電気的特性が変化する酸化物半導体を主相とするガス検知層と、
前記ガス検知層に接続された一対の検知電極と、を備え、
前記ガス吸着層によって濃縮した前記測定対象ガスの濃度を測定するガスセンサであって、
前記ガス検知層の少なくとも一部は、前記基体の厚さ方向において、前記ヒータ電極に重なり、
前記ガス吸着層は、金属有機構造体からなり、前記基体の厚さ方向から見たとき、前記ガス検知層と離間して構成されたガスセンサ。
【0012】
この構成によれば、ガスセンサは、ガス吸着層で吸着した測定対象ガスを、ヒータ電極による加熱によって脱離させて、ガス通過部等を介してガス検知層へと供給することができる。その上で、ガス検知層の少なくとも一部が、基体の厚さ方向において、ヒータ電極に重なるため、ヒータ電極による加熱によってガス検知層を十分に加熱して感度を高め易くなる。更に、ガス吸着層は、基体の厚さ方向から見てガス検知層と離間しているため、ガス検知層から熱が伝わり難くなる。そのため、ガス吸着層は、高温耐久性が低い金属有機構造体から構成されていても、過熱を防ぎ易くなる。したがって、ガスセンサは、ガス検知層によるセンサ感度を向上させつつ、ガス吸着層の劣化を抑えることができる。
【0013】
〔２〕前記ガス吸着層は、前記ガス検知層の周りを連続的又は断続的に囲む、
〔１〕に記載のガスセンサ。
〔１〕に記載のガスセンサ。
【0014】
上記の〔２〕のガスセンサでは、ガス検知層の周りを囲むガス吸着層で測定対象ガスを吸着することができるため、ガス吸着層からその内側にあるガス検知層へと測定対象ガスを供給させ易くなる。
【0015】
〔３〕前記基体は、前記ヒータ電極によって加熱され、
前記ガス検知層の全体は、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の７０％以上の領域である均熱領域に配され、
前記ガス吸着層の全体は、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の７０％未満の領域である非均熱領域に配される、
〔１〕又は〔２〕に記載のガスセンサ。
前記ガス検知層の全体は、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の７０％以上の領域である均熱領域に配され、
前記ガス吸着層の全体は、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の７０％未満の領域である非均熱領域に配される、
〔１〕又は〔２〕に記載のガスセンサ。
【0016】
上記の〔３〕のガスセンサでは、最高温度に近い温度となるようにガス検知層を加熱して、感度を高めることができる。また、ガス検知層は、均熱領域よりも低い温度の領域として、測定対象ガスの脱離を良好に行わせつつ、劣化を抑制できる。
【0017】
〔４〕前記ガス吸着層の全体は、前記非均熱領域のうち、前記基体における表面温度が前記基体の表面の最高温度の２０％以上かつ７０％未満の領域に配される、
〔３〕に記載のガスセンサ。
〔３〕に記載のガスセンサ。
【0018】
上記の〔３〕のガスセンサでは、ガス吸着層を、比較的低い温度（基体の表面の最高温度の２０％以上かつ７０％未満）に維持することができ、過熱を防ぐことができる。
【0019】
〔５〕前記基体は、ダイアフラムを有し、
前記ヒータ電極は、前記ダイアフラムに設けられる、
〔１〕から〔４〕のいずれかに記載のガスセンサ。
前記ヒータ電極は、前記ダイアフラムに設けられる、
〔１〕から〔４〕のいずれかに記載のガスセンサ。
【0020】
上記の〔５〕のガスセンサでは、ヒータ電極が、ダイアフラムを有する基体に設けられるため、ヒータ電極による熱引きを向上させることができる。
【0021】
〔６〕〔１〕から〔５〕のいずれかに記載のガスセンサと、
前記ヒータ電極を用いた加熱時間と、前記ガスセンサによって検出された濃縮された前記測定対象ガスの濃度と、に基づいて、濃縮前の前記測定対象ガスの濃度を導出する制御を行う制御部と、
を備えるガスセンサシステム。
前記ヒータ電極を用いた加熱時間と、前記ガスセンサによって検出された濃縮された前記測定対象ガスの濃度と、に基づいて、濃縮前の前記測定対象ガスの濃度を導出する制御を行う制御部と、
を備えるガスセンサシステム。
【0022】
上記の〔６〕のガスセンサシステムでは、濃縮前の測定対象ガスの濃度（吸着層によって測定対象ガスを吸着する前の測定対象ガスの濃度）を、ヒータ電極による加熱時間と、ガスセンサの検出結果と、に基づいて導出できる。
【0023】
＜第１実施形態＞
１－１．ガスセンサの構成
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１～図９を参照して説明する。図１に示す第１実施形態のガスセンサ１０は、本開示のガスセンサの一例である。ガスセンサ１０は、例えば、後述するガスセンサシステム１００に適用される。
１－１．ガスセンサの構成
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１～図９を参照して説明する。図１に示す第１実施形態のガスセンサ１０は、本開示のガスセンサの一例である。ガスセンサ１０は、例えば、後述するガスセンサシステム１００に適用される。
【0024】
以下の説明では、説明の便宜上、図２にあらわれる上下方向をそのまま上下方向として定義するが、ガスセンサ１０の実際の配置状態における上下方向と一致しなくてもよい。図２にあらわれる上下方向は、後述する基体２０の厚さ方向であり、基板２１の厚さ方向でもある。図２にあらわれる上下方向は、基体２０に対する、後述するガス検知層３０およびガス吸着層５０の積層方向でもある。
【0025】
【0026】
基体２０は、基板２１と、絶縁層２２Ａ～２２Ｄ，２３Ａ，２３Ｂと、ヒータ電極２４を有している。基体２０には、後述するダイアフラム２６が設けられている。基板２１は、例えばシリコンウエハである。基板２１には、上下両面に開口するように貫通する開口部２５が設けられている。開口部２５は、平面視四角形である。開口部２５の形状は、その他の形状として円形等の形状であってもよい。開口部２５は、例えば、上下方向に直交する断面積が下方に向かうにつれて大きくなる形状である。開口部２５内には、絶縁層２２Ａの一部が露出している。
【0027】
絶縁層２２Ａ～２２Ｄ，２３Ａ，２３Ｂは、十分な絶縁性を有すればよく、材質は特に限定されない。絶縁層２２Ａ～２２Ｄは、基板２１の上面側に積層されている。基板２１の上面側から、絶縁層２２Ａ、絶縁層２２Ｂ、絶縁層２２Ｃ、絶縁層２２Ｄの順で積層されている。絶縁層２２Ａ，２２Ｃの材質は、例えばＳｉＯ２である。絶縁層２２Ｂ，２２Ｄの材質は、例えばＳｉ３Ｎ４である。絶縁層２２Ａ～２２Ｄは、開口部２５を覆うように形成されている。開口部２５と、開口部２５を覆う絶縁層２２Ｂ～２２Ｄの各部分と、ヒータ電極２４の一部とによって、ダイアフラム２６が構成される。
【0028】
絶縁層２３Ａ，２３Ｂは、基板２１の下面側に積層されている。基板２１の下面側から、絶縁層２３Ａ、絶縁層２３Ｂの順で積層されている。絶縁層２３Ａの材質は、例えばＳｉＯ２である。絶縁層２３Ｂの材質は、例えばＳｉ３Ｎ４である。
【0029】
ヒータ電極２４は、後述するダイアフラム２６に設けられている。ヒータ電極２４は、絶縁層２２Ｃに埋設されている。ヒータ電極２４は、抵抗体によって構成されている。ヒータ電極２４は、基板２１における開口部２５（より具体的には開口部２５の上側の開口）の上方に配されている。ヒータ電極２４は、例えば平面視で四角渦巻き状の部分（渦巻き部２４Ａ）を有する。絶縁層２２Ｃには、ヒータ電極２４に接続され、ヒータ電極２４に通電するための一対のリード部２４Ｂが埋設されている。一対のリード部２４Ｂは、後述する一対のコンタクト部２７Ａに接続されている。ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂは、例えば、Ｐｔ（白金）によって構成されている。なお、ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂは、例えば、密着層（例えば、酸化タンタル）と、その上に形成された発熱体（例えば、Ｐｔ（白金））の２層構造であってもよい。
【0030】
基体２０の上面側には、一対のコンタクト部２７Ａ及び一対のコンタクト部２７Ｂが設けられている。コンタクト部２７Ａ，２７Ｂは、外部回路から電力を供給するための配線（図示略）が接続されている。一対のコンタクト部２７Ｂは、後述する一対の検知電極４０にそれぞれ接続される。
【0031】
ガス検知層３０は、基体２０の上面側に積層されている。ガス検知層３０は、例えば平面視四角形である。ガス検知層３０の厚さは、後述する検知電極４０の厚さよりも大きい。ガス検知層３０は、測定対象ガスの濃度変化に応じて電気的特性（具体的には抵抗値）が変化する酸化物半導体を主相とする。測定対象ガスとは、例えば、アセトン等である。ガス検知層３０の材質は、例えばＷＯ３（三酸化タングステン）である。例えば、ガス検知層３０として、ＷＯ３上にＰｄ（パラジウム）を形成した構成を用いてもよい。ガス検知層３０は、開口部２５の上方に配置されている。ガス検知層３０は、基体２０の上面において、一対の検知電極４０が形成される領域を含むより広い範囲を覆うように形成されている。ガス検知層３０の４つの端（辺）は、それぞれダイアフラム２６（開口部２５）の４つの端（辺）と上下方向で重なっている。
【0032】
ガス検知層３０の一部は、上下方向（基体２０の厚さ方向）において、ヒータ電極２４（具体的には、渦巻き部２４Ａ）に重なっている。ガス検知層３０は、水平方向（基体２０の厚さ方向に直交する方向）において、渦巻き部２４Ａよりも外側に張り出している。
【0033】
一対の検知電極４０は、基体２０の上面側に設けられている。ガス検知層３０は、例えば平面視四角形である。検知電極４０は、櫛歯形状の部分（櫛歯部４０Ａ）を有している。一対の検知電極４０の櫛歯部４０Ａ（他方の検知電極４０と噛み合う部分）は、開口部２５の上方に設けられている。検知電極４０の櫛歯部４０Ａの一部は、ヒータ電極２４の渦巻き部２４Ａの一部と略平行になるように、ヒータ電極２４の上方に設けられている。
【0034】
一対の検知電極４０は、ガス検知層３０に接続されている。検知電極４０は、ガス検知層３０における電気的特性の変化を検出する。一対の検知電極４０の間には、ガス検知層３０の一部が配される空間ギャップが形成されている。検知電極４０において、ガス検知層３０に対向する面の全体が、ガス検知層３０に接触している。検知電極４０は、例えば、密着層（例えばＴｉ（チタン））と、密着層の上方側に設けられる検知層（例えばＰｔ（白金））とが積層された構成である。検知電極４０は、基体２０の凸部２８（渦巻き部２４Ａの上方に設けられる凸部、図２参照）の上方に設けられている。
【0035】
ガス吸着層５０は、基体２０の上面側に積層されている。ガス吸着層５０は、ヒータ電極２４を用いた温度変化によって測定対象ガスを吸着および脱離することで測定対象ガスを濃縮する。すなわち、濃縮された測定対象ガスとは、ガス吸着層５０によって吸着された後に脱離した測定対象ガスの濃度である。濃縮前の測定対象ガスとは、ガス吸着層５０によって吸着される前の測定対象ガスの濃度（ガスセンサ１０が曝されるガスに含まれる測定対象ガスの濃度）である。ガス吸着層５０は、図２に示すように、例えば断面視四角形である。ガス吸着層５０は、測定対象ガスを吸着する。ガス吸着層５０は、金属有機構造体（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋｓ：ＭＯＦ）を主相とする。金属有機構造体は、金属イオンが互いに有機配位子で架橋された構造を有する多孔性材料である。金属有機構造体は、ヒドロキシル基を有することが好ましい。この場合、ガス吸着層５０は、親水基を有する測定対象ガス（例えばアセトン）の分子とヒドロキシル基とを水素結合させることで、測定対象ガスの分子を選択的に吸着する。吸着された測定対象ガスの分子は、ヒータ電極２４による加熱によって脱離し、ガス検知層３０へと拡散する。金属有機構造体は、Ｚｒ（ジルコニウム）を有することが好ましい。金属有機構造体は、例えば、ＵｉＯ－６６、ＵｉＯ－６７、ＵｉＯ－６８であることが好ましく、ＵｉＯ－６６であることが特に好ましい。金属有機構造体の細孔サイズは、０．６ｎｍ～２．０ｎｍであることが好ましい。ガス吸着層５０は、図２に示すように、断面視四角状である。
【0036】
ガス吸着層５０は、基体２０の上面側において、ガス検知層３０の外側でガス検知層３０を囲むように配されている。ガス吸着層５０は、ガス検知層３０の周りを断続的に囲んでいる。ガス吸着層５０の全体が、ガス検知層３０から離間している。ガス吸着層５０は、上下方向（基体２０の厚さ方向）から見たとき、ガス検知層３０と離間して構成されている。ガス吸着層５０は、一対の検知電極４０と重なる部分を除いて、四角リング状に設けられている。ガス吸着層５０の４つの辺は、それぞれガス検知層３０の４つの辺に略平行となるように配されている。
【0037】
ガス吸着層５０は、ガス検知層３０と離間する離間部５２を有している。離間部５２は、水平方向（基体２０の厚さ方向と直交する方向）において、ガス検知層３０と離間している。離間部５２とガス検知層３０とによって、ガス通過部６０が構成されている。ガス通過部６０は、離間部５２からガス検知層３０に向かう測定対象ガスが通過する。ガス通過部６０は、ガス検知層３０の外周に沿って四角リング状に設けられている。
【0038】
離間部５２は、上下方向（基体２０の厚さ方向に直交する方向）において、ヒータ電極２４から離間している。離間部５２は、ヒータ電極２４よりも上方側に位置している。すなわち、離間部５２は、上下方向でずれた位置でヒータ電極２４と離間している。
【0039】
離間部５２は、図１に示すように、第１離間部５２Ａと、第２離間部５２Ｂと、を有している。第１離間部５２Ａは、平面視で一部が欠けた四角リング状（略Ｃ字状）である。第１離間部５２Ａは、基板２１の上面側で、ガス検知層３０を囲んでいる。第２離間部５２Ｂは、第１離間部５２Ａの長手方向の両端部の間に設けられている。第２離間部５２Ｂは、例えば直方体形状である。第２離間部５２Ｂは、第１離間部５２Ａの長手方向の両端部と離間している。第２離間部５２Ｂは、一対の検知電極４０（より具体的には、櫛歯部４０Ａとは異なる部分）の間に設けられている。
【0040】
ガス吸着層５０の一部は、上下方向（基体２０の厚さ方向）において、ダイアフラム２６に重なっている。具体的には、ガス吸着層５０の内側部分（ガス検知層３０側の部分）が、開口部２５の上方に位置している。ガス吸着層５０は、水平方向（基体２０の厚さ方向に直交する方向）で、ダイアフラム２６よりも外側に張り出している。
【0041】
ガス吸着層５０は、周方向全体に亘って、基体２０とは反対側（上方側）に、ガス検知層３０よりも突出している。ガス吸着層５０の厚さ（上下方向の厚さ、以下同じ）は、ガス検知層３０の厚さ、ヒータ電極２４の厚さ、および絶縁層２２Ｄの厚さよりも大きい。ガス吸着層５０の厚さは、例えば１０００ｎｍである。
【0042】
基体２０は、ヒータ電極２４を用いて目標温度に加熱される。例えば図示しない制御部（ＣＰＵ）の制御によって、リード部２４Ｂを介してヒータ電極２４に通電し、基板２１を加熱する。本第１実施形態において、基体２０の温度は、絶縁層２２Ｄの表面（より具体的には、ガス検知層３０が設けられる部分）における温度とする。目標温度は、制御部の制御により設定される温度であり、設定された場合にその温度となるように制御部が基体２０を加熱する制御を行う。例えば、制御部において、目標温度と、その目標温度とするために必要なヒータ電極２４で消費される消費電力と、が対応付けられている。例えば、ガスセンサ１０は、基体２０の温度を検出する温度センサを設け、制御部によって、温度センサから取得した温度の情報に基づいて、基体２０の温度を目標温度とするようにフィードバック制御を行ってもよい。
【0043】
ヒータ電極２４によって基体２０を目標温度に加熱した状態において、図３に示すように、基体２０の加熱領域には、均熱領域ＡＲ１と、非均熱領域ＡＲ２と、が含まれている。均熱領域ＡＲ１は、基体２０において表面の温度が基体２０の表面の最高温度の７０％以上の領域である。非均熱領域ＡＲ２は、基体２０において表面の温度が基体２０の表面の最高温度の７０％未満の領域である。非均熱領域ＡＲ２は、基体２０において表面の温度が基体２０の表面の最高温度の２０％以上かつ７０％未満の領域であることが好ましい。例えば、非均熱領域ＡＲ２は、均熱領域ＡＲ１の外周を取り囲むリング状の領域である。ガス検知層３０の全体は、基体２０において均熱領域ＡＲ１に配されている。ガス吸着層５０の全体は、基体２０において非均熱領域ＡＲ２に配されている。
【0044】
例えば、ガス検知層３０の材質としてＷＯ３（三酸化タングステン）を用い、検出対象である測定対象ガスをアセトンとした場合、ガス検知層３０は、２５０℃以上４００℃以下でアセトンの感度が高くなることが知られている。そのため、目標温度は、２５０℃以上４５０℃以下が好ましい。また、ガス吸着層５０の金属有機構造体にＵｉＯ－６６を用いた場合、２５０℃でＯＨ基が脱離し、３００℃を超えると自身の構造を保てなくなる。そこで、基体２０の表面の最高温度が３５０℃となるように温度制御した場合、均熱領域ＡＲ１は、２４５℃以上の領域となり、非均熱領域ＡＲ２は、２４５℃未満の領域となる。より具体的には、非均熱領域ＡＲ２は、７０℃以上２４５℃未満の領域となる。このような構成では、ガス検知層３０に十分な熱を与えてアセトンの感度を高めつつ、ガス吸着層５０の過熱を防いで劣化を抑制できる。
【0045】
ガスセンサ１０は、例えば、ガス吸着層５０による測定対象ガスを吸着する際にはヒータ電極２４による加熱を行わず、ガス検知層３０によって測定対象ガスを検知する際に、ガス吸着層５０をヒータ電極２４で加熱して測定対象ガスを脱離させる。
【0046】
ガスセンサ１０は、例えば、ウェアラブルなデバイスに適用可能であり、人体から出る微量の皮膚ガス（アセトン等）の濃度を測定し得る。このような皮膚ガスの測定値（濃度）は、健康状態を示す指標となり得る。ガスセンサ１０は、微量のガスを高い選択性を有する構成で検出することができる。
【0047】
【0048】
１－２－１．絶縁層２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃａの形成
図４（Ａ）に示すように、洗浄液で洗浄した基板２１（シリコンウエハ）を用意する。図４（Ｂ）に示すように、基板２１の上面側に絶縁層２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃａを形成し、基板２１の下面側に絶縁層２３Ａ，２３Ｂを形成する。基板２１の厚さは、例えば４００μｍである。基板２１のサイズは、例えば４インチである。絶縁層２２Ａ，２３Ａは、熱酸化処理で形成されるＳｉＯ２で構成される。絶縁層２２Ｂ，２３Ｂは、減圧ＣＶＤで形成されるＳｉ３Ｎ４で構成される。絶縁層２２Ｃａは、減圧ＣＶＤで形成されるＳｉＯ２で構成される。絶縁層２２Ａ，２３Ａの厚さは、例えば１００ｎｍである。絶縁層２２Ｂ，２３Ｂの厚さは、例えば２００ｎｍである。絶縁層２２Ｃａの厚さは、例えば１００ｎｍである。
図４（Ａ）に示すように、洗浄液で洗浄した基板２１（シリコンウエハ）を用意する。図４（Ｂ）に示すように、基板２１の上面側に絶縁層２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃａを形成し、基板２１の下面側に絶縁層２３Ａ，２３Ｂを形成する。基板２１の厚さは、例えば４００μｍである。基板２１のサイズは、例えば４インチである。絶縁層２２Ａ，２３Ａは、熱酸化処理で形成されるＳｉＯ２で構成される。絶縁層２２Ｂ，２３Ｂは、減圧ＣＶＤで形成されるＳｉ３Ｎ４で構成される。絶縁層２２Ｃａは、減圧ＣＶＤで形成されるＳｉＯ２で構成される。絶縁層２２Ａ，２３Ａの厚さは、例えば１００ｎｍである。絶縁層２２Ｂ，２３Ｂの厚さは、例えば２００ｎｍである。絶縁層２２Ｃａの厚さは、例えば１００ｎｍである。
【0049】
１－２－２．ヒータ電極２４の形成
続いて、図４（Ｃ）に示すように、絶縁層２２Ｃａ上に、ＲＦスパッタリングを用いてヒータ電極２４及びリード部２４Ｂを形成する。なお、図４（Ｃ）（Ｄ）、図５、図６では、図１のＸ－Ｘ断面に相当する断面を示している。ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂとして、例えば、密着層（例えば酸化タンタル）と、その上に形成された発熱体（例えば、Ｐｔ（白金））の２層構造を形成する。密着層の厚さは、例えば２０ｎｍである。発熱体の厚さは、例えば１１０ｎｍである。ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂは、ＲＦスパッタリングを用いて上記金属を成膜した後、フォトリソグラフィによって所望の形状にパターニングして形成する。具体的には、上記金属を成膜した後、フォトレジスト組成のインクをスピンコートにて成膜乾燥し、レジストを形成後、ヒータパターンが形成されたガラスマスク越しに露光及び現像を行い、ウェットエッチングにより余剰部分を除去する。ヒータパターンは、例えば、四角渦巻き状の部分（渦巻き部２４Ａ、図１参照）を有し、外周が０．５ｍｍ角、Ｌ／Ｓ＝２０μｍ／２０μｍとなるようにパターニングする。
続いて、図４（Ｃ）に示すように、絶縁層２２Ｃａ上に、ＲＦスパッタリングを用いてヒータ電極２４及びリード部２４Ｂを形成する。なお、図４（Ｃ）（Ｄ）、図５、図６では、図１のＸ－Ｘ断面に相当する断面を示している。ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂとして、例えば、密着層（例えば酸化タンタル）と、その上に形成された発熱体（例えば、Ｐｔ（白金））の２層構造を形成する。密着層の厚さは、例えば２０ｎｍである。発熱体の厚さは、例えば１１０ｎｍである。ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂは、ＲＦスパッタリングを用いて上記金属を成膜した後、フォトリソグラフィによって所望の形状にパターニングして形成する。具体的には、上記金属を成膜した後、フォトレジスト組成のインクをスピンコートにて成膜乾燥し、レジストを形成後、ヒータパターンが形成されたガラスマスク越しに露光及び現像を行い、ウェットエッチングにより余剰部分を除去する。ヒータパターンは、例えば、四角渦巻き状の部分（渦巻き部２４Ａ、図１参照）を有し、外周が０．５ｍｍ角、Ｌ／Ｓ＝２０μｍ／２０μｍとなるようにパターニングする。
【0050】
１－２－３．絶縁層２２Ｃ，２２Ｄの形成
続いて、絶縁層２２Ｃａ、ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂ上に、例えばプラズマＣＶＤを用いて絶縁層（例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２））を成膜することで、図４（Ｄ）に示すように、絶縁層２２Ｃａ（図４（Ｃ）参照）を含む絶縁層２２Ｃを形成する。絶縁層２２Ｃａ、ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂ上に形成する絶縁層の厚さは、例えば１００ｎｍである。その後、図４（Ｄ）に示すように、絶縁層２２Ｃ上に絶縁層２２Ｄを形成する。絶縁層２２Ｄは、例えば、減圧ＣＶＤを用いて形成される。絶縁層２２Ｄの厚さは、例えば、２００ｎｍである。これにより、基板２１と、絶縁層２２Ａ～２２Ｄ，２３Ａ，２３Ｂと、ヒータ電極２４と、を有する基体２０が構成される。
続いて、絶縁層２２Ｃａ、ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂ上に、例えばプラズマＣＶＤを用いて絶縁層（例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２））を成膜することで、図４（Ｄ）に示すように、絶縁層２２Ｃａ（図４（Ｃ）参照）を含む絶縁層２２Ｃを形成する。絶縁層２２Ｃａ、ヒータ電極２４及びリード部２４Ｂ上に形成する絶縁層の厚さは、例えば１００ｎｍである。その後、図４（Ｄ）に示すように、絶縁層２２Ｃ上に絶縁層２２Ｄを形成する。絶縁層２２Ｄは、例えば、減圧ＣＶＤを用いて形成される。絶縁層２２Ｄの厚さは、例えば、２００ｎｍである。これにより、基板２１と、絶縁層２２Ａ～２２Ｄ，２３Ａ，２３Ｂと、ヒータ電極２４と、を有する基体２０が構成される。
【0051】
１－２－４．コンタクト部２７Ａ，２７Ｂの形成
続いて、絶縁層２２Ｃ，２２Ｄによって埋設されたヒータ電極２４の両端を、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングによって露出させる。図５（Ａ）では、ヒータ電極２４の一端２４Ｃが、露出された状態として示されている。その後、ＤＣスパッタリングを用いて、コンタクト材料（例えばＡｕ（金））を成膜し、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより、露出したヒータ電極２４の両端２か所にそれぞれ接続されるコンタクト部２７Ａ（図５（Ｂ）参照）と、後の工程で形成される一対の検知電極４０にそれぞれ接続されるコンタクト部２７Ｂ（図１参照）と、を形成する。
続いて、絶縁層２２Ｃ，２２Ｄによって埋設されたヒータ電極２４の両端を、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチングによって露出させる。図５（Ａ）では、ヒータ電極２４の一端２４Ｃが、露出された状態として示されている。その後、ＤＣスパッタリングを用いて、コンタクト材料（例えばＡｕ（金））を成膜し、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより、露出したヒータ電極２４の両端２か所にそれぞれ接続されるコンタクト部２７Ａ（図５（Ｂ）参照）と、後の工程で形成される一対の検知電極４０にそれぞれ接続されるコンタクト部２７Ｂ（図１参照）と、を形成する。
【0052】
１－２－５．ダイアフラム２６の形成
続いて、図５（Ｃ）に示すように、基体２０の下面側にダイアフラム２６を形成する。具体的には、絶縁層２３Ａ，２３Ｂの一部を除去するとともに、基板２１を上下に貫通するように開口部２５を形成し、絶縁層２２Ａの一部を除去する。ヒータ電極２４の渦巻き部２４Ａが、上下方向において開口部２５の中心と重なるようにする。残った絶縁層２２Ｂ～２２Ｄと、ヒータ電極２４と、開口部２５とによって、ダイアフラム２６が構成される。より具体的には、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングによって絶縁層２３Ａ，２３Ｂの一部を除去した後、露出した基板２１の開口部２５に対応する部分と、開口部２５に対応する絶縁層２２Ａの一部をウェットエッチングにより除去する。これにより、開口部２５と、開口部２５を覆う絶縁層２２Ｂ～２２Ｄの各部分と、ヒータ電極２４の一部とによって、ダイアフラム２６が構成される。
続いて、図５（Ｃ）に示すように、基体２０の下面側にダイアフラム２６を形成する。具体的には、絶縁層２３Ａ，２３Ｂの一部を除去するとともに、基板２１を上下に貫通するように開口部２５を形成し、絶縁層２２Ａの一部を除去する。ヒータ電極２４の渦巻き部２４Ａが、上下方向において開口部２５の中心と重なるようにする。残った絶縁層２２Ｂ～２２Ｄと、ヒータ電極２４と、開口部２５とによって、ダイアフラム２６が構成される。より具体的には、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングによって絶縁層２３Ａ，２３Ｂの一部を除去した後、露出した基板２１の開口部２５に対応する部分と、開口部２５に対応する絶縁層２２Ａの一部をウェットエッチングにより除去する。これにより、開口部２５と、開口部２５を覆う絶縁層２２Ｂ～２２Ｄの各部分と、ヒータ電極２４の一部とによって、ダイアフラム２６が構成される。
【0053】
１－２－６．検知電極４０の形成
続いて、図６（Ａ）に示すように、絶縁層２２Ｄ上に、一対の検知電極４０（図１参照）を形成する。検知電極４０は、例えば、ＲＦスパッタリングを用いて、密着層（例えばＴｉ（チタン））と、密着層の上方側に設けられる検知層（例えばＰｔ（白金））とを積層して形成される。具体的には、ＲＦスパッタリングにより密着層と検知層に相当する金属を成膜した後、フォトリソグラフィとウェットエッチングによりパターニングして、一対の検知電極４０を形成する。一対の検知電極４０の間には、後述するガス検知層３０の一部が配される空間ギャップが形成される。空間ギャップは、例えば２０ｕｍである。一対の検知電極４０は、それぞれ一対のコンタクト部２７Ｂに接続される。
続いて、図６（Ａ）に示すように、絶縁層２２Ｄ上に、一対の検知電極４０（図１参照）を形成する。検知電極４０は、例えば、ＲＦスパッタリングを用いて、密着層（例えばＴｉ（チタン））と、密着層の上方側に設けられる検知層（例えばＰｔ（白金））とを積層して形成される。具体的には、ＲＦスパッタリングにより密着層と検知層に相当する金属を成膜した後、フォトリソグラフィとウェットエッチングによりパターニングして、一対の検知電極４０を形成する。一対の検知電極４０の間には、後述するガス検知層３０の一部が配される空間ギャップが形成される。空間ギャップは、例えば２０ｕｍである。一対の検知電極４０は、それぞれ一対のコンタクト部２７Ｂに接続される。
【0054】
１－２－７．ガス検知層３０の形成
続いて、図６（Ｂ）に示すように、絶縁層２２Ｄ及び一対の検知電極４０上に、ガス検知層３０を形成する。例えば、基板２１を４５０℃に加熱した状態で、ＲＦスパッタリングを用いて三酸化タングステン（ＷＯ３）を２００ｎｍの厚さになるように成膜した後、Ｐｄ（パラジウム）を１ｎｍの厚さで同様に成膜する。具体的には、ガス検知層３０を、０．５ｍｍ角の開口を有するメタルマスクを用いて、上下方向でダイアフラム２６に重なるように成膜する。ガス検知層３０を、上下方向で、ヒータ電極２４の渦巻き部２４Ａ、及び一対の検知電極４０（より具体的には、櫛歯部４０Ａ）の櫛歯部分に重なるように成膜する。
続いて、図６（Ｂ）に示すように、絶縁層２２Ｄ及び一対の検知電極４０上に、ガス検知層３０を形成する。例えば、基板２１を４５０℃に加熱した状態で、ＲＦスパッタリングを用いて三酸化タングステン（ＷＯ３）を２００ｎｍの厚さになるように成膜した後、Ｐｄ（パラジウム）を１ｎｍの厚さで同様に成膜する。具体的には、ガス検知層３０を、０．５ｍｍ角の開口を有するメタルマスクを用いて、上下方向でダイアフラム２６に重なるように成膜する。ガス検知層３０を、上下方向で、ヒータ電極２４の渦巻き部２４Ａ、及び一対の検知電極４０（より具体的には、櫛歯部４０Ａ）の櫛歯部分に重なるように成膜する。
【0055】
１－２－８．ガス吸着層５０の形成
続いて、図６（Ｃ）に示すように、絶縁層２２Ｄ及びガス検知層３０上に、ガス吸着層５０Ａを形成する。ガス吸着層５０Ａの厚さは、例えば１０００ｎｍである。例えば、ガス吸着層５０Ａは、水熱合成によって形成される。具体的には、吸着膜材のＵｉＯ－６６を成膜するため、検知電極４０等が形成された基体２０をテフロン（登録商標）容器に入れ、４５度傾けた状態でＵｉＯ－６６の前駆体溶液を浸漬させた。前駆体溶液は、塩化ジルコニウム、テレフタル酸、水、酢酸、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミドのモル比が１：１：１：５００：１５００で構成される。テフロン（登録商標）容器は オートクレーブ容器で密閉された後、１２０℃で２４時間熱処理を行う。この工程において、図６（Ｄ）に示すように全面に成膜されたＵｉＯ－６６を選択的に除去してガス吸着層５０を形成するために、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより、ガス検知層３０を囲むように、内周が０．６ｍｍ角、外周が１．２ｍｍ角の四角フレーム状にパターニングを行う。
以上の工程によって、図６（Ｄ）、図１、図２に示すガスセンサ１０が製造される。
続いて、図６（Ｃ）に示すように、絶縁層２２Ｄ及びガス検知層３０上に、ガス吸着層５０Ａを形成する。ガス吸着層５０Ａの厚さは、例えば１０００ｎｍである。例えば、ガス吸着層５０Ａは、水熱合成によって形成される。具体的には、吸着膜材のＵｉＯ－６６を成膜するため、検知電極４０等が形成された基体２０をテフロン（登録商標）容器に入れ、４５度傾けた状態でＵｉＯ－６６の前駆体溶液を浸漬させた。前駆体溶液は、塩化ジルコニウム、テレフタル酸、水、酢酸、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミドのモル比が１：１：１：５００：１５００で構成される。テフロン（登録商標）容器は オートクレーブ容器で密閉された後、１２０℃で２４時間熱処理を行う。この工程において、図６（Ｄ）に示すように全面に成膜されたＵｉＯ－６６を選択的に除去してガス吸着層５０を形成するために、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより、ガス検知層３０を囲むように、内周が０．６ｍｍ角、外周が１．２ｍｍ角の四角フレーム状にパターニングを行う。
以上の工程によって、図６（Ｄ）、図１、図２に示すガスセンサ１０が製造される。
【0056】
１－３．ガスセンサシステム１００
１－３－１．ガスセンサシステム１００の構成
ガスセンサシステム１００は、濃縮された測定対象ガスの濃度（ガスセンサ１０によって検出された対象ガスの濃度）から、濃縮前の測定対象ガスの濃度を導出するシステムである。濃縮前の測定対象ガスとは、ガス吸着層５０によって吸着される前の測定対象ガスの濃度（ガスセンサ１０が曝されるガスに含まれる測定対象ガスの濃度）である。ガスセンサシステム１００は、図７に示すように、ガスセンサ１０と、制御部１０１と、記憶部１０２と、操作部１０３と、出力部１０４と、を備えている。
１－３－１．ガスセンサシステム１００の構成
ガスセンサシステム１００は、濃縮された測定対象ガスの濃度（ガスセンサ１０によって検出された対象ガスの濃度）から、濃縮前の測定対象ガスの濃度を導出するシステムである。濃縮前の測定対象ガスとは、ガス吸着層５０によって吸着される前の測定対象ガスの濃度（ガスセンサ１０が曝されるガスに含まれる測定対象ガスの濃度）である。ガスセンサシステム１００は、図７に示すように、ガスセンサ１０と、制御部１０１と、記憶部１０２と、操作部１０３と、出力部１０４と、を備えている。
【0057】
制御部１０１は、ガスセンサシステム１００全体の動作を制御する。制御部１０１は、制御部１０１は、例えばＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）を含んで構成される。制御部１０１は、更に図示しないタイマ、通信インタフェース等を有している。制御部１０１は、例えば、記憶部１０２に記憶されたプログラム等に基づいてガスセンサ１０等を制御し、濃縮前の測定対象ガスの濃度を導出する制御等を実行する。ガスセンサ１０によって検出された濃縮した測定対象ガスの濃度は、制御部１０１に入力される。
【0058】
記憶部１０２は、例えば公知の半導体メモリ等によって構成される。記憶部１０２には、制御部１０１の実行するプログラム等が記憶されている。操作部１０３は、例えば公知の入力装置を用いて構成される。操作部１０３は、例えば操作ボタン、タッチパネル等を有している。操作部１０３によって入力された情報は、制御部１０１に入力される。出力部１０４は、例えば公知の出力装置を用いて構成される。出力部１０４は、例えば表示部（例えば液晶表示部）、音声出力部（例えば、スピーカ）などである。
【0059】
１－３－２．ガスセンサシステム１００の制御
ガスセンサシステム１００（より具体的には制御部１０１）の制御について、図８を用いて説明する。ガスセンサシステム１００の制御部１０１は、開始条件が成立した場合に、図８に示す制御を行う。開始条件は、例えば、ガスセンサシステム１００の動作開始操作（操作部１０３のオン操作）等が行われたことである。
ガスセンサシステム１００（より具体的には制御部１０１）の制御について、図８を用いて説明する。ガスセンサシステム１００の制御部１０１は、開始条件が成立した場合に、図８に示す制御を行う。開始条件は、例えば、ガスセンサシステム１００の動作開始操作（操作部１０３のオン操作）等が行われたことである。
【0060】
まず、制御部１０１は、ステップＳ１にて、ヒータ電極２４に対する非加熱制御を行う。具体的には、制御部１０１は、所定時間（例えば１分間）が経過する間、ヒータ電極２４に通電させず加熱を行わせない。これにより、所定時間の間、ガス吸着層５０に測定対象ガスが吸着される。
【0061】
ここで、例えば、制御部１０１は、１回目のステップＳ１の制御の開始までに、ガス吸着層５０を測定対象ガスが吸着する前の状態としておく。例えば、制御部１０１は、開始条件の成立からステップＳ１の開始までに、ヒータ電極２４による加熱を所定時間（例えば１分間）行わせる。また、例えば、制御部１０１は、ステップＳ１の開始までに、ガスセンサ１０（より具体的には、ガス吸着層５０）がガスに曝されない状態となるように制御する。この場合、例えばガスセンサ１０がガスに曝されない状態を実現し得る構造（カバー等）を用いる。
【0062】
続いて、制御部１０１は、ステップＳ２にて、ヒータ電極２４に対する加熱制御を行う。具体的には、制御部１０１は、所定時間（例えば１分間）が経過する間、ヒータ電極２４に通電して加熱を行わせる。これにより、所定時間の間、ガス吸着層５０から測定対象ガスが脱離する。
【0063】
続いて、制御部１０１は、ステップＳ３にて、濃縮された測定対象ガスの濃度（ガス吸着層５０から脱離した測定対象ガスの濃度）をガスセンサ１０に検出させる。
【0064】
続いて、制御部１０１は、ステップＳ４にて、濃縮前の測定対象ガスの濃度を導出する。具体的には、制御部１０１は、ヒータ電極２４を用いた加熱時間（ステップＳ２で加熱制御した時間）と、ガスセンサ１０によって検出された濃縮された測定対象ガスの濃度（ステップＳ３で検出した濃度）と、に基づいて、濃縮前の測定対象ガスの濃度を導出する制御を行う。
【0065】
濃縮前の測定対象ガスの濃度を導出する方法として、例えば、濃縮時間（測定ガスがガス吸着層５０によって吸着されることで濃縮される時間）時間と、ガスセンサ１０による検出濃度と、をパラメータとした計算式を用いることができる。計算式は、例えば、加熱時間が長いほど算出される濃縮前の測定対象ガスの濃度が大きくなる式である。また、計算式は、例えば、ガスセンサ１０による検出濃度が大きいほど算出される濃縮前の測定対象ガスの濃度が大きくなる式である。ガスセンサ１０による検出濃度の加熱時間積分で得られるガス吸着量は、ガス吸着層５０に流れ込む測定ガスの流量と濃縮時間の積におおよそ等しい。また、測定ガスの流量は、フィックの第１法則から、外気とガス吸着層５０の濃度勾配で決まる。ここで、フィックの第１法則は、濃度勾配が時間に無制限に一定のときに、拡散の起こる方向に垂直な単位面積を単位時間に通過する量が、その場所の濃度の勾配に比例するという法則である。そのため、ガス吸着層５０による濃縮前のガス濃度を一定または０としたとき、測定ガスの濃度によって測定ガスの流量が決定される。したがって、ガスセンサ１０による検出濃度から計算される測定ガスの吸着量（加熱時間と検出濃度から導出される値）と濃縮時間から、実験的に測定ガスの濃度が求まる。
【0066】
また、濃縮前の測定対象ガスの濃度を導出する方法として、例えば、濃縮時間及びガスセンサ１０による検出濃度と、濃縮前の測定対象ガスの濃度と、が対応したデータ（テーブル）を用いることができる。このようなテーブルは、予め記憶部１０２に記憶させておくことができる。例えば、図９に示すテーブルにおいて、加熱時間が「Ａ１」であり、ガスセンサ１０による検出濃度が「Ｂ１」である場合、濃縮前の測定対象ガスの濃度は「Ｃ１」として導出される。
【0067】
続いて、制御部１０１は、ステップＳ５にて、導出した濃縮前の測定対象ガスの濃度の数値を、出力部１０４によって出力する。制御部１０１は、ステップＳ５の後、再びステップＳ１を行う。
【0068】
制御部１０１は、所定の終了条件が成立した場合に、図８に示す制御を終了する。終了条件は、例えば、ガスセンサシステム１００の動作停止操作（操作部１０３のオフ操作）等が行われたことである。
【0069】
１－４．第１実施形態の効果
第１実施形態のガスセンサ１０では、ガス吸着層５０で吸着した測定対象ガスを、ヒータ電極２４による加熱によって脱離させて、ガス検知層３０へと供給することができる。その上で、ガス検知層３０の少なくとも一部が、基体２０の厚さ方向において、ヒータ電極２４に重なるため、ヒータ電極２４による加熱によってガス検知層３０を十分に加熱して感度を高め易くなる。更に、ガス吸着層５０は、基体２０の厚さ方向から見てガス検知層３０と離間しているため、ガス検知層３０から熱が伝わり難くなる。そのため、ガス吸着層５０は、高温耐久性が低い金属有機構造体から構成されていても、過熱を防ぎ易くなる。したがって、ガスセンサ１０は、ガス検知層３０によるセンサ感度を向上させつつ、ガス吸着層５０の劣化を抑えることができる。
第１実施形態のガスセンサ１０では、ガス吸着層５０で吸着した測定対象ガスを、ヒータ電極２４による加熱によって脱離させて、ガス検知層３０へと供給することができる。その上で、ガス検知層３０の少なくとも一部が、基体２０の厚さ方向において、ヒータ電極２４に重なるため、ヒータ電極２４による加熱によってガス検知層３０を十分に加熱して感度を高め易くなる。更に、ガス吸着層５０は、基体２０の厚さ方向から見てガス検知層３０と離間しているため、ガス検知層３０から熱が伝わり難くなる。そのため、ガス吸着層５０は、高温耐久性が低い金属有機構造体から構成されていても、過熱を防ぎ易くなる。したがって、ガスセンサ１０は、ガス検知層３０によるセンサ感度を向上させつつ、ガス吸着層５０の劣化を抑えることができる。
【0070】
第１実施形態のガスセンサ１０において、ガス吸着層５０は、ガス検知層３０の周りを断続的に囲む。このガスセンサでは、ガス検知層３０の周りを囲むガス吸着層５０で測定対象ガスを吸着することができるため、ガス吸着層５０からその内側にあるガス検知層３０へと測定対象ガスを供給させ易くなる。
【0071】
第１実施形態のガスセンサ１０において、基体２０は、ヒータ電極２４によって加熱される。ガス検知層３０の全体は、基体２０における表面温度が基体２０の表面の最高温度の７０％以上の領域である均熱領域ＡＲ１に配されている。ガス吸着層５０の全体は、基体２０における表面温度が基体２０の表面の最高温度の７０％未満の領域である非均熱領域ＡＲ２に配される。このガスセンサ１０では、目標温度に近い温度となるようにガス検知層３０を加熱して、感度を高めることができる。また、ガス検知層３０は、均熱領域ＡＲ１よりも低い温度の非均熱領域ＡＲ２に配され、測定対象ガスの脱離を良好に行わせつつ、劣化を抑制できる。
【0072】
第１実施形態のガスセンサ１０において、ガス吸着層５０の全体は、非均熱領域ＡＲ２うち、基体２０における表面温度が基体２０の表面の最高温度の２０％以上かつ７０％未満の領域に配される。このガスセンサ１０では、ガス吸着層５０を、比較的低い温度（基体２０の表面の最高温度の２０％以上かつ７０％未満）に維持することができ、過熱を防ぐことができる。
【0073】
第１実施形態のガスセンサ１０において、基体２０は、ダイアフラム２６を有している。ヒータ電極２４は、ダイアフラム２６に設けられている。このガスセンサ１０では、ヒータ電極２４による熱引きを向上させることができる。
【0074】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上述した実施形態や後述する実施形態の様々な特徴は、矛盾しない組み合わせであればどのように組み合わされてもよい。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上述した実施形態や後述する実施形態の様々な特徴は、矛盾しない組み合わせであればどのように組み合わされてもよい。
【0075】
上記第１実施形態では、ガス検知層３０の一部が、基体２０の厚さ方向において、ヒータ電極２４に重なっていたが、ガス検知層３０の全体が重なっていてもよい。
【0076】
上記第１実施形態では、ガス吸着層５０が、ガス検知層３０の周りを断続的に囲む構成であったが、ガス検知層３０の周り（例えば全周）を連続的に囲んでもよい。また、ガス吸着層５０は、ガス検知層３０の周りの一部を連続的又は断続的に囲んでもよい。例えば、ガス吸着層５０は、平面視四角状のガス検知層３０の周りの３つの辺を連続的又は断続的に囲んでもよい。
【0077】
上記第１実施形態では、離間部５２が、水平方向からの視野（図２で示す方向からの視野）で、上下方向でずれた位置（水平方向で重ならない位置）でヒータ電極２４と離間していたが、上下方向の同じ位置（水平方向で重なる位置）でヒータ電極２４と離間していてもよい。
【0078】
上記第１実施形態では、基体２０の上面内（水平面内）において、ガス吸着層５０のサイズが、ガス検知層３０のサイズよりも大きい構成を例示したが、ガス検知層３０のサイズと同程度、又はガス検知層３０のサイズよりも小さくてもよい。
【0079】
上記第１実施形態では、検知電極４０が、櫛歯部４０Ａを有していたが、これに限定されない。例えば、検知電極４０は、櫛歯部４０Ａの代わりに単純な直線状部分を有する構成等であってもよい。
【0080】
上記第１実施形態では、ヒータ電極２４が、渦巻き部２４Ａを有していたが、これに限定されない。例えば、ヒータ電極２４は、渦巻き部２４Ａの代わりに波形状等であってもよい。
【0081】
上記第１実施形態では、ガスセンサ１０が、１つのヒータ電極２４を備える構成であったが、複数のヒータ電極を備えていてもよい。例えば、複数のヒータ電極のうちの１つがガス検知層３０を加熱し、他のヒータ電極がより低い温度でガス吸着層５０を加熱する構成であってもよい。
【0082】
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示された範囲内又は特許請求の範囲と均等の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0083】
１０： ガスセンサ
２０： 基体
２１： 基板
２２Ａ～２２Ｄ，２２Ｃａ，２３Ａ，２３Ｂ： 絶縁層
２４： ヒータ電極
２４Ａ： 渦巻き部
２４Ｂ： リード部
２４Ｃ： 一端
２５： 開口部
２６： ダイアフラム
２７Ａ，２７Ｂ： コンタクト部
２８： 凸部
３０： ガス検知層
４０： 検知電極
４０Ａ： 櫛歯部
５０： ガス吸着層
５０Ａ： ガス吸着層
５２： 離間部
５２Ａ： 第１離間部
５２Ｂ： 第２離間部
６０： ガス通過部
１００： ガスセンサシステム
１０１： 制御部
１０２： 記憶部
１０３： 操作部
１０４： 出力部
ＡＲ１： 均熱領域
ＡＲ２： 非均熱領域
２０： 基体
２１： 基板
２２Ａ～２２Ｄ，２２Ｃａ，２３Ａ，２３Ｂ： 絶縁層
２４： ヒータ電極
２４Ａ： 渦巻き部
２４Ｂ： リード部
２４Ｃ： 一端
２５： 開口部
２６： ダイアフラム
２７Ａ，２７Ｂ： コンタクト部
２８： 凸部
３０： ガス検知層
４０： 検知電極
４０Ａ： 櫛歯部
５０： ガス吸着層
５０Ａ： ガス吸着層
５２： 離間部
５２Ａ： 第１離間部
５２Ｂ： 第２離間部
６０： ガス通過部
１００： ガスセンサシステム
１０１： 制御部
１０２： 記憶部
１０３： 操作部
１０４： 出力部
ＡＲ１： 均熱領域
ＡＲ２： 非均熱領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】