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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】P2024086564
(43)【公開日】2024-06-27
(54)【発明の名称】ガスセンサ
(51)【国際特許分類】
G01N 27/12 20060101AFI20240620BHJP
【ＦＩ】
G01N27/12 B
G01N27/12 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023150361
(22)【出願日】2023-09-15
(31)【優先権主張番号】P 2022200511
(32)【優先日】2022-12-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001494
【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】柴田 誠
(72)【発明者】
【氏名】小野 志津子
(72)【発明者】
【氏名】松尾 拓己
【テーマコード（参考）】
2G046
【Ｆターム（参考）】
2G046AA11
2G046AA19
2G046AA21
2G046AA24
2G046BA01
2G046BA06
2G046BA09
2G046BB02
2G046BB04
2G046FB02
2G046FE02
2G046FE03
2G046FE09
2G046FE12
2G046FE15
2G046FE21
2G046FE25
2G046FE29
2G046FE31
2G046FE34
2G046FE35
2G046FE38
2G046FE39
2G046FE46
2G046FE49
(57)【要約】
【課題】簡易なプロセスで製造可能であって、良好な検出安定性および検出応答性を奏するガスセンサを提供する。
【解決手段】キャビティが形成される基材と、前記基材における前記キャビティの周縁部であるキャビティ周縁部に接続する複数の梁部と、前記梁部を介して前記キャビティ上に保持される第１絶縁膜メンブレン部と、を有する第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上側に積層する第２の絶縁膜と、前記第１絶縁膜メンブレン部の上側に設けられるヒーター部と、前記第１絶縁膜メンブレン部と前記第２の絶縁膜との間に設けられ、上方から見て前記ヒーター部より前記第１絶縁膜メンブレン部の中心側に配置され、上側を向く平坦面を形成する平坦部と、前記平坦部の上側に少なくとも前記第２の絶縁膜を介して配置され、前記平坦面より狭い面積を有するガス検出部と、を有するガスセンサ。
【選択図】図６
【解決手段】キャビティが形成される基材と、前記基材における前記キャビティの周縁部であるキャビティ周縁部に接続する複数の梁部と、前記梁部を介して前記キャビティ上に保持される第１絶縁膜メンブレン部と、を有する第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の上側に積層する第２の絶縁膜と、前記第１絶縁膜メンブレン部の上側に設けられるヒーター部と、前記第１絶縁膜メンブレン部と前記第２の絶縁膜との間に設けられ、上方から見て前記ヒーター部より前記第１絶縁膜メンブレン部の中心側に配置され、上側を向く平坦面を形成する平坦部と、前記平坦部の上側に少なくとも前記第２の絶縁膜を介して配置され、前記平坦面より狭い面積を有するガス検出部と、を有するガスセンサ。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
キャビティが形成される基材と、
前記基材における前記キャビティの周縁部であるキャビティ周縁部に接続する複数の梁部と、前記梁部を介して前記キャビティ上に保持される第１絶縁膜メンブレン部と、を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上側に積層する第２の絶縁膜と、
前記第１絶縁膜メンブレン部の上側に設けられるヒーター部と、
前記第１絶縁膜メンブレン部と前記第２の絶縁膜との間に設けられ、上方から見て前記ヒーター部より前記第１絶縁膜メンブレン部の中心側に配置され、上側を向く平坦面を形成する平坦部と、
前記平坦部の上側に少なくとも前記第２の絶縁膜を介して配置され、前記平坦面より狭い面積を有するガス検出部と、
を有するガスセンサ。
前記基材における前記キャビティの周縁部であるキャビティ周縁部に接続する複数の梁部と、前記梁部を介して前記キャビティ上に保持される第１絶縁膜メンブレン部と、を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上側に積層する第２の絶縁膜と、
前記第１絶縁膜メンブレン部の上側に設けられるヒーター部と、
前記第１絶縁膜メンブレン部と前記第２の絶縁膜との間に設けられ、上方から見て前記ヒーター部より前記第１絶縁膜メンブレン部の中心側に配置され、上側を向く平坦面を形成する平坦部と、
前記平坦部の上側に少なくとも前記第２の絶縁膜を介して配置され、前記平坦面より狭い面積を有するガス検出部と、
を有するガスセンサ。
【請求項2】
前記平坦部は、前記第２の絶縁膜より熱伝導率が高いことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項3】
前記平坦部は、前記ヒーター部と同じ材質であることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項4】
前記ヒーター部は、略矩形である前記第１絶縁膜メンブレン部の辺の長さの１／２以下の振幅で屈曲を繰り返す屈曲部を有する請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項5】
前記ヒーター部は、前記第１絶縁膜メンブレン部の中心を通り水平方向に延びる基準線を基準として、対称な形状を有する請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項6】
前記ヒーター部は、前記平坦部と繋がっている請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項7】
前記ガス検出部は、半導体材料に接触する少なくとも１対の電極を有し、
前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行う請求項１に記載のガスセンサ。
前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行う請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項8】
前記ガス検出部は、触媒材料に接触するＰｔ線を有し、
前記Ｐｔ線の抵抗変化によりガスの検出を行う請求項１に記載のガスセンサ。
前記Ｐｔ線の抵抗変化によりガスの検出を行う請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項9】
前記ガス検出部は、サーミスタ膜に接触する少なくとも１対の電極を有し、
前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行う請求項１に記載のガスセンサ。
前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行う請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項10】
前記サーミスタ膜は、触媒材料に接触する請求項９に記載のガスセンサ。
【請求項11】
前記キャビティ周縁部に設けられるヒーター端子と前記ヒーター部とを、複数の前記梁部のいずれかの上側を通って接続するヒーター配線部を有する請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項12】
前記キャビティ周縁部に設けられる検出端子と前記ガス検出部とを、複数の前記梁部のいずれかの上側を通って接続する検出配線部を有する請求項１に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスセンサは、雰囲気中に存在するガスを検知し、その種類、濃度等の情報を電気信号に変換して出力する装置である。このようなガスセンサは、家電機器、産業用機器、環境モニタリング機器等に搭載され、人間、環境等に対して影響を及ぼす特定のガスの濃度を検知するために用いられている。
【0003】
ガスセンサとしては、検知するガスの種類、濃度範囲、精度、動作原理、構成材料等の違いにより様々な検知方式が知られている。そのなかでも、検出部と、検出部周辺の温度を制御するためのヒーターとを組み合わせたものが、温度影響による誤差を低減できるセンサとして、開発が進められている。
【0004】
たとえば、従来技術に係るガスセンサの１つとして、メンブレンの外周部にヒーター線を配置し、メンブレンの内側部分に検出電極を配置するものがある（たとえば、特許文献１等参照）。このようなガスセンサでは、メンブレンの中央付近にはヒーター線からの熱が伝わりづらいため、検出電極周辺の温度分布の不均一性が大きくなり、検出安定性に悪影響が生じる場合がある。一方、メンブレンにおいて、ヒーター線と検出電極を層状に重ね合わせる技術も提案されている（たとえば、特許文献２等参照）。このような技術では、下層のヒーター線のパターン形状による凹凸により、上層の検出電極を平坦な面の上に形成することが難しいため、検出電極の形状に局所的な歪みが生じやすく、検出信号が不安定になって検出応答性が低下する課題がある。また、ヒーター線と検出電極を層状に重ね合わせる技術では、ＣＭＰなどにより中間層を平坦化する対応も考えられるが、このような対応を行う場合、プロセスのリードタイムの増加およびコストアップにつながる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６９６０６４５号明細書
【特許文献1】特許第６８７７３９７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、簡易なプロセスで製造可能であって、良好な検出安定性および検出応答性を奏するガスセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係るガスセンサは、
キャビティが形成される基材と、
前記基材における前記キャビティの周縁部であるキャビティ周縁部に接続する複数の梁部と、前記梁部を介して前記キャビティ上に保持される第１絶縁膜メンブレン部と、を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上側に積層する第２の絶縁膜と、
前記第１絶縁膜メンブレン部の上側に設けられるヒーター部と、
前記第１絶縁膜メンブレン部と前記第２の絶縁膜との間に設けられ、上方から見て前記ヒーター部より前記第１絶縁膜メンブレン部の中心側に配置され、上側を向く平坦面を形成する平坦部と、
前記平坦部の上側に少なくとも前記第２の絶縁膜を介して配置され、前記平坦面より狭い面積を有するガス検出部と、を有する。
キャビティが形成される基材と、
前記基材における前記キャビティの周縁部であるキャビティ周縁部に接続する複数の梁部と、前記梁部を介して前記キャビティ上に保持される第１絶縁膜メンブレン部と、を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上側に積層する第２の絶縁膜と、
前記第１絶縁膜メンブレン部の上側に設けられるヒーター部と、
前記第１絶縁膜メンブレン部と前記第２の絶縁膜との間に設けられ、上方から見て前記ヒーター部より前記第１絶縁膜メンブレン部の中心側に配置され、上側を向く平坦面を形成する平坦部と、
前記平坦部の上側に少なくとも前記第２の絶縁膜を介して配置され、前記平坦面より狭い面積を有するガス検出部と、を有する。
【0008】
このようなガスセンサは、ヒーター部の内側に平坦面を有する平坦部が形成されており、第２の絶縁膜を介して、平坦部の上に、平坦面より狭い面積を有するガス検出部が形成されている。そのため、ガス検出部は下層の形状による凹凸の影響を受けずに精度よく形成することができ、良好な応答性を奏することができる。また、平坦部は平面方向に略均一な厚みで形成すればよいため、このようなガスセンサは、簡易なプロセスで製造可能であって、プロセス効率も良好である。また、ヒーター部の熱は、第２の絶縁膜や平坦部等介してガス検出部に伝えられるためガス検出部における局所的な温度ばらつきが小さくなり、ガスセンサの検出安定性も良好である。
【0009】
また、たとえば、前記平坦部は、前記第２の絶縁膜より熱伝導率が高くてもよい。
【0010】
平坦部の熱伝導率を高くすることにより、ヒーター部の熱がより効率的にガス検出部に伝わるとともに、ガス検出部における局所的な温度ばらつきもより小さくなり、ガスセンサの検出安定性を効果的に高めることができる。
【0011】
また、たとえば、前記平坦部は、前記ヒーター部と同じ材質であってもよい。
【0012】
平坦部とヒーター部とを同じ材質とすることにより、いずれも第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との間にある平坦部とヒーター部を、同一の成膜プロセスで形成することができるため、このようなガスセンサは、生産効率が良好である。
【0013】
また、たとえば、前記ヒーター部は、略矩形である前記第１絶縁膜メンブレン部の辺の長さの１／２以下の振幅で屈曲を繰り返す屈曲部を有してもよい。
【0014】
このような屈曲部を有するヒーター部は、ヒーター部が接触する第１の絶縁膜および第２の絶縁膜の熱収縮が、平面に沿う特定の方向に偏ることを防止することができる。そのため、このようなヒーター部を有するガスセンサは、メンブレンを構成する第１の絶縁膜および第２の絶縁膜の熱応力による検出誤差やノイズが生じる問題を、効果的に防止することができる。
【0015】
また、たとえば、前記ヒーター部は、前記第１絶縁膜メンブレン部の中心を通り水平方向に延びる基準線を基準として、対称な形状を有してもよい。
【0016】
このようなヒーター部は、上方から見てヒーター部より第１絶縁膜メンブレン部の中心側に配置されるガス検出部の温度分布を均一化することができるため、ガスセンサの検出安定性を効果的に高めることができる。
【0017】
前記ヒーター部は、前記平坦部と繋がっていてもよい。
【0018】
このようなガスセンサでは、ヒーター部から平坦部へ、より効率的に熱が伝わるため、ガスセンサの熱応答性が向上するとともに、平坦部の上側に形成されるガス検出部の温度分布を均一化することができ、ガスセンサの検出安定性を高めることができる。
【0019】
また、たとえば、前記ガス検出部は、半導体材料に接触する少なくとも１対の電極を有してもよく、
ガスセンサは、前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行ってもよい。
ガスセンサは、前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行ってもよい。
【0020】
このようなガスセンサは、特に低濃度領域において高感度かつ信頼性の高いガスセンサを実現することができる。
【0021】
また、たとえば、前記ガス検出部は、触媒材料に接触するＰｔ線を有してもよく、
ガスセンサは、前記Ｐｔ線の抵抗変化によりガスの検出を行ってもよい。
ガスセンサは、前記Ｐｔ線の抵抗変化によりガスの検出を行ってもよい。
【0022】
このような構成を有するガスセンサは、簡易的な構造で、応答性および信頼性の良好なガスセンサを実現することができる。
【0023】
また、たとえば、前記ガス検出部は、サーミスタ膜に接触する少なくとも１対の電極を有してもよく、
ガスセンサは、前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行ってもよい。
ガスセンサは、前記電極の間の抵抗変化によりガスの検出を行ってもよい。
【0024】
このような構成を有するガスセンサは、簡易的な構造で、安定性の良好なガスセンサを実現することができる。
【0025】
また、サーミスタ膜は、触媒材料に接触していてもよい。
【0026】
このような構成を有するガスセンサは、簡易的な構造で、熱応答性が高く、出力値が高いガスセンサを実現することができる。
【0027】
また、ガスセンサは、前記キャビティ周縁部に設けられるヒーター端子と前記ヒーター部とを、複数の前記梁部のいずれかの上側を通って接続するヒーター配線部を有してもよい。
また、ガスセンサは、前記キャビティ周縁部に設けられる検出端子と前記ガス検出部とを、複数の前記梁部のいずれかの上側を通って接続する検出配線部を有してもよい。
また、ガスセンサは、前記キャビティ周縁部に設けられる検出端子と前記ガス検出部とを、複数の前記梁部のいずれかの上側を通って接続する検出配線部を有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、本発明を、具体的な実施形態等に基づき、以下の順序で詳細に説明する。
１．第１実施形態
１．１．全体構成
１．２．基材
１．３．第１および第２の絶縁膜
１．４．ヒーター部およびヒーター配線部
１．５．平坦部
１．６．ガス検出部および検出配線部
１．７．半導体材料
１．８．製造方法
１．９．作用
２．第２実施形態
３．第３実施形態
４．変形例
５．実施例および比較例
１．第１実施形態
１．１．全体構成
１．２．基材
１．３．第１および第２の絶縁膜
１．４．ヒーター部およびヒーター配線部
１．５．平坦部
１．６．ガス検出部および検出配線部
１．７．半導体材料
１．８．製造方法
１．９．作用
２．第２実施形態
３．第３実施形態
４．変形例
５．実施例および比較例
【0030】
（１．第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るガスセンサ１０を示す概略平面図であり、ガスセンサ１０を上方から見た図である。なお、図１では、第２の絶縁膜４０は透視しており、半導体材料９２は、配置のみを仮想線で示している。ガスセンサ１０は、薄膜状のメンブレン１８により支持されるヒーター部５０およびガス検出部６０等を有する。検知対象ガスは可燃性ガスおよび還元性ガスであり、具体的には、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）等が例示される。
図１は、第１実施形態に係るガスセンサ１０を示す概略平面図であり、ガスセンサ１０を上方から見た図である。なお、図１では、第２の絶縁膜４０は透視しており、半導体材料９２は、配置のみを仮想線で示している。ガスセンサ１０は、薄膜状のメンブレン１８により支持されるヒーター部５０およびガス検出部６０等を有する。検知対象ガスは可燃性ガスおよび還元性ガスであり、具体的には、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ4）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）等が例示される。
【0031】
ガスセンサ１０は、還元性ガスとの接触により抵抗値が変化する半導体材料９２を有する。また、ガスセンサ１０のガス検出部６０は、半導体材料９２に接触する少なくとも１対の電極６２ａ、６２ｂを有する。ガスセンサ１０は、電極６２ａ、６２ｂの間を繋ぐ半導体材料９２の抵抗変化により、ガス濃度を検出する。半導体材料９２を用いるガスセンサ１０は、特に低濃度領域において、高感度かつ信頼性の高いガスセンサ１０を実現する。
【0032】
なお、本発明に係るガスセンサとしては、半導体材料９２と１対の電極６２ａ、６２ｂとを有するもののみには限定されず、触媒材料、Ｐｔ線、サーミスタ膜などを有するものなどが含まれる（第２および第３実施形態等参照）。また、本発明に係るガスセンサには、直接的にはガス検知能を有さない参照用のガスセンサを有するものや、複数の互いに異なるガス検出部を有するものなども含まれる。
【0033】
（１．１．全体構成）
図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿う平面で切断したガスセンサ１０の断面模式図である。図３は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う平面で切断したガスセンサ１０の断面模式図であり、図４は、図１におけるＩＶ－ＩＶ線に沿う平面で切断したガスセンサ１０の断面模式図である。なお、ガスセンサ１０の説明では、ガスセンサ１０の上下方向をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直であってヒーター部５０の対称軸である基準線Ａ１（図６参照）に平行な方向をＹ軸とし、Ｚ軸およびＹ軸に垂直な方向をX軸とする。なお、ガスセンサ１０のＺ軸方向は、後述する第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０等の積層方向と一致する。また、ガスセンサ１０の説明では、基材２０から第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０側を上側およびZ軸正方向として、上側およびＺ軸正方向の反対方向を下側およびＺ軸負方向として説明を行う。
図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線に沿う平面で切断したガスセンサ１０の断面模式図である。図３は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う平面で切断したガスセンサ１０の断面模式図であり、図４は、図１におけるＩＶ－ＩＶ線に沿う平面で切断したガスセンサ１０の断面模式図である。なお、ガスセンサ１０の説明では、ガスセンサ１０の上下方向をＺ軸とし、Ｚ軸に垂直であってヒーター部５０の対称軸である基準線Ａ１（図６参照）に平行な方向をＹ軸とし、Ｚ軸およびＹ軸に垂直な方向をX軸とする。なお、ガスセンサ１０のＺ軸方向は、後述する第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０等の積層方向と一致する。また、ガスセンサ１０の説明では、基材２０から第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０側を上側およびZ軸正方向として、上側およびＺ軸正方向の反対方向を下側およびＺ軸負方向として説明を行う。
【0034】
図１および図２に示すように、ガスセンサ１０は、キャビティ２２が形成される基材２０を有する。図２に示すように、ガスセンサ１０の他の部材は、基材２０のキャビティ２２の上およびキャビティ２２の周縁部であるキャビティ周縁部２４に配置されている。ガスセンサ１０が有する基材２０以外の他の部材としては、第１の絶縁膜３０、第２の絶縁膜４０、ヒーター部５０、ガス検出部６０、ヒーター端子５８ａ、５８ｂ、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ、検出端子６８ａ、６８ｂ、検出配線部６９ａ、６９ｂ、平坦部７０および半導体材料９２等が挙げられる。
【0035】
（１．２．基材）
図１に示すように、キャビティ２２は基材２０の中央付近に形成されている。キャビティ２２の上方にはメンブレン１８が配置されており、図１では、メンブレン１８の下方に見えるキャビティ２２が、濃いグレーで示されている。
図１に示すように、キャビティ２２は基材２０の中央付近に形成されている。キャビティ２２の上方にはメンブレン１８が配置されており、図１では、メンブレン１８の下方に見えるキャビティ２２が、濃いグレーで示されている。
【0036】
図１～図３に示すように、基材２０におけるキャビティ２２は、基材２０における略矩形の貫通孔で構成されるが、キャビティ２２の形状は矩形のみには限定されない。また、キャビティ２２は、図２および図３に示すような貫通孔のみには限定されず、キャビティ２２は、基板表面側であるキャビティ周縁部２４から下方に凹む凹部で構成されていてもよい。
【0037】
基材２０の材質は、キャビティ２２の上およびキャビティ周縁部２４に形成される部材を支持できる程度の機械的強度を有し、かつエッチング等の微細加工に適した材料で構成されていれば、特に限定されない。本実施形態では、基材２０として、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、ガラス基板、フェライト基板等が例示される。
【0038】
（１．３．第１および第２の絶縁膜）
図１～図３に示すように、基材２０の中央部に形成されるキャビティ２２の上側および基材２０の上側表面を構成するキャビティ周縁部２４の上側には、第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０が形成されている。図１に示すように、第１の絶縁膜３０は、キャビティ２２の外縁部周辺に形成されるメンブレン周縁孔１８ａに相当する部分を除き、第２の絶縁膜４０は、メンブレン周縁孔１８ａに相当する部分およびキャビティ周縁部２４においてヒーター端子５８ａ、５８ｂが形成される部分を除き、基材２０の上側全体に形成されている。また、第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０のうち、キャビティ２２の上に配置される第１絶縁膜メンブレン部３２および第２絶縁膜メンブレン部４４（図７参照）が、ガスセンサ１０におけるメンブレン１８を構成する。
図１～図３に示すように、基材２０の中央部に形成されるキャビティ２２の上側および基材２０の上側表面を構成するキャビティ周縁部２４の上側には、第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０が形成されている。図１に示すように、第１の絶縁膜３０は、キャビティ２２の外縁部周辺に形成されるメンブレン周縁孔１８ａに相当する部分を除き、第２の絶縁膜４０は、メンブレン周縁孔１８ａに相当する部分およびキャビティ周縁部２４においてヒーター端子５８ａ、５８ｂが形成される部分を除き、基材２０の上側全体に形成されている。また、第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０のうち、キャビティ２２の上に配置される第１絶縁膜メンブレン部３２および第２絶縁膜メンブレン部４４（図７参照）が、ガスセンサ１０におけるメンブレン１８を構成する。
【0039】
図１に示すように、第１の絶縁膜３０は、基材２０におけるキャビティ２２の周縁部であるキャビティ周縁部２４に接続する複数（実施形態では４つ）の梁部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと、梁部３１ａ～３１ｄを介してキャビティ２２上に保持される第１絶縁膜メンブレン部３２（図２および図３参照）を有する。また、図１に示すように、第１の絶縁膜３０は、キャビティ周縁部２４上に形成される第１絶縁膜周縁部３６を有している。第１の絶縁膜３０における梁部３１ａ～３１ｄと第１絶縁膜周縁部３６とは、キャビティ周縁部２４上で接続する。
【0040】
図２～図４に示すように、第２の絶縁膜４０は、第１の絶縁膜３０の上側に積層する。図１に示す第２の絶縁膜４０の平面形状は、ヒーター端子５８ａ、５８ｂが形成される部分に第２の絶縁膜４０が形成されないことを除き、第１の絶縁膜３０と同様である。すなわち、第２の絶縁膜４０も、第１の絶縁膜３０の梁部３１ａ～３１ｄの上に積層する部分と、第１の絶縁膜３０の第１絶縁膜メンブレン部３２の上に積層する第２絶縁膜メンブレン部４４と、第１絶縁膜周縁部３６の上に積層する第２絶縁膜周縁部４６とを有する。ただし、第２の絶縁膜４０は、実施形態に示す形状のみには限定されず、第２の絶縁膜４０の平面形状は、第１の絶縁膜３０の平面形状とは、必ずしも一致していなくてもよい。
【0041】
図７は、図２に示すガスセンサ１０においてキャビティ２２の上側に配置される部分を拡大した拡大断面図である。図７に示すように、第１の絶縁膜３０の第１絶縁膜メンブレン部３２の上に積層する第２絶縁膜メンブレン部４４は、第１部分４１と、第２部分４２と、第３部分４３とを有する。ガスセンサ１０においてキャビティ２２の上側に配置される部分については、後ほど詳述する。
【0042】
図１～図３に示すように、第１絶縁膜メンブレン部３２および第２絶縁膜メンブレン部４４で構成されるメンブレン１８の周りには、メンブレン周縁孔１８ａが、メンブレン１８を囲むように形成されている。また、図２および図３に示すように、第１絶縁膜メンブレン部３２の下方にはキャビティ２２が形成されており、第１絶縁膜メンブレン部３２は基材２０に接触せず、断面積の狭い梁部３１ａ～３１ｄ等を介して、基材２０に対して支持されている。
【0043】
このようなガスセンサ１０は、ガス検出部６０近傍において、ガス検出部６０およびガス検出部６０が接触する半導体材料９２を除く他の物質の熱容量を小さくすることができる。また、梁部３１ａ～３１ｄを有するメンブレン１８の構造により、メンブレン１８の中央部分に配置されるガス検出部６０等が、メンブレン１８を支える基材２０に対して好適に断熱された構造となる。このようなガスセンサ１０は、ガス検出部６０および半導体材料９２を所定の温度まで加熱するために必要なヒーター部５０の消費電力を非常に小さくすることができる。
【0044】
図２～図４に示すように、第１の絶縁膜３０は、メンブレン周縁孔１８ａが形成されていることを除き、全体的に平坦であり、第１の絶縁膜３０の内部に段差や傾斜を有さない。これは、後述するように、第１の絶縁膜３０が、平坦な基材表面のような平坦な表面に形成されるためである。これに対して、第２の絶縁膜４０は、第１の絶縁膜３０の上に直接接触する部分と、第１の絶縁膜３０との間にヒーター部５０等の他の層を挟む部分とがある。したがって、第２の絶縁膜４０は、特に図７等に示す第２絶縁膜メンブレン部４４内に、段差や傾斜を有する。
【0045】
図７を用いて後述するように、ガスセンサ１０は、第２絶縁膜メンブレン部４４内に形成される段差や傾斜の配置を、平坦部７０を設けることで制御し、第２絶縁膜メンブレン部４４の上に形成されるガス検出部６０が、下層の凹凸の影響を受ける問題を防止できる。
【0046】
第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０の厚みとしては特に限定されないが、第１の絶縁膜３０の厚みが、第２の絶縁膜４０の厚みより厚いことが、メンブレン１８の強度を確保しつつ、ヒーター部５０の熱を効率的にガス検出部６０および半導体材料９２に伝える観点から好ましい。第１の絶縁膜３０の厚みは、たとえば０．１～１０μｍとすることが好ましく、たとえば０．５～５μｍとすることがより好ましい。また、第２の絶縁膜４０の厚みは、たとえば０．１～５μｍとすることが好ましく、たとえば０．２～２μｍとすることがより好ましい。
【0047】
第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０の材質は、熱ストレスによる耐久性、機械的強度、膜応力、密着性、電気絶縁性等を考慮して採用され、酸化アルミニウムや五酸化二タンタルなどが挙げられる。第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０の材質は、同じであっても、異なっていてもよい。また、第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０は、上述した材質の膜の積層膜であってもよい。
【0048】
（１．４．ヒーター部およびヒーター配線部）
図１および図２に示すように、ヒーター部５０は、第１絶縁膜メンブレン部３２の上側に設けられ、実施形態では、上下方向に関してメンブレン１８における第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０との間に設けられる。図２に示すガスセンサ１０の断面図のうち、キャビティ２２の上部に配置される部分を拡大した図７に示すように、ヒーター部５０は、第１の絶縁膜３０における第１絶縁膜メンブレン部３２と、第２の絶縁膜４０における第２絶縁膜メンブレン部４４との間に配置されている。ヒーター部５０は、通電によりジュール熱を発生し、ガス検出部６０の温度を調整する。
図１および図２に示すように、ヒーター部５０は、第１絶縁膜メンブレン部３２の上側に設けられ、実施形態では、上下方向に関してメンブレン１８における第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０との間に設けられる。図２に示すガスセンサ１０の断面図のうち、キャビティ２２の上部に配置される部分を拡大した図７に示すように、ヒーター部５０は、第１の絶縁膜３０における第１絶縁膜メンブレン部３２と、第２の絶縁膜４０における第２絶縁膜メンブレン部４４との間に配置されている。ヒーター部５０は、通電によりジュール熱を発生し、ガス検出部６０の温度を調整する。
【0049】
図６は、ガスセンサ１０におけるメンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０と、ヒーター部５０と、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂと、平坦部７０とを表示した部分説明図である。図６では、ガスセンサ１０における第２の絶縁膜４０および第２の絶縁膜４０より上に配置されるガス検出部６０等については、図示していない。
【0050】
図６に示すように、ヒーター部５０は、第１絶縁膜メンブレン部３２の上に、第１絶縁膜メンブレン部３２における中央領域Ｒ１を囲むように、中央領域Ｒ１の外側に形成されている。ヒーター部５０は、略矩形である第１絶縁膜メンブレン部３２の辺３２ａの長さＬ１の１／２以下の振幅Ｌ２で屈曲を繰り返す屈曲部５２を有する。特に、ヒーター部５０における屈曲部５２の大半は、所定の振幅Ｌ２の矩形波形状（ミアンダパターン）から構成される。
【0051】
このようなヒーター部５０は、ヒーター部５０が接触する第１の絶縁膜３０における第１絶縁膜メンブレン部３２および第２の絶縁膜４０における第２絶縁膜メンブレン部４４の熱収縮が、特定の方向に偏ることを防止することができる。したがって、ガスセンサ１０は、メンブレン１８を構成する第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０の熱応力による検出誤差やノイズを、効果的に抑制することができる。
【0052】
また、ヒーター部５０は、第１絶縁膜メンブレン部３２の中心３４を通り水平方向に延びる基準線Ａ１を基準として、対称な形状を有する。このようなヒーター部５０は、メンブレン１８においてヒーター部５０より中央側の中央領域Ｒ１に配置されるガス検出部６０の温度分布を均一化することができ、ガスセンサ１０の検出安定性を高めることができる。
【0053】
ヒーター部５０は、梁部３１ａを通るヒーター配線部５９ａと、梁部３１ｂを通るヒーター配線部５９ｂに接続する。図１に示すように、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂは、キャビティ周縁部２４の上に設けられるヒーター端子５８ａ、５８ｂとヒーター部５０とを、複数の梁部３１ａ～３１ｂのうちいずれか（実施形態では２つの梁部３１ａ、３１ｂ）の上側を通って接続する。
【0054】
ヒーター配線部５９ａ、５９ｂは、ヒーター部５０と同様に、上下方向に関して第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０との間に形成されている。ただし、図４に示すように、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂのうち、ヒーター端子５８ａ、５８ｂの下側に形成される部分については、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂの上側の第２の絶縁膜４０が形成されていない。
【0055】
図６に示すように、ガスセンサ１０におけるヒーター部５０は、ヒーター配線部５９ａに接続する部分と、ヒーター配線部５９ｂに接続する部分とが略対称であり、これらの２つの部分が、導電性の平坦部７０を介して電気的に接続している。ただし、ヒーター部５０としては平坦部７０を介して２つの部分が電気的に接続するものには限定されず、ヒーター配線部５９ａに接続する部分と、ヒーター配線部５９ｂに接続する部分とが、直接接続していてもよい。
【0056】
ヒーター部５０およびヒーター配線部５９ａの材質としては、導電性であれば特に限定されないが、ガス検出部６０および半導体材料９２の形成工程における高温プロセスを可能とする観点から、比較的高融点の材料であることが好ましい。このような材料として、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）、または、これらを２つ以上含む合金が例示される。本実施形態では、リフトオフ等の高精度のパターニングが可能であり、耐久性が高いという理由から、特に白金が好ましい。ヒーター部５０とヒーター配線部５９ａ、５９ｂとは、同一の材質とすることが、同じ成膜工程で形成可能とする観点から好ましいが、ヒーター部５０とヒーター配線部５９ａ、５９ｂとは異なる材質であってもよい。
【0057】
図１および図２に示すように、ヒーター端子５８ａ、５８ｂは、基材２０のキャビティ周縁部２４において、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂの上に、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂに対して接触するように設けられる。図４に示すように、ヒーター端子５８ａ、５８ｂの上面はガスセンサ１０の上側に露出しており、ヒーター端子５８ａ、５８ｂに対して、ヒーター部５０に対して電力を供給する外部配線が接続される。
【0058】
ヒーター端子５８ａ、５８ｂの材質は、良導体であれば特に限定されないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられ、外部配線に対する接合性などの観点から、金（Ａｕ）が好ましい。
【0059】
（１．５．平坦部）
図６に示すように、平坦部７０は、ヒーター部５０と同様に、上下方向に関してメンブレン１８における第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０との間に設けられる。すなわち、図７に示すように、平坦部７０は、第１の絶縁膜３０における第１絶縁膜メンブレン部３２と、第２の絶縁膜４０における第２絶縁膜メンブレン部４４との間に配置されている。
図６に示すように、平坦部７０は、ヒーター部５０と同様に、上下方向に関してメンブレン１８における第１の絶縁膜３０と第２の絶縁膜４０との間に設けられる。すなわち、図７に示すように、平坦部７０は、第１の絶縁膜３０における第１絶縁膜メンブレン部３２と、第２の絶縁膜４０における第２絶縁膜メンブレン部４４との間に配置されている。
【0060】
図６に示すように、平坦部７０は、上方から見てヒーター部５０に比べて第１絶縁膜メンブレン部３２の中央側の領域である中央領域Ｒ１に配置される。図６および図７に示すように、平坦部７０は、上側を向き平坦である平坦面７２を有する。
【0061】
平坦部７０は、上方から見て略矩形であるが、平坦部７０の平面形状としてはこれに限定されず、円形、楕円形および矩形以外の多角形などの形状であってもよい。平坦部７０は、上方から見て第１絶縁膜メンブレン部３２の中心３４に重なることが、平坦部７０の上に形成されるガス検出部６０をメンブレン１８の中央部分に配置し、ガス検出部６０の温度分布を均一化する観点から好ましい。
【0062】
上方から見た平坦部７０の面積は、第１絶縁膜メンブレン部３２の面積の５～２５％とすることが好ましく、第１絶縁膜メンブレン部３２の面積の１０～２０％とすることがさらに好ましい。平坦部７０の第１絶縁膜メンブレン部３２に対する面積割合を所定値より大きくすることで、ガス検出部６０の形成面積を広く確保して、ガスセンサ１０の検出感度を好適に確保することができる。一方、平坦部７０の第１絶縁膜メンブレン部３２に対する面積割合を所定値より小さくすることで、ヒーター部５０の形成面積を広く確保して、ガス検出部６０の温度応答性を好適に確保することができる。
【0063】
図７に示すように、平坦部７０は、第２の絶縁膜４０の第２絶縁膜メンブレン部４４を介して平坦部７０の上に配置されるガス検出部６０に対してヒーター部５０の熱を効果的に伝える観点から、第２の絶縁膜４０より熱伝導率が高いことが好ましい。また、図６に示すように、平坦部７０は、ヒーター部５０と繋がっていてもよい。平坦部７０とヒーター部５０とが繋がっていることにより、ヒーター部５０による熱が、ガス検出部６０に対してより近くに配置される平坦部７０に効果的に伝わり、ガスセンサ１０の熱応答性を高めることができる。また、平坦部７０が、熱伝導性が高ければ、ガス検出部６０の温度の均一性が向上する。
【0064】
なお、図６に示すように、ヒーター部５０の２つの部分が平坦部７０を介して接続（直列接続）している場合、平坦部７０にも電流が流れてジュール熱が生じ、平坦部７０での発熱がガス検出部６０の温度調整に寄与する場合がある。ただし、平坦部７０は、電流方向に直交する断面積がヒーター部５０より広いため、仮に平坦部７０とヒーター部５０とが同材質であれば、平坦部７０での発熱量は、ヒーター部５０での発熱量に比べて小さい。平坦部７０で生じるジュール熱は、平坦部７０の材質の他、平坦部７０の厚みや、ヒーター部５０の２つの部分と平坦部７０との接続形態（直列・並列）などによっても調整可能である。なお、平坦部７０の厚みは、ヒーター部５０の厚みと同じであってもよく、異なっていてもよい。
【0065】
平坦部７０の材質は、たとえば金属である。より具体的には、ヒーター部５０と同様に、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）、または、これらを２つ以上含む合金が例示される。また、平坦部７０は、ヒーター部５０と同じ材質であってもよく、この場合、平坦部７０はヒーター部５０と同じ成膜プロセスで形成可能であり、製造プロセスを簡略化できる。ただし、平坦部７０は、ヒーター部５０と異なる材質であってもよい。ヒーター部５０とは異なる平坦部７０の材質としては、上述したもの以外に、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。
【0066】
（１．６．ガス検出部および検出配線部）
図１および図２に示すように、ガス検出部６０は、メンブレン１８における第２の絶縁膜４０の上に設けられる。図５は、ガスセンサ１０におけるメンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０と、ヒーター部５０と、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂと、平坦部７０と、ガス検出部６０と、検出配線部６９ａ、６９ｂとを表示した部分図である。図５では、ガスセンサ１０における第２の絶縁膜４０は透視しており、半導体材料９２は配置のみを仮想線で示している。
図１および図２に示すように、ガス検出部６０は、メンブレン１８における第２の絶縁膜４０の上に設けられる。図５は、ガスセンサ１０におけるメンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０と、ヒーター部５０と、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂと、平坦部７０と、ガス検出部６０と、検出配線部６９ａ、６９ｂとを表示した部分図である。図５では、ガスセンサ１０における第２の絶縁膜４０は透視しており、半導体材料９２は配置のみを仮想線で示している。
【0067】
図５に示すように、ガス検出部６０は、上方から見てヒーター部５０より第１絶縁膜メンブレン部３２の中心３４側の領域である中央領域Ｒ１に配置される。ガス検出部６０は、図５に示すように、一対の電極６２ａ、６２ｂを有しており、一対の電極６２ａは、図７に示すように、半導体材料９２に接触している。
【0068】
図５に示すように、一対の電極６２ａ、６２ｂは、互いに所定の間隔を空けて水平方向に対向しており、一対の電極６２ａ、６２ｂを接続するように配置される半導体材料９２の抵抗変化を検出する。一対の電極６２ａ、６２ｂは、いずれの櫛歯形状を有しており、互いの櫛歯と櫛歯の間の隙間とが噛み合うように配置されている。このような櫛歯状の電極６２ａ、６２ｂを有するガス検出部６０は、狭い面積の中で、電極６２ａ、６２ｂ同士が対向する長さを長くすることができ、検出感度を向上させることができる。
【0069】
なお、ガスセンサ１０におけるガス検出部６０は、一対の電極６２ａ、６２ｂが互いに対向している部分、すなわち図５および図７において一点鎖線（太線）で囲まれる部分である。図５において一点鎖線で囲まれる部分の外側の部分は、互いに対向していない部分であり、ガス検出部６０および電極６２ａ、６２ｂに含まれず、後述する検出配線部６９ａ、６９ｂに含まれる。
【0070】
図５に示すように、ガスセンサ１０は、一対の検出配線部６９ａ、６９ｂを有する。図７に示すように、一対の検出配線部６９ａ、６９ｂも、ガス検出部６０と同様に、第２の絶縁膜４０の上に設けられる。図５に示すように、検出配線部６９ａは、メンブレン１８内において電極６２ａに接続しており、検出配線部６９ｂは、メンブレン１８内において電極６２ｂに接続している。
【0071】
図１に示すように、検出配線部６９ａ、６９ｂは、キャビティ周縁部２４の上に設けられる検出端子６８ａ、６８ｂとガス検出部６０とを、複数の梁部３１ａ～３１ｂのうちいずれか（実施形態では２つの梁部３１ｃ、３１ｄ）およびこれに重なる第２の絶縁膜４０の梁部の上側を通って接続する。
【0072】
ガス検出部６０は、平坦部７０の上側に少なくとも第２の絶縁膜４０を介して配置される。図５に示すように、一対の電極６２ａ、６２ｂを有するガス検出部６０は、上方から見て平坦面７２（図６参照）に重なるように配置され、平坦面７２より狭い面積を有する。図７に示すように、ガス検出部６０の全体は、第２の絶縁膜４０を介して平坦部７０の平坦面７２の上に形成されており、上方から見て平坦面７２の範囲内に形成されることが好ましい。
【0073】
図７に示すように、第１絶縁膜メンブレン部３２の上に形成される第２の絶縁膜４０の第２絶縁膜メンブレン部４４は、第１絶縁膜メンブレン部３２の上に直接接触する第１部分４１と、第１絶縁膜メンブレン部３２との間にヒーター部５０を挟む第２部分４２と、第１絶縁膜メンブレン部３２との間に平坦部７０を挟む第３部分４３とを有する。第１部分４１は、第１絶縁膜メンブレン部３２との間にヒーター部５０や平坦部７０を挟む第２部分４２および第３部分４３に比べて高さが低くなるため、第２絶縁膜メンブレン部４４には起伏や段差が形成される。
【0074】
図７に示すように、検出配線部６９ａは、第１部分４１、第２部分４２および第３部分４３に跨って形成されているため、検出配線部６９ａの形状自体も下層の起伏の影響を受け、形状ばらつきが生じやすくなる。これに対して、ガス検出部６０は、平坦面７２の上に形成される第３部分４３の上に形成されるため、ガス検出部６０の形状は、第２絶縁膜メンブレン部４４の起伏や段差の影響を受けずばらつきが少なくなり、たとえば、一対の電極６２ａ、６２ｂとの間の隙間についても、精度よく管理することができる。
【0075】
一対の電極６２ａ、６２ｂを有するガス検出部６０および検出配線部６９ａ、６９ｂの材質は、金属などの導電体を用いることができ、たとえば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。ガス検出部６０と検出配線部６９ａ、６９ｂとは、同一の材質とすることが、同じ成膜工程で形成可能とする観点から好ましいが、ガス検出部６０と検出配線部６９ａ、６９ｂとは異なる材質であってもよい。
【0076】
図１および図２に示すように検出端子６８ａ、６８ｂは、基材２０のキャビティ周縁部２４において、検出配線部６９ａ、６９ｂの上に、検出配線部６９ａ、６９ｂに対して接触するように設けられる。図４に示すように、検出端子６８ａ、６８ｂの上面はガスセンサ１０の上側に露出しており、検出端子６８ａ、６８ｂに対して、ガス検出部６０の出力を伝える外部配線が接続される。
【0077】
検出端子６８ａ、６８ｂの材質は、良導体であれば特に限定されないが、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられ、外部配線に対する接合性などの観点から、金（Ａｕ）が好ましい。
【0078】
（１．７．半導体材料）
図７および図５に示すように、半導体材料９２は、メンブレン１８の中央領域Ｒ１に配置されるガス検出部６０の電極６２ａ、６２ｂの間およびガス検出部６０の上に設けられる。半導体材料９２は、上方から見てガス検出部６０の全体に重なるように、ガス検出部６０より広い面積に形成されることが好ましい。半導体材料９２は、ガス検出部６０を構成する一対の電極６２ａ、６２ｂの双方に接触する。また、半導体材料９２の一部は、ガス検出部６０に接続する検出配線部６９ａ、６９ｂに接触していてもよい。
図７および図５に示すように、半導体材料９２は、メンブレン１８の中央領域Ｒ１に配置されるガス検出部６０の電極６２ａ、６２ｂの間およびガス検出部６０の上に設けられる。半導体材料９２は、上方から見てガス検出部６０の全体に重なるように、ガス検出部６０より広い面積に形成されることが好ましい。半導体材料９２は、ガス検出部６０を構成する一対の電極６２ａ、６２ｂの双方に接触する。また、半導体材料９２の一部は、ガス検出部６０に接続する検出配線部６９ａ、６９ｂに接触していてもよい。
【0079】
図７に示すように、半導体材料９２は、略ドーム状の外形状を有する。半導体材料９２は、半導体材料９２における温度分布の均一性の観点から、上方から見て略円形または略楕円形とすることが好ましく、略円形であることがより好ましい。
【0080】
半導体材料９２としては、還元性ガスとの接触により抵抗値が変化する材料であれば特に制限されないが、熱的安定性および化学的安定性の観点から、金属酸化物であることが好ましい。半導体材料９２に用いる金属酸化物としては、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化コバルト（Cｏ3Ｏ4）等が例示される。また、検知対象ガスに対する感度をさらに高めるために、半導体材料９２を構成する金属酸化物には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されていてもよい。また、これらの材料は複合化、又は合金化されていてもい。
【0081】
（１．８．製造方法）
以下、ガスセンサ１０の製造方法の一例を説明する。ただし、ガスセンサ１０の製造方法は、下記に示す製造方法にのみには限定されない。まず、ガスセンサ１０の製造では、まず基材２０の原料となる基材材料を準備する。基材材料は、キャビティ２２が形成されていない平板状である。次に、準備した基材材料の一方の主面（キャビティ２２形成後にキャビティ周縁部２４となる面）に、第１の絶縁膜３０を形成する。第１の絶縁膜３０を形成する方法としては、熱酸化法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の公知の成膜法を用いればよい。
以下、ガスセンサ１０の製造方法の一例を説明する。ただし、ガスセンサ１０の製造方法は、下記に示す製造方法にのみには限定されない。まず、ガスセンサ１０の製造では、まず基材２０の原料となる基材材料を準備する。基材材料は、キャビティ２２が形成されていない平板状である。次に、準備した基材材料の一方の主面（キャビティ２２形成後にキャビティ周縁部２４となる面）に、第１の絶縁膜３０を形成する。第１の絶縁膜３０を形成する方法としては、熱酸化法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の公知の成膜法を用いればよい。
【0082】
形成した第１の絶縁膜３０上に、ヒーター部５０、平坦部７０およびヒーター配線部５９ａ、５９ｂを形成する。ヒーター部５０、平坦部７０およびヒーター配線部５９ａ、５９ｂは、同一成膜工程で形成可能である。ヒーター部５０、平坦部７０およびヒーター配線部５９ａ、５９ｂの形状は、たとえば、リフトオフ工法により形成される。リフトオフ工程では、まず、所定のパターンを形成する面全体にレジストを塗布して、所定のパターン形状となるように露光し現像する。現像により、所定のパターン形状に対応するレジストが溶解し、所定のパターン形状がパターニングされる。レジスト溶解後に、スパッタリング、蒸着等の成膜法によりパターンを構成する材料を成膜する。成膜後、残存しているレジストを剥離液により除去することにより、レジスト上に成膜された材料も除去され、パターニングした領域のみに成膜した材料が残り、所定のパターンが形成される。
【0083】
ヒーター部５０、平坦部７０およびヒーター配線部５９ａ、５９ｂを形成した後、これらが少なくとも覆われるように、第１の絶縁膜３０の形成と同様にして、第２の絶縁膜４０を、公知の成膜法により形成する。
【0084】
次に、第２の絶縁膜４０の上に、ガス検出部６０および検出配線部６９ａ、６９ｂを形成する。ガス検出部６０および検出配線部６９ａ、６９ｂは、同一成膜工程で形成可能である。ガス検出部６０および検出配線部６９ａ、６９ｂの形状は、ヒーター部５０、平坦部７０およびヒーター配線部５９ａ、５９ｂと同様に、リフトオフ工法等により形成される。さらに、第２の絶縁膜４０に所定の開口を形成したのち、検出端子６８ａ、６８ｂおよびヒーター端子５８ａ、５８ｂの形成を行う。
【0085】
次に、基材材料の主面のうち、第１の絶縁膜３０が形成されていない主面において、所定の領域にエッチングマスクを施し、反対側の主面に形成された第１の絶縁膜３０が露出するまで基材材料をエッチングし、キャビティ２２を形成する。キャビティ２２が形成された領域に対応する第１の絶縁膜３０が、第１絶縁膜メンブレン部３２となる。
【0086】
さらに、ガス検出部６０の一対の電極６２ａ、６２ｂの上から、一対の電極６２ａ、６２ｂに接触するように半導体材料９２を形成し、ガスセンサ１０を得る。半導体材料９２の形成工程では、半導体材料９２の原料を含む半導体材料用ペーストを用いて塗布体を形成し、これを所定の温度で熱処理することにより、半導体材料９２を形成する。
【0087】
半導体材料用ペーストは、半導体材料として上述した材料の原料と、溶剤、バインダおよび添加剤とを混合することにより得られる。半導体材料の原料としては、たとえば金属酸化物粉末を用いる。金属酸化物粉末の平均粒子径は、特に制限されないが０．１～２０μｍであることが好ましい。
【0088】
（１．９．動作）
ガスセンサ１０において、ヒーター部５０は、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ、平坦部７０およびヒーター端子５８ａ、５８ｂを介して、図示しない外部回路に接続される。また、ガス検出部６０の電極６２ａ、６２ｂは、検出配線部６９ａ、６９ｂおよび検出端子６８ａ、６８ｂを介して、図示しない外部回路に接続される。ガスセンサ１０を作動させると、通電が開始され、ヒーター部５０に所定の電圧が印加され、ガス検出部６０およびその周辺部は、所定の温度に加熱される。
ガスセンサ１０において、ヒーター部５０は、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ、平坦部７０およびヒーター端子５８ａ、５８ｂを介して、図示しない外部回路に接続される。また、ガス検出部６０の電極６２ａ、６２ｂは、検出配線部６９ａ、６９ｂおよび検出端子６８ａ、６８ｂを介して、図示しない外部回路に接続される。ガスセンサ１０を作動させると、通電が開始され、ヒーター部５０に所定の電圧が印加され、ガス検出部６０およびその周辺部は、所定の温度に加熱される。
【0089】
ガス検出部６０が接触する半導体材料９２は、ガスセンサ１０が配置された空間に検知対象ガスが含まれている場合、半導体材料９２の表面に吸着している酸素と検知対象ガスとの間で生じる酸化還元反応に起因する電子の移動量に応じて、抵抗値が変化する。電子の移動量は検知対象ガスの濃度に対応しているので、この抵抗値変化をガス検出部６０の電極６２ａ、６２ｂが検知することにより、検知対象ガスの濃度を測定することができる。半導体材料９２の抵抗値変化は、検知対象ガスの濃度が非常に低くても高感度であるので、ガスセンサ１０は、検知対象ガスが低濃度の場合の検知に好適である。ただし、検知対象ガスが高濃度の場合には、抵抗値変化が飽和するので、検知は可能であるが、濃度測定は困難となる。
【0090】
図５～図７に示すように、ガスセンサ１０は、ヒーター部５０の内側に平坦面７２を有する平坦部７０が形成されており、第２の絶縁膜４０を介して、平坦部７０の上に、平坦面７２より狭い面積を有するガス検出部６０が形成されている。そのため、ガス検出部６０は下層の形状による凹凸の影響を受けずに精度よく形成することができ、形状のばらつきなどに起因するノイズを低減し、良好な応答性を奏することができる。また、平坦部７０は平面方向に略均一な厚みで形成すればよいため、このようなガスセンサ１０は、プロセス効率も良好である。また、ヒーター部５０の熱は、第２の絶縁膜４０だけでなく平坦部７０を経由してガス検出部６０に伝えられるため、ガス検出部６０における局所的な温度ばらつきが小さくなり、ガスセンサ１０の検出安定性も良好である。
【0091】
ガスセンサ１０では、平坦面７２はヒーター部５０と同じ材質であり、ヒーター部５０と繋がっており、第２の絶縁膜４０より熱伝導性が高い。このようなガスセンサ１０では、ヒーター部５０の熱が平坦部７０を経由してガス検出部６０に効果的に伝えられるため、ガス検出部６０における局所的な温度ばらつきがより小さくなり、ガスセンサ１０の検出安定性が向上する。
【0092】
また、ガスセンサ１０では、ヒーター部５０が第１絶縁膜メンブレン部３２の中心３４を通り水平方向に延びる基準線Ａ１を基準として対称な形状を有するため、ガス検出部６０の温度分布を均一化することができる。また、ガスセンサ１０のヒーター部５０は、所定の振幅で屈曲を繰り返す屈曲部５２を有するため、第１の絶縁膜３０および第２の絶縁膜４０に生じる熱応力による検出誤差やノイズを、効果的に抑制することができる。
【0093】
（２．第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係るガスセンサ１１０を示す概略平面図であり、ガスセンサ１１０を上方から見た図である。なお、図８では、第２の絶縁膜４０は透視しており、触媒材料１９２は、配置のみを仮想線で示している。第２実施形態に係るガスセンサ１１０は、ガス検出部１６０が触媒材料１９２に接触するＰｔ線１６５（図１１参照）を有し、Ｐｔ線１６５の抵抗変化によりガスの検出を行う点で、第１実施形態に係るガスセンサ１０とは異なる。ただし、ガスセンサ１１０は、ガス検出部１６０および触媒材料１９２以外の部分については、第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様である。ガスセンサ１１０については、ガスセンサ１０との相違点を中心に説明を行い、ガスセンサ１０との共通点については、共通の符号を付して説明を省略する。
図８は、第２実施形態に係るガスセンサ１１０を示す概略平面図であり、ガスセンサ１１０を上方から見た図である。なお、図８では、第２の絶縁膜４０は透視しており、触媒材料１９２は、配置のみを仮想線で示している。第２実施形態に係るガスセンサ１１０は、ガス検出部１６０が触媒材料１９２に接触するＰｔ線１６５（図１１参照）を有し、Ｐｔ線１６５の抵抗変化によりガスの検出を行う点で、第１実施形態に係るガスセンサ１０とは異なる。ただし、ガスセンサ１１０は、ガス検出部１６０および触媒材料１９２以外の部分については、第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様である。ガスセンサ１１０については、ガスセンサ１０との相違点を中心に説明を行い、ガスセンサ１０との共通点については、共通の符号を付して説明を省略する。
【0094】
図９は、図８におけるＩX－ＩX線に沿う平面で切断したガスセンサ１１０の断面模式図であり、図１０は、図８におけるX－X線に沿う平面で切断したガスセンサ１１０の断面模式図である。ガスセンサ１１０は、基材２０、第１の絶縁膜３０、第２の絶縁膜４０、ヒーター部５０、ガス検出部１６０、ヒーター端子５８ａ、５８ｂ、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ、検出端子６８ａ、６８ｂ、検出配線部６９ａ、６９ｂ、平坦部７０および触媒材料１９２等を有する。ガスセンサ１１０は、基材２０、第１の絶縁膜３０、第２の絶縁膜４０、ヒーター部５０、ヒーター端子５８ａ、５８ｂ、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ、検出端子６８ａ、６８ｂ、平坦部７０など、第２の絶縁膜４０より下側の構造については、第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様である。
【0095】
図８および図９に示すように、ガス検出部１６０は、メンブレン１８における第２の絶縁膜４０の上に設けられる。図１１は、ガスセンサ１１０におけるメンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０と、ヒーター部５０と、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂと、平坦部７０と、ガス検出部１６０と、検出配線部６９ａ、６９ｂとを表示した部分図である。図１１では、ガスセンサ１１０における第２の絶縁膜４０は透視しており、触媒材料１９２は配置のみを仮想線で示している。
【0096】
図１１に示すように、ガス検出部１６０は、図５に示すガス検出部６０と同様に、上方から見てヒーター部５０より第１絶縁膜メンブレン部３２の中心側の領域である中央領域Ｒ１に配置される。ガスセンサ１１０のガス検出部１６０は、図５に示す櫛歯状の電極６２ａ、６２ｂの換わりに、Ｐｔ線１６５を有する。Ｐｔ線１６５は、白金（Ｐｔ）の薄膜を、ミアンダ状にパターン形成したものである。このようなミアンダ状のＰｔ線１６５を有するガス検出部１６０は、狭い面積の中で、触媒材料１９２に接触するＰｔ線１６５の長さを長くすることができ、検出感度を向上させることができる。
【0097】
Ｐｔ線１６５の一方の端部は検出配線部６９ａに接続しており、Ｐｔ線１６５の他方の端部は検出配線部６９ｂに接続している。なお、検出配線部６９ａ、６９ｂが、メンブレン１８に配置されるガス検出部１６０と、キャビティ周縁部２４に配置される検出端子６８ａ、６８ｂとを接続している点は、第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様である。また、検出配線部６９ａ、６９ｂの材質は、ガス検出部１６０と同様に白金（Ｐｔ）であってもよく、金（Ａｕ）などの他の導電材料であってもよい。
【0098】
図１２は、図９に示すガスセンサ１１０においてキャビティ２２の上側に配置される部分を拡大した拡大断面図である。図１２に示すように、Ｐｔ線１６５を有するガス検出部１６０は、上方から見て平坦面７２（図１１参照）に重なるように配置され、平坦面７２より狭い面積を有する。図１２に示すように、ガス検出部１６０の全体は、第２の絶縁膜４０を介して平坦部７０の平坦面７２の上に形成されており、上方から見て平坦面７２の範囲内に形成されることが好ましい。なお、ガスセンサ１１０にけるガス検出部１６０は、Ｐｔ線１６５の一方の端部から他方の端部まであり、すなわち、図１１において一点鎖線（太線）で囲まれる部分である。
【0099】
図１２に示すガス検出部１６０は、平坦面７２の上に形成される第３部分４３の上に形成されるため、ガス検出部６０の形状は、第２絶縁膜メンブレン部４４の起伏や段差の影響を受けずばらつきが少なくなり、たとえば、Ｐｔ線１６５の線幅、全長および断面積についても、精度よく管理することができる。
【0100】
図１２に示すように、触媒材料１９２は、メンブレン１８の中央領域Ｒ１に配置されるガス検出部１６０のＰｔ線１６５の間およびガス検出部１６０の上に設けられる。触媒材料１９２は、上方から見てガス検出部１６０の全体に重なり、Ｐｔ線１６５の全体に接触するように、ガス検出部１６０より広い面積に形成されることが好ましい。触媒材料１９２は、略ドーム状の外形状を有するが、触媒材料１９２の形状は特に限定されない。
【0101】
触媒材料１９２を構成する材料は、ガスセンサの触媒として公知の材料であれば特に制限されない。通常は、担体に貴金属粒子が担持されたものが用いられる。担体としては、酸化アルミニウム（γアルミナ等）、酸化シリコン等の酸化物材料が例示される。また、担体に担持される貴金属粒子としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属粒子等が例示される。
【0102】
ガスセンサ１１０のガス検出部１６０は、ガスセンサ１０のガス検出部６０と同様に、公知の成膜法およびリフトオフ工程等により形成される。また、触媒材料１９２は、ガスセンサ１０の半導体材料９２と同様に、ペースト塗布および熱処理工程等により形成される。
【0103】
ガスセンサ１１０が有する触媒材料１９２は、ガスセンサが配置された空間に、検知対象ガスが含まれている場合、その存在割合に応じて、触媒材料１９２上で可燃性ガスと酸素等が結合し燃焼する。ガスセンサ１１０が有するガス検出部１６０のＰｔ線１６５は、触媒材料において生じた可燃性ガスの燃焼による温度変化を、その抵抗変化により検出する。
【0104】
ガスセンサ１１０は、ガスセンサ１０と同様に、平坦部７０の上に、平坦面７２より狭い面積を有するガス検出部１６０が形成されている。そのため、ガス検出部１６０は下層の形状による凹凸の影響を受けずに精度よく形成することができ、形状のばらつきなどに起因するノイズを低減し、良好な応答性を奏することができる。また、ガスセンサ１１０は、平坦部７０を経由してヒーター部５０の熱がガス検出部１６０に伝えられるため、ガス検出部１６０における局所的な温度ばらつきが小さくなり、検出安定性が向上する。
【0105】
その他、ガスセンサ１１０は、第１実施形態に係るガスセンサ１０との共通点については、ガスセンサ１０と同様の効果を奏する。
【0106】
（３．第３実施形態）
図１３は、第３実施形態に係るガスセンサ２１０を示す概略平面図であり、ガスセンサ２１０を上方から見た図である。なお、図１３では、第２の絶縁膜４０は透視しており、触媒材料１９２は、配置のみを仮想線で示している。第３実施形態に係るガスセンサ２１０は、ガス検出部２６０がサーミスタ膜２９４（触媒材料１９２に接触する）に接触する一対の電極２６２ａ、２６２ｂ（図１６参照）を有し、電極２６２ａ、２６２ｂにより検出されるサーミスタ膜２９４の触媒反応熱に伴う抵抗変化によりガスの検出を行う点で、第１実施形態に係るガスセンサ１０とは異なる。ただし、ガスセンサ２１０は、ガス検出部２６０、サーミスタ膜２９４および触媒材料１９２以外の部分については、第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様である。ガスセンサ２１０については、ガスセンサ１０との相違点を中心に説明を行い、ガスセンサ１０との共通点については、共通の符号を付して説明を省略する。
図１３は、第３実施形態に係るガスセンサ２１０を示す概略平面図であり、ガスセンサ２１０を上方から見た図である。なお、図１３では、第２の絶縁膜４０は透視しており、触媒材料１９２は、配置のみを仮想線で示している。第３実施形態に係るガスセンサ２１０は、ガス検出部２６０がサーミスタ膜２９４（触媒材料１９２に接触する）に接触する一対の電極２６２ａ、２６２ｂ（図１６参照）を有し、電極２６２ａ、２６２ｂにより検出されるサーミスタ膜２９４の触媒反応熱に伴う抵抗変化によりガスの検出を行う点で、第１実施形態に係るガスセンサ１０とは異なる。ただし、ガスセンサ２１０は、ガス検出部２６０、サーミスタ膜２９４および触媒材料１９２以外の部分については、第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様である。ガスセンサ２１０については、ガスセンサ１０との相違点を中心に説明を行い、ガスセンサ１０との共通点については、共通の符号を付して説明を省略する。
【0107】
図１４は、図１３におけるXＩＶ－XＩＶ線に沿う平面で切断したガスセンサ２１０の断面模式図であり、図１４は、図１３におけるXＶ－XＶ線に沿う平面で切断したガスセンサ２１０の断面模式図である。ガスセンサ２１０は、基材２０、第１の絶縁膜３０、第２の絶縁膜４０、ヒーター部５０、ガス検出部２６０、ヒーター端子５８ａ、５８ｂ、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ、検出端子６８ａ、６８ｂ、検出配線部６９ａ、６９ｂ、平坦部７０、サーミスタ膜２９４および触媒材料１９２等を有する。ガスセンサ２１０は、基材２０、第１の絶縁膜３０、第２の絶縁膜４０、ヒーター部５０、ヒーター端子５８ａ、５８ｂ、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ、検出端子６８ａ、６８ｂ、平坦部７０など、第２の絶縁膜４０より下側の構造については、第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様である。
【0108】
図１４および図１５に示すように、ガス検出部２６０は、メンブレン１８における第２の絶縁膜４０の上に設けられる。図１６は、ガスセンサ２１０におけるメンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０と、ヒーター部５０と、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂと、平坦部７０と、ガス検出部２６０とサーミスタ膜１９４と、検出配線部６９ａ、６９ｂとを表示した部分図である。図１６では、ガスセンサ１１０における第２の絶縁膜４０は透視しており、触媒材料１９２は配置のみを仮想線で示している。
【0109】
図１６に示すように、ガス検出部２６０は、図５に示すガス検出部６０と同様に、上方から見てヒーター部５０より第１絶縁膜メンブレン部３２の中心側の領域である中央領域Ｒ１に配置される。ガスセンサ２１０のガス検出部２６０は、図５に示す櫛歯状の電極６２ａ、６２ｂの換わりに、サーミスタ膜２９４に接触する一対の電極２６２ａ、２６２ｂを有する。
【0110】
図１６に示すように、一対の電極２６２ａ、２６２ｂは略直線状であり、互いに所定の間隔を空けて水平方向に対向している。サーミスタ膜２９４は、一対の電極２６２ａ、２６２ｂを跨ぐように形成されており、一対の電極２６２ａ、２６２ｂの両方に接触する。ガス検出部２６０の電極２６２ａは、検出配線部６９ａに接続しており、ガス検出部２６０の電極２６２ｂは、検出配線部６９ｂに接続している。なお、検出配線部６９ａ、６９ｂが、メンブレン１８に配置されるガス検出部２６０と、キャビティ周縁部２４に配置される検出端子６８ａ、６８ｂとを接続している点は、第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様である。ガス検出部２６０における電極２６２ａ、２６２ｂの材質は、ガスセンサ１０の電極２６ａ、２６ｂと同様である。
【0111】
図１７は、図１４に示すガスセンサ２１０においてキャビティ２２の上側に配置される部分を拡大した拡大断面図である。図１７に示すように、一対の電極２６２ａ、２６２ｂを有するガス検出部２６０は、上方から見て平坦面７２（図１６参照）に重なるように配置され、平坦面７２より狭い面積を有する。図１７に示すように、ガス検出部２６０の全体は、第２の絶縁膜４０を介して平坦部７０の平坦面７２の上に形成されており、上方から見て平坦面７２の範囲内に形成されることが好ましい。なお、ガスセンサ２１０におけるガス検出部２６０は、サーミスタ膜２９４を挟んで対向する電極２６２ａ、２６２ｂであり、図１６および図１７において一点鎖線（太線）で囲まれる部分である。
【0112】
図１７に示すように、サーミスタ膜２９４は、ガス検出部２６０を構成する電極２６２ａ、２６２ｂの間およびガス検出部２６０の上に配置される。すなわち、サーミスタ膜２９４の一部は、電極２６２ａ、２６２ｂの間の第２の絶縁膜４０（第２絶縁膜メンブレン部４４の第３部分４３）に接触する。また、サーミスタ膜２９４の他の一部は、電極２６２ａ、２６２ｂの外側に接続する検出配線部６９ａ、６９ｂにも接触している。
【0113】
サーミスタ膜２９４は、サーミスタ膜２９４の上に設けられる触媒材料１９２に接触する。サーミスタ膜２９４は、負の抵抗温度係数を有している。サーミスタ膜２９４は触媒材料１９２と熱的に接続されており、触媒材料１９２における可燃性ガスの燃焼による温度変化に起因してサーミスタ膜２９４の熱伝導率の変化が生じ、これに応じてサーミスタ膜２９４の抵抗値が変化する。サーミスタ膜２９４を構成する材料としては、サーミスタとして使用可能な材料であれば特に制限されないが、たとえば、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）等の金属元素を含む複合金属酸化物等が例示される。サーミスタ膜２９４は、スパッタリングなどの公知の成膜法により形成される。
【0114】
ガスセンサ２１０が有する触媒材料１９２は、ガスセンサ２１０が配置された空間に、検知対象ガスが含まれている場合、その存在割合に応じて、触媒材料１９２上で可燃性ガスと酸素等が結合し燃焼する。ガスセンサ２１０が有するガス検出部２６０の電極２６２ａ、２６２ｂは、可燃性ガスの燃焼により触媒材料１９２において生じた燃焼熱に伴うサーミスタ膜２９４の抵抗変化を検出する。このようなガスセンサ２１０は、検知対象ガスが高濃度の場合には、サーミスタ膜２９４の抵抗変化を検出しやすくなるため、検知対象ガスが高濃度の場合の検知に特に好適である。
【0115】
ガスセンサ２１０は、ガスセンサ１０と同様に、平坦部７０の上に、平坦面７２より狭い面積を有するガス検出部２６０が形成されている。そのため、ガス検出部２６０は下層の形状による凹凸の影響を受けずに精度よく形成することができ、形状のばらつきなどに起因するノイズを低減し、良好な応答性を奏することができる。また、ガスセンサ２１０は、平坦部７０を経由してヒーター部５０の熱がガス検出部６０に伝えられるため、ガス検出部６０における局所的な温度ばらつきが小さくなり、検出安定性が向上する。
【0116】
なお、ガスセンサ２１０の電極２６２ａ、２６２ｂは、ガスセンサ１０の電極６２ａ、６２ｂと同様に、櫛歯状であってもよい。また、ガスセンサ２１０は、触媒材料１９２を有さず、電極２６２ａ、２６２ｂに接触するサーミスタ膜の抵抗変化によりガスを検出するものであってもよい。その他、ガスセンサ２１０は、第１実施形態に係るガスセンサ１０との共通点については、ガスセンサ１０と同様の効果を奏する。
【0117】
（４．１．第１変形例）
上述したガスセンサ１０、１１０、２１０では、図６に示すような形状のヒーター部５０および平坦部７０を用いたが、ガスセンサ１０、１１０、２１０に用いるヒーター部５０および平坦部７０としては、図５に示すもの以外にも、様々な形状が考えられる。図１８は、第１変形例に係るヒーター部４５０および平坦部４７０を、メンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ等とともに表示した部分説明図である。
上述したガスセンサ１０、１１０、２１０では、図６に示すような形状のヒーター部５０および平坦部７０を用いたが、ガスセンサ１０、１１０、２１０に用いるヒーター部５０および平坦部７０としては、図５に示すもの以外にも、様々な形状が考えられる。図１８は、第１変形例に係るヒーター部４５０および平坦部４７０を、メンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ等とともに表示した部分説明図である。
【0118】
図１８に示すように、第１変形例に係るヒーター部４５０は、平坦部４７０に対して接続していない。ヒーター部４５０は、ヒーター配線部５９ａに接続する部分と、ヒーター配線部５９ａに接続する部分とが略対称であり、これらの２つの部分が、直接接続している。ヒーター部４５０の材質は、図５に示すヒーターブ５０の材質と同様である。
【0119】
平坦部４７０は、図６に示す平坦部７０と同様に上を向く平坦面４７２を有し、平坦部７０と同様の形状および配置である。ただし、平坦部４７０は、平坦部４７０を囲むように配置されるヒーター部４５０から離間しており、ヒーター部４５０を流れる電流は、平坦部４７０を通過しない。
【0120】
平坦部４７０の材質は、ヒーター部４５０の材質と同様であってもよいが、平坦部４７０はヒーター部４５０に対して離間しているため、ヒーター部４５０とは異なる材質とすることも容易である。たとえば、平坦部４７０の材質として、ヒーター部４５０より熱伝導率の高い材料を採用してもよい。
【0121】
平坦部４７０は、ヒーター部４５０とは繋がっていないが、ガス検出部６０、１６０、２６０に伝える熱伝導経路として好適に作用する。また、平坦部４７０の平坦面４７２は、図５に示す平坦面７２と同様に、上層のガス検出部６０、１６０、２６０の形状ばらつきを抑制し、ガスセンサの応答性の向上に寄与する。したがって、図５に示すヒーター部５０および平坦部７０に代えて、第１変形例に係るヒーター部４５０および平坦部４７０を用いるガスセンサも、ガスセンサ１０、１１０、２１０と同様の効果を奏する。
【0122】
（４．２．第２変形例）
図１９（ａ）は、第２変形例に係るヒーター部５５０および平坦部５７０を、メンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ等とともに表示した部分説明図である。図１９（ａ）に示すように、第２変形例に係るヒーター部５５０は、図５に示すヒーター部５０と同様に、平坦部５７０に対して接続している。
図１９（ａ）は、第２変形例に係るヒーター部５５０および平坦部５７０を、メンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ等とともに表示した部分説明図である。図１９（ａ）に示すように、第２変形例に係るヒーター部５５０は、図５に示すヒーター部５０と同様に、平坦部５７０に対して接続している。
【0123】
ヒーター部５５０は、ヒーター配線部５９ａに接続する部分と、ヒーター配線部５９ｂに接続する部分とが略対称であり、これらの２つの部分が、導電性の平坦部５７０を介して電気的に接続している。ヒーター部５５０は、平坦部５７０における２箇所のＹ方向中央位置で平坦部５７０に対して接続している。なお、ヒーター部５５０の屈曲部は、複数の異なる振幅を有する部分を組み合わせてなり、このようなヒーター部５５０も、ヒーター部５０と同様の効果を奏する。
【0124】
平坦部５７０は、図６に示す平坦部７０と同様に上を向く平坦面５７２を有し、平坦部７０と同様の形状および配置である。ヒーター部５５０および平坦部５７０の材質は、図５に示すヒーター部５０および平坦部７０と同様である。
【0125】
図５に示すヒーター部５０および平坦部７０に代えて、第２変形例に係るヒーター部５５０および平坦部５７０を用いるガスセンサも、ガスセンサ１０、１１０、２１０と同様の効果を奏する。
【0126】
（４．３．第３変形例）
図１９（ｂ）は、第３変形例に係るヒーター部６５０および平坦部６７０を、メンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ等とともに表示した部分説明図である。図１９（ｂ）に示すように、第３変形例に係るヒーター部６５０は、図５に示すヒーター部５０と同様に、平坦部６７０に対して接続している。
図１９（ｂ）は、第３変形例に係るヒーター部６５０および平坦部６７０を、メンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ等とともに表示した部分説明図である。図１９（ｂ）に示すように、第３変形例に係るヒーター部６５０は、図５に示すヒーター部５０と同様に、平坦部６７０に対して接続している。
【0127】
ヒーター部６５０は、梁部３１ｃの上を通るヒーター配線部６５９ａに接続する部分と、ヒーター配線部５９ｂに接続する部分とが、平坦部６７０の中心位置を基準として１８０度回転対称である。ヒーター部６５０におけるこれらの２つの部分が、導電性の平坦部６７０を介して電気的に接続している。ヒーター部６５０は、略矩形の平坦部６７０において所定の対角線上に配置される２箇所のコーナーで、平坦部６７０に対して接続している。また、ヒーター配線部６５９ａ、５９ｂは、略矩形の第１絶縁膜メンブレン部３２において、所定の対角線上に配置される２箇所のコーナーに接続する梁部３１ｃ、３１ｂの上を通る。
【0128】
平坦部６７０は、図６に示す平坦部７０と同様に上を向く平坦面６７２を有し、平坦部７０と同様の形状および配置である。ヒーター部６５０および平坦部６７０の材質は、図５に示すヒーター部５０および平坦部７０と同様である。
【0129】
図５に示すヒーター部５０および平坦部７０に代えて、第３変形例に係るヒーター部６５０および平坦部６７０を用いるガスセンサも、ガスセンサ１０、１１０、２１０と同様の効果を奏する。
【0130】
（４．５．第４変形例）
図１９（ｃ）は、第４変形例に係るヒーター部７５０および平坦部７７０を、メンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ等とともに表示した部分説明図である。図１９（ｃ）に示すように、第３変形例に係るヒーター部７５０は、図５に示すヒーター部５０と同様に、平坦部７７０に対して接続している。
図１９（ｃ）は、第４変形例に係るヒーター部７５０および平坦部７７０を、メンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂ等とともに表示した部分説明図である。図１９（ｃ）に示すように、第３変形例に係るヒーター部７５０は、図５に示すヒーター部５０と同様に、平坦部７７０に対して接続している。
【0131】
ヒーター部７５０は、梁部３１ｃの上を通るヒーター配線部７５９ａに接続する部分と、ヒーター配線部５９ｂに接続する部分とが、平坦部７７０の中心位置を基準として１８０度回転対称である。ヒーター部７５０におけるこれらの２つの部分が、導電性の平坦部７７０を介して電気的に接続している。ヒーター部７５０は、平坦部７７０の外縁における２箇所のＸ方向中央位置で、平坦部７７０に対して接続している。また、ヒーター配線部７５９ａ、５９ｂは、略矩形の第１絶縁膜メンブレン部３２において、所定の対角線上に配置される２箇所のコーナーに接続する梁部３１ｃ、３１ｂの上を通る。
【0132】
平坦部７７０は、図６に示す平坦部７０と同様に上を向く平坦面７７２を有し、平坦面７０と同様の形状および配置である。ヒーター部７５０および平坦部７７０の材質は、図５に示すヒーター部５０および平坦部７０と同様である。
【0133】
図５に示すヒーター部５０および平坦部７０に代えて、第４変形例に係るヒーター部７５０および平坦部７７０を用いるガスセンサも、ガスセンサ１０、１１０、２１０と同様の効果を奏する。
【0134】
（５．実施例および比較例）
以下、実施例及び比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
以下、実施例及び比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0135】
実施例に係る試料として、図１～図７に示す第１実施形態に係るガスセンサ１０を準備した。ガスセンサ１０に用いた主な構成の材質は以下の通りである。
基材２０：Ｓｉ
第１の絶縁膜３０：ＳｉＮ／ＳｉО2
第２の絶縁膜４０：ＳｉＮ
ヒーター部５０：Ｐｔ
ガス検出部６０：Ｐｔ
平坦部７０：Ｐｔ
基材２０：Ｓｉ
第１の絶縁膜３０：ＳｉＮ／ＳｉО2
第２の絶縁膜４０：ＳｉＮ
ヒーター部５０：Ｐｔ
ガス検出部６０：Ｐｔ
平坦部７０：Ｐｔ
【0136】
比較例に係る試料として、平坦部を有さず、ヒーター部８５０の形状のみを変更し、ガスセンサ１０と同様に作製したガスセンサを準備した。図２０は、比較例に係るガスセンサにおけるメンブレン１８およびその周縁部分における第１の絶縁膜３０と、ヒーター部８５０と、ヒーター配線部５９ａ、５９ｂと、ガス検出部６０と、検出配線部６９ａ、６９ｂとを表示した部分図である。
【0137】
図２０に示すように、比較例に係るガスセンサのヒーター部８５０は、第１絶縁膜メンブレン部３２の中央領域を含む、第１絶縁膜メンブレン部３２上のほぼ全域に形成されている。図２１は、比較例に係るガスセンサにおいてキャビティ２２の上側に配置される部分を拡大した拡大断面図である。
【0138】
図２０および図２１に示すように、比較例に係るガスセンサは平坦部を有しておらず、ガス検出部６０の下にもヒーター部８５０の一部が配置されている。したがって、比較例に係るガスセンサでは、ガス検出部６０が、起伏や凹凸のある第２の絶縁膜４０の上に形成されている。したがって、比較例に係るガスセンサにおけるガス検出部６０の形状は、図２０に示す平面図の上では図５に示すガスセンサ１０と同様であるものの、下層の起伏や凹凸の影響を受けて、立体形状としては、ガスセンサ１０のガス検出部６０とは異なる起伏や傾斜を有し、形状ばらつきも大きいと考えられる。
【0139】
まず、準備した実施例および比較例に係る試料を用いて、各試料におけるメンブレン１８の中央付近の温度部分を算出した。図２２に結果を示す。比較例に係る試料では、図２２において点線で示されるように、メンブレン１８の中央で温度のピーク（最高値）が現れ、中央から離れるに従って放物線状に温度が低下する。比較例に係る試料では、温度が最も高い位置（メンブレン１８の中央）と、温度が最も低い位置（メンブレン１８の中央から７５μｍ離れた位置）とでは、約２．３度の温度差が形成された。
【0140】
これに対して、実施例に係る試料では、図２２において実線で示されるように、メンブレン１８の中央から５０μｍ程度離れた２箇所で温度のピーク（最高値）が現れ、２箇所のピークの間のメンブレン１８の中央部分では、ピークが現れる位置から緩やかに温度が低下した。実施例に係る試料では、温度が最も高い位置（メンブレン１８の中央から５０μｍ離れた位置）と、温度が最も低い位置（メンブレン１８の中央から７５μｍ離れた位置）とでは、約１．３度の温度差が形成された。
【0141】
図２２に示すように、ヒーター部５０より中心側に平坦部７０を形成した実施例に係る試料では、平坦部を形成せずヒーター部８５０をメンブレン１８の中央部にも形成した比較例に係る試料に比べて、最高温度と最低温度との差が小さくなり、メンブレン１８における温度分布が均一化されることが確認された。
【0142】
次に、準備した実施例および比較例に係る試料を用いて、ＣＯガスの検出における応答波形を取得した。図２３および図２４は、比較例および実施例に係るガスセンサで取得された応答波形（左縦軸、単位Ω、検出値を表す黒丸と、検出値の近似曲線で表される）を示すグラフである。なお、図２３および図２４において応答波形とともに示される矩形の波形は、素子に供給されるＣＯガスの濃度変化（右縦軸、ｐｐｍ）を示している。応答波形を取得では、経過時間（横軸）が６２００ｓｅｃの時点で０ｐｐｍから１００ｐｐｍにＣＯガス濃度を変化させ、経過時間（横軸）が６８００ｓｅｃの時点で１００ｐｐｍから０ｐｐｍにＣＯガス濃度を変化させた。
【0143】
図２３に示すように、比較例に係る試料では、ＣＯガスを検出した際の応答波形にオーバーシュートが見られ、また、オーバーシュートが解消するまでの経過時間も長く、６６００ｓｅｃを超える時点まで影響が残っている。また、ＣＯガスを除去した際の応答波形については、ベースラインまでの収束に時間がかかり、７２００ｓｅｃの時点でも完全に収束できていない。
【0144】
図２４に示すように、実施例に係る試料では、ＣＯガスを検出した際の応答波形にオーバーシュートが見られず、また、検出値が安定するまでの経過時間が短く、６６００ｓｅｃより前の時点までに検出値が安定している。また、ＣＯガスを除去した際の応答波形については、ベースラインまでの収束が早く、７２００ｓｅｃより前の時点でも収束できている。
【0145】
比較例に係る試料では、図２２に示すようにメンブレン１８の温度勾配が大きく中央部の温度が高すぎる状態になり易いことが、図２３に示すような応答波形のオーバーシュートを生じる一因であると考えられる。また、比較例に係る試料では、ガス検出部が起伏や傾斜を有し形状が均一でないことが、応答波形におけるベースラインまでの収束が遅れる一因であると考えられる。
【0146】
実施例に係る試料では、図２２に示すようにメンブレン１８の温度分布が均一であることにより、応答波形のオーバーシュートを防止できたと考えられる。また、実施例に係る試料では、ガス検出部６０が平坦部７０の上に形成されて形状が均一であるとともに、平坦部７０により温度分布を均一にしつつ熱伝導率が向上したために、応答波形の安定および収束までの時間が短縮されたと考えられる。
【0147】
以上、実施形態、変形例および実施例を挙げてガスセンサ１０、１１０、２１０について説明したが、本発明はこれらの実施形態等のみに限定されるものではなく、他の多くの実施形態や変形例が本発明の技術範囲に含まれることは言うまでもない。たとえば、平坦部７０、ヒーター部５０、ガス検出部６０の形状については、多角形若しくは矩形波のような直線を繋ぐ形状のみには限定されず、円、楕円若しくは円弧のような曲線を繋ぐ形状や、曲線と直線とを繋ぐ形状であってもよい。また、ガス検出部６０、２６０は、２対以上の電極６２ａ、６２ｂ、２６２ａ、２６２ｂを有していてもよい。
【符号の説明】
【0148】
１０、１１０、２１０…ガスセンサ
１８…メンブレン
１８ａ…メンブレン周縁孔
Ｒ１…中央領域
２０…基材
２２…キャビティ
２４…キャビティ周縁部
３０…第１の絶縁膜
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ…梁部
３２…第１絶縁膜メンブレン部
３２ａ…辺
３４…中心
Ａ１…基準線
３６…第１絶縁膜周縁部
４０…第２の絶縁膜
４１…第１部分
４２…第２部分
４３…第３部分
４４…第２絶縁膜メンブレン部
４６…第２絶縁膜周縁部
５０、４５０、５５０、６５０、７５０…ヒーター部
５２…屈曲部
Ｌ１…長さ
Ｌ２…振幅
６０、１６０、２６０…ガス検出部
６２ａ、６２ｂ、２６２ａ、２６２ｂ…電極
５８ａ、５８ｂ…ヒーター端子
５９ａ、５９ｂ、６５９ａ、７５９ａ…ヒーター配線部
６８ａ、６８ｂ…検出端子
６９ａ、６９ｂ…検出配線部
７０、４７０、５７０、６７０、７７０…平坦部
７２、４７２、５７２、６７２、７７２…平坦面
９２…半導体材料
１６５…Ｐｔ線
１９２…触媒材料
２９４…サーミスタ膜
１８…メンブレン
１８ａ…メンブレン周縁孔
Ｒ１…中央領域
２０…基材
２２…キャビティ
２４…キャビティ周縁部
３０…第１の絶縁膜
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ…梁部
３２…第１絶縁膜メンブレン部
３２ａ…辺
３４…中心
Ａ１…基準線
３６…第１絶縁膜周縁部
４０…第２の絶縁膜
４１…第１部分
４２…第２部分
４３…第３部分
４４…第２絶縁膜メンブレン部
４６…第２絶縁膜周縁部
５０、４５０、５５０、６５０、７５０…ヒーター部
５２…屈曲部
Ｌ１…長さ
Ｌ２…振幅
６０、１６０、２６０…ガス検出部
６２ａ、６２ｂ、２６２ａ、２６２ｂ…電極
５８ａ、５８ｂ…ヒーター端子
５９ａ、５９ｂ、６５９ａ、７５９ａ…ヒーター配線部
６８ａ、６８ｂ…検出端子
６９ａ、６９ｂ…検出配線部
７０、４７０、５７０、６７０、７７０…平坦部
７２、４７２、５７２、６７２、７７２…平坦面
９２…半導体材料
１６５…Ｐｔ線
１９２…触媒材料
２９４…サーミスタ膜
【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】