氣體檢測裝置以及氫檢測方法制造方法及圖紙

本申請提供能夠靈敏度好且穩定地檢測含氫氣體并且節電性優異的氣體檢測裝置。本申請的氣體檢測裝置具備包含氣體傳感器和測定器的測定電路以及判定電路。氣體傳感器所含的多個檢測單元各自包含第一電極、第二電極和金屬氧化物層，該第二電極具有從絕緣膜露出了的露出面，該金屬氧化物層配置在第一電極與第二電極之間。檢測單元的電阻值在含有氫原子的氣體與第二電極接觸時降低。測定器監測多個檢測單元的多個電阻值。判定電路根據多個電阻值之中的至少一個的變化來判定是否檢測出含有氫原子的氣體。

Gas detection device and hydrogen detection method

The present invention provides a gas detection device capable of detecting hydrogen gas with good sensitivity and stability and excellent power saving performance. The gas detection device has a measuring circuit including a gas sensor and a detector, and a judging circuit. A gas sensor detection unit with each comprising a first electrode and a second electrode and a metal oxide layer and the second electrode is from the insulating film exposed the exposed surface, the metal oxide layer is disposed between the first electrode and the second electrode. Resistance detection unit decrease in contact with the gas containing hydrogen atoms with second electrodes. Determination of multiple resistance for monitoring multiple detection unit value. The judging circuit determines whether the gas containing hydrogen atom is detected according to the variation of at least one of the plurality of resistance values.

【技術實現步驟摘要】
氣體檢測裝置以及氫檢測方法
本申請涉及具備氣體傳感器的氣體檢測裝置。
技術介紹
專利文獻1公開了一種氣體傳感器，其將氫氣的存在作為電阻值的變化來進行探測。該氣體傳感器具備向五氧化鉭(Ta2O5)添加鈀(Pd)和玻璃而成的材料以及夾著該材料的鉑(Pt)電極。非專利文獻1公開了一種用于感應氫的Pt/Ta2O5肖特基二極管。就該肖特基二極管來說，氫分子在催化劑Pt的表面離解為氫原子。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：日本特開昭59-58348號公報非專利文獻非專利文獻1：SensorsandActuatorsA172(2011)9-14
技術實現思路
專利技術所要解決的問題本申請提供能夠高靈敏度且穩定地檢測含氫氣體并且節電性優異的氣體檢測裝置。用于解決問題的手段本申請的一個方案的氣體檢測裝置具備：測定電路，該測定電路具備包含被絕緣膜覆蓋的多個檢測單元的氣體傳感器和對上述多個檢測單元的多個電阻值進行監測的至少一個測定器；以及判定電路，該判定電路根據上述多個電阻值之中的至少一個的變化來判定是否檢測到了含有氫原子的氣體。上述多個檢測單元各自具備第一電極、第二電極和金屬氧化物層，上述第二電極具有從上述絕緣膜露出了的露出面，上述金屬氧化物層配置在上述第一電極與上述第二電極之間，并且包含主體區域(bulkregion)和被上述主體區域包圍且具有比上述主體區域大的氧不足度的局部區域。上述檢測單元的電阻值在上述氣體與上述第二電極接觸時降低。專利技術效果本申請的一個方案的氣體檢測裝置的節電性優異，并且能夠高靈敏度且穩定地檢測含氫氣體。附圖說明圖1A是表示第一實施方式的氣體檢測器件的一個例子的剖視圖。圖1B是表示第一實施方式的氣體檢測器件的一個例子的俯視圖。圖2A是表示第一實施方式的氣體檢測器件的制造方法的一個例子的剖視圖。圖2B是表示第一實施方式的氣體檢測器件的制造方法的一個例子的剖視圖。圖2C是表示第一實施方式的氣體檢測器件的制造方法的一個例子的剖視圖。圖2D是表示第一實施方式的氣體檢測器件的制造方法的一個例子的剖視圖。圖2E是表示第一實施方式的氣體檢測器件的制造方法的一個例子的剖視圖。圖2F是表示第一實施方式的氣體檢測器件的制造方法的一個例子的剖視圖。圖2G是表示第一實施方式的氣體檢測器件的制造方法的一個例子的剖視圖。圖3是表示第一實施方式的氣體檢測器件的狀態轉換的一個例子的圖。圖4是表示第一實施方式的變形例的氣體檢測器件的剖視圖。圖5是表示第一實施方式的變形例的氣體檢測器件的評價系統的圖。圖6是表示基本構成的變形例的氣體檢測器件的評價結果的圖。圖7是表示基本構成的變形例的氣體檢測器件的多次評價結果之中氫檢測時間的分布的圖。圖8是表示第一實施方式的氣體傳感器的一個例子的剖視圖。圖9是表示第一實施方式的氣體檢測電路的一個例子的電路圖。圖10A是表示第一實施方式的氣體檢測器件的每個測試氫檢測時間的偏差的圖。圖10B是表示第一實施方式的氣體傳感器的每個測試氫檢測時間的偏差的圖。圖11是表示第二實施方式的氣體檢測電路的一個例子的電路圖。圖12是表示第三實施方式的氣體檢測電路的一個例子的電路圖。圖13是表示第三實施方式的氣體檢測電路的一個例子的電路圖。圖14是表示第一、第二和第三實施方式的氣體檢測電路的一個例子的示意圖。符號說明100、200氣體檢測器件101基板102絕緣膜103第一電極104、204電阻膜105局部區域106第二電極107絕緣膜107a開口107b通孔108導通孔108’導體膜109配線204a第一金屬氧化物層204b第二金屬氧化物層300掩模900評價系統910密閉容器911氫氣瓶912氮氣瓶913、914導入閥915排氣閥920探測電源930電流測定器940復位電源950開關1000氣體傳感器1010、1020、1030、1040氣體檢測電路1011、1021測定電路1012、1022電源電路1013串聯電路1014、1024判定電路具體實施方式(作為本申請的基礎的見解)本申請的專利技術者們進行了深入研究，結果發現對于現有的氣體傳感器來說存在如下的問題。為了提高探測含氫氣體的靈敏度，現有的氣體傳感器將檢測氣體的器件加熱到100℃以上。由此，現有的氣體傳感器的消耗功率最小也在100mW左右。因此，在以常開狀態使用氣體傳感器的情況下，存在消耗功率變大這樣的問題。本申請的一個方案的氣體檢測裝置能夠高靈敏度且穩定地檢測含氫氣體，并且節電性優異。以下，參照附圖對本申請的實施方式進行說明。此外，附圖對于實質上表示相同構成、工作和效果的要素標注相同符號，省略說明。另外，以下所述的數值、材料、組成、形狀、成膜方法、構成要素之間的連接關系等全部僅僅是用于對本申請的實施方式進行具體說明的例示，本申請并不限于此。此外，對于以下實施方式中的構成要素之中未記載于表示最上位概念的獨立權利要求的構成要素，說明是任意的構成要素。(第一實施方式)第一實施方式的氣體傳感器具備多個氣體檢測器件。多個氣體檢測器件以大致相同結構具有大致相同尺寸。多個氣體檢測器件各自具有電阻膜(金屬氧化物層)與金屬膜層疊而成的金屬-絕緣膜-金屬(MIM)結構。對于各個氣體檢測器件來說，通過利用形成在電阻膜內的局部區域中的自發熱和氣體感應性，能夠在不以加熱器進行加熱的情況下檢測含氫氣體。這里，含氫氣體是指由具有氫原子的分子形成的氣體的總稱，作為一個例子可以包含氫、甲烷、醇等。以下，首先對于一個氣體檢測器件的結構、制法和特征進行說明，之后對于使用多個氣體檢測器件來構成的氣體傳感器進行說明。[氣體檢測器件的構成]圖1A是表示第一實施方式的氣體檢測器件100的一個構成例子的剖視圖。圖1B是表示第一實施方式的氣體檢測器件100的一個構成例子的俯視圖。圖1A的截面與沿圖1B的1A-1A的剖切線向箭頭方向觀察到的截面相對應。氣體檢測器件100具備基板101、形成在基板101上的絕緣膜102、形成在絕緣膜102的上方的第一電極103、第二電極106、被第一電極103和第二電極106夾著的電阻膜104、絕緣膜107、導通孔108以及配線109。第一電極103的主面與第二電極106的主面以相對的方式配置，以與第一電極103的主面和第二電極106的主面接觸的方式配置有電阻膜104。絕緣膜107中設置有用于使第二電極106與作為檢查對象的氣體接觸的開口107a。換言之，絕緣膜107覆蓋第一電極103、第二電極106和電阻膜104，但第二電極106的上表面(與上述主面相對的其他面)的至少一部分不被絕緣膜107覆蓋而露出。電阻膜104介于第一電極103與第二電極106之間。電阻膜104的電阻值根據被施加到第一電極103與第二電極106之間的電信號而可逆地變化。例如，電阻膜104的電阻狀態根據被施加到第一電極103與第二電極106之間的電壓(電位差)而可逆地轉換高電阻狀態和低電阻狀態。另外，電阻膜104的電阻狀態根據與第二電極106接觸的含氫氣體而例如從高電阻狀態轉換到低電阻狀態。在電阻膜104的內部具備以與第二電極106接觸的方式配置、不與第一電極103接觸的局部區域105。局部區域105的氧不足度比其周圍(即電阻膜104的主體區域)的氧不足度大。局部區域105的氧不足度根據向第一電極103與第二本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氣體檢測裝置，其具備：測定電路，該測定電路具備包含被絕緣膜覆蓋的多個檢測單元的氣體傳感器和對所述多個檢測單元的多個電阻值進行監測的至少一個測定器；以及判定電路，該判定電路根據所述多個電阻值之中的至少一個的變化來判定是否檢測到了含有氫原子的氣體，其中，所述多個檢測單元各自具備第一電極、第二電極和金屬氧化物層，所述第二電極具有從所述絕緣膜露出了的露出面，所述金屬氧化物層配置在所述第一電極與所述第二電極之間，并且包含主體區域和被所述主體區域包圍且具有比所述主體區域大的氧不足度的局部區域，所述檢測單元的電阻值在所述氣體與所述第二電極接觸時降低。

【技術特征摘要】
2016.04.26 JP 2016-0881691.一種氣體檢測裝置，其具備：測定電路，該測定電路具備包含被絕緣膜覆蓋的多個檢測單元的氣體傳感器和對所述多個檢測單元的多個電阻值進行監測的至少一個測定器；以及判定電路，該判定電路根據所述多個電阻值之中的至少一個的變化來判定是否檢測到了含有氫原子的氣體，其中，所述多個檢測單元各自具備第一電極、第二電極和金屬氧化物層，所述第二電極具有從所述絕緣膜露出了的露出面，所述金屬氧化物層配置在所述第一電極與所述第二電極之間，并且包含主體區域和被所述主體區域包圍且具有比所述主體區域大的氧不足度的局部區域，所述檢測單元的電阻值在所述氣體與所述第二電極接觸時降低。2.根據權利要求1所述的氣體檢測裝置，其中，所述多個檢測單元以大致相同尺寸具有大致相同結構。3.根據權利要求1所述的氣體檢測裝置，其中，所述多個檢測單元為N個檢測單元，N為2以上的整數，所述判定電路在所述N個檢測單元之中M個的所述電阻值降低了時判定為檢測到所述氣體，M為1以上且低于N的整數。4.根據權利要求3所述的氣體檢測裝置，其中，所述M為2以上的整數。5.根據權利要求1～4中任一項所述的氣體檢測裝置，其中，所述至少一個測定器為多個測定器，所述多個測定器同時監測所述多個檢測單元的各電阻值。6.根據權利要求5所述的氣體檢測裝置，其中，所述多個測定器為多個電流測定器，所述多個電流測定器各自與所述多個檢測單元之中對應的一個檢測單元串聯，并且監測在所述對應的一個檢測單元中流通的電流值。7.根據權利要求6所述的氣體檢測裝置，其還具備電源電路，該電源電路向所述測定電路施加電壓，由此在所述多個檢測單元各自中流通電流。8.根據權利要求1～4中任一項所述的氣體檢測裝置，其中，所述至少一個測定器為一個測定器，所述一個測定器監測所述多個檢測單元的合成電阻值。9.根據權利要求8所述的氣體檢測裝置，其中，所述多個檢測單元并聯。10.根據權利要求8所述的氣體檢測裝置，其中，所述一個測定器為一個電流測定器，所述一個電流測定器監測在所述多個檢測單元中流通的電流的合成電流值。11.根據權利要求10所述的氣體檢測裝置，其還具備電源電路，該電源電路向所述測定電路施加電壓，由此在所述多個檢測單元各自中流通電流。12.根據權利要求1～4中任一項所述的氣體檢測裝置，其中，所述露出面以所述氣體能夠接觸的方式來構成。13.根據權利要求1～4中任一項所述的氣體檢測裝置，其中，所述多個檢測單元各自是所述金屬氧化物層具備：第一金屬氧化物層，該第一金屬氧化物層與第一電極接觸，并且具有比所述主體區域大的氧不足度；以及第二金屬氧化物層，該第二金屬氧化物層與第二電極接觸，并且包含所述主體區域，所述多個檢測單元各自是所述局部區域與所述第二電極接觸并且貫通所述第二金屬氧化物層。14.根據權利要求1～4中任一項所述的氣體檢測裝置，其中，所述多個檢測單元各自是所述第二電極使所述氫原子從所述氣體所含的分子離解。15....

【專利技術屬性】
技術研發人員：村岡俊作，藤井覺，本間運也，魏志強，
申請(專利權)人：松下知識產權經營株式會社，
類型：發明
國別省市：日本,JP