气体传感器制造技术

本发明专利技术提供具有充分的性能的气体传感器。实施方式涉及的气体传感器具有：固定电极32；和膜结构，其为覆盖固定电极、在其内侧形成空腔40的膜结构20，包含用含有金属元素的无定形材料形成的感应层23和在感应层上设置的覆盖层24，可通过感应层吸收规定的气体而变形。

Gas Sensor

The present invention provides gas sensors with sufficient performance. The gas sensor according to the embodiment has a fixed electrode 32 and a membrane structure, which is a membrane structure 20 covering the fixed electrode and forming a cavity 40 inside it. The gas sensor comprises an induction layer 23 formed by amorphous material containing metallic elements and an overlay 24 arranged on the induction layer, and can be deformed by absorbing the specified gas by the induction layer.

【技术实现步骤摘要】
气体传感器相关申请的交叉引用本申请基于并且要求于2017年11月28日提交的在先日本专利申请No.2017-227935的优先权；通过引用将其全部内容并入本文。
本专利技术的实施方式涉及气体传感器。
技术介绍
有人提出了使用了MEMS(微机电系统，microelectro-mechanicalsystems)技术的气体传感器(氢气传感器等)。但是，目前为止未必能说已提出了具有充分的性能的气体传感器。
技术实现思路
专利技术要解决的课题提供具有充分的性能的气体传感器。用于解决课题的手段实施方式涉及的气体传感器具有：固定电极；和膜结构，其为覆盖上述固定电极、在其内侧形成空腔的膜结构，该膜结构包含用含有金属元素的无定形材料形成的感应层和在上述感应层上设置的覆盖层，并可通过上述感应层吸收规定的气体而变形。附图说明图1为示意地表示实施方式涉及的气体传感器的构成的截面图。图2为示意地表示实施方式涉及的气体传感器的构成的平面图。图3为表示使用了实施方式涉及的气体传感器的气体检测系统的基本的构成的方块图。图4为表示没有设置覆盖层时的、膜结构中含有的元素的浓度分布的分析结果的图。图5为表示没有设置覆盖层时的、膜结构的内部和表面的分析结果的图。图6为表示实施方式涉及的、在感应层上设置了覆盖层时的效果的图。图7为表示实施方式涉及的、在感应层上设置了覆盖层时的效果的图。图8为示意地表示实施方式涉及的气体传感器的第1变形例的构成的截面图。图9为示意地表示实施方式涉及的气体传感器的第2变形例的构成的截面图。图10为示意地表示实施方式涉及的气体传感器的第3变形例的构成的截面图。图11为示意地表示实施方式涉及的气体传感器的第4变形例的构成的截面图。附图标记的说明10…下部结构20…膜结构21…基层22…中间层23…感应层24…覆盖层31…可动电极32…固定电极40…空腔100…可变电容器200…检测部210…电容检测部220…气体浓度算出部具体实施方式以下参照附图对实施方式进行说明。本实施方式涉及的气体传感器使用MEMS(microelectro-mechanicalsystems)技术制造。另外，本实施方式涉及的气体传感器主要用作氢气传感器。图1为示意地表示本实施方式涉及的气体传感器的构成的截面图。图2为示意地表示本实施方式涉及的气体传感器的构成的平面图。沿着图2的A－A线的截面大致与图1对应。图1和图2中所示的气体传感器具有：下部结构10、设置于下部结构10上的膜结构20、可动电极31和固定电极32。在膜结构20的内侧形成了空腔40。即，在下部结构10与膜结构20之间形成了空腔40，固定电极32被膜结构20覆盖。可动电极31与固定电极32彼此相对，利用可动电极31和固定电极32形成了可变电容器。在下部结构10中设置有半导体基板(未图示)、晶体管(未图示)、配线(未图示)和层间绝缘膜(未图示)等。膜结构20具有：基层21、在基层21上设置的中间层(密合层)22、在中间层22上设置的感应层23和在感应层23上设置的覆盖层24。再有，图2中，示出了基层21的外缘21a、中间层22的外缘22a和内缘22b、感应层23的外缘23a和内缘23b、覆盖层24的外缘24a和内缘24b、可动电极31的外缘31a以及固定电极32的外缘32a的位置关系。基层21由硅氮化物(SiN)或硅氧化物(SiO)形成，基层21的周缘部固定于下部结构10。另外，在基层21的内侧形成了空腔40。为了使膜结构20的内侧与外侧的压力相等，在基层21中可设置贯通孔。为了提高基层21与感应层23的密合性而设置了中间层(密合层)22，含有钛(Ti)和钽(Ta)中的至少一者。在中间层22中可进一步含有氮(N)。具体地，中间层22由钛(Ti)层、氮化钛(TiN)层、钽(Ta)层或氮化钽(TaN)层形成。中间层22可由这些层的任意的组合构成的层叠膜形成。为了感测规定的气体而设置感应层23，其由含有金属元素的无定形材料形成。上述无定形材料优选为无定形合金材料。上述无定形合金材料优选为金属玻璃材料。再有，所谓金属玻璃材料，是指具有玻璃化转变温度的无定形合金材料。本实施方式中，上述无定形材料为氢吸储材料，含有具有用于使氢分子解离为氢原子的催化作用的元素。具体地，上述无定形材料含有选自钯(Pd)、铂(Pt)和金(Au)中的至少1种元素作为具有催化作用的元素。为了提高所期望的气体吸储功能，上述无定形材料还含有选自硅(Si)、磷(P)和硼(B)中的至少1种元素。另外，上述无定形材料可还含有选自铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)、金(Au)、铁(Fe)和铬(Cr)中的至少1种元素。本实施方式中，使用PdCuSi金属玻璃作为上述无定形材料。即，感应层23由PdCuSi金属玻璃层形成。感应层(PdCuSi金属玻璃层)23的厚度为数百nm～数μm左右。为了防止将感应层23中所含有的元素氧化而设置了覆盖层24。覆盖层24优选含有具有使氢分子解离为氢原子的催化作用的元素(第1元素)或者与感应层23中所含有的规定元素相同的元素(第2元素)。具体地，覆盖层24含有选自钯(Pd)、铂(Pt)和金(Au)中的至少1种元素作为第1元素。或者，覆盖层24含有选自硅(Si)、磷(P)和硼(B)中的至少1种元素作为第2元素。本实施方式中，由于感应层23由PdCuSi金属玻璃层形成，因此覆盖层24由钯(Pd)层或硅(Si)层形成。覆盖层24的厚度优选比感应层23的厚度的1/10要薄。这是因为，如果覆盖层24过厚，则有可能在氢的吸储和放出特性上产生滞后。具体地，覆盖层24的厚度优选为1原子层的厚度至10nm左右的厚度的范围。再有，如图2中所示那样，上述的中间层22、感应层23和覆盖层24的图案具有环状的平面形状。另外，中间层22、感应层23和覆盖层24的图案的外缘22a、23a和24a位于基层的外缘21a的外侧。可动电极31连接至膜结构20，在基层21的下表面上设置。更具体地，可动电极31的图案的整体与基层21的下表面接触。该可动电极31作为可变电容器的上部电极发挥功能。固定电极32设置在下部结构10上，与可动电极31相对。该固定电极32作为可变电容器的下部电极发挥功能。如果感应层23吸储(吸收)规定的气体(本实施方式中为氢气)，则感应层23膨胀。其结果在感应层23中产生应变，感应层23变形。例如，感应层23的中央部向下方变形(向下方凹陷)。由于感应层23变形，因此膜结构20整体也变形。根据膜结构20的变形，可动电极31也变形，可动电极(上部电极)31与固定电极(下部电极)32的距离变化。由于可动电极31与固定电极32的距离变化，因此由可动电极31和固定电极32形成的可变电容器的电容变化。通过检测该电容的变化量，从而能够检测感应层23的氢吸储(吸收)量，能够检测感应层23的周围的氢浓度。图3为表示使用了上述的气体传感器(氢气传感器)的气体检测系统(氢气检测系统)的基本的构成的方块图。在图3中所示的气体检测系统中，由上述的可动电极(上部电极)31和固定电极(下部电极)32构成可变电容器100，检测部200连接至可变电容器100。检测部200可设置于图1的下部结构10内，也可设置于下部结构10外。检测部200包含检测可变电容器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.气体传感器，其具有：固定电极；和膜结构，其为覆盖上述固定电极、在其内侧形成空腔的膜结构，包含用含有金属元素的无定形材料形成的感应层和在上述感应层上设置的覆盖层，并能通过上述感应层吸收规定的气体而变形。

【技术特征摘要】
2017.11.28 JP 2017-2279351.气体传感器，其具有：固定电极；和膜结构，其为覆盖上述固定电极、在其内侧形成空腔的膜结构，包含用含有金属元素的无定形材料形成的感应层和在上述感应层上设置的覆盖层，并能通过上述感应层吸收规定的气体而变形。2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，上述膜结构还包含基层和在上述感应层与上述基层之间设置的中间层。3.根据权利要求1所述的气体传感器，其还具有设置于上述膜结构、与上述固定电极相对、能根据上述膜结构的变形而变形或位移的可动电极。4.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，上述感应层作为与上述固定电极相对的可动电极发挥功能。5.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，上述覆盖层含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：林裕美，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP