[發(fā)明專利]氣體傳感器以及氣體傳感系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680072136.0
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN108369200B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沖野徹;廣瀨裕;加藤剛久;沖明男
• 申請（專利權(quán)）人: 松下知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)營株式會社
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 安香子

氣體傳感器(100)，具備：單元陣列(101)，具有被設(shè)置為矩陣狀的多個單元(10)；讀出電路(102)，讀出來自多個單元(10)的信號；以及信號處理部(103)，對被讀出的所述信號進(jìn)行處理，多個單元(10)的每一個單元具有：氣體分子檢測部(101a)，在鄰接的單元(10)之間，該氣體分子檢測部(101a)電分離；以及放大器電路(101b)，與所述氣體分子檢測部(101a)電連接。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及氣體傳感器及采用了該氣體傳感器的氣體傳感系統(tǒng)。

背景技術(shù)

氣體傳感器，不僅導(dǎo)入到半導(dǎo)體工廠、化學(xué)機(jī)械設(shè)備等工業(yè)領(lǐng)域，還導(dǎo)入到家庭中，作為防止氣體事故的裝置而廣泛使用。防止氣體事故的裝置中，根據(jù)使用用途檢測的氣體的種類被限制于H₂，氟利昂，一氧化碳(CO)，一氧化氮(NO)等，進(jìn)而需要檢測的濃度的數(shù)位是ppm(parts per million：百萬分之一)～％，所以各種方式的氣體傳感器已經(jīng)商品化(例如，利用了氧化錫(SnO₂)的半導(dǎo)體式、利用了觸媒的催化燃燒式、電化學(xué)式等)。

近幾年，不僅在防止氣體事故的用途上，還在面向環(huán)境保護(hù)的環(huán)境監(jiān)測用途、以及與呼吸系統(tǒng)疾病相關(guān)的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC：Volatile Organic Compounds)的檢測的用途上，推進(jìn)了開發(fā)。在該用途中，需要檢測的氣體種類眾多，進(jìn)而需要檢測的濃度的數(shù)位是ppt(parts per trillion：一兆分之一)～ppb(parts per billion：十億分之一)等很小，所以需要高靈敏度的檢測。

在專利文獻(xiàn)1公開了傳感器元件，通過算出金屬氧化物的電阻值的變動，來檢測目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的有無以及含有量。

此外，在專利文獻(xiàn)2公開了離子傳感器，在絕緣膜柵極場效應(yīng)晶體管的柵極絕緣膜上設(shè)置金屬柵極，在其延長線上形成離子傳感膜。

此外，在專利文獻(xiàn)3公開了利用場效應(yīng)晶體管的化學(xué)傳感器，在該場效應(yīng)晶體管中，在柵極電極上構(gòu)成了碳元素線狀構(gòu)造體。

(現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn))

(專利文獻(xiàn))

專利文獻(xiàn)1：日本特開2012-112651號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開昭59-142452號公報

專利文獻(xiàn)3：日本特開2004-085392號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的問題

在專利文獻(xiàn)1公開的傳感器元件中，為了充分獲得針對目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的檢測靈敏度，所以設(shè)置了溫度控制單元。這是為了制作電阻值變化大的環(huán)境即反應(yīng)多的環(huán)境，需要控制傳感器元件使溫度適合目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)。此外，在專利文獻(xiàn)1的傳感器元件中，為了進(jìn)行復(fù)位動作，需要保持可逆反應(yīng)的平衡狀態(tài)，所以復(fù)位動作也由溫度控制單元來進(jìn)行。

從而，需要溫度控制單元的專利文獻(xiàn)1的氣體傳感器，尺寸變大，制作能夠搬運的小型產(chǎn)品存在困難。進(jìn)而因為進(jìn)行溫度控制，所以花費電力成本。

此外，在專利文獻(xiàn)2公開的傳感器元件中，在離子傳感膜的表面，形成與離子濃度相稱的電雙層(電位差)，讀取與該電位差的變化對應(yīng)的源極漏極間的電流變化。為了針對電流的熱噪聲成分，提高信號成分，需要使電位差變大，需要使離子傳感膜，即傳感器的面積變大。從而，即使在利用專利文獻(xiàn)2的傳感器的構(gòu)造的情況下，也與專利文獻(xiàn)1的傳感器的構(gòu)造一樣，尺寸變大，制作能夠搬運的小型產(chǎn)品存在困難。

此外，在專利文獻(xiàn)3公開的傳感器元件，不需要增大柵極電極的平面的表面積，就能夠高效地提高檢測靈敏度，將長寬比非常大的納米材料即碳納米管(Carbon nanotube)為代表的碳元素線狀構(gòu)造體，用于柵極電極上。采用了專利文獻(xiàn)3的傳感器的構(gòu)造的情況下，柵極電極的平面的表面積不會變大，但是為了獲得充分的靈敏度，需要一定的面積，所以小型化存在困難。