[0078]图6表不作为本发明的氢气传感器的特征的带有细管160的氢气传感器探头600部的另一实施例的剖面示意图。本实施例中，在将上述的实施例2中的氢气传感器元件500设为FET型氢气传感器的情况下，在外罩2中与实施例2的情况同样地使用SOI基板，利用其SOI层12形成MOSFET而制成氢气检测部510。作为氢感应层6，使用了在吸收了氢气时其功函数(WF)发生变化的铂(Pt)膜，其它的结构完全与实施例2同样。FET型氢气传感器的动作原理在于，事先将在MOSFET的栅极氧化膜上吸收了氢气时主要是其功函数(WF)等价性地发生变化的铂(Pt)膜形成为氢感应层6，根据因氢气的表面吸附而使得功函数(WF)发生变化这一情况，恰好等价于MOSFET的栅极电压发生了变化，MOSFET的沟道的电阻发生变化，作为其结果，作为源极S-漏极D间电流的漏极电流Id发生变化，将该Id的变化换算为氢浓度。但是，为了将吸附于或者吸收于氢感应层6的氢在室温下释出需要花费时间，因而通过加热器进行加热而逐出的方式较好。由此，在悬浮在空中的小型的薄膜11上形成了MOSFET是良好的，加热器26是为了将氢逐出而设置的。氢气传感器元件500的动作可在室温下进行。关于将被检测气体导入于微腔室100内的做法、测定方法，除了氢气传感器元件500的动作以外，与实施例2同样，因而省略详细的说明。在图8中，与前述同样，示出了本发明的氢气传感器的构成的一个实施例的方框图。
[0079]实施例4
[0080]图1表不作为本发明的氢气传感器的特征的带有细管160的氢气传感器探头600部的另一实施例的剖面示意图。本实施例中，为将上述的实施例2中的氢气传感器元件500设为半导体式氢气传感器的情况，在外罩2方面与实施例2、实施例3的情况同样地使用SOI基板，利用其SOI层12而形成氧化锡等氢感应层6，从而制成氢气检测部510。与以往的半导体式氢气传感器同样，事先利用加热器26将氧化锡等氢感应层6进行加热器加热至300°C左右，测量出由此时的氢气吸附或者那里的还原反应导致的氢感应层6的电阻或者那里流动的电流的变化。另外，与前述的实施例1至实施例3的较大的差异在于连通孔200的位置与气流限制部250的结构。在本实施例中示出了如下的情况:将连通孔200设置于外罩2与外罩3，为了一边保持基板I与外罩2的间隔一边形成接近密闭的微腔室100，因而将没有连通孔200等孔的间隔物260插入于它们之间。另外，此处，在外罩2以及外罩3之间设置有连通孔200，在外罩3中，介由保持构件170将细管160安装于连通孔200的部位。作为气流限制部250的结构，在连通孔200的出入口分别设置阀，从而将其制成气流限制部250。当然，如实施例1、实施例2那样，例如也可在基板I形成沟槽42而设为气流限制部250，也可在间隔物260形成连通孔200的气流限制部250。将气流限制部250制成为阀的情况下具有如下优点:通过增大连通孔200的内径，可使得气流的出入变得顺利，因而可高速地实现被检测气体的导入。
[0081]关于连通孔200的出入口的阀，也可安装塑料薄膜的单侧支承的阀，使用了由化学气相沉积法(CVD)等形成的薄膜、SOI层等，也可由MEMS技术形成。本实施例中也是，在本发明的氢气传感器的动作的循环方面，除了各自的特征所特有的氢气传感器元件500的动作以外，与上述的实施例2和实施例3完全相同，因而省略其详细的说明。在图8中，与前述同样，不出了本发明的氢气传感器的构成的一个实施例的方框图。
[0082]本发明的氢气传感器不限定于本实施例，只要是本发明的主旨、作用以及效果是相同的，当然可以有各种变形。
[0083]产业上的可利用性
[0084]在本发明的氢气传感器中，预先使得作为气氛气体的被检测气体中的极其微小的氢气吸收于作为浓缩部300而形成在悬浮于空中的薄膜10的氢吸收材料5中，通过加热器加热而释出到极其小型的腔室100(微腔室)内，从而将微腔室100内的氢气浓度进行浓缩，从而即使是微腔室100内所具备的通常的小尺寸的氢气传感器元件500，也可高灵敏度地检测或者测量氢气。而且亦具有如下的优点:即使氢气传感器元件500未必有氢气选择性，也通过使氢吸收材料5使用仅吸收氢的物质，例如钯(Pd)，从而可提供氢选择性极其高的氢气传感器。而且，由于可通过使用成熟的MEMS技术，实现超小型且量产化，因而制成廉价的手持式的氢气传感器，最适于作为氢泄漏检测器等。如果可利用微腔室100进行10倍左右的浓缩，那么在0.1ppm的氢气的情况下也可等价于测量Ippm的氢浓度，因而即使是极限为Ippm的氢气传感器元件，也可测量0.1ppm的氢气浓度，成为高灵敏度氢气传感器，其在产业中的应用是宽广的。
[0085]附图标记说明
[0086]I基板
[0087]2、3外罩
[0088]5氢吸收材料
[0089]6氢感应层
[0090]10、11薄膜
[0091]12SOI 层
[0092]13BOX 层
[0093]20、21温度传感器
[0094]23绝对温度传感器
[0095]25、26加热器
[0096]40空洞
[0097]41狭缝
[0098]42沟槽
[0099]51电绝缘膜
[0100]60欧姆电极
[0101]70、70，、71、71，电极焊盘
[0102]75共通电极焊盘
[0103]100腔室
[0104]110配线
[0105]120a、120b热电偶导体
[0106]150导入机构
[0107]160细管
[0108]170保持构件
[0109]200连通孔
[0110]250气流限制部
[0111]260间隔物
[0112]300浓缩部
[0113]500氢气传感器元件
[0114]510氢气检测部
[0115]600氢气传感器探头
[0116]700电缆。
【主权项】
1.一种氢气传感器，其特征在于， 在将包含被检测氢气的外部气体(被检测气体)与腔室(100)连结的连通孔(200)中具有气流限制部(250)，在所述腔室(100)内具有氢气的浓缩部(300)与氢气传感器元件(500)，在该浓缩部(300)中具有氢吸收材料(5)和加热器(25)以及温度传感器(20)，该氢气传感器具有用于将被检测气体导入至所述腔室(100)内的导入机构(150)，利用该导入机构(150)将被检测气体导入至所述腔室(100)内，使氢吸收于所述浓缩部(300)，其后，利用所述加热器(25)将吸收于所述浓缩部(300)的氢气加热而释出于所述腔室(100)内，能利用所述气流限制部(250)将该腔室(100)内的氢气浓度进行浓缩，利用所述氢气传感器元件(500)来输出与腔室(100)内的浓缩了的氢气浓度相关的信息，基于预先准备的校正数据，来求出被检测气体中的氢气浓度。2.根据权利要求1所述的氢气传感器，其中，以规定的循环进行如下的操作: 利用所述导入机构(150)将被检测气体导入到所述腔室(100)内，使被检测气体中的氢气吸收于所述浓缩部(300)，利用所述加热器(25)使得来自所述浓缩部(300)的吸收氢气释出到所述腔室(100)内，伴随着该释出，利用所述气流限制部(250)将该腔室(100)的氢气进行浓缩，由所述氢气传感器元件(500)将与浓缩了的氢气浓度相关的信息进行输出。3.根据权利要求1至2中任意一项所述的氢气传感器，其中，将钯(Pd)设为氢吸收材料(5)。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的氢气传感器，其中，在从基板(I)上热分离了的薄膜(10)上形成所述浓缩部(300)。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的氢气传感器，其中，将温度差传感器设为温度传感器(20)。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的氢气传感器，其中，作为氢气传感器元件(500)，设定为接触燃烧型氢气传感器、利用氢吸收(也包括吸附)放热作用的氢气传感器、半导体式氢气传感器、FET型氢气传感器中的任意一种。7.根据权利要求6所述的氢气传感器，其中，在半导体的基板上形成氢气传感器元件(500)ο8.一种氢气传感器探头，其为在权利要求1至7中任意一项所述的氢气传感器中所使用的氢气传感器探头￠00)，其特征在于按照下述方式构成:在腔室(100)的内部至少具备浓缩部(300)与氢气传感器元件(500)的氢气检测部(510)，在该腔室(100)内也具备具有气流限制部(250)的所述连通孔(200)。
【专利摘要】本发明提供一种小型、具有量产性、廉价、对氢气的选择性高、并且是高灵敏度、高精度的氢气传感器。在从基板(1)上热分离的薄膜(10)上具有加热器(25)和温度传感器(20)以及氢吸收材料(5)的氢气的浓缩部(300)与氢气传感器元件(500)设置在相同的微腔室(100)内。通过氢气传感器元件(500)，对经过加热器加热而从浓缩部(300)释出并成为高浓度化的氢气进行测量。通过使氢吸收材料(5)具有氢气的选择性，从而氢气传感器元件(500)不需要具有氢气选择性。通过在微腔室(100)的出入口设置气流限制部(250)，从而防止因外部气体的流入而引起的氢气的稀薄化。可以使用泵等导入机构(150)，以规定的周期进行被检测气体向微腔室(100)的导入。
【IPC分类】G01N27/12, G01N25/48, G01N25/20
【公开号】CN105229451
【申请号】CN201480029219
【发明人】木村光照
【申请人】木村光照
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年5月22日
【公告号】US20160103082, WO2014189119A1