2016 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement in the sensitiity of semiconductor CO2 sensors and their integration based on MEMS technology
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15K18049
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
岩田 達哉 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80735639)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 半導体CO2センサ / MEMS / マイクロホットプレート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はマルチモーダルガスセンサに向け、MEMS技術を用いた微小加熱機構であるマイクロホットプレート（MHP)上へ集積化した、小型低消費電力なCO2センサの実現を目的とする。本年度は(1)低消費電力のためのMHPの作製とその評価、(2)センサ構造改良によるCO2感度向上の検討を行い、最終的に集積化CO2センサを作製しその評価を行った。
(1)については、H27年度に提案した、ブリッジ支持部に厚さ33μmなるSU-8補強層を有するMHPの作製に成功した。そして、加熱領域面積が140μm×140μmなる素子において、典型的なセンサ駆動温度である300℃へ加熱時の消費電力が約14mWと、33μmなる厚さのSU-8層を形成しても他のMHPと同等の低消費電力動作が可能であることを実証した。また、少なくとも550℃までの加熱が可能であることも示した。
(2)については、La2O3/SnO2を用いたセンサ素子について、センサ電極間隔およびSnO2の膜厚を変化させた時のCO2感度を評価した。その結果、膜厚を小さくするほど、また電極間隔を小さくするほど感度が向上することが分かった。特に電極間隔を500μmから20μmへ減少させることで、1000 ppm CO2に対する感度を1.2から1.8へと向上できた。さらに感度のCO2濃度依存性などから、本デバイスにおけるCO2センシングには電極界面近傍の抵抗成分の寄与が大きいことが示唆された。
そして、MHP上へ集積化したCO2センサを作製し、その特性を評価した。駆動温度最適化の結果、1000 ppm CO2に対し2.9と、従来の半導体CO2センサと比べても比較的高い感度を得た。また、200 ppmから4000 ppmの範囲でCO2検出が可能であり、少なくとも200 ppmの分別が可能であることを示した。
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