本發(fā)明涉及一種氣體傳感器。

背景技術(shù)：

在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種將氫氣的存在作為電阻值的變化來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的氣體傳感器。該氣體傳感器具有在五氧化鉭(ta2o5)中添加有鈀(pd)和玻璃的材料、以及夾著該材料的鉑(pt)電極。

在非專利文獻(xiàn)1中，公開了一種用于氫傳感的pt/ta2o5肖特基二極管。在該肖特基二極管中，氫分子在催化劑pt的表面離解成氫原子。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開昭59-58348號(hào)公報(bào)

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：sensorsandactuatorsa172(2011)9-14

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

本發(fā)明提供一種節(jié)能性優(yōu)良的氣體傳感器。

用于解決課題的手段

本發(fā)明的一方式涉及一種氣體傳感器，其具有：第1導(dǎo)電層；第2導(dǎo)電層，其包括具有第1厚度的第1區(qū)域、和具有比所述第1厚度大的第2厚度的第2區(qū)域；金屬氧化物層，其配置于所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間，且包括塊狀(bulk)區(qū)域、和被所述塊狀區(qū)域包圍并具有比所述塊狀區(qū)域大的氧缺位度的局部區(qū)域；以及絕緣膜，其覆蓋所述第1導(dǎo)電層、所述第2導(dǎo)電層的所述第2區(qū)域以及所述金屬氧化物層，而且不覆蓋所述第2導(dǎo)電層的所述第1區(qū)域。

發(fā)明的效果

本發(fā)明的一方式的氣體傳感器具有優(yōu)良的節(jié)能性。

附圖說(shuō)明

圖1a是表示第1實(shí)施方式的氣體傳感器的構(gòu)成例的剖視圖。

圖1b是表示第1實(shí)施方式的氣體傳感器的構(gòu)成例的俯視圖。

圖2是表示第1實(shí)施方式的變形例1的氣體傳感器的構(gòu)成的剖視圖。

圖3是表示第1實(shí)施方式的變形例2的氣體傳感器的構(gòu)成的剖視圖。

圖4a是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的構(gòu)成的剖視圖。

圖4b是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的構(gòu)成的俯視圖。

圖5a是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的制造方法的剖視圖。

圖5b是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的制造方法的剖視圖。

圖5c是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的制造方法的剖視圖。

圖5d是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的制造方法的剖視圖。

圖5e是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的制造方法的剖視圖。

圖5f是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的制造方法的剖視圖。

圖5g是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的制造方法的剖視圖。

圖5h是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的制造方法的剖視圖。

圖5i是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的制造方法的剖視圖。

圖6是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器的狀態(tài)的圖。

圖7是第1實(shí)施方式的變形例4的氣體傳感器的剖視圖。

圖8a是第1實(shí)施方式的變形例5的氣體傳感器的剖視圖。

圖8b是第1實(shí)施方式的變形例5的氣體傳感器的俯視圖。

圖9a是表示第1實(shí)施方式的變形例5的氣體傳感器的評(píng)價(jià)系統(tǒng)的圖。

圖9b是表示第1實(shí)施方式的變形例5的氣體傳感器的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。

圖10a是表示氣體傳感器的電阻狀態(tài)和氧缺陷的狀態(tài)的示意圖。

圖10b是表示氣體傳感器的電阻值和氧缺陷數(shù)之間的關(guān)系的圖。

圖11是表示氣體傳感器在含氫氣體中的曝露時(shí)間和到達(dá)局部區(qū)域的氫分子數(shù)之間的關(guān)系的圖。

圖12是表示氫氣濃度、和第2導(dǎo)電層從氣體導(dǎo)入開始用1秒鐘使氣體傳感器產(chǎn)生電阻變化的膜厚之間的關(guān)系的圖。

圖13是表示第2實(shí)施方式的燃料電池汽車的構(gòu)成例的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

(成為本發(fā)明基礎(chǔ)的見(jiàn)解)

本發(fā)明人進(jìn)行了潛心的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下的課題。以前的氣體傳感器為了提高對(duì)具有氫原子的氣體進(jìn)行檢測(cè)的靈敏度，將氣體檢測(cè)元件加熱至100℃以上。因此，以前的氣體傳感器的電功耗即使最小也在100mw左右。因此，當(dāng)在常時(shí)on狀態(tài)下使用氣體傳感器時(shí)，存在電功耗非常大的課題。

本發(fā)明的一方式的氣體傳感器可以高速檢測(cè)含氫氣體，而且節(jié)能性優(yōu)良。

以下參照附圖，就本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

此外，在附圖中，對(duì)于表示實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)成、動(dòng)作以及效果的要素，標(biāo)注相同的符號(hào)并省略說(shuō)明。另外，以下記述的數(shù)值、材料、組成、形狀、成膜方法等都是為了具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式而例示出來(lái)的，本發(fā)明并不局限于此。另外，以下記述的構(gòu)成要素間的連接關(guān)系是用于具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的單純的例示，本發(fā)明并不局限于此。另外，在以下的實(shí)施方式的構(gòu)成要素中，對(duì)于在表示最上位概念的獨(dú)立權(quán)利要求中沒(méi)有記載的構(gòu)成要素，作為任意的構(gòu)成要素進(jìn)行說(shuō)明。

(第1實(shí)施方式)

[氣體傳感器的構(gòu)成]

第1實(shí)施方式的氣體傳感器是由電阻膜(金屬氧化物層)和金屬膜層疊而成的金屬-絕緣膜-金屬(mim)結(jié)構(gòu)的氣體傳感器。該氣體傳感器利用形成于電阻膜內(nèi)的局部區(qū)域的自發(fā)熱和氣體響應(yīng)性。由此，氣體傳感器可以不采用加熱器進(jìn)行加熱而檢測(cè)含氫氣體。在此，含氫氣體是由具有氫原子的分子構(gòu)成的氣體的總稱，作為一個(gè)例子，可以包含氫、甲烷、醇等。

圖1a是表示第1實(shí)施方式的氣體傳感器100的一構(gòu)成例的剖視圖。

圖1b是表示第1實(shí)施方式的氣體傳感器100的一構(gòu)成例的俯視圖。圖1a的剖面與沿著圖1b的1a-1a的剖切線在箭頭方向看到的剖面相對(duì)應(yīng)。

氣體傳感器100具有基板101、第1絕緣層102、第1導(dǎo)電層103、電阻膜104、局部區(qū)域105、第2導(dǎo)電層106以及第2絕緣層107。在此，電阻膜104是金屬氧化物層的一個(gè)例子。

絕緣層102配置于基板101上，第1導(dǎo)電層103配置于第1絕緣層102上。第2絕緣層107配置于第1絕緣層102上以及第2導(dǎo)電層106上。

第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106在第1絕緣層102的上方，主面彼此之間相向配置。電阻膜104被配置為與第1導(dǎo)電層103的主面和第2導(dǎo)電層106的主面相接觸。

在第2絕緣層107上設(shè)置有用于使第2導(dǎo)電層106與作為檢查對(duì)象的氣體接觸的開口108。換句話說(shuō)，第2絕緣層107覆蓋著第1導(dǎo)電層103、第2導(dǎo)電層106以及電阻膜104。但是，第2導(dǎo)電層106的上表面(與上述主面相對(duì)置的另一面)的至少一部分沒(méi)有被第2絕緣層107覆蓋而露出。

第2導(dǎo)電層106的露出的第1部分1061的厚度比第2導(dǎo)電層106的被第2絕緣層107覆蓋的第2部分1062的厚度小。第2導(dǎo)電層106也可以是第1部分1061和第2部分1062的厚度不同的單一的層，例如通過(guò)從具有第2部分1062的厚度的平板上除去第1部分1061的一部分而形成。

電阻膜104介于第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間。電阻膜104的電阻值基于在第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間給予的電信號(hào)而發(fā)生變化。具體地說(shuō)，電阻膜104的電阻狀態(tài)根據(jù)在第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間給予的電壓(電位差)而使高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)可逆地發(fā)生轉(zhuǎn)變。另外，電阻膜104的電阻狀態(tài)根據(jù)與第2導(dǎo)電層106接觸的含氫氣體而從高電阻狀態(tài)向低電阻狀態(tài)轉(zhuǎn)變。

局部區(qū)域105由與電阻膜104相同的金屬氧化物構(gòu)成。局部區(qū)域105在電阻膜104的內(nèi)部，被配置為與第2導(dǎo)電層106相接觸，并且不與第1導(dǎo)電層103接觸。局部區(qū)域105的氧缺位度比其周圍(即電阻膜104的塊狀區(qū)域)的氧缺位度大。局部區(qū)域105的氧缺位度根據(jù)在第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間給予的電信號(hào)的施加而可逆地發(fā)生變化。另外，局部區(qū)域105根據(jù)與第2導(dǎo)電層106接觸的含氫氣體，從氧缺位度較小的狀態(tài)向氧缺位度較大的狀態(tài)發(fā)生變化。

局部區(qū)域105是一般認(rèn)為由氧缺陷位點(diǎn)構(gòu)成的細(xì)絲(導(dǎo)電路徑)在其內(nèi)部發(fā)生和消失的微小的區(qū)域。電阻膜104中的電阻變化可以認(rèn)為是通過(guò)在局部區(qū)域105中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使細(xì)絲發(fā)生或者消失而產(chǎn)生的。

此外，在本發(fā)明中，金屬氧化物的所謂“氧缺位度”，是指該金屬氧化物中的氧的不足量相對(duì)于由與該金屬氧化物相同的元素構(gòu)成的化學(xué)計(jì)量組成的氧化物中的氧量的比例(在此，所謂氧的不足量，是指從化學(xué)計(jì)量組成的金屬氧化物中的氧量中減去該金屬氧化物中的氧量所得到的值)。在由與該金屬氧化物相同的元素構(gòu)成的化學(xué)計(jì)量組成的金屬氧化物可能存在多個(gè)的情況下，該金屬氧化物的氧缺位度以這些化學(xué)計(jì)量組成的金屬氧化物中具有最高電阻值的1個(gè)為基礎(chǔ)而進(jìn)行定義?；瘜W(xué)計(jì)量組成的金屬氧化物與其它組成的金屬氧化物相比，具有更穩(wěn)定且更高的電阻值。

例如，在金屬為鉭(ta)的情況下，因?yàn)榛谏鲜龆x的化學(xué)計(jì)量組成的氧化物是ta2o5，所以可表示為tao2.5。tao2.5的氧缺位度為0％，tao1.5的氧缺位度則為：氧缺位度＝(2.5－1.5)/2.5＝40％。另外，在氧過(guò)剩的金屬氧化物中，氧缺位度為負(fù)值。此外，在本發(fā)明中，只要沒(méi)有特別說(shuō)明，氧缺位度可以取正值、0以及負(fù)值。

氧缺位度較小的氧化物由于更接近于化學(xué)計(jì)量組成的氧化物，因而電阻值較高，氧缺位度較大的氧化物由于更接近于構(gòu)成氧化物的金屬，因而電阻值較低。

所謂“含氧率”，是指氧原子在總原子數(shù)中所占的比率。例如，ta2o5的含氧率是氧原子在總原子數(shù)中所占的比率(o/(ta+o))，為71.4atm％。因此，在氧缺位型鉭氧化物中，含氧率大于0且小于71.4atm％。

局部區(qū)域105通過(guò)在第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間施加初始擊穿電壓而形成于電阻膜104內(nèi)。換句話說(shuō)，所謂初始擊穿電壓，是為了形成局部區(qū)域105而在第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間施加的電壓。初始擊穿電壓也可以是絕對(duì)值比寫入電壓大的電壓。所謂寫入電壓，是為了使電阻膜104在高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)之間可逆地發(fā)生轉(zhuǎn)變而施加于第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間的電壓。初始擊穿電壓也可以是絕對(duì)值比寫入電壓小的電壓。在此情況下，也可以反復(fù)施加、或者在規(guī)定時(shí)間連續(xù)施加初始擊穿電壓。如圖1a所示，通過(guò)初始擊穿電壓的施加，便形成與第2導(dǎo)電層106接觸而不與第1導(dǎo)電層103接觸的局部區(qū)域105。

局部區(qū)域105是與流過(guò)電流所必需的細(xì)絲相稱的微小的大小。局部區(qū)域105中的細(xì)絲的形成可以使用逾滲模型(percolationmodel)加以說(shuō)明。

所謂逾滲模型，是基于以下理論的模型，該理論為：假定局部區(qū)域105中的氧缺陷位點(diǎn)處于隨機(jī)分布，如果氧缺陷位點(diǎn)等的密度超過(guò)某一閾值，則氧缺陷位點(diǎn)的形成連接的概率增加。

根據(jù)逾滲模型，細(xì)絲通過(guò)局部區(qū)域105中的多個(gè)氧缺陷位點(diǎn)的連接而構(gòu)成，電阻膜104的電阻變化通過(guò)局部區(qū)域105中的氧缺陷位點(diǎn)的發(fā)生以及消失而表現(xiàn)出來(lái)。

在此，所謂“氧缺陷”，是指該金屬氧化物中的氧從化學(xué)計(jì)量組成開始發(fā)生缺損?！把跞毕菸稽c(diǎn)的密度”也與氧缺位度相對(duì)應(yīng)。也就是說(shuō)，如果氧缺位度增大，則氧缺陷位點(diǎn)的密度也增大。

局部區(qū)域105也可以僅在氣體傳感器100的電阻膜104的1個(gè)地方形成。電阻膜104中形成的局部區(qū)域105的數(shù)量例如可以通過(guò)ebac(electronbeamabsorbedcurrent：電子束吸收電流)解析來(lái)加以確認(rèn)。

在局部區(qū)域105存在于電阻膜104內(nèi)的情況下，當(dāng)在第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間施加電壓時(shí)，電阻膜104內(nèi)的電流在局部區(qū)域105集中地流過(guò)。

局部區(qū)域105的尺寸較小。因此，局部區(qū)域105例如因讀出電阻值時(shí)流過(guò)的幾十μa左右的電流而發(fā)熱，該發(fā)熱引起相當(dāng)大的溫度上升。在流過(guò)幾十μa左右的電流時(shí)，其電功耗低于0.1mw。

第2導(dǎo)電層106由具有催化作用的金屬(例如pt)構(gòu)成，局部區(qū)域105與第2導(dǎo)電層106接觸。根據(jù)這些構(gòu)成，通過(guò)局部區(qū)域105的發(fā)熱而對(duì)第2導(dǎo)電層106加熱，從而由含氫氣體高效地離解出氫原子。

當(dāng)在作為檢查對(duì)象的氣體中具有含氫氣體時(shí)，在第2導(dǎo)電層106上由含氫氣體離解出氫原子，離解出的氫原子與局部區(qū)域105內(nèi)的氧原子鍵合，其結(jié)果是，局部區(qū)域105的電阻值降低。

這樣一來(lái)，氣體傳感器100具有當(dāng)?shù)?導(dǎo)電層106與含氫氣體接觸時(shí)，使第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間的電阻值降低的特性。根據(jù)該特性，使作為檢查對(duì)象的氣體與第2導(dǎo)電層106接觸時(shí)，通過(guò)檢測(cè)第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106之間的電阻值的降低，便可以檢測(cè)氣體中含有的含氫氣體。

此外，局部區(qū)域105無(wú)論處于高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)中的哪一種狀態(tài)，在含氫氣體與第2導(dǎo)電層106接觸時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生電阻值的進(jìn)一步降低。因此，局部區(qū)域105無(wú)論處于高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)中的哪一種狀態(tài)，氣體傳感器100都可以檢測(cè)氫。但是，為了能夠更加明確地檢測(cè)電阻值的降低，也可以使用事先將局部區(qū)域105電氣地設(shè)定為高電阻狀態(tài)的氣體傳感器100。

下面就用于獲得穩(wěn)定的電阻變化特性的氣體傳感器100的細(xì)節(jié)進(jìn)行說(shuō)明。

電阻膜104由氧缺位型金屬氧化物構(gòu)成。該金屬氧化物的母體金屬也可以是選自鉭(ta)、鉿(hf)、鈦(ti)、鋯(zr)、鈮(nb)、鎢(w)、鎳(ni)、鐵(fe)等過(guò)渡金屬、和鋁(al)之中的至少1種。過(guò)渡金屬由于可以取多個(gè)氧化狀態(tài)，因而通過(guò)氧化還原反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)不同的電阻狀態(tài)。在此，所謂氧缺位型金屬氧化物，是指與含有同一金屬元素的化學(xué)計(jì)量組成的金屬氧化物相比，氧缺位度較大的金屬氧化物。化學(xué)計(jì)量組成的金屬氧化物典型的是絕緣體，與此相對(duì)照，氧缺位型金屬氧化物典型地具有半導(dǎo)體的特性。通過(guò)將氧缺位型金屬氧化物用作電阻膜104，氣體傳感器100便可以實(shí)現(xiàn)重現(xiàn)性好且穩(wěn)定的電阻變化動(dòng)作。

例如，在將鉿氧化物用作構(gòu)成電阻膜104的金屬氧化物、并將其組成記載為hfox的情況下，當(dāng)x為1.6以上時(shí)，可以使電阻膜104的電阻值穩(wěn)定地發(fā)生變化。在此情況下，鉿氧化物的膜厚也可以設(shè)定為3～4nm。

另外，在將鋯氧化物用作構(gòu)成電阻膜104的金屬氧化物、并將其組成記載為zrox的情況下，當(dāng)x為1.4以上時(shí)，可以使電阻膜104的電阻值穩(wěn)定地發(fā)生變化。在此情況下，鋯氧化物的膜厚也可以設(shè)定為1～5nm。

另外，在將鉭氧化物用作構(gòu)成電阻膜104的金屬氧化物、并將其組成記載為taox的情況下，當(dāng)x為2.1以上時(shí)，可以使電阻膜104的電阻值穩(wěn)定地發(fā)生變化。

對(duì)于上述的各金屬氧化物層的組成，可以使用盧瑟福背散射法進(jìn)行測(cè)定。

作為第1導(dǎo)電層103和第2導(dǎo)電層106的材料，例如可以從pt(鉑)、ir(銥)、pd(鈀)、ag(銀)、ni(鎳)、w(鎢)、cu(銅)、al(鋁)、ta(鉭)、ti(鈦)、tin(氮化鈦)、tan(氮化鉭)以及tialn(氮化鈦鋁)等中加以選擇。

具體地說(shuō)，第2導(dǎo)電層106例如由鉑(pt)、銥(ir)、鈀(pd)等具有由包含氫原子的氣體分子離解出氫原子的催化作用的材料構(gòu)成。另外，第1導(dǎo)電層103例如也可以由鎢(w)、鎳(ni)、鉭(ta)、鈦(ti)、鋁(al)、氮化鉭(tan)、氮化鈦(tin)等標(biāo)準(zhǔn)電極電位比構(gòu)成金屬氧化物的金屬更低的材料構(gòu)成。標(biāo)準(zhǔn)電極電位表示其值越高，就越難以氧化的特性。

另外，作為基板101，例如可以使用硅單晶基板或者半導(dǎo)體基板，但本發(fā)明并不局限于此。電阻膜104由于能夠以較低的基板溫度形成，因而也可以在例如樹脂材料等上形成電阻膜104。

另外，氣體傳感器100也可以進(jìn)一步具有例如固定電阻、晶體管或者二極管作為與電阻膜104電連接的負(fù)載元件。

[變形例1]

圖2是表示第1實(shí)施方式的變形例1的氣體傳感器200的一構(gòu)成例的剖視圖。下面在氣體傳感器200的構(gòu)成中，對(duì)于與第1實(shí)施方式的氣體傳感器100相同的構(gòu)成標(biāo)注相同的符號(hào)而將其說(shuō)明予以省略，僅就不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

氣體傳感器200在第2導(dǎo)電層206為與電阻膜104相接觸的下層206a、和配置于下層206a上的上層206b的層疊體這一點(diǎn)上，與第1實(shí)施方式的氣體傳感器100不同。氣體傳感器200的其它構(gòu)成要素與氣體傳感器100的對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素相同。

下層206a以露出的第1部分2061的厚度設(shè)計(jì)為大致平板狀。上層206b在除了第1部分2061以外的被絕緣層107覆蓋的第2導(dǎo)電層206的第2部分2062設(shè)置于下層206a上。

由此，下層206a在第1部分2061通過(guò)開口108而露出。第2導(dǎo)電層206的露出的第1部分2061的厚度比被絕緣層107覆蓋的第2導(dǎo)電層206的第2部分2062的厚度小。

在此，下層206a為鉑或者鈀等具有催化作用的材料。上層206b為氮化鈦(tin)等導(dǎo)電材料。

根據(jù)該構(gòu)造，可以薄薄地(例如15nm)設(shè)計(jì)具有催化作用的下層206a。在對(duì)上層206b即氮化鈦進(jìn)行蝕刻而形成開口108時(shí)，下層206a即鉑或者鈀作為制動(dòng)器發(fā)揮作用。其結(jié)果是，通過(guò)具有催化作用的下層206a，能夠精確地設(shè)計(jì)氫的檢測(cè)時(shí)間。

[變形例2]

圖3是表示第1實(shí)施方式的變形例2的氣體傳感器300的一構(gòu)成例的剖視圖。下面在氣體傳感器300的構(gòu)成中，對(duì)于與第1實(shí)施方式的氣體傳感器100以及第1實(shí)施方式的變形例1的氣體傳感器200相同的構(gòu)成標(biāo)注相同的符號(hào)而將其說(shuō)明予以省略，僅就不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

氣體傳感器300與氣體傳感器200同樣，第2導(dǎo)電層306為與電阻膜104連接的下層306a、和配置于下層306a上的上層306b的層疊體。

下層306a以第2導(dǎo)電層306的露出的第1部分3061的厚度設(shè)計(jì)為大致平板狀。上層306b在除了第1部分3061以外的被絕緣層107覆蓋的第2導(dǎo)電層306的第2部分3062設(shè)置于下層306a上以及絕緣層107上。

氣體傳感器300在下層306a以與電阻膜104同一尺寸(俯視看來(lái)為同一形狀)進(jìn)行設(shè)計(jì)這一點(diǎn)上，與氣體傳感器200不同。

根據(jù)該構(gòu)造，下層306a和電阻膜104可以一并采用蝕刻工序來(lái)形成。因此，下層306a和電阻膜104的界面可以排除因工藝引起的異物混入。其結(jié)果是，可以穩(wěn)定地發(fā)揮下層306a的催化作用，從而可以獲得含氫氣體的檢測(cè)特性優(yōu)良的氣體傳感器。

[變形例3]

圖4a是表示第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器400的一構(gòu)成例的剖視圖。下面在氣體傳感器400的構(gòu)成中，對(duì)于與第1實(shí)施方式的氣體傳感器100、第1實(shí)施方式的變形例1的氣體傳感器200以及第1實(shí)施方式的變形例2的氣體傳感器300相同的構(gòu)成標(biāo)注相同的符號(hào)而將其說(shuō)明予以省略，僅就不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

氣體傳感器400被構(gòu)成為在氣體傳感器300中追加用于獲得電連接的各種導(dǎo)體。具體地說(shuō)，氣體傳感器400具有主要部分與氣體傳感器300相同的構(gòu)成，并進(jìn)一步具有第1布線414、第2布線416、第3布線411以及接觸柱(contactplug)409、413、415。

接觸柱413以及第1布線414設(shè)置在絕緣層102中。接觸柱413將第1導(dǎo)電層103和第1布線414連接在一起。接觸柱415設(shè)置在絕緣層102以及絕緣層107中，將第1布線414和第2布線416連接在一起。接觸柱409設(shè)置在絕緣層107中，將上層306b和第3布線411連接在一起。

根據(jù)該構(gòu)造，通過(guò)在第2布線416和第3布線411之間施加檢測(cè)電壓，便由氣體傳感器400可以取得含氫氣體的檢測(cè)結(jié)果。

此外，上層306b和第3布線411并不局限于用接觸柱409，也可以用其它的構(gòu)造進(jìn)行連接。例如，與第1導(dǎo)電層103和第2布線416的連接同樣，也可以經(jīng)由2個(gè)接觸柱和配置于絕緣層102內(nèi)部的布線而進(jìn)行連接。在此情況下，第3布線411即使不在上層306b的正上方，也可以將上層306b和第3布線411連接在一起。

[補(bǔ)充]

圖1a所示的氣體傳感器100具有第1導(dǎo)電層103、配置于第1導(dǎo)電層103上的金屬氧化物層104、配置于金屬氧化物層104上的第2導(dǎo)電層106、以及將這些層覆蓋的絕緣膜107。

在圖1a中，第2導(dǎo)電層106由單一的材料構(gòu)成。第2導(dǎo)電層106包括第1區(qū)域1061(即第1部分1061)和第2區(qū)域1062(即第2區(qū)域1062)。第1區(qū)域1061是厚度相對(duì)較小的區(qū)域，第2區(qū)域1062是厚度相對(duì)較大的區(qū)域。在圖1b所示的俯視圖中，第1區(qū)域1061被第2區(qū)域1062包圍。第2導(dǎo)電層106的上表面具有凹部，第2導(dǎo)電層106的下表面是平坦的。第1區(qū)域1061的上表面曝露于成為檢測(cè)對(duì)象的氣體中。

金屬氧化物層104包括局部區(qū)域105、和包圍局部區(qū)域105的塊狀區(qū)域。在此，所謂“包圍局部區(qū)域105”，并不局限于將局部區(qū)域105的外周面全部圍住。在圖1a中，所謂塊狀區(qū)域，是指金屬氧化物層104中除局部區(qū)域105以外的區(qū)域。局部區(qū)域105的氧缺位度比塊狀區(qū)域的氧缺位度大。在圖1b所示的俯視圖中，金屬氧化物層104的輪廓位于第2導(dǎo)電層106的輪廓的內(nèi)側(cè)。在圖1a中，金屬氧化物層104具有與第2導(dǎo)電層106的第1區(qū)域1061以及第2區(qū)域1062接觸的平坦面。

絕緣膜107覆蓋著第1導(dǎo)電層103、金屬氧化物層104、以及第2導(dǎo)電層106的第2區(qū)域1062。絕緣膜107未覆蓋第2導(dǎo)電層106的第1區(qū)域1061。在圖1a以及圖1b所示的例子中，絕緣膜107具有達(dá)到第2導(dǎo)電層106的第1區(qū)域1061的開口108。

圖4a所示的氣體傳感器300具有第1導(dǎo)電層103、配置于第1導(dǎo)電層103上的金屬氧化物層104、配置于金屬氧化物層104上的第2導(dǎo)電層306、以及將這些層覆蓋的絕緣膜107。

在圖4a中，第2導(dǎo)電層306包括平板狀的第1層306a(即下層306a)、和部分地配置于第1層上的第2層306b(即上層306b)。第1層306a以及第2層306b之間的邊界面大致平行于第2導(dǎo)電層306的下表面。

另一方面，第2導(dǎo)電層306包括第1區(qū)域、第2區(qū)域以及第3區(qū)域。第1區(qū)域、第2區(qū)域以及第3區(qū)域之間的邊界面大致垂直于第2導(dǎo)電層306的下表面。在第2導(dǎo)電層306的第1區(qū)域中，在第1層306a上配置有第2層306b。在圖4a中，第1部分3061與第1區(qū)域相當(dāng)。在第2導(dǎo)電層306的第2區(qū)域中，在第1層306a上配置有第2層306b。在圖4a中，第2部分3062的第1層306a和第2層306b重疊的區(qū)域與第2區(qū)域相當(dāng)。在第2導(dǎo)電層306的第3區(qū)域中，在第2層306b下未配置第2層306a。在圖4a中，第2部分3062的第2層306b從第1層306a鼓凸出來(lái)的區(qū)域與第3區(qū)域相當(dāng)。第1區(qū)域是厚度相對(duì)較小的區(qū)域，第2區(qū)域是厚度相對(duì)較大的區(qū)域。在圖4b所示的俯視圖中，第1區(qū)域被第2區(qū)域包圍。在圖4b中，第2層306b具有達(dá)到第1層306a的上表面的開口。第2導(dǎo)電層306的上表面具有凹部，第2導(dǎo)電層306的下表面是平坦的。凹部的底面由第1層306a的上表面的一部分劃定，凹部的側(cè)面由第2層306b的開口的內(nèi)周面劃定。在圖4b所示的俯視圖中，第1層306a的輪廓位于第2層306b的輪廓的內(nèi)側(cè)。

在圖4a所示的例子中，氣體傳感器300具有貫通絕緣膜107的柱409、和配置于絕緣膜107以及柱409上的布線411。柱409將第2導(dǎo)電層306的第3區(qū)域和布線411電連接在一起。

[氣體傳感器的制造方法和動(dòng)作]

接著，一面參照?qǐng)D5a～圖5i，一面就氣體傳感器400的制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。此外，以下說(shuō)明的制造方法不僅可以用于氣體傳感器400的制造，而且將一部分進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏部梢杂糜跉怏w傳感器100、200、300的制造。

首先，如圖5a所示，在形成第1布線414的工序中，在形成有晶體管或下層布線等的基板101上，形成絕緣層102。在第1絕緣層102的內(nèi)部形成由鋁等構(gòu)成的400～600nm厚的導(dǎo)電層，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行布圖而形成第1布線414。另外，在形成接觸柱413的工序中，使用所希望的掩模而進(jìn)行布圖，從而在絕緣層102內(nèi)形成與第1布線414連接的接觸柱413。

然后，在絕緣層102上形成作為第1導(dǎo)電層103的導(dǎo)電層103’。作為導(dǎo)電層103’，例如也可以采用濺射法形成厚度為100nm的tan薄膜。此外，也可以在導(dǎo)電層103’和絕緣層102之間采用濺射法形成ti、tin等粘結(jié)層。

然后，在導(dǎo)電層103’上，形成作為電阻膜104的金屬氧化物層104’。作為金屬氧化物層104’，也可以采用例如使用ta靶的反應(yīng)性濺射法形成例如氧缺位型的鉭氧化物層。該鉭氧化物層如果過(guò)厚，則初始電阻值升高，而且如果過(guò)薄，則不能獲得穩(wěn)定的電阻變化，因而也可以是1nm～8nm。

接著，在金屬氧化物層104’上，形成作為下層306a的導(dǎo)電層306a’。作為導(dǎo)電層306a’，例如也可以采用濺射法形成厚度為15nm的pt薄膜。

接著，如圖5b所示，通過(guò)光刻工序，在接觸柱413的正上方形成基于光致抗蝕劑的掩模420。

接著，如圖5c所示，通過(guò)使用了掩模420的干式蝕刻，將導(dǎo)電層103’、金屬氧化物層104’以及導(dǎo)電層306a’整形為元件的形狀，從而形成第1導(dǎo)電層103、電阻膜104以及下層306a。

接著，圖5d所示，在絕緣層102上沉積絕緣層107a。然后，采用cmp(chemicalmechanicalpolishing：化學(xué)機(jī)械研磨)對(duì)絕緣層107a進(jìn)行回蝕刻(etchback)直至下層306a露出。在絕緣層107a上，以與下層306a相接觸的方式形成作為上層306b的導(dǎo)電層306b’。作為導(dǎo)電層306b’，例如也可以采用濺射法形成厚度為150nm的tin薄膜。

接著，如圖5e所示，通過(guò)光刻工序，在導(dǎo)電層306b’上，于包含下層306a的正上方的位置，形成基于光致抗蝕劑的掩模421。

接著，如圖5f所示，通過(guò)使用了掩模421的干式蝕刻，對(duì)導(dǎo)電層306b’進(jìn)行整形而形成上層306b。

然后，如圖5g所示，在絕緣層107a上以及上層306b上沉積絕緣層107b。然后，采用cmp對(duì)絕緣層107b進(jìn)行回蝕刻直至上層306b露出。

接著，如圖5h所示，在絕緣層107b上以及上層306b上沉積絕緣層107c。在絕緣層107c中形成貫通直至上層306b的上表面的通路(貫通孔)，并填充導(dǎo)電材料而形成接觸柱409。另外，在絕緣層107a～107c上形成貫通直至第1布線414的上表面的通路，并向該通路中填充導(dǎo)電材料而形成接觸柱415。再者，通過(guò)將新的導(dǎo)體膜配置于絕緣層107c上并進(jìn)行布圖，便形成與接觸柱409連接的第3布線411、以及與接觸柱415連接的第2布線416。

接著，如圖5i所示，采用蝕刻除去絕緣層107c和上層306b的位于下層306a上方的部分，從而設(shè)置使下層306a的上表面的一部分露出的開口108。

然后，通過(guò)在第2布線416和第3布線411之間施加初始擊穿電壓，便在電阻膜104內(nèi)形成局部區(qū)域105，從而圖4a所示的氣體傳感器400得以完成。

在此，對(duì)于氣體傳感器100基于電壓施加的電阻變化特性的一個(gè)例子，就樣品元件的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。此外，關(guān)于氣體傳感器100的基于含氫氣體的電阻變化特性容后敘述。

圖6是表示由樣品元件實(shí)測(cè)得到的電阻變化特性的圖。

得到圖6的測(cè)定結(jié)果的樣品元件即氣體傳感器400將第1導(dǎo)電層103、下層306a以及電阻膜104的大小設(shè)定為0.5μm×0.5μm(面積0.25μm²)。另外，在將作為電阻膜104的鉭氧化物的組成記載為taoy時(shí)，設(shè)定y＝2.47。再者，電阻膜104的厚度設(shè)定為5nm。對(duì)于這樣的氣體傳感器400，在將讀出用電壓(例如0.4v)施加于第1導(dǎo)電層103和下層306a之間的情況下，初始電阻值ri大約為10⁷～10⁸ω。

如圖6所示，在氣體傳感器400的電阻值為初始電阻值ri(比高電阻狀態(tài)下的電阻值hr高的值)的情況下，通過(guò)將初始擊穿電壓施加于第1導(dǎo)電層103和下層306a之間，電阻狀態(tài)便發(fā)生變化。然后，如果在氣體傳感器400的第1導(dǎo)電層103和下層306a之間交替施加例如脈沖寬度為100ns且極性不同的2種電壓脈沖(正電壓脈沖和負(fù)電壓脈沖)作為寫入用電壓，則電阻膜104的電阻值可逆地發(fā)生變化。

也就是說(shuō)，在導(dǎo)電層間施加正電壓脈沖(脈沖寬度100ns)作為寫入用電壓的情況下，電阻膜104的電阻值從低電阻值lr向高電阻值hr增加。另一方面，在導(dǎo)電層間施加負(fù)電壓脈沖(脈沖寬度100ns)作為寫入用電壓的情況下，電阻膜104的電阻值從高電阻值hr向低電阻值lr減少。此外，關(guān)于電壓脈沖的極性，以第1導(dǎo)電層103的電位為基準(zhǔn)在上層306b的電位較高時(shí)為“正”，以第1導(dǎo)電層103的電位為基準(zhǔn)在下層306a的電位較低時(shí)為“負(fù)”。

利用這樣的基于電壓施加的電阻變化特性，在開始含氫氣體的監(jiān)視之前，將正的電壓脈沖施加于第1導(dǎo)電層103和下層306a之間，由此使用設(shè)定為高電阻狀態(tài)(hr)的氣體傳感器400便可以檢測(cè)含氫氣體。由此，與使用低電阻狀態(tài)(lr)的氣體傳感器400來(lái)檢測(cè)含氫氣體的情況相比，能夠更加明確地檢測(cè)電阻值的降低，因而含氫氣體的檢測(cè)特性得以提高。

[變形例4]

圖7是表示第1實(shí)施方式的變形例4的氣體傳感器的一構(gòu)成例的剖視圖。下面對(duì)于與第1實(shí)施方式的氣體傳感器100、第1實(shí)施方式的變形例1的氣體傳感器200、第1實(shí)施方式的變形例2的氣體傳感器300、第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器400相同的構(gòu)成標(biāo)注相同的符號(hào)而將其說(shuō)明予以省略，僅就不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

本變形例4的氣體傳感器500在電阻膜504為與第1導(dǎo)電層103相接觸的第1氧化物層504a和與下層306a相接觸的第2氧化物層504b的層疊體這一點(diǎn)上，與氣體傳感器400不同。此外，電阻膜504也可以是不限于2層而為3層以上的層疊體。

在第1氧化物層504a和第2氧化物層504b內(nèi)，具有根據(jù)電脈沖的施加和含氫氣體而使氧缺位度可逆地發(fā)生變化的局部區(qū)域105。局部區(qū)域105被形成為至少貫通第2氧化物層504b而與下層306a接觸。

換句話說(shuō)，電阻膜504至少包括含有第1金屬氧化物的第1金屬氧化物層504a、和含有第2金屬氧化物的第2金屬氧化物層504b的層疊結(jié)構(gòu)。而且第1金屬氧化物層504a配置于第1導(dǎo)電層103和第2金屬氧化物層504b之間，第2金屬氧化物層504b配置于第1金屬氧化物層504a和下層306a之間。

第2金屬氧化物層504b的厚度也可以比第1金屬氧化物層504a的厚度薄。在此情況下，可以容易形成局部區(qū)域105不與第1導(dǎo)電層103接觸的結(jié)構(gòu)。第2金屬氧化物層504b的氧缺位度也可以比第1金屬氧化物層504a的氧缺位度小。在此情況下，由于第2金屬氧化物層504b的電阻值高于第1氧化物層504a的電阻值，因而施加于電阻膜504的電壓的大部分施加于第2金屬氧化物層504b上。該構(gòu)成例如使初始擊穿電壓集中于第2金屬氧化物層504b，為降低局部區(qū)域105的形成所需要的初始擊穿電壓而發(fā)揮作用。

另外，在本發(fā)明中，當(dāng)構(gòu)成第1金屬氧化物層504a和第2金屬氧化物層504b的金屬相同時(shí)，有時(shí)使用“含氧率”這一術(shù)語(yǔ)來(lái)代替“氧缺位度”。所謂“含氧率較高”，與“氧缺位度較小”相對(duì)應(yīng)，所謂“含氧率較低”，與“氧缺位度較大”相對(duì)應(yīng)。

但是，如后所述，本實(shí)施方式的電阻膜504并不局限于構(gòu)成第1金屬氧化物層504a和第2金屬氧化物層504b的金屬相同的情況，也可以是不同的金屬。也就是說(shuō)，第1金屬氧化物層504a和第2金屬氧化物層504b也可以是不同金屬的氧化物。

在構(gòu)成第1金屬氧化物層504a的第1金屬、和構(gòu)成第2金屬氧化物層504b的第2金屬相同的情況下，含氧率處在與氧缺位度對(duì)應(yīng)的關(guān)系。也就是說(shuō)，在第2金屬氧化物的含氧率大于第1金屬氧化物的含氧率時(shí)，第2金屬氧化物的氧缺位度則小于第1金屬氧化物的氧缺位度。

電阻膜504在第1金屬氧化物層504a和第2金屬氧化物層504b的界面附近具有局部區(qū)域105。局部區(qū)域105的氧缺位度大于第2金屬氧化物層504b的氧缺位度，并與第1金屬氧化物層504a的氧缺位度不同。

通過(guò)在第1導(dǎo)電層103和下層306a之間施加初始擊穿電壓，局部區(qū)域105便形成于具有第1金屬氧化物層504a和第2金屬氧化物層504b的層疊結(jié)構(gòu)的電阻膜504內(nèi)。局部區(qū)域105通過(guò)初始擊穿電壓而形成，該局部區(qū)域105與下層306a接觸，并貫通第2金屬氧化物層504b而使一部分侵入第1金屬氧化物層504a中，且不與第1導(dǎo)電層103接觸。

[變形例5]

圖8a是表示第1實(shí)施方式的變形例5的氣體傳感器的一構(gòu)成例的剖視圖。圖8b是表示第1實(shí)施方式的變形例5的氣體傳感器600的一構(gòu)成例的俯視圖。圖8a的剖面與沿著圖8b的1a-1a的剖切線在箭頭方向看到的剖面相對(duì)應(yīng)。下面對(duì)于與第1實(shí)施方式的氣體傳感器100、第1實(shí)施方式的變形例2的氣體傳感器200、第1實(shí)施方式的變形例2的氣體傳感器300、第1實(shí)施方式的變形例3的氣體傳感器400、第1實(shí)施方式的變形例4的氣體傳感器500相同的構(gòu)成標(biāo)注相同的符號(hào)而將其說(shuō)明予以省略，僅就不同點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

本變形例5的氣體傳感器600在電阻膜504的周緣具有氧化物膜617這一點(diǎn)上，與氣體傳感器500不同。氧化物膜617例如通過(guò)從側(cè)面對(duì)第1金屬氧化物層504a和第2金屬氧化物層504b進(jìn)行氧化而形成，具有比第1金屬氧化物層504a的電阻值高的電阻值。此外，也可以從側(cè)面對(duì)第1金屬氧化物層504a和第2金屬氧化物層504b氮化而設(shè)定為氮氧化物膜以代替氧化物膜617。

通過(guò)將電阻值較高的氧化物膜617形成于電阻膜504的側(cè)面部，電阻值較低的第1金屬氧化物層504a和第2金屬氧化物層504b相接觸的接觸面積比下層306a的面積有所減小。該接觸面積既可以小于開口108也可以大于開口108。

根據(jù)以上的構(gòu)成，從第1金屬氧化物層504a流向第2金屬氧化物層504b的電流密度增加。其結(jié)果是，氣體傳感器的初始擊穿電壓減少，從而低電壓下的初始擊穿成為可能。再者，通過(guò)在開口108的范圍內(nèi)形成局部區(qū)域105，便可以縮短檢查對(duì)象的氣體中含有的氫到達(dá)局部區(qū)域105的時(shí)間。

對(duì)于如以上那樣構(gòu)成的氣體傳感器600，就基于含氫氣體的電阻變化特性的一評(píng)價(jià)例進(jìn)行說(shuō)明。

圖9a是表示用于評(píng)價(jià)氣體傳感器600的評(píng)價(jià)系統(tǒng)的一個(gè)例子的方框圖。圖9a所示的評(píng)價(jià)系統(tǒng)900具有容納氣體傳感器600的密閉容器910、電源920以及電流測(cè)定器930。密閉容器910被構(gòu)成為：經(jīng)由導(dǎo)入閥913、914而與氫氣瓶911、氮?dú)馄?12各自連接在一起，同時(shí)經(jīng)由排氣閥915而能夠排出內(nèi)部的氣體。

圖9b是表示氣體傳感器600的一評(píng)價(jià)例的圖。橫軸表示時(shí)間(a.u.)，縱軸表示在第1導(dǎo)電層103和下層306a之間流過(guò)的電流值(a.u.)。在實(shí)驗(yàn)中，首先，向放置有氣體傳感器600的密閉容器910內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)?，然后?dǎo)入氫氣。

圖9b示出了此時(shí)的結(jié)果，橫軸表示導(dǎo)入氮的期間、和導(dǎo)入氫的期間這2個(gè)期間?？芍趯?dǎo)入氣體由氮?dú)馇袚Q為氫氣之后，電流值開始增加。

在本評(píng)價(jià)例中，在第1導(dǎo)電層103和下層306a之間施加規(guī)定的電壓(電位差)，由此，局部區(qū)域105被預(yù)先設(shè)定為高電阻狀態(tài)。在含氫氣體的監(jiān)視動(dòng)作中，將0.6v的檢測(cè)電壓施加于第1導(dǎo)電層103和下層306a之間。在檢測(cè)氫氣的狀態(tài)下，在第1導(dǎo)電層103和下層306a之間流過(guò)10～200μa的電流。因此，根據(jù)氣體傳感器600，可知以最多0.006～0.12mw的非常小的電功耗便可以監(jiān)視含氫氣體。

此外，在將0.4v的檢測(cè)電壓施加于第1導(dǎo)電層103和下層306a之間的情況下，不會(huì)發(fā)生因氫氣引起的電阻變化，從而不能檢測(cè)氫氣。可以認(rèn)為其原因在于：在施加0.4v的檢測(cè)電壓時(shí)，局部區(qū)域105的發(fā)熱量不足，不會(huì)充分促進(jìn)下層306a的催化作用。一般認(rèn)為為了使氫氣的檢測(cè)成為可能，例如需要施加0.6v的檢測(cè)電壓。

根據(jù)該結(jié)果，可以如以下那樣推測(cè)氣體傳感器600的氫氣檢測(cè)機(jī)理。

如果含氫氣體與第2導(dǎo)電層306(特別是下層306a)接觸，則在下層306a的催化作用下，由含氫氣體離解出氫原子。離解出的氫原子欲保持平衡狀態(tài)而向下層306a中擴(kuò)散，從而甚至到達(dá)局部區(qū)域105。

在該氫原子的作用下，還原反應(yīng)在微小的局部區(qū)域105中發(fā)生，從而使局部區(qū)域105中的氧缺位度增加。其結(jié)果是，局部區(qū)域105中的細(xì)絲變得容易連接，從而局部區(qū)域105的電阻值減少。其結(jié)果是，可以認(rèn)為在第1導(dǎo)電層103和下層306a之間流過(guò)的電流增加。

此外，可以認(rèn)為上述的動(dòng)作并不局限于氣體傳感器600，即便是主要部分的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上等同于氣體傳感器600的氣體傳感器100、200、300、400以及500也可以產(chǎn)生。另外，可以認(rèn)為在上述的動(dòng)作中，能夠檢測(cè)的氣體并不局限于氫氣，例如即使對(duì)于甲烷和醇等各種含氫氣體也可以產(chǎn)生。

正如以上所說(shuō)明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式的氣體傳感器600，可以得到一種節(jié)能性優(yōu)良的傳感器，它單憑用于檢測(cè)電阻狀態(tài)的電流進(jìn)行發(fā)熱，不采用另外的加熱器進(jìn)行加熱便可以檢測(cè)含氫氣體。

[含氫氣體檢測(cè)時(shí)間對(duì)第2導(dǎo)電層的膜厚的依存性]

關(guān)于氣體傳感器檢測(cè)含氫氣體所需要的時(shí)間對(duì)第2導(dǎo)電層的膜厚的依存性，以氣體傳感器檢測(cè)含氫氣體的機(jī)理為基礎(chǔ)進(jìn)行說(shuō)明。此外，下面為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，使用電阻膜704為單層的氣體傳感器700的圖進(jìn)行說(shuō)明，但以下的說(shuō)明對(duì)于電阻膜704為多層的氣體傳感器也同樣。

圖10a是表示氣體傳感器700的電阻狀態(tài)和氧缺陷的狀態(tài)的示意圖。圖10a示出了由第1導(dǎo)電層703、電阻膜704、局部區(qū)域705、第2導(dǎo)電層706構(gòu)成的原理上的氣體傳感器700。

如圖10a示意性地所示，根據(jù)本發(fā)明人進(jìn)行的模擬所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果，可以推測(cè)在保持于平均值為40kω左右的高電阻狀態(tài)下的氣體傳感器700的局部區(qū)域705，存在7870個(gè)左右的氧缺陷710。在該狀態(tài)下，局部區(qū)域705中的氧缺陷710的數(shù)量對(duì)于形成細(xì)絲是不充分的，氣體傳感器700保持在高電阻狀態(tài)下。

根據(jù)該狀態(tài)可以推測(cè)：氫氣(氫原子)通過(guò)第2導(dǎo)電層706而到達(dá)局部區(qū)域705，通過(guò)模擬而對(duì)電阻值降低1個(gè)數(shù)量級(jí)左右的低電阻狀態(tài)的局部區(qū)域705中存在的氧缺陷710進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果氧缺陷710增加到10090個(gè)左右。如果氫原子到達(dá)局部區(qū)域705，則該氫原子通過(guò)與局部區(qū)域705內(nèi)的氧反應(yīng)而產(chǎn)生新的氧缺陷711。氧缺陷711與現(xiàn)有的氧缺陷710連接而形成細(xì)絲，從而氣體傳感器700轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)。

因此，為了使氣體傳感器700的電阻值降低1個(gè)數(shù)量級(jí)左右，需要與氧缺陷的增加數(shù)相等的數(shù)目(例如10090－7870＝2220個(gè))左右的氫分子到達(dá)局部區(qū)域705。

圖10b是表示氣體傳感器700的電阻值和存在于局部區(qū)域700的氧缺陷數(shù)之間的關(guān)系的圖。

到達(dá)局部區(qū)域705的氫分子數(shù)可以通過(guò)考慮第2導(dǎo)電層706中的氫分子的擴(kuò)散而根據(jù)式1算出。此外，在式1中，假定第2導(dǎo)電層706為鉑(pt)的情況。

x：第2導(dǎo)電層的厚度t：時(shí)間ρ：氫濃度a：局部區(qū)域面積

1atm、25℃下，第2電極為pt時(shí)的常數(shù)

[1]s.uemiya，topicsincatalysis29，79，2004

[2]j.d.fastinteractionofmetalsandgasses1965

根據(jù)式1，在第2導(dǎo)電層706中擴(kuò)散而到達(dá)局部區(qū)域705的每單位時(shí)間的氫分子數(shù)受到與第2導(dǎo)電層706接觸的檢查對(duì)象氣體中的氫分子數(shù)n0以及第2導(dǎo)電層706的厚度x的影響。

圖11是表示氣體傳感器700在含氫氣體中的曝露時(shí)間和到達(dá)局部區(qū)域705的氫分子數(shù)之間的關(guān)系的圖。例如，在將由鉑構(gòu)成的第2導(dǎo)電層706的厚度設(shè)定為18.6nm的情況下，示出了到達(dá)局部區(qū)域705的氫分子的數(shù)目(以下記載為n(h2))對(duì)曝露時(shí)間的依存性。在圖11中，示出了氫濃度為0.1％、1％、10％、100％這4種濃度下對(duì)曝露時(shí)間的依存性。由圖11可知：一旦超過(guò)與氫濃度相應(yīng)的臨界時(shí)間，n(h2)就急劇地增加。另外，在測(cè)定氣體中的氫濃度增加的同時(shí)，n(h2)的上升時(shí)間加快。

圖11示出了在檢查對(duì)象氣體中的氫濃度較高、即氫分子數(shù)n0較多時(shí)，為形成細(xì)絲所需要的數(shù)量的氫分子迅速地到達(dá)局部區(qū)域705，因而氣體傳感器700可以在短時(shí)間轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)。

圖12為作為一個(gè)例子，在導(dǎo)入氫氣而經(jīng)過(guò)1秒鐘后(即在氫氣中曝露了1秒鐘時(shí))，表示在局部區(qū)域705形成細(xì)絲所需要的數(shù)量(例如2220個(gè))的氫分子到達(dá)時(shí)的氫氣濃度和第2導(dǎo)電層706的膜厚的相關(guān)性的計(jì)算結(jié)果。

圖12示出了即使檢查對(duì)象氣體中的氫濃度較低，但在第2導(dǎo)電層706的膜厚較薄時(shí)，形成細(xì)絲所需要的數(shù)量(例如2200個(gè))的氫分子也可以在1秒鐘的期間內(nèi)到達(dá)直至局部區(qū)域。

因此，通過(guò)將第2導(dǎo)電層706設(shè)計(jì)為電阻膜704發(fā)生電阻變化所需要的數(shù)量的氫分子在規(guī)定時(shí)間以內(nèi)透過(guò)的膜厚，便可以在規(guī)定時(shí)間以內(nèi)檢測(cè)所希望的濃度的氫氣。

如上所述，通過(guò)使用在實(shí)施方式以及變形例中說(shuō)明過(guò)的氣體傳感器100～600而薄薄地構(gòu)成第2導(dǎo)電層106或者下層206a、306a，便可以縮短含氫氣體的檢測(cè)時(shí)間，從而獲得能夠檢測(cè)濃度更低的含氫氣體的、含氫氣體的檢測(cè)特性優(yōu)良的氣體傳感器。

(第2實(shí)施方式)

第2實(shí)施方式的燃料電池汽車具有在第1實(shí)施方式以及變形例中說(shuō)明過(guò)的任一氣體傳感器作為氫傳感器。該燃料電池汽車是使用氫傳感器來(lái)檢測(cè)車內(nèi)的氫氣的燃料電池汽車。

圖13是表示第3實(shí)施方式的燃料電池汽車800的一構(gòu)成例的側(cè)視圖。

燃料電池汽車800具有客艙810、貨艙820、氣體罐室830、燃料罐831、氫傳感器832、配管840、燃料電池室850、燃料電池851、氫傳感器852、馬達(dá)室860以及馬達(dá)861。

燃料罐831設(shè)置在氣體罐室830內(nèi)，作為燃料氣體，保持著氫氣。氫傳感器832檢測(cè)氣體罐室830內(nèi)的燃料氣體泄漏。

燃料電池851由形成具有燃料極、空氣極以及電解質(zhì)的基本單元的單電池重疊而構(gòu)成為燃料電池堆。燃料電池851設(shè)置在燃料電池室850內(nèi)。燃料罐831內(nèi)的氫氣通過(guò)配管840而送入燃料電池室850內(nèi)的燃料電池851內(nèi)。燃料電池851通過(guò)使該氫氣和大氣中的氧氣反應(yīng)而發(fā)電。氫傳感器852檢測(cè)燃料電池室850內(nèi)的氫氣泄漏。

馬達(dá)861設(shè)置于馬達(dá)室860內(nèi)，因燃料電池851發(fā)電所產(chǎn)生的電力而旋轉(zhuǎn)，從而使燃料電池汽車800行駛。

如前所述，作為本發(fā)明的氣體傳感器的一個(gè)例子，以0.01mw左右的非常小的電功耗可以檢測(cè)氫氣。因此，通過(guò)將氣體傳感器用作氫傳感器832、852，便能夠活用氣體傳感器的優(yōu)良的節(jié)能性，從而不會(huì)大幅度增加燃料電池汽車的待機(jī)功耗而可以常時(shí)監(jiān)視氫氣泄漏。

例如，也可以無(wú)論燃料電池汽車800的點(diǎn)火鑰匙的操作狀態(tài)如何，對(duì)氫傳感器832、852常時(shí)施加規(guī)定的電壓。在此情況下，也可以基于氫傳感器832、852中流過(guò)的電流量，判定氣體罐室830內(nèi)的燃料罐831的外部、以及燃料電池室850內(nèi)的燃料電池851的外部是否存在氫氣。

由此，例如在接受點(diǎn)火鑰匙的操作的時(shí)點(diǎn)，由于已經(jīng)對(duì)氫氣泄漏的有無(wú)進(jìn)行了判定，因而與在接受了點(diǎn)火鑰匙的操作之后判定氫氣泄漏的有無(wú)的情況相比，可以縮短燃料電池汽車的啟動(dòng)時(shí)間。另外，燃料電池汽車在行駛后，例如在將燃料電池汽車停于車庫(kù)中之后，也可以通過(guò)繼續(xù)監(jiān)視氫氣泄漏來(lái)提高安全性。

(實(shí)施方式的概要)

1個(gè)方式涉及一種氣體傳感器，其具有：第1導(dǎo)電層和第2導(dǎo)電層，其主面彼此之間相向配置；金屬氧化物層，其被配置為與所述第1導(dǎo)電層的所述主面和所述第2導(dǎo)電層的所述主面相接觸；局部區(qū)域，其與所述第2導(dǎo)電層相接觸而配置在所述金屬氧化物層的內(nèi)部，而且氧缺位度比所述金屬氧化物層大；以及絕緣膜，其覆蓋所述第1導(dǎo)電層、所述第2導(dǎo)電層以及所述金屬氧化物層；其中，所述第2導(dǎo)電層的與所述第2導(dǎo)電層的所述主面相對(duì)置的另一面的至少一部分不被所述絕緣膜覆蓋而露出，所述第2導(dǎo)電層的露出的第1部分的厚度比所述第2導(dǎo)電層的被所述絕緣膜覆蓋的第2部分的厚度小，在所述第2導(dǎo)電層與包含具有氫原子的氣體分子的氣體接觸時(shí)，所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間的電阻值具有降低的特性。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，在第1導(dǎo)電層和第2導(dǎo)電層之間流過(guò)的電流集中于氧缺位度較大的局部區(qū)域。其結(jié)果是，以較少的電流可以使所述局部區(qū)域的溫度上升。由此，利用形成于金屬氧化物層內(nèi)部的局部區(qū)域的自發(fā)熱和氣體響應(yīng)性，可以不采用加熱器進(jìn)行加熱而檢測(cè)含氫氣體，從而可以得到節(jié)能性優(yōu)良的氫傳感器。

所述局部區(qū)域因在所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間流過(guò)的電流而發(fā)熱，由此在所述第2導(dǎo)電層的與所述局部區(qū)域相接觸的部分，由所述含氫氣體離解出氫原子，離解出的氫原子與所述金屬氧化物層的所述局部區(qū)域內(nèi)的氧原子鍵合，從而使所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間的電阻值降低。

更詳細(xì)地說(shuō)，如果局部區(qū)域的溫度上升，則第2導(dǎo)電層的表面溫度也上升。隨著溫度的上升，在第2導(dǎo)電層的催化作用下，第2導(dǎo)電層上由具有氫原子的氣體分子離解出氫原子的效率得以提高。

如果具有氫原子的氣體分子與第2導(dǎo)電層接觸，則由所述氫分子離解出氫原子，離解出的氫原子向所述第2導(dǎo)電層中擴(kuò)散而甚至到達(dá)所述局部區(qū)域。而且與存在于所述局部區(qū)域的金屬氧化物的氧鍵合而生成水(h2o)，從而所述局部區(qū)域的氧缺位度進(jìn)一步增大。由此，局部區(qū)域變得使電流容易流過(guò)，從而在第1導(dǎo)電層和第2導(dǎo)電層之間的電阻降低。

由于在所述第2導(dǎo)電層上設(shè)置有厚度比所述第2部分小的所述第1部分，因而在所述第1部分由所述含氫氣體離解出的氫原子迅速地到達(dá)所述金屬氧化物層。由此，所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間的電阻值迅速降低，從而可以高速地檢測(cè)含氫氣體。

另外，所述第2導(dǎo)電層在所述第1部分和所述第2部分也可以由厚度不同的單一的層構(gòu)成。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，例如采用將所述第2導(dǎo)電層首先設(shè)計(jì)為平板狀之后除去所述第1部分的一部分等比較簡(jiǎn)單的方法，便可以得到所述第2導(dǎo)電層。

另外，所述第2導(dǎo)電層也可以由具有所述第1部分的厚度的大致平板狀的第1層、和除了所述第1部分以外而在所述第1層上設(shè)置的第2層構(gòu)成。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，例如采用分別以規(guī)定的厚度層疊形成所述第1層和所述第2層后在所述第1部分選擇性地除去所述第2層等方法，便可以得到精確控制所述第1部分的厚度的所述第2導(dǎo)電層。

另外，所述氣體傳感器也可以進(jìn)一步具有貫通所述絕緣膜而與所述第2導(dǎo)電層的所述第2部分連接的通路。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，所述通路由于與所述第2導(dǎo)電層的比所述第1部分厚的所述第2部分連接，因而與所述通路和所述第1部分連接的情況相比，所述通路和所述第2導(dǎo)電層的電連接的可靠性得以提高。

另外，所述金屬氧化物層也可以是將由第1金屬氧化物構(gòu)成的第1金屬氧化物層、和由氧缺位度小于所述第1金屬氧化物的第2金屬氧化物構(gòu)成的第2金屬氧化物層層疊而成的，所述第1金屬氧化物層與所述第1導(dǎo)電層接觸，所述第2金屬氧化物層與所述第2導(dǎo)電層接觸，所述局部區(qū)域被形成為至少貫通所述第2金屬氧化物層而與所述第2導(dǎo)電層接觸，而且氧缺位度比所述第2金屬氧化物層大。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，由于所述金屬氧化物層采用電阻變化特性優(yōu)良的層疊結(jié)構(gòu)，因而可以獲得含氫氣體的檢測(cè)特性優(yōu)良的氣體傳感器。

另外，所述氣體傳感器也可以進(jìn)一步具有形成于所述金屬氧化物層的周緣且電阻值比所述金屬氧化物層高的第3金屬氧化物層。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，能夠?qū)⑿纬伤鼍植繀^(qū)域的位置控制在避開所述第3金屬氧化物層而可以得到在所述金屬氧化物層內(nèi)對(duì)含氫氣體良好的檢測(cè)特性的位置。

另外，所述局部區(qū)域也可以存在于所述第2導(dǎo)電層的所述第1部分的正下方。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，所述局部區(qū)域由于在所述第1部分的由所述含氫氣體離解出的氫原子容易到達(dá)的位置中形成，因而可以獲得含氫氣體的檢測(cè)特性優(yōu)良的氫傳感器。

另外，所述第2導(dǎo)電層也可以由具有使所述氫原子從所述氣體分子離解的催化作用的材料構(gòu)成。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，在所述第2導(dǎo)電層的與所述局部區(qū)域相接觸的部分，由所述含氫氣體離解出氫原子，離解出的氫原子與所述金屬氧化物層的所述局部區(qū)域內(nèi)的氧原子鍵合，從而使所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間的電阻值下降。

另外，所述第2導(dǎo)電層也可以含有鉑或者鈀。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，所述第2導(dǎo)電層在鉑或者鈀的催化作用下，可以由所述氫分子離解出氫原子。

另外，所述金屬氧化物層也可以基于在所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間施加的電壓在高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)之間可逆地發(fā)生轉(zhuǎn)變。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，除了起因于氫氣的轉(zhuǎn)變以外，還可以使所述金屬氧化物層的電阻狀態(tài)發(fā)生電轉(zhuǎn)變。例如，也可以在將所述金屬氧化物層電設(shè)定為高電阻狀態(tài)之后，使所述絕緣膜與檢查對(duì)象的氣體接觸，由此，可以明確地檢測(cè)電阻值的降低，從而含氫氣體的檢測(cè)特性得以提高。

另外，所述氣體傳感器也可以進(jìn)一步具有測(cè)定電路，該測(cè)定電路在規(guī)定電壓施加于所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間時(shí)，用于測(cè)定在所述金屬氧化物層中流過(guò)的電流。另外，所述氣體傳感器也可以進(jìn)一步具有在所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間常時(shí)施加規(guī)定電壓的電源電路。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，可以得到便利性較高的氫傳感器作為具有測(cè)定電路或者電源電路的模塊部件。特別地，通過(guò)活用所述氫傳感器的節(jié)能性，就能夠以微小的電力繼續(xù)監(jiān)視氫氣泄漏。

另外，所述第1金屬氧化物和所述第2金屬氧化物各自也可以為過(guò)渡金屬氧化物或者鋁氧化物。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，所述第1金屬氧化物和所述第2金屬氧化物各自使用電阻變化特性優(yōu)良的過(guò)渡金屬氧化物或者鋁氧化物，從而可以獲得含氫氣體的檢測(cè)特性優(yōu)良的氫傳感器。

另外，所述第1金屬氧化物和所述第2金屬氧化物也可以是相同的過(guò)渡金屬的氧化物。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，所述第1金屬氧化物和所述第2金屬氧化物通過(guò)使用共同的材料，便可以獲得能夠以更加簡(jiǎn)單的制造方法進(jìn)行制作的氣體傳感器。

另外，所述第1金屬氧化物和所述第2金屬氧化物也可以是不同的過(guò)渡金屬的氧化物。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，所述第1金屬氧化物和所述第2金屬氧化物由于拓寬了材料選擇的范圍，因而可以獲得含氫氣體的檢測(cè)特性優(yōu)良的氫傳感器。

另外，所述過(guò)渡金屬氧化物也可以是鉭氧化物、鉿氧化物或者鋯氧化物。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，使用電阻變化特性優(yōu)良的鉭氧化物、鉿氧化物以及鋯氧化物作為所述過(guò)渡金屬氧化物，從而可以獲得含氫氣體的檢測(cè)特性優(yōu)良的氫傳感器。

另外，也可以是所述局部區(qū)域因在所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間流過(guò)的電流而發(fā)熱，由此在所述第2導(dǎo)電層的露出部分，由所述氣體分子離解出氫原子，離解出的氫原子與所述金屬氧化物層的所述局部區(qū)域內(nèi)的氧原子鍵合，從而使所述金屬氧化物層的電阻值降低。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，在第1導(dǎo)電層和第2導(dǎo)電層之間流過(guò)的電流集中于氧缺位度較大的局部區(qū)域。其結(jié)果是，以較少的電流可以使所述局部區(qū)域的溫度上升。由此，利用形成于金屬氧化物層內(nèi)部的局部區(qū)域的自發(fā)熱和氣體響應(yīng)性，可以不采用加熱器進(jìn)行加熱而檢測(cè)含氫氣體，從而可以得到節(jié)能性優(yōu)良的氣體傳感器。

1個(gè)方式涉及一種氫檢測(cè)方法，其是使用氣體傳感器的氫檢測(cè)方法，所述氣體傳感器具有：第1導(dǎo)電層和第2導(dǎo)電層，其主面彼此之間相向配置；金屬氧化物層，其被配置為與所述第1導(dǎo)電層的所述主面和所述第2導(dǎo)電層的所述主面相接觸；局部區(qū)域，其與所述第2導(dǎo)電層相接觸而配置在所述金屬氧化物層的內(nèi)部，而且氧缺位度比所述金屬氧化物層大；以及絕緣膜，其覆蓋所述第1導(dǎo)電層、所述第2導(dǎo)電層以及所述金屬氧化物層；其中，所述第2導(dǎo)電層的與所述第2導(dǎo)電層的所述主面相對(duì)置的另一面的至少一部分不被所述絕緣膜覆蓋而露出，所述第2導(dǎo)電層的露出的第1部分的厚度比所述第2導(dǎo)電層的被所述絕緣膜覆蓋的第2部分的厚度小；在所述氫檢測(cè)方法中，使檢查對(duì)象氣體與所述第2導(dǎo)電層的所述第1部分接觸，以便使所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間的電阻值降低，從而對(duì)所述檢查對(duì)象氣體中含有的具有氫原子的氣體進(jìn)行檢測(cè)。

根據(jù)這樣的方法，利用形成于金屬氧化物層內(nèi)部的局部區(qū)域的自發(fā)熱和氣體響應(yīng)性，可以不采用加熱器進(jìn)行加熱而檢測(cè)含氫氣體，因而可以進(jìn)行節(jié)能性優(yōu)良的氫檢測(cè)。另外，由于在所述第2導(dǎo)電層上設(shè)置有厚度比所述第2部分小的所述第1部分，因而由與所述第1部分接觸的含氫氣體離解出的氫原子迅速地到達(dá)所述金屬氧化物層。由此，所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間的電阻值迅速降低，從而可以高速地檢測(cè)含氫氣體。

1個(gè)方式涉及一種燃料電池汽車，其中，在配置有氫氣罐的氣體罐室內(nèi)、以及配置有燃料電池的燃料電池室內(nèi)的至少一方，設(shè)置有所述氣體傳感器。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，能夠活用所述氫傳感器的優(yōu)良的節(jié)能性，從而不會(huì)大幅度增加所述燃料電池汽車的待機(jī)功耗而可以常時(shí)監(jiān)視燃料氣體泄漏。

例如，在接受點(diǎn)火鑰匙的操作的時(shí)點(diǎn)，由于已經(jīng)對(duì)燃料氣體泄漏的有無(wú)進(jìn)行了判定，因而與在接受了點(diǎn)火鑰匙的操作之后，為判定燃料氣體泄漏的有無(wú)而驅(qū)動(dòng)氫傳感器的情況相比，可以縮短燃料電池汽車的啟動(dòng)時(shí)間。另外，所述燃料電池汽車在行駛后，例如在將所述燃料電池汽車停于車庫(kù)中之后，也可以通過(guò)繼續(xù)監(jiān)視燃料氣體泄漏來(lái)提高安全性。

1個(gè)方式涉及一種氫檢測(cè)方法，其在所述燃料電池汽車中，對(duì)所述氣體傳感器常時(shí)施加規(guī)定的電壓，并基于所述氣體傳感器中流過(guò)的電流量，判定在所述氣體罐室內(nèi)的所述罐的外部、以及所述燃料電池室內(nèi)的所述燃料電池的外部的至少一方是否存在氫氣。

根據(jù)這樣的構(gòu)成，能夠活用所述氣體傳感器的優(yōu)良的節(jié)能性，從而不會(huì)大幅度增加所述燃料電池汽車的待機(jī)功耗而可以常時(shí)監(jiān)視燃料氣體泄漏。

例如，在接受點(diǎn)火鑰匙的操作的時(shí)點(diǎn)，由于已經(jīng)對(duì)燃料氣體泄漏的有無(wú)進(jìn)行了判定，因而與在接受了點(diǎn)火鑰匙的操作之后，為判定燃料氣體泄漏的有無(wú)而驅(qū)動(dòng)氫傳感器的情況相比，可以縮短燃料電池汽車的啟動(dòng)時(shí)間。另外，所述燃料電池汽車在行駛后，例如在將所述燃料電池汽車停于車庫(kù)中之后，也可以通過(guò)繼續(xù)監(jiān)視燃料氣體泄漏來(lái)提高安全性。

1個(gè)方式涉及一種氣體傳感器，其具有：第1導(dǎo)電層；第2導(dǎo)電層，其包括具有第1厚度的第1區(qū)域、和具有比所述第1厚度大的第2厚度的第2區(qū)域；金屬氧化物層，其配置于所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間，且包括塊狀區(qū)域、和被所述塊狀區(qū)域包圍并具有比所述塊狀區(qū)域大的氧缺位度的局部區(qū)域；以及絕緣膜，其覆蓋所述第1導(dǎo)電層、所述第2導(dǎo)電層的所述第2區(qū)域以及所述金屬氧化物層，而且不覆蓋所述第2導(dǎo)電層的所述第1區(qū)域。

例如，在所述第2導(dǎo)電層中，所述第2區(qū)域也可以包圍所述第1區(qū)域。所述絕緣膜也可以具有達(dá)到所述第2導(dǎo)電層的所述第1區(qū)域的開口。

例如，所述金屬氧化物層也可以具有與所述第2導(dǎo)電層的所述第1區(qū)域以及所述第2區(qū)域接觸的平坦的面。

例如，所述第1區(qū)域也可以曝露于氣體中。

例如，在所述第2導(dǎo)電層與含有氫原子的氣體接觸時(shí)，所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間的電阻值也可以降低。

例如，所述局部區(qū)域也可以與所述第2導(dǎo)電層的所述第1區(qū)域接觸。

例如，所述第2導(dǎo)電層也可以由單一的材料構(gòu)成。

例如，從垂直于所述第2導(dǎo)電層的主面的方向上看，所述金屬氧化物層的輪廓也可以位于所述第2導(dǎo)電層的輪廓的內(nèi)側(cè)。

例如，所述第2導(dǎo)電層也可以包含平板狀的第1層、和部分配置于所述第1層上的第2層。所述第1區(qū)域也可以是所述第2導(dǎo)電層中在所述第1層上未配置所述第2層的區(qū)域，所述第2區(qū)域也可以是所述第2導(dǎo)電層中在所述第1層上配置有所述第2層的區(qū)域。

例如，從垂直于所述第2導(dǎo)電層的主面的方向上看，所述第1層的輪廓也可以位于所述第2層的輪廓的內(nèi)側(cè)。

例如，所述第2導(dǎo)電層也可以進(jìn)一步包含在所述第2層下未配置所述第1層的第3區(qū)域。所述氣體傳感器也可以進(jìn)一步具有貫通所述絕緣膜而與所述第2導(dǎo)電層的所述第3區(qū)域連接的柱。

例如，所述金屬氧化物層也可以具有：第1金屬氧化物層，其與第1導(dǎo)電層接觸，具有比所述塊狀區(qū)域大的氧缺位度；以及第2金屬氧化物層，其與第2導(dǎo)電層接觸，且包含所述塊狀區(qū)域。所述局部區(qū)域也可以與所述第2導(dǎo)電層接觸，且貫通所述第2金屬氧化物層。

例如，所述金屬氧化物層也可以進(jìn)一步包含包圍所述第1金屬氧化物層和所述第2金屬氧化物層，而且電阻值比所述第2金屬氧化物層高的第3金屬氧化物層。

例如，所述第2導(dǎo)電層也可以包含具有由氫分子離解出氫原子的催化作用的材料。

例如，所述第2導(dǎo)電層也可以含有鉑或者鈀。

例如，所述金屬氧化物層的電阻值也可以基于在所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間施加的電壓而可逆地發(fā)生轉(zhuǎn)變。

例如，上述的任1項(xiàng)的氣體傳感器也可以進(jìn)一步具有用于測(cè)定所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間的電阻值的測(cè)定電路。

例如，上述的任1項(xiàng)的氣體傳感器也可以進(jìn)一步具有用于在所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間施加電壓的電源電路。

例如，所述金屬氧化物層也可以含有選自過(guò)渡金屬氧化物以及鋁氧化物之中的至少1種。

例如，所述金屬氧化物層也可以含有選自鉭氧化物、鉿氧化物、鋯氧化物以及鋁氧化物之中的至少1種。

例如，所述第1金屬氧化物層和所述第2金屬氧化物層也可以含有相同的金屬氧化物。

例如，所述第1金屬氧化物層和所述第2金屬氧化物層也可以含有不同的金屬氧化物。

例如，所述局部區(qū)域也可以通過(guò)在所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間施加的電壓來(lái)發(fā)熱。

1個(gè)方式涉及一種燃料電池汽車，其具有儲(chǔ)存氫氣的罐、燃料電池、以及上述的任1項(xiàng)的氣體傳感器。

1個(gè)方式涉及一種使用氣體傳感器的氫檢測(cè)方法，其中，所述氣體傳感器具有：第1導(dǎo)電層；第2導(dǎo)電層，其包括具有第1厚度的第1區(qū)域、和具有比所述第1厚度大的第2厚度的第2區(qū)域；金屬氧化物層，其配置于所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間，且包括塊狀區(qū)域、和被所述塊狀區(qū)域包圍并具有比所述塊狀區(qū)域大的氧缺位度的局部區(qū)域；以及絕緣膜，其覆蓋所述第1導(dǎo)電層、所述第2導(dǎo)電層的所述第2區(qū)域以及所述金屬氧化物層，而且不覆蓋所述第2導(dǎo)電層的所述第1區(qū)域。所述氫檢測(cè)方法包括：使氣體與所述第2導(dǎo)電層的所述第1區(qū)域接觸的步驟，以及通過(guò)檢測(cè)所述第1導(dǎo)電層和所述第2導(dǎo)電層之間的電阻值的降低而對(duì)所述氣體中含有的氫氣進(jìn)行檢測(cè)的步驟。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的氣體傳感器例如可用于燃料電池汽車、加氫站、氫工廠等。

符號(hào)說(shuō)明：

100、200、300、400、500、600、700氣體傳感器

101基板

102、107、107a、107b、107c絕緣層

103、703第1導(dǎo)電層

103’、306a’、306b’導(dǎo)電層

104、504電阻膜

104’金屬氧化物層

105、705局部區(qū)域

106、206、306、706第2導(dǎo)電層

1061、2061、3061第2導(dǎo)電層的第1部分

1062、2062、3062第2導(dǎo)電層的第2部分

108開口

206a、306a下層

206b、306b上層

409、413、415接觸柱

411第3布線

414第1布線

416第2布線

504a第1金屬氧化物層

504b第2金屬氧化物層

617氧化物膜

710氧缺損

800燃料電池汽車

810客艙

820貨艙

830氣體罐室

831燃料罐

832、852氫傳感器

840配管

850燃料電池室

851燃料電池

860馬達(dá)室

861馬達(dá)

900評(píng)價(jià)系統(tǒng)

910密閉容器

911氫氣瓶

912氮?dú)馄?/p>

913、914導(dǎo)入閥

915排氣閥

920電源

930電流測(cè)定器