Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7717052B2 - Sensor device and manufacturing method thereof - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7717052B2 - Sensor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Sensor device and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JP7717052B2
JP7717052B2 JP2022512078A JP2022512078A JP7717052B2 JP 7717052 B2 JP7717052 B2 JP 7717052B2 JP 2022512078 A JP2022512078 A JP 2022512078A JP 2022512078 A JP2022512078 A JP 2022512078A JP 7717052 B2 JP7717052 B2 JP 7717052B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
sensor device
electrode
drain electrode
source electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022512078A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2021200569A1 (en
Inventor
マノハラン ムルガナタン
ガブリエル アグボンラホール
アミット バネルジー
博 水田
恒 槇
陽介 恩田
将志 服部
賢一 下舞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyo Yuden Co Ltd
Original Assignee
Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyo Yuden Co Ltd filed Critical Taiyo Yuden Co Ltd
Publication of JPWO2021200569A1 publication Critical patent/JPWO2021200569A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7717052B2 publication Critical patent/JP7717052B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G01N5/02Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

本発明は、センサデバイスおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a sensor device and a manufacturing method thereof.

非特許文献1に記載されるガスセンサは、基板と、基板上に配置されたゲート電極、ドレイン電極およびソース電極と、グラフェン層とを有する。このガスセンサは、ドレイン電極およびソース電極との間でグラフェン層を振動可能に支持する構造を有し、ガスの吸着によるグラフェン層の共振周波数の変化量に基づいて、ガス成分を検出する。The gas sensor described in Non-Patent Document 1 includes a substrate, a gate electrode, a drain electrode, and a source electrode disposed on the substrate, and a graphene layer. This gas sensor has a structure that supports the graphene layer between the drain electrode and the source electrode so that the graphene layer can vibrate, and detects gas components based on the amount of change in the resonant frequency of the graphene layer due to gas adsorption.

S. Lie. et. al., Appl. Phys. Lett., 102, 153101 (2013)S. Lie. et. al., Appl. Phys. Lett., 102, 153101 (2013)

より高感度なガス検出を行うために、ガスセンサの振動子にはガス吸着による共振周波数の変化を高精度に検出する必要がある。これは、振動子のQ値が高い必要があることを意味する。さらには、ガス検出に必要な振動モードを特定するために、所望の振動モードと干渉するような固有振動モードが振動子で発生しないことが求められる。 To achieve more sensitive gas detection, the gas sensor's oscillator needs to be able to detect changes in resonant frequency due to gas adsorption with high precision. This means that the oscillator needs to have a high Q value. Furthermore, to identify the vibration mode required for gas detection, the oscillator must not generate any natural vibration modes that interfere with the desired vibration mode.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ガスの検出感度を高めることができるセンサデバイスおよびその製造方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, the object of the present invention is to provide a sensor device and a method for manufacturing the same that can improve gas detection sensitivity.

本発明の一形態に係るセンサデバイスは、基板と、絶縁膜と、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、振動子とを具備する。
上記絶縁膜は、上記基板上に形成される。
上記ゲート電極は、上記絶縁膜上に配置される。
上記ソース電極は、第1導体層と、上記第1導体層の上に設けられた第2導体層とを有し、上記絶縁膜上に配置される。
上記ドレイン電極は、第3導体層と、上記第3導体層の上に設けられた第4導体層とを有し、上記絶縁膜上に配置される。
上記振動子は、上記第1および第2導体層に挟まれた第1端部と、上記第3および第4導体層に挟まれた第2端部と、上記ゲート電極に対向する振動部とを有する。
A sensor device according to an embodiment of the present invention includes a substrate, an insulating film, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, and a vibrator.
The insulating film is formed on the substrate.
The gate electrode is disposed on the insulating film.
The source electrode has a first conductor layer and a second conductor layer provided on the first conductor layer, and is disposed on the insulating film.
The drain electrode has a third conductor layer and a fourth conductor layer provided on the third conductor layer, and is disposed on the insulating film.
The vibrator has a first end sandwiched between the first and second conductor layers, a second end sandwiched between the third and fourth conductor layers, and a vibrating portion facing the gate electrode.

上記振動子は、グラフェン層を含んでもよい。 The oscillator may include a graphene layer.

上記振動子は、上記グラフェン層上に形成された感応膜をさらに含んでもよい。 The oscillator may further include a sensitive film formed on the graphene layer.

上記感応膜は、多孔質膜であってもよい。 The above-mentioned sensitive membrane may be a porous membrane.

上記多孔質膜は、炭素系材料であってもよい。 The porous membrane may be made of a carbon-based material.

上記第1~第4導体層は、同種の金属材料であってもよい。 The first to fourth conductor layers may be made of the same type of metal material.

上記ソース電極は、上記第1および第2導体層の間に配置され上記振動子と密着する密着層をさらに有し、上記ドレイン電極は、上記第3および第4導体層の間に配置され上記振動子と密着する密着層をさらに有してもよい。 The source electrode may further have an adhesion layer disposed between the first and second conductor layers and in close contact with the vibrator, and the drain electrode may further have an adhesion layer disposed between the third and fourth conductor layers and in close contact with the vibrator.

上記ゲート電極は、上記基板と上記振動子との間に配置されてもよい。 The gate electrode may be disposed between the substrate and the vibrator.

本発明の一形態に係るセンサデバイスの製造方法は、基板上に、下部電極層を形成することを含む。
上記下部電極層上にグラフェン層が形成される。
上記グラフェン層上に上部電極層が形成される。
上記下部電極層および上記上部電極層をパターニングすることで、上記グラフェン層を振動可能に上記グラフェン層の一端を支持するソース電極と、上記グラフェン層を振動可能に上記グラフェン層の他端を支持するドレイン電極と、上記グラフェン層と上記基板の厚み方向に所定の間隙をおいて対向するゲート電極がそれぞれ形成される。
A method for manufacturing a sensor device according to one aspect of the present invention includes forming a lower electrode layer on a substrate.
A graphene layer is formed on the lower electrode layer.
An upper electrode layer is formed on the graphene layer.
By patterning the lower electrode layer and the upper electrode layer, a source electrode that supports one end of the graphene layer so as to allow the graphene layer to vibrate, a drain electrode that supports the other end of the graphene layer so as to allow the graphene layer to vibrate, and a gate electrode that faces the graphene layer with a predetermined gap in the thickness direction of the substrate are formed.

本発明によれば、ガスの検出感度を高めることができる。 The present invention can improve gas detection sensitivity.

本発明の一実施形態に係るセンサデバイスを備えたガス判定システムの構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas determination system including a sensor device according to an embodiment of the present invention. 上記センサデバイスの構成を示す概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the sensor device. 上記センサデバイスにおける振動子の概略側断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of a vibrator in the sensor device. 上記センサデバイスの側断面図である。FIG. 2 is a side cross-sectional view of the sensor device. 比較例に係るセンサデバイスの側断面図である。FIG. 10 is a side cross-sectional view of a sensor device according to a comparative example. 図5に示すセンサデバイスの振動モードを説明するシミュレーション結果である。6 is a simulation result illustrating a vibration mode of the sensor device shown in FIG. 5 . 図4に示すセンサデバイスの振動モードを説明するシミュレーション結果である。5 is a simulation result illustrating a vibration mode of the sensor device shown in FIG. 4. 上記センサデバイスの製造方法を説明する各工程の概略断面図である。3A to 3C are schematic cross-sectional views illustrating steps in a method for manufacturing the sensor device. 上記センサデバイスの製造方法を説明する各工程の概略断面図である。3A to 3C are schematic cross-sectional views illustrating steps in a method for manufacturing the sensor device. 上記センサデバイスの製造方法を説明する各工程の概略斜視図である。3A to 3C are schematic perspective views illustrating steps in a method for manufacturing the sensor device. 上記センサデバイスの製造方法を説明する各工程の概略斜視図である。3A to 3C are schematic perspective views illustrating steps in a method for manufacturing the sensor device.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
[ガス判定システムの概要]
図1はガス判定システムの構成を示す模式図である。図2は、ガス判定システムの一部を構成するセンサデバイス10の構成を示す模式図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Gas detection system overview]
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas determination system, and Fig. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a sensor device 10 that constitutes a part of the gas determination system.

図1に示すように、ガス判定システム1は、センサ装置2と、情報処理装置4と、表示装置5と、記憶部6と、を備える。
センサ装置2は、収容室20と、センサデバイス10と、UV(紫外線)光源23と、加熱部26と、を備える。
As shown in FIG. 1, the gas determination system 1 includes a sensor device 2, an information processing device 4, a display device 5, and a storage unit 6.
The sensor apparatus 2 includes an accommodation chamber 20 , a sensor device 10 , a UV (ultraviolet) light source 23 , and a heating unit 26 .

収容室20は、センサデバイス10と、UV光源23と、加熱部26と、を収容する。収容室20は、外部からガスを吸気する吸気口21と、収容室20内に導入されたガスを収容室20から外部に排気する排気口22とを有する。吸気口21には収容室20内へのガスの流入を調節するバルブ24が設けられ、排気口22には収容室20内のガスの外部への流出を調節するバルブ25が設けられている。 The storage chamber 20 houses the sensor device 10, a UV light source 23, and a heating unit 26. The storage chamber 20 has an intake port 21 for drawing in gas from the outside, and an exhaust port 22 for exhausting gas introduced into the storage chamber 20 from the storage chamber 20 to the outside. The intake port 21 is provided with a valve 24 for regulating the flow of gas into the storage chamber 20, and the exhaust port 22 is provided with a valve 25 for regulating the flow of gas from the storage chamber 20 to the outside.

UV光源23は、センサデバイス10に対して照射する紫外線(UV)を発する。後述するセンサデバイス10の振動子16にUVを照射することにより、振動子16のクリーニングが行われる。UV照射を行うことによりガスが効率よく振動子16に吸着される。これは、UV照射することにより、振動子16の表面からO、HO等が除去される(クリーニング効果)とともに、振動子16の表面上でのガス分子の吸着と光励起脱着との間の動的平衡が導かれて振動子16のガスの有効利用な吸着サイトが増加するため、及び、吸着分子の状態変化(イオン化など)により吸着が加速されるため、と考えられる。 The UV light source 23 emits ultraviolet (UV) light to be irradiated onto the sensor device 10. By irradiating the oscillator 16 of the sensor device 10 with UV light, the oscillator 16 is cleaned. UV irradiation efficiently adsorbs gas onto the oscillator 16. This is thought to be because UV irradiation removes O 2 , H 2 O, etc. from the surface of the oscillator 16 (cleaning effect), induces a dynamic equilibrium between adsorption and photo-stimulated desorption of gas molecules on the surface of the oscillator 16, increasing the number of adsorption sites for gas on the oscillator 16 that can be effectively utilized, and accelerates adsorption due to changes in the state of the adsorbed molecules (ionization, etc.).

加熱部26は、例えばヒータであり、センサデバイス10を加熱する。加熱部26によるセンサデバイス10の加熱により、振動子16によるガスの吸着効果が得られる。 The heating unit 26 is, for example, a heater, and heats the sensor device 10. Heating the sensor device 10 by the heating unit 26 results in the gas adsorption effect of the vibrator 16.

図2に示すように、センサデバイス10は、基板11と、絶縁膜12と、ゲート電極13と、ソース電極14と、ドレイン電極15と、振動子16とを有する。 As shown in FIG. 2, the sensor device 10 has a substrate 11, an insulating film 12, a gate electrode 13, a source electrode 14, a drain electrode 15, and a vibrator 16.

基板11は、典型的にはシリコン基板であるが、シリコン以外の他の半導体基板やガラス基板などであってもよい。絶縁膜12は、基板11上に形成される。絶縁膜12は、典型的にはシリコン酸化膜であり、基板11がシリコン基板の場合はその表面に形成された熱酸化膜である。 Substrate 11 is typically a silicon substrate, but may also be a semiconductor substrate other than silicon, a glass substrate, etc. Insulating film 12 is formed on substrate 11. Insulating film 12 is typically a silicon oxide film, and when substrate 11 is a silicon substrate, it is a thermal oxide film formed on its surface.

ゲート電極13、ソース電極14およびドレイン電極15は、絶縁膜12の上に形成される。ゲート電極13は、ソース電極14とドレイン電極15との間に配置される。ゲート電極13、ソース電極14およびドレイン電極15は、典型的には金属膜であり、本実施形態ではクロム(Cr)および金(Au)の積層膜で構成される。 The gate electrode 13, source electrode 14, and drain electrode 15 are formed on the insulating film 12. The gate electrode 13 is disposed between the source electrode 14 and the drain electrode 15. The gate electrode 13, source electrode 14, and drain electrode 15 are typically metal films, and in this embodiment are composed of a laminated film of chromium (Cr) and gold (Au).

振動子16は、ゲート電極13と対向するようにソース電極14とドレイン電極15との間に配置される。振動子16は、ゲート電極13に接触しない程度に間隙を持って配置される。振動子16は、導電性材料で構成され、本実施形態ではグラフェン層で構成される。グラフェン層は単層膜で構成されるが、多層膜であってもよい。振動子16は、グラフェン層以外にも、金属膜やシリコン薄膜などの他の導電性材料で構成されてもよい。 The oscillator 16 is disposed between the source electrode 14 and the drain electrode 15 so as to face the gate electrode 13. The oscillator 16 is disposed with a gap therebetween so as not to come into contact with the gate electrode 13. The oscillator 16 is made of a conductive material, and in this embodiment is made of a graphene layer. The graphene layer is made of a single layer film, but may also be a multilayer film. In addition to the graphene layer, the oscillator 16 may also be made of other conductive materials, such as a metal film or a silicon thin film.

振動子16は、図3に示すように、グラフェン層160とその表面に形成された感応膜17との積層膜で構成される。感応膜17は、例えば、検出対象のガスを吸着可能な材料で構成される。感応膜17を構成する材料は、検出対象のガスの種類によって任意に選択でき、典型的には、有機ポリマー膜(有機高分子膜、有機低分子膜)、有機色素膜または無機膜等を用いることができる。As shown in Figure 3, the vibrator 16 is composed of a laminated film of a graphene layer 160 and a sensitive film 17 formed on its surface. The sensitive film 17 is composed of, for example, a material capable of adsorbing the gas to be detected. The material that makes up the sensitive film 17 can be selected arbitrarily depending on the type of gas to be detected, and typically, an organic polymer film (organic polymer film, organic low-molecular-weight film), an organic dye film, or an inorganic film can be used.

感応膜17は、多孔質膜であってもよい。多孔質膜は、グラフェン層160の表面を活性炭で装飾することで形成される。多孔質膜を構成する材料は活性炭に限られず、グラフェン層160よりも多孔性であればよく、グラフェン層160と同様に導電特性を持てばよい。多孔質層17を構成する導電性材料には、例えば、炭素系材料、導電性ポリマー、導電性セラミックス、ポーラスシリコンを用いてもよい。好ましくは、多孔質膜は、グラフェン層160と同一の炭素系材料で構成される。炭素系材料とは、炭素を主な成分とする物質である。 The sensitive membrane 17 may be a porous membrane. The porous membrane is formed by decorating the surface of the graphene layer 160 with activated carbon. The material constituting the porous membrane is not limited to activated carbon, and may be any material that is more porous than the graphene layer 160 and has conductive properties similar to those of the graphene layer 160. The conductive material constituting the porous layer 17 may be, for example, a carbon-based material, a conductive polymer, a conductive ceramic, or porous silicon. Preferably, the porous membrane is made of the same carbon-based material as the graphene layer 160. A carbon-based material is a substance whose main component is carbon.

多孔質膜はガス吸着を促進する働きをするので、多孔性であることによって吸着表面積を大きくし、また多くのダングリングボンドを有していることから、効率よくガスを吸着できる。多孔質膜は導電特性を持つので、グラフェン層160上に導電特性を持たない膜を吸着膜として設けた場合に比較して、吸着表面積が大きくなる上、表面に多くのダングリングボンドを有するため、ガス分子吸着が促進される。 Porous films promote gas adsorption; their porosity increases the adsorption surface area, and they have many dangling bonds, allowing them to adsorb gases efficiently. Because porous films are conductive, they have a larger adsorption surface area and many dangling bonds on the surface, promoting the adsorption of gas molecules, compared to when a non-conductive film is placed on the graphene layer 160 as an adsorption film.

多孔質膜の厚みは特に限定されず、グラフェン層160の厚みと同一であってもよいし、グラフェン層160の厚みよりも薄く、あるいは、厚くてもよい。典型的には、グラフェン層160の厚みは1nm、多孔質膜の厚みは1nmである。多孔質膜は、グラフェン層160の表面全域を被覆するように形成されるが、これに限られず、グラフェン層160の表面の少なくとも一部を被覆するように形成されてもよい。The thickness of the porous film is not particularly limited and may be the same as the thickness of the graphene layer 160, or may be thinner or thicker than the thickness of the graphene layer 160. Typically, the thickness of the graphene layer 160 is 1 nm, and the thickness of the porous film is 1 nm. The porous film is formed so as to cover the entire surface of the graphene layer 160, but is not limited to this and may be formed so as to cover at least a portion of the surface of the graphene layer 160.

情報処理装置4は、取得部41と、判定部42と、出力部43と、制御部44と、を備える。情報処理装置4はセンサデバイス10の駆動を制御し、振動子16の共振周波数の変化量に基づいてガスの検出成分を判定し、その判定結果を出力する部分である。 The information processing device 4 includes an acquisition unit 41, a determination unit 42, an output unit 43, and a control unit 44. The information processing device 4 controls the driving of the sensor device 10, determines the detected gas component based on the amount of change in the resonant frequency of the vibrator 16, and outputs the determination result.

制御部44は、センサデバイス10のゲート電極13とソース電極14との間に所定周波数の高周波信号を入力することで振動子16を共振させる。取得部41は、振動子16の共振周波数に対応する高周波信号(ドレイン電流)をドレイン電極15から取得し、ドレイン電流に基づき、振動子16の共振周波数の変化に変換する。判定部42は、取得部41で取得された複数の共振周波数変化に基づき、記憶部6に記憶されている共振周波数情報を参照してガスの種類あるいは濃度を判定する。出力部43は、判定部42による判定結果を表示装置5へ出力する。 The control unit 44 resonates the vibrator 16 by inputting a high-frequency signal of a predetermined frequency between the gate electrode 13 and source electrode 14 of the sensor device 10. The acquisition unit 41 acquires a high-frequency signal (drain current) corresponding to the resonant frequency of the vibrator 16 from the drain electrode 15 and converts it into a change in the resonant frequency of the vibrator 16 based on the drain current. The determination unit 42 determines the type or concentration of gas based on the multiple resonant frequency changes acquired by the acquisition unit 41 and by referring to the resonant frequency information stored in the memory unit 6. The output unit 43 outputs the determination result by the determination unit 42 to the display device 5.

収容室20に検出対象のガスが導入されると、振動子16にガスが吸着することで振動子16の質量が変化し、その質量の変化量に基づき、振動子16の共振周波数が低下する。ガス吸着前の振動子16の質量をm、ガス吸着による振動子16の質量の変化量をΔm、振動子16の共振周波数をf0とすると、振動子16の共振周波数の変化量Δfは、式(1)で算出される。
Δf=Δm×f0/(2×m) ・・・(1)
When a gas to be detected is introduced into the accommodation chamber 20, the mass of the oscillator 16 changes due to the gas being adsorbed to the oscillator 16, and the resonant frequency of the oscillator 16 decreases based on the amount of change in mass. If the mass of the oscillator 16 before gas adsorption is m, the amount of change in mass of the oscillator 16 due to gas adsorption is Δm, and the resonant frequency of the oscillator 16 is f0, the amount of change Δf in the resonant frequency of the oscillator 16 is calculated by equation (1).
Δf=Δm×f0/(2×m)...(1)

式(1)で表されるように、振動子16の質量は小さい方が大きな振動数変化を示すため、振動子16の質量は小さい方が好ましい。本実施形態では、振動子16が軽元素である炭素で構成され、優れた電気的・機械的特性を有するグラフェンで構成されるため、振動数変化を高感度に検出することができる。As expressed in equation (1), a smaller mass of the oscillator 16 results in a larger frequency change, so a smaller mass of the oscillator 16 is preferable. In this embodiment, the oscillator 16 is made of carbon, a light element, and graphene, which has excellent electrical and mechanical properties, allowing for highly sensitive detection of frequency changes.

情報処理装置4は、予め異なる種類の複数のガス毎の共振周波数情報を取得し、記憶部6に記憶しておく。判定部42は記憶部6に記憶されている共振周波数情報を参照して、センサデバイス10で検知したガスの種類を識別し判定する。
出力部43は、取得部41で取得される共振周波数情報、判定部42により判定されたガスの種類や濃度といった判定結果を表示装置5へ出力する。
The information processing device 4 acquires resonance frequency information for each of a plurality of different types of gases in advance and stores it in the storage unit 6. The determination unit 42 refers to the resonance frequency information stored in the storage unit 6 to identify and determine the type of gas detected by the sensor device 10.
The output unit 43 outputs the resonance frequency information acquired by the acquisition unit 41 and the determination results such as the type and concentration of gas determined by the determination unit 42 to the display device 5 .

表示装置5は表示部を有し、情報処理装置4から出力されたガスの種類や濃度等を表示部に表示する。ユーザは、表示部を確認することによりガス判定結果を把握することができる。
記憶部6は、ガス判定システム1で検出された異なる種類の複数の既知のガス毎の共振周波数情報を予め取得し、参照データとして記憶する。記憶部6は、HDD(Hard Disk Drive)や半導体メモリ等の記憶装置で構成される。記憶部6は、情報処理装置4が通信可能なクラウドサーバ上にあってもよいし、情報処理装置4が備えていてもよい。
The display device 5 has a display unit, and displays on the display unit the type and concentration of gas output from the information processing device 4. The user can understand the gas determination result by checking the display unit.
Storage unit 6 acquires in advance resonance frequency information for each of a plurality of different types of known gases detected by gas determination system 1 and stores the information as reference data. Storage unit 6 is configured with a storage device such as an HDD (Hard Disk Drive) or semiconductor memory. Storage unit 6 may be located on a cloud server with which information processing device 4 can communicate, or may be provided in information processing device 4 itself.

[センサデバイスの詳細] [Sensor device details]

続いて、センサデバイス10の詳細について説明する。図4は、センサデバイス10の側断面図である。Next, we will explain the details of the sensor device 10. Figure 4 is a side cross-sectional view of the sensor device 10.

上述のように、振動子16は、ゲート電極13と対向するようにソース電極14とドレイン電極15との間に配置される。より具体的に、振動子16は、ソース電極14に支持される第1端部161と、ドレイン電極15に支持される第2端部162と、ゲート電極13と対向する振動部163とを有する。振動子16は、振動部163が振動可能なように、ゲート電極13に対して基板11の厚み方向に所定の間隙(例えば、100nm)をおいて配置される。As described above, the vibrator 16 is disposed between the source electrode 14 and the drain electrode 15 so as to face the gate electrode 13. More specifically, the vibrator 16 has a first end 161 supported by the source electrode 14, a second end 162 supported by the drain electrode 15, and a vibrating portion 163 facing the gate electrode 13. The vibrator 16 is disposed with a predetermined gap (e.g., 100 nm) from the gate electrode 13 in the thickness direction of the substrate 11 so that the vibrating portion 163 can vibrate.

一方、ソース電極14およびドレイン電極15は、少なくとも2層の導体層の積層構造を有する。すなわち、ソース電極14は、絶縁膜12の上に設けられた第1ソース電極層141(第1導体層)と、第1ソース電極層141の上に設けられた第2ソース電極層142(第2導体層)とを有する。また、ドレイン電極15は、絶縁膜12の上に設けられた第1ドレイン電極層151(第3導体層)と、第1ドレイン電極層151の上に設けられた第2ドレイン電極層152(第4導体層)とを有する。 On the other hand, the source electrode 14 and the drain electrode 15 have a laminated structure of at least two conductor layers. That is, the source electrode 14 has a first source electrode layer 141 (first conductor layer) provided on the insulating film 12 and a second source electrode layer 142 (second conductor layer) provided on the first source electrode layer 141. Furthermore, the drain electrode 15 has a first drain electrode layer 151 (third conductor layer) provided on the insulating film 12 and a second drain electrode layer 152 (fourth conductor layer) provided on the first drain electrode layer 151.

振動子16の第1端部161は、第1ソース電極層141と第2ソース電極層142とに挟まれるようにしてこれら電極層141,142の間に配置される。振動子16の第2端部162は、第1ドレイン電極層151と第2ドレイン電極層152とに挟まれるようにしてこれら電極層151,152の間に配置される。第1ソース電極層141および第1ドレイン電極層151は、ゲート電極13よりも大きな厚みで形成されることで、振動子16の振動部163とゲート電極13との間に上記所定の間隙が形成される。 The first end 161 of the vibrator 16 is sandwiched between the first source electrode layer 141 and the second source electrode layer 142 and is disposed between these electrode layers 141 and 142. The second end 162 of the vibrator 16 is sandwiched between the first drain electrode layer 151 and the second drain electrode layer 152 and is disposed between these electrode layers 151 and 152. The first source electrode layer 141 and the first drain electrode layer 151 are formed with a thickness greater than that of the gate electrode 13, thereby forming the above-mentioned predetermined gap between the vibrating portion 163 of the vibrator 16 and the gate electrode 13.

このように本実施形態のセンサデバイス10においては、振動子16の両端がソース電極14およびドレイン電極15を構成する導体層(電極層)の間にそれぞれ挟持されるようにして支持されているため、振動子16を安定に保持することができる。よって、振動子16が剥がれ落ちにくくなるので、センサデバイス10の経時劣化を抑制し、耐久性を向上することができる。第1ソース電極層141と第2ソース電極層142との間には、振動子16の第1端部161と密着するクロム(Cr)などの密着層が設けられてもよい。同様に、第1ドレイン電極151と第2ドレイン電極152との間には、振動子16の第2端部162と密着するCrなどの密着層が設けられてもよい。これにより、振動子16とソース電極14およびドレイン電極15との密着性が高められるため、センサデバイス10の耐久性を向上させることができる。In this way, in the sensor device 10 of this embodiment, both ends of the vibrator 16 are supported by being sandwiched between the conductor layers (electrode layers) that constitute the source electrode 14 and the drain electrode 15, respectively, thereby enabling the vibrator 16 to be stably held. This makes the vibrator 16 less likely to peel off, suppressing deterioration over time and improving durability of the sensor device 10. An adhesion layer such as chromium (Cr) that adheres closely to the first end 161 of the vibrator 16 may be provided between the first source electrode layer 141 and the second source electrode layer 142. Similarly, an adhesion layer such as Cr that adheres closely to the second end 162 of the vibrator 16 may be provided between the first drain electrode 151 and the second drain electrode 152. This improves adhesion between the vibrator 16 and the source electrode 14 and drain electrode 15, thereby improving durability of the sensor device 10.

第1ソース電極層141と第2ソース電極層142は、それぞれ同種の金属材料で構成されるのが好ましい。同様に、第1ドレイン電極層151と第2ドレイン電極層152は、それぞれ同種の金属材料で構成されるのが好ましい。これにより、熱膨張係数の差に起因する各電極層の界面での熱応力の発生を防ぐことができるため、振動子16の各端部161,162をより安定に支持することができる。同種の金属材料とは、同一の金属材料のほか、主金属材料が同一の合金材料をいう。 The first source electrode layer 141 and the second source electrode layer 142 are preferably made of the same type of metal material. Similarly, the first drain electrode layer 151 and the second drain electrode layer 152 are preferably made of the same type of metal material. This prevents thermal stress from occurring at the interface between the electrode layers due to differences in thermal expansion coefficients, thereby more stably supporting each end 161, 162 of the vibrator 16. "The same type of metal material" refers to the same metal material as well as alloy materials whose main metal material is the same.

図5は、比較例に係るセンサデバイス110の構成を示す側断面図である。このセンサデバイス110は、基板11の絶縁膜12上にソース電極114およびドレイン電極115が形成され、ソース電極114およびドレイン電極115の間の絶縁膜12には、ゲート電極13を配置するための凹部120が形成される。振動子116は、凹部120内にゲート電極13と対向するように配置され、振動子116の両端の上面は、ソース電極114およびドレイン電極115の下面にそれぞれ支持される。 Figure 5 is a side cross-sectional view showing the configuration of a sensor device 110 according to a comparative example. In this sensor device 110, a source electrode 114 and a drain electrode 115 are formed on an insulating film 12 of a substrate 11, and a recess 120 for disposing a gate electrode 13 is formed in the insulating film 12 between the source electrode 114 and the drain electrode 115. A vibrator 116 is disposed in the recess 120 so as to face the gate electrode 13, and the upper surfaces of both ends of the vibrator 116 are supported by the lower surfaces of the source electrode 114 and the drain electrode 115, respectively.

ここで、凹部120は、ソース電極114およびドレイン電極115をマスクとするウェットエッチング法により形成される。ウェットエッチングは等方的エッチングであるため、凹部120は、絶縁膜12とソース電極114およびドレイン電極115の界面の一部を浸食するアンダーエッチングを伴う。これにより、ソース電極114およびドレイン電極115には、振動子116を支持する端部近傍において下地層である絶縁膜12に支持されない領域が発生する。そして、振動子116にも絶縁膜12によって支持されない領域が発生し、ソース電極114およびドレイン電極115によって両端部の上面のみが支持される。その結果、振動子116の両端部を支持する部位の剛性が低下し、振動子116の振動に伴ってソース電極114およびドレイン電極115の端部も振動することで、振動子116を所望とする振動モードで振動させることが困難となる。 Here, the recess 120 is formed by wet etching using the source electrode 114 and the drain electrode 115 as a mask. Because wet etching is isotropic, the recess 120 is formed by under-etching, which erodes part of the interface between the insulating film 12 and the source electrode 114 and the drain electrode 115. This results in regions of the source electrode 114 and the drain electrode 115 that are not supported by the insulating film 12, which serves as the underlying layer, near the ends that support the vibrator 116. Regions of the vibrator 116 that are not supported by the insulating film 12 are also generated, with only the upper surfaces of both ends supported by the source electrode 114 and the drain electrode 115. As a result, the rigidity of the portions supporting both ends of the vibrator 116 is reduced, and the ends of the source electrode 114 and the drain electrode 115 also vibrate in conjunction with the vibration of the vibrator 116, making it difficult to vibrate the vibrator 116 in the desired vibration mode.

図6(A),(B)は、比較例に係るセンサデバイス110の振動モードを評価したシミュレーション結果である。図6(A)は、センサでデバイスの一次振動モード、図6(B)はその二次振動モードである。ここでは、ソース電極114およびドレイン電極115の厚みを75nm、絶縁膜12の厚みを280nm、ソース電極114およびドレイン電極115の幅を3μm、ソース電極114-ドレイン電極115間の対向距離L1(図5参照)を1μm、ソース電極114およびドレイン電極115の凹部120への張出し長L2(図5参照)を2μmとした。
同図の例において振動子116は、19.7MHzおよび20.2MHzの2つの固有振動数を有しており、それぞれのQ値は、19.7MHzの場合は3080、20.2MHzの場合は1509であった。
6A and 6B show simulation results for evaluating the vibration mode of the sensor device 110 according to the comparative example. Fig. 6A shows the primary vibration mode of the sensor device, and Fig. 6B shows its secondary vibration mode. Here, the thicknesses of the source electrode 114 and the drain electrode 115 were 75 nm, the thickness of the insulating film 12 was 280 nm, the widths of the source electrode 114 and the drain electrode 115 were 3 μm, the opposing distance L1 between the source electrode 114 and the drain electrode 115 (see Fig. 5 ) was 1 μm, and the overhang length L2 of the source electrode 114 and the drain electrode 115 into the recess 120 (see Fig. 5 ) was 2 μm.
In the example shown in the figure, the vibrator 116 has two natural frequencies of 19.7 MHz and 20.2 MHz, and the Q values are 3080 for 19.7 MHz and 1509 for 20.2 MHz.

一方、図7(A),(B)は、図4に示した本実施形態に係るセンサデバイス10の振動モードを評価したシミュレーション結果である。図7(A)は、センサでデバイスの一次振動モード、図7(B)はその二次振動モードである。ここでは、ソース電極14およびドレイン電極15の厚みを150nm(第1ソース電極層141、第2ソース電極層142、第1ドレイン電極層151および第2ドレイン電極層152のそれぞれの厚みを75nm)、絶縁膜12の厚みを280nm、ソース電極14およびドレイン電極15の幅を3μm、ソース電極14-ドレイン電極15間の対向距離(振動子16の振動部163の長さ)を1μmとした。
同図の例において振動子16は、26.9MHzおよび77.6MHzの2つの固有振動数を有しており、それぞれのQ値は、26.9MHzの場合は10008、77.6MHzの場合は10009であった。
7A and 7B show simulation results evaluating the vibration mode of the sensor device 10 according to the present embodiment shown in FIG. 7A shows the primary vibration mode of the sensor device, and FIG. 7B shows its secondary vibration mode. Here, the thicknesses of the source electrode 14 and the drain electrode 15 were set to 150 nm (the first source electrode layer 141, the second source electrode layer 142, the first drain electrode layer 151, and the second drain electrode layer 152 were each set to 75 nm), the thickness of the insulating film 12 was set to 280 nm, the widths of the source electrode 14 and the drain electrode 15 were set to 3 μm, and the opposing distance between the source electrode 14 and the drain electrode 15 (the length of the vibrating portion 163 of the vibrator 16) was set to 1 μm.
In the example shown in the figure, the vibrator 16 has two natural frequencies of 26.9 MHz and 77.6 MHz, and the Q values are 10008 for 26.9 MHz and 10009 for 77.6 MHz.

図6および図7の結果から明らかなように、本実施形態によれば、比較例よりも3倍以上も高い振動子のQ値が得られた。比較例での結果は、絶縁膜12のアンダーエッチングによって振動子が形成されているため固定が十分ではなく、振動のエネルギーが外部に散逸するために振動子116のQ値が低下したためと考えられる。これに対して、本実施形態においては振動子16の両端がソース電極14およびドレイン電極15を構成する各層によって挟み込まれ、強固に固定されたことにより、振動のエネルギーが外部に散逸せず、高いQ値が得られたためと考えられる。これにより本実施形態によれば、比較例の構造と比較して、ガスの応答性を大幅に向上させることができる。 As is clear from the results in Figures 6 and 7, this embodiment achieved a Q value for the vibrator that was more than three times higher than that of the comparative example. The results in the comparative example are thought to be due to the fact that the vibrator was formed by under-etching the insulating film 12, which resulted in insufficient fixation and dissipation of vibration energy to the outside, resulting in a lower Q value for the vibrator 116. In contrast, in this embodiment, both ends of the vibrator 16 are sandwiched between the layers that make up the source electrode 14 and drain electrode 15, and are firmly fixed, which is thought to be why vibration energy does not dissipate to the outside, resulting in a high Q value. As a result, this embodiment can significantly improve gas responsiveness compared to the structure of the comparative example.

さらに、比較例のセンサデバイス110においては、2つの固有振動数の差は小さく、互いに近接した値を示した。これは、どちらか一方をガスセンシングのための主要な振動モードとして選択した場合、他方の振動モードとの干渉が避けられないことを示している。これは、ソース電極114およびドレイン電極115が振動子116の一部として機能してしまうことにより、望んでいない振動モードが形成されているためにもたらされる。 Furthermore, in the comparative sensor device 110, the difference between the two natural frequencies was small and the values were close to each other. This indicates that if one of them is selected as the main vibration mode for gas sensing, interference with the other vibration mode is unavoidable. This occurs because the source electrode 114 and drain electrode 115 function as part of the vibrator 116, resulting in the formation of an undesired vibration mode.

これに対して、本実施形態のセンサデバイス10においては、2つの固有振動数の差が大きい。これは、一方の振動モードをガスセンシングに利用した場合、他方の振動モードの影響がほとんど現れないことを意味しており、アンダーエッチングによって生じ得る余分な振動モードの発生が抑えられていることを示している。In contrast, in the sensor device 10 of this embodiment, the difference between the two natural frequencies is large. This means that when one vibration mode is used for gas sensing, the influence of the other vibration mode is hardly noticeable, indicating that the occurrence of unnecessary vibration modes that can arise due to under-etching is suppressed.

[センサデバイスの製造方法]
続いて、以上のように構成される本実施形態のセンサデバイス10の製造方法について説明する。
[Method of manufacturing a sensor device]
Next, a method for manufacturing the sensor device 10 of this embodiment configured as described above will be described.

まず、図8(A)に示すように、基板11上に絶縁膜12が形成される。続いて、図8(B)に示すように、基板110上に、第1レジスト樹脂層101aを形成し、その上に第2レジスト樹脂層101bを形成する。第1レジスト樹脂層101aには、例えばメタクリル酸メチル(methyl meth acrylate、MMA)膜が用いられ、第2レジスト樹脂層101bには、例えば、ポリメタクリル酸メチル(poly methyl meth acrylate、PMMA)膜が用いられる。First, as shown in Figure 8(A), an insulating film 12 is formed on a substrate 11. Next, as shown in Figure 8(B), a first resist resin layer 101a is formed on a substrate 110, and a second resist resin layer 101b is formed thereon. The first resist resin layer 101a may be, for example, a methyl methacrylate (MMA) film, and the second resist resin layer 101b may be, for example, a polymethyl methacrylate (PMMA) film.

続いて、図8(C)に示すように、電子線リソグラフィ技術などを用いて第1レジスト樹脂層101aおよび第2レジスト樹脂層101bを露光および現像することで、レジストパターンを形成する。本実施形態では、第2レジスト樹脂層101bのパターン幅が第1レジスト樹脂層101aのパターン幅よりも大きい開口パターンが形成される。8(C), the first resist resin layer 101a and the second resist resin layer 101b are exposed and developed using electron beam lithography or the like to form a resist pattern. In this embodiment, an opening pattern is formed in which the pattern width of the second resist resin layer 101b is larger than the pattern width of the first resist resin layer 101a.

続いて、図8(D)に示すように、第2レジスト樹脂層101bの表面およびその開口部の内部に第1金属層102aを形成する。その後、図8(E)に示すように、第1および第2レジスト樹脂層101a,101bを除去することで第1金属層102aをパターニングし(リフトオフ)、第1金属層102aのパターンを基板11上に形成する。 Next, as shown in Figure 8(D), a first metal layer 102a is formed on the surface of the second resist resin layer 101b and inside the openings in the second resist resin layer 101b. Then, as shown in Figure 8(E), the first and second resist resin layers 101a, 101b are removed to pattern the first metal layer 102a (lift-off), and a pattern of the first metal layer 102a is formed on the substrate 11.

第1金属層102aは単層でもよいし、多層構造であってもよい。本実施形態では、密着材料として厚さが10nm程度のクロム(Cr)が形成され、その上に電極材料として厚さが130nm程度の金(Au)が形成される。第1金属層102aの成膜方法も特に限定されず、スパッタ法でもよいし、真空蒸着法であってもよい。本実施形態では、電子ビーム蒸着法によって第1金属層102aが形成される。第1金属層102aは、図2に示したセンサデバイス10における第1ソース電極層141および第1ドレイン電極層151に相当する。 The first metal layer 102a may be a single layer or a multi-layer structure. In this embodiment, chromium (Cr) with a thickness of approximately 10 nm is formed as the adhesion material, and gold (Au) with a thickness of approximately 130 nm is formed on top of that as the electrode material. The method for forming the first metal layer 102a is not particularly limited, and may be sputtering or vacuum evaporation. In this embodiment, the first metal layer 102a is formed by electron beam evaporation. The first metal layer 102a corresponds to the first source electrode layer 141 and the first drain electrode layer 151 in the sensor device 10 shown in Figure 2.

続いて、図9(A)に示すように、基板11上に、第3レジスト樹脂層103aを形成し、その上に第4レジスト樹脂層103bを形成する。第3レジスト樹脂層103aには、例えばメタクリル酸メチル(methyl meth acrylate、MMA)膜が用いられ、第4レジスト樹脂層103bには、例えば、ポリメタクリル酸メチル(poly methyl meth acrylate、PMMA)膜が用いられる。 Next, as shown in Figure 9(A), a third resist resin layer 103a is formed on the substrate 11, and a fourth resist resin layer 103b is formed thereon. The third resist resin layer 103a may be made of, for example, a methyl methacrylate (MMA) film, and the fourth resist resin layer 103b may be made of, for example, a polymethyl methacrylate (PMMA) film.

続いて、図9(B)に示すように、電子線リソグラフィ技術などを用いて第3レジスト樹脂層103aおよび第4レジスト樹脂層103bを露光および現像することで、レジストパターンを形成する。本実施形態では、第3レジスト樹脂層103aの開口幅が第4レジスト樹脂層103bの開口幅よりも大きい開口パターンが形成される。 Next, as shown in Figure 9(B), the third resist resin layer 103a and the fourth resist resin layer 103b are exposed and developed using electron beam lithography or other techniques to form a resist pattern. In this embodiment, an opening pattern is formed in which the opening width of the third resist resin layer 103a is larger than the opening width of the fourth resist resin layer 103b.

続いて、図9(C)に示すように、第4レジスト樹脂層103bの表面およびその開口部の内部に第2金属層102bを形成し、その後、第2金属層102bの表面に犠牲層104を形成する。犠牲層104は、例えば、レジスト樹脂で構成される。 Next, as shown in Figure 9(C), a second metal layer 102b is formed on the surface of the fourth resist resin layer 103b and inside the openings in the fourth resist resin layer 103b, and then a sacrificial layer 104 is formed on the surface of the second metal layer 102b. The sacrificial layer 104 is made of, for example, a resist resin.

その後、図9(D)および図10(A)に示すように、第3および第4レジスト樹脂層103a,103bと、第4レジスト樹脂層103b上に形成された第2金属層102bを除去することで第2金属層102bと第2金属層102bに形成された犠牲層104をパターニングし(リフトオフ)、第2金属層102bおよび犠牲層104のパターンを基板11上に形成する。 Then, as shown in Figures 9(D) and 10(A), the third and fourth resist resin layers 103a, 103b and the second metal layer 102b formed on the fourth resist resin layer 103b are removed to pattern (lift off) the second metal layer 102b and the sacrificial layer 104 formed on the second metal layer 102b, and a pattern of the second metal layer 102b and the sacrificial layer 104 is formed on the substrate 11.

第2金属層102bは単層でもよいし、多層構造であってもよい。本実施形態では、密着材料として厚さが10nm程度のクロム(Cr)が形成され、その上に電極材料として厚さが30nm程度の金(Au)が形成される。第2金属層102bの成膜方法も特に限定されず、スパッタ法でもよいし、真空蒸着法であってもよい。本実施形態では、電子ビーム蒸着法によって第2金属層102bが形成される。 The second metal layer 102b may be a single layer or a multi-layer structure. In this embodiment, chromium (Cr) with a thickness of approximately 10 nm is formed as the adhesion material, and gold (Au) with a thickness of approximately 30 nm is formed on top of that as the electrode material. The method for forming the second metal layer 102b is not particularly limited, and may be sputtering or vacuum evaporation. In this embodiment, the second metal layer 102b is formed by electron beam evaporation.

第2金属層102bは、図2に示したセンサデバイス10におけるゲート電極13に相当する。また、第2金属層102bと犠牲層104との積層厚みは、典型的には、第1金属層102aの厚みと同一とされる。本実施形態では、第3レジスト樹脂層103aの開口幅が第4レジスト樹脂層103bの開口幅よりも大きいため、第2金属層102bは、第3レジスト樹脂層103aの開口部側面に接触しにくく、これによりリフトオフの際の第2金属層102bのパターニング精度を高めることができる。 The second metal layer 102b corresponds to the gate electrode 13 in the sensor device 10 shown in Figure 2. Furthermore, the stacked thickness of the second metal layer 102b and the sacrificial layer 104 is typically the same as the thickness of the first metal layer 102a. In this embodiment, since the opening width of the third resist resin layer 103a is larger than the opening width of the fourth resist resin layer 103b, the second metal layer 102b is less likely to come into contact with the side surfaces of the opening in the third resist resin layer 103a, thereby improving the patterning accuracy of the second metal layer 102b during lift-off.

その後、図10(B)に示すように、グラフェン層105と保護層106の積層体を第1金属層102aに転写する。保護層106は、例えば、レジスト樹脂で構成される。その後、図10(C)に示すように、保護層106を除去する。グラフェン層105は、図2のセンサデバイス10における振動子16に相当する。 Then, as shown in FIG. 10(B), the laminate of the graphene layer 105 and the protective layer 106 is transferred to the first metal layer 102a. The protective layer 106 is made of, for example, a resist resin. Then, as shown in FIG. 10(C), the protective layer 106 is removed. The graphene layer 105 corresponds to the vibrator 16 in the sensor device 10 of FIG. 2.

その後、図10(D)に示すように、第3金属層102cを第1金属層102aの上に形成する。第3金属層102cの形成方法としては、例えば、グラフェン層105上に、レジストパターンを形成した後、第3金属層102cを形成し、続いてレジストパターンを除去することで第3金属層102cをパターニングする(リフトオフ)。10(D), a third metal layer 102c is then formed on the first metal layer 102a. For example, the third metal layer 102c may be formed by forming a resist pattern on the graphene layer 105, forming the third metal layer 102c, and then removing the resist pattern to pattern the third metal layer 102c (lift-off).

第3金属層102cは、グラフェン層105を挟んで第1金属層102aに対向する。第3金属層102cの形状は特に限定されず、本実施形態では、第1金属層102aよりも小さい面積で形成される。第3金属層102cは、図2のセンサデバイス10における第2ソース電極142および第2ドレイン電極152に相当する。 The third metal layer 102c faces the first metal layer 102a across the graphene layer 105. The shape of the third metal layer 102c is not particularly limited, and in this embodiment, it is formed with an area smaller than that of the first metal layer 102a. The third metal layer 102c corresponds to the second source electrode 142 and the second drain electrode 152 in the sensor device 10 of Figure 2.

続いて、図10(E)に示すように、グラフェン層105および第3金属層102c上に、第5レジスト樹脂層107aを形成し、その上に第6レジスト樹脂層107bを形成する。第5レジスト樹脂層107aには、例えばポリメタクリル酸メチル(poly methyl meth acrylate、PMMA)膜が用いられ、第6レジスト樹脂層107bには、例えば、AR-N膜が用いられる。10(E), a fifth resist resin layer 107a is formed on the graphene layer 105 and the third metal layer 102c, and a sixth resist resin layer 107b is formed on top of that. The fifth resist resin layer 107a may be, for example, a polymethyl methacrylate (PMMA) film, and the sixth resist resin layer 107b may be, for example, an AR-N film.

続いて、図10(F)に示すように、電子線リソグラフィ技術などを用いて第6レジスト樹脂層107bのみを露光および現像することで、レジストパターンを形成する。 Next, as shown in Figure 10 (F), a resist pattern is formed by exposing and developing only the sixth resist resin layer 107b using electron beam lithography technology or the like.

続いて、図11(A)に示すように、ドライエッチングによって、第6レジスト樹脂層107bで被覆されていない第5レジスト樹脂層107aとグラフェン層105を除去する。ドライエッチング方法には、例えば、Oプラズマが用いられる。続いて、図11(B)に示すように、第5および第6レジスト樹脂層107a,107bを除去し、図11(C)に示すように、犠牲層104を除去する。 11A, the fifth resist resin layer 107a and the graphene layer 105 that are not covered with the sixth resist resin layer 107b are removed by dry etching. For example, O2 plasma is used as the dry etching method. Next, as shown in FIG. 11B, the fifth and sixth resist resin layers 107a and 107b are removed, and as shown in FIG. 11C, the sacrificial layer 104 is removed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 The above describes an embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can of course be made within the scope of the gist of the present invention.

例えば以上の実施形態では、ゲート電極13が基板11の絶縁膜12と振動子16との間に配置されるボトムゲート構造のセンサデバイス10を例に挙げて説明したが、これに限られず、ゲート電極が振動子の直上に位置するトップゲート構造のセンサデバイスにも本発明は適用可能である。 For example, in the above embodiment, a sensor device 10 with a bottom gate structure in which the gate electrode 13 is arranged between the insulating film 12 of the substrate 11 and the vibrator 16 has been described as an example, but this is not limited to this, and the present invention can also be applied to a sensor device with a top gate structure in which the gate electrode is located directly above the vibrator.

1…ガス判定システム
4…情報処理装置
10…センサデバイス
11…基板
12…絶縁膜
13…ゲート電極
14…ソース電極
15…ドレイン電極
16…振動子
141…第1ソース電極(第1導体層)
142…第2ソース電極(第2導体層)
151…第1ドレイン電極(第3導体層)
152…第2ドレイン電極(第4導体層)
161…第1端部
162…第2端部
163…振動部
REFERENCE SIGNS LIST 1... Gas determination system 4... Information processing device 10... Sensor device 11... Substrate 12... Insulating film 13... Gate electrode 14... Source electrode 15... Drain electrode 16... Vibrator 141... First source electrode (first conductor layer)
142...Second source electrode (second conductor layer)
151...first drain electrode (third conductor layer)
152...Second drain electrode (fourth conductor layer)
161...First end portion 162...Second end portion 163...Vibration section

Claims (9)

基板と、
前記基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配置されたゲート電極と、
第1導体層と、前記第1導体層の上に設けられた第2導体層とを有し、前記絶縁膜上に配置されたソース電極と、
第3導体層と、前記第3導体層の上に設けられた第4導体層とを有し、前記絶縁膜上に配置されたドレイン電極と、
前記第1および第2導体層に挟まれた第1端部と、前記第3および第4導体層に挟まれた第2端部と、前記基板の厚み方向に所定の間隙をおいて前記ゲート電極に対向する振動部とを有する振動子と、
を具備し、
前記ゲート電極は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置され、前記第1導体層および前記第3導体層は、前記ゲート電極よりも大きな厚みを有する
センサデバイス。
A substrate;
an insulating film formed on the substrate;
a gate electrode disposed on the insulating film;
a source electrode having a first conductor layer and a second conductor layer provided on the first conductor layer and disposed on the insulating film;
a drain electrode having a third conductor layer and a fourth conductor layer provided on the third conductor layer and disposed on the insulating film;
a vibrator having a first end portion sandwiched between the first and second conductor layers, a second end portion sandwiched between the third and fourth conductor layers, and a vibrating portion facing the gate electrode with a predetermined gap in a thickness direction of the substrate ;
Equipped with
The gate electrode is disposed between the source electrode and the drain electrode, and the first conductor layer and the third conductor layer have a thickness greater than that of the gate electrode.
Sensor device.
請求項1に記載のセンサデバイスであって、
前記振動子は、グラフェン層を含む
センサデバイス。
The sensor device according to claim 1 ,
The sensor device, wherein the oscillator includes a graphene layer.
請求項2に記載のセンサデバイスであって、
前記振動子は、前記グラフェン層上に形成された感応膜をさらに含む
センサデバイス。
The sensor device according to claim 2,
The sensor device, wherein the oscillator further includes a sensitive film formed on the graphene layer.
請求項3に記載のセンサデバイスであって、
前記感応膜は、多孔質膜である
センサデバイス。
The sensor device according to claim 3,
The sensor device, wherein the sensitive membrane is a porous membrane.
請求項4に記載のセンサデバイスであって、
前記多孔質膜は、炭素系材料である
センサデバイス。
The sensor device according to claim 4,
The porous film is a carbon-based material.
請求項1~5のいずれか1つに記載のセンサデバイスであって、
前記第1~第4導体層は、同種の金属材料である
センサデバイス。
The sensor device according to any one of claims 1 to 5,
The first to fourth conductor layers are made of the same metal material.
請求項1~6のいずれか1つに記載のセンサデバイスであって、
前記ソース電極は、前記第1および第2導体層の間に配置され前記振動子と密着する密着層をさらに有し、
前記ドレイン電極は、前記第3および第4導体層の間に配置され前記振動子と密着する密着層をさらに有する
センサデバイス。
The sensor device according to any one of claims 1 to 6,
the source electrode further includes an adhesion layer disposed between the first and second conductor layers and in close contact with the vibrator;
The drain electrode further includes an adhesion layer disposed between the third and fourth conductor layers and in close contact with the vibrator.
請求項1~6のいずれか1つに記載のセンサデバイスであって、
前記ゲート電極は、前記基板と前記振動子との間に配置される
センサデバイス。
The sensor device according to any one of claims 1 to 6,
The sensor device, wherein the gate electrode is disposed between the substrate and the oscillator.
基板上に、下部電極層を形成し、
前記下部電極層上にグラフェン層を形成し、
前記グラフェン層上に上部電極層を形成し、
前記下部電極層および前記上部電極層をパターニングすることで、前記グラフェン層を振動可能に前記グラフェン層の一端を支持するソース電極と、前記グラフェン層を振動可能に前記グラフェン層の他端を支持するドレイン電極と、前記グラフェン層と前記基板の厚み方向に所定の間隙をおいて対向するゲート電極とをそれぞれ形成し、
前記ゲート電極を、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置し、前記基板と前記グラフェン層との間に位置する前記ソース電極の一部および前記ドレイン電極の一部を、前記ゲート電極よりも大きな厚みを有するように形成する
センサデバイスの製造方法。
A lower electrode layer is formed on the substrate;
forming a graphene layer on the lower electrode layer;
forming an upper electrode layer on the graphene layer;
patterning the lower electrode layer and the upper electrode layer to form a source electrode that supports one end of the graphene layer so as to be able to vibrate the graphene layer, a drain electrode that supports the other end of the graphene layer so as to be able to vibrate the graphene layer, and a gate electrode that faces the graphene layer with a predetermined gap in a thickness direction of the substrate ;
The gate electrode is disposed between the source electrode and the drain electrode, and a part of the source electrode and a part of the drain electrode located between the substrate and the graphene layer are formed to have a thickness greater than that of the gate electrode.
A method for manufacturing a sensor device.
JP2022512078A 2020-03-31 2021-03-25 Sensor device and manufacturing method thereof Active JP7717052B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020063788 2020-03-31
JP2020063788 2020-03-31
PCT/JP2021/012619 WO2021200569A1 (en) 2020-03-31 2021-03-25 Sensor device and method for manufacturing same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2021200569A1 JPWO2021200569A1 (en) 2021-10-07
JP7717052B2 true JP7717052B2 (en) 2025-08-01

Family

ID=77928833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022512078A Active JP7717052B2 (en) 2020-03-31 2021-03-25 Sensor device and manufacturing method thereof

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7717052B2 (en)
WO (1) WO2021200569A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120206012A1 (en) 2008-12-01 2012-08-16 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Electromechanical devices and methods for fabrication of the same
CN102862949A (en) 2012-09-07 2013-01-09 清华大学 Double-cantilever-beam MEMS (Micro-electromechanical System) device based on inversion process and forming method thereof
JP2013009144A (en) 2011-06-24 2013-01-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Mechanical resonator
JP2015019142A (en) 2013-07-09 2015-01-29 日本電波工業株式会社 Piezoelectric device and method for manufacturing piezoelectric device
WO2018180793A1 (en) 2017-03-28 2018-10-04 富士フイルム株式会社 Gas detection element and method for producing same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61100627A (en) * 1984-10-24 1986-05-19 Yokogawa Hokushin Electric Corp Vibration type strain sensor
KR20130134538A (en) * 2012-05-31 2013-12-10 연세대학교 산학협력단 Ultra-sensitive graphene sensor for controlling efficiency, and manufacturing method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120206012A1 (en) 2008-12-01 2012-08-16 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Electromechanical devices and methods for fabrication of the same
JP2013009144A (en) 2011-06-24 2013-01-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Mechanical resonator
CN102862949A (en) 2012-09-07 2013-01-09 清华大学 Double-cantilever-beam MEMS (Micro-electromechanical System) device based on inversion process and forming method thereof
JP2015019142A (en) 2013-07-09 2015-01-29 日本電波工業株式会社 Piezoelectric device and method for manufacturing piezoelectric device
WO2018180793A1 (en) 2017-03-28 2018-10-04 富士フイルム株式会社 Gas detection element and method for producing same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHU Alexander Y et al.,Optoelectromechanical Multimodal Biosensor with Graphene active Region,NANO LETTERS,米国,AMERICAN CHEMICAL SOCIETY,2014年,Vol.14,pp.5641-5649

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021200569A1 (en) 2021-10-07
JPWO2021200569A1 (en) 2021-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11960213B2 (en) Substrate holder, lithographic apparatus, device manufacturing method, and method of manufacturing a substrate holder
US9798251B2 (en) Object holder, lithographic apparatus, device manufacturing method, and method of manufacturing an object holder
CN1894583A (en) Biosensors utilizing resonators with functionalized surfaces
JP3955323B2 (en) Gas channel having selectively permeable surface and method for producing the permeable surface
TW201348892A (en) Substrate support, lithography device and component manufacturing method
CN107228919A (en) Chemical sensor based on laminar nano band
JP2002286673A (en) Gas sensor and method of manufacturing the same
JP7717052B2 (en) Sensor device and manufacturing method thereof
JP2018092144A (en) Photomask and manufacturing method thereof
JP2010020820A (en) Magnetic disk apparatus, gas sensor, and their manufacture method
KR20130134538A (en) Ultra-sensitive graphene sensor for controlling efficiency, and manufacturing method thereof
KR101608817B1 (en) Electrode structure for capacitive biosensor having interdigitated electrode, method for manufacturing the electrode structure, and capacitive biosensor having the electrode structure
KR100845717B1 (en) Human Body Biomarker Sensor and Module Using Ultra-Small Micro Bridge Mass Sensor
KR101096535B1 (en) Enhanced Gas Sensor System of Gas Identification System
JP2005030907A (en) Gas sensor
TWI820185B (en) Substance detection components
US20250164428A1 (en) Gas sensor and method for manufacturing gas sensor
JP7768878B2 (en) Sensor device, method for manufacturing sensor device, and gas determination system
Saya et al. Piezoelectric nanoelectromechanical systems integrating microcontact printed lead zirconate titanate films
CN118556188A (en) Apparatus for nanoscale thermal measurement and related method for manufacturing the same
Diekmann et al. Nonevaporable getter-MEMS for generating UHV conditions in small volumina
JP4997439B2 (en) Piezoelectric element and method for manufacturing MEMS device
JP4535502B2 (en) Substance detection element
JP2006245255A (en) Exposure apparatus, exposure method, and manufacturing method of device having fine pattern
US20250264437A1 (en) Gas sensor and method for manufacturing gas sensor

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20220707

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240304

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250318

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250425

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20250425

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20250425

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250624

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250722

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7717052

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150