用于制造用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的气体传感器设备的方法以及用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的方法和气体传感器设备技术

技术编号:16387871 阅读:26 留言:0更新日期:2017-10-16 07:35
本发明专利技术涉及一种用于制造用于检测测量介质(M)中的至少一种气态分析物的气体传感器设备(100)的方法。该方法包括以下步骤:在使用至少一种分离工艺和至少一种涂层工艺的情况下加工第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102),以便在第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)中产生凹槽区段、固体电解质层和电极。该方法还具有以下步骤:将第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)拼接,以便在第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)之间产生用于调节测量介质(M)的气体组成的调节腔(111)、用于检测气态分析物的检测腔(112)和用于控制测量介质(M)在调节腔(111)和检测腔(112)之间的扩散的扩散区段(113)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的气体传感器设备的方法以及用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的方法和气体传感器设备
本专利技术涉及一种用于制造用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的气体传感器设备的方法、一种用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的气体传感器设备、一种用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的方法、一种相应的设备以及一种相应的计算机程序。
技术介绍
特别是在机动车中可以使用陶瓷氮氧化物传感器、例如基于氧化锆的传感器,以便监控或调节废气后处理系统。在此,传感器元件可以借助厚层技术来生产,其中尺寸例如可以仅仅为大约4毫米乘50毫米乘3毫米。由于这样的尺寸、即由于热质量,为了达到所需的运行温度、例如大约700摄氏度,一位数至两位数瓦特范围内的加热功率可能是典型的。DE102012201304A1公开了一种微机械固体电解质传感器设备和一种相应的制造方法。
技术实现思路
在该背景下,利用在此提出的方案提出根据独立权利要求的一种用于制造用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的气体传感器设备的方法、一种用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的气体传感器设备、一种用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的方法、此外一种使用该方法的设备以及最后一种相应的计算机程序。有利的设计方案由相应的从属权利要求和随后的描述得出。根据本专利技术的实施方式可以提供一种微电化学气体传感器、特别是微电化学氮氧化物传感器或基于半导体的借助微系统技术生产的薄层气体传感器或氮氧化物传感器或双腔氮氧化物传感器。因此,例如可以以微系统技术加工半导体衬底,以便生产这样的传感器,或者这样的传感器可以由以微系统技术加工的半导体衬底来生产。在这种情况下也可以实现具有氧离子传导的功能陶瓷以及具有多个腔的功能原理。有利地,根据本专利技术的实施方式,关于这样的气体传感器特别是可以减小几何尺寸、加热功率需求以及制造成本,因为这样的气体传感器可以借助微系统技术基于半导体衬底来实现。在制造这样的气体传感器时可以实现高的微型化程度和半导体技术的标准工艺的有利利用。由于减小的几何尺寸,特别是相较于常规的陶瓷厚层传感器可以实现待加热的热质量的减小。因此可以实现在传感器运行期间的减小的加热功率需求。这样的气体传感器以半导体技术的生产特别是在高的件数的情况下相对于常规使用的厚层技术可以提供成本优点,特别是当多个传感器功能集成在一个传感器元件上时,例如在附加集成的压力检测、颗粒检测、λ传感装置等的情况下如此。由于所述微型化和标准化的半导体工艺,相对于丝网印刷方法也可以实现提高的生产收益。提出一种用于制造用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的气体传感器设备的方法,其中该方法包括以下步骤:在使用至少一种分离工艺和至少一种涂层工艺的情况下加工第一半导体衬底和第二半导体衬底,以便在第一半导体衬底和第二半导体衬底中产生凹槽区段、固体电解质层和电极;和将第一半导体衬底和第二半导体衬底拼接,以便在第一半导体衬底和第二半导体衬底之间产生用于调节测量介质的气体组成的调节腔、用于检测气态分析物的检测腔和用于控制测量介质在调节腔和检测腔之间的扩散的扩散区段。气体传感器设备可以被构造用于在质上并且附加地或替代地在量上检测至少一种气态分析物。至少一种气态分析物例如可以包括氧气并且附加地或替代地包括氮氧化物。特别是气体传感器设备可以被实施为氮氧化物传感器。在此,气体传感器设备例如可以用于在机动车中的废气传感装置、在例如静止的加热设施中的废气传感装置、火灾报警系统、移动电子设备(诸如移动电话)中的气体传感装置、呼吸气分析、工业过程监控等。特别是气体传感器设备例如可以用在机动车中并且被构造用于监控或调节废气后处理系统。测量介质可以是机动车的废气或废气混合物、环境空气或类似的。半导体衬底可以由以下材料成型,所述材料能够借助半导体加工领域中的工艺来加工。固体电解质层可以具有离子传导的例如陶瓷材料、特别是氧离子传导的陶瓷材料。在加工的步骤中,至少一种分离工艺可以具有挖槽、蚀刻等,并且至少一种涂层工艺可以具有脉冲激光沉积(PLD)、溅镀、原子层沉积(ALD)、湿法化学沉积法等。在拼接的步骤中,半导体衬底可以被拼接成,使得由凹槽区段的至少一个子集形成调节腔、检测腔和扩散区段。在拼接的步骤中,特别是可以建立在半导体衬底之间的材料决定的连接。替代地,可以使用高温稳定的气密密封的玻璃来连接和密封半导体衬底。根据一种实施方式,在第一半导体衬底上并且附加地或替代地在第二半导体衬底上进行加工的步骤中,可以产生:用于关于伴生气体调节测量介质的气体组成的具有第一电极对之间的第一固体电解质层的调节装置、用于确定测量介质中的伴生气体的含量的具有第二电极对之间的第二固体电解质层的确定装置和用于检测气态分析物的具有第三电极对之间的第三固体电解质层的检测装置。在这种情况下,确定装置、调节装置和检测装置可以彼此电分离地布置,使得在第一半导体衬底和第二半导体衬底的拼接状态下确定装置和调节装置成型为调节腔的壁部并且检测装置成型为检测腔的壁部。至少一种气态分析物例如可以包括氮氧化物并且伴生气体可以是氧气。确定装置、调节装置和检测装置也可以代表能斯特单元或泵单元。这样的实施方式提供以下优点,即一方面分析物也可以间接地通过伴生气体来检测并且另一方面能够实现至少一种气态分析物的特别准确并且不昂贵的检测。相对于厚层氮氧化物传感器(该厚层氮氧化物传感器的衬底或体材料可以由离子传导的二氧化锆构成),确定装置、调节装置和检测装置由于其彼此电分离的布置而彼此去耦地控制,这能够导致气体传感器设备的传感器信号的提高的信号质量。在加工的步骤中,在朝向调节腔和检测腔布置的电极上也可以连接共同的电信号导线。此外,在这种情况下,自身的电信号导线可以连接在背向调节腔和检测腔布置的电极上。这样的实施方式提供以下优点,即通过共同的信号导线可以减少气体传感器设备的布线花费。此外,在加工的步骤中,用于调温固体电解质层和替代地或附加地调温电极的至少一个调温装置可以布置在第一半导体衬底的范围内并且附加地或替代地布置在第二半导体衬底的范围内。至少一个调温装置可以实施为微系统技术的薄膜加热器。因此,由于气体传感器设备的减小的热质量,整个气体传感器设备不需要被加热到运行温度上,而是以下有利地就足够了,即各个能斯特单元或泵单元或确定装置、调节装置和检测装置局部地借助至少一个调温装置而被置于运行温度上。高的温度例如可以仅仅在气体传感器设备的内部中出现,而同一气体传感器设备的外围设备由于小的热质量例如可以仅仅轻微地被一同加热。由此气体传感器设备的应用可以由诸如废气传感装置的具有本来热的环境的应用来扩展,并且能够实现这样的气体传感器设备用在其他应用领域、诸如火灾传感装置、工业过程监控、移动电话中的气体传感装置或医疗技术中。此外,在加工的步骤中,可以在第一半导体衬底的范围内并且附加地或替代地在第二半导体衬底的范围内集成分析装置。因此可以通过以下方式进一步改进信号质量,即缩短从电极至分析装置的引线长度。在具有适度的环境温度的应用的情况下,分析装置或分析电子装置或者可以集成到气体传感器设备中,特别是直接集成在同一气体传感器设备的传感器芯片上或者可以替代地与气体传感器设备相邻地布置。此外本文档来自技高网...
用于制造用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的气体传感器设备的方法以及用于检测测量介质中的至少一种气态分析物的方法和气体传感器设备

【技术保护点】
用于制造用于检测测量介质(M)中的至少一种气态分析物的气体传感器设备(100)的方法(500),其中所述方法(500)具有以下步骤:在使用至少一种分离工艺和至少一种涂层工艺的情况下加工(510)第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102),以便在第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)中产生凹槽区段(231、232、233、234、235、236、237、238、239)、固体电解质层(221A、222A、223A)和电极(221B、221C、222B、222C、223B、223C);和将第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)拼接(520),以便在第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)之间产生用于调节测量介质(M)的气体组成的调节腔(111)、用于检测气态分析物的检测腔(112)和用于控制测量介质(M)在调节腔(111)和检测腔(112)之间的扩散的扩散区段(113)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 DE 102014226804.41.用于制造用于检测测量介质(M)中的至少一种气态分析物的气体传感器设备(100)的方法(500),其中所述方法(500)具有以下步骤:在使用至少一种分离工艺和至少一种涂层工艺的情况下加工(510)第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102),以便在第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)中产生凹槽区段(231、232、233、234、235、236、237、238、239)、固体电解质层(221A、222A、223A)和电极(221B、221C、222B、222C、223B、223C);和将第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)拼接(520),以便在第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)之间产生用于调节测量介质(M)的气体组成的调节腔(111)、用于检测气态分析物的检测腔(112)和用于控制测量介质(M)在调节腔(111)和检测腔(112)之间的扩散的扩散区段(113)。2.根据权利要求1所述的方法(500),其特征在于,在加工的步骤(510)中,在第一半导体衬底(101)和/或在第二半导体衬底(102)上产生:用于关于伴生气体调节测量介质(M)的气体组成的具有第一电极对(221B、221C)之间的第一固体电解质层(221A)的调节装置(121)、用于确定测量介质(M)中的伴生气体的含量的具有第二电极对(222B、222C)之间的第二固体电解质层(222A)的确定装置(122)和用于检测气态分析物的具有第三电极对(223B、223C)之间的第三固体电解质层(223A)的检测装置(123),其中所述确定装置(122)、所述调节装置(121)和所述检测装置(123)彼此电分离地布置,使得在第一半导体衬底(101)和第二半导体衬底(102)的拼接状态下所述确定装置(122)和所述调节装置(121)成型为调节腔(111)的壁部并且所述检测装置(123)成型为检测腔(112)的壁部。3.根据上述权利要求之一所述的方法(500),其特征在于,在加工的步骤(510)中,在朝向调节腔(111)和检测腔(112)布置的电极(221B、222B、223B)上连接共同的电信号导线并且自身的电信号导线连接在背向调节腔(111)和检测腔(112)布置的电极(221C、222C、223C)上。4.根据上述权利要求之一所述的方法(500),其特征在于,在加工的步骤(510)中,用于调温固体电解质层(221A、222A、223A)和替代地或附加地调温电极(221B、221C、222B、222C、223B、223C)的至少一个调温装置布置在第一半导体衬底(101)的范围内和/或在第二半导体衬底(102)的范围内。5.根据上述权利要求之一所述的方法(500),其特征在于,在加工的步骤(510)中,在第一半导体衬底(101)的范围内和/或在第二半导体衬底(102)的范围内集成分析装置。6.用于检测测量介质(M)中的至少一种气态分析物的气体传感器设备(...

【专利技术属性】
技术研发人员:D利默斯多夫D孔茨
申请(专利权)人:罗伯特·博世有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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