气体感测设备、室内固定装置、移动单元以及空气质量监测器制造方法及图纸

涉及一种电子多种类气体感测设备和微电子空气质量监测器。微电子空气质量监测器包括被调节为用于检测不同气体种类的多个感温气体传感器。通过对相邻加热器进行编程来调节每个气体传感器。形成在该传感器下方的绝缘气穴有助于将传感器保持在所期望温度。温度传感器还可与每个气体传感器集成，以提供另外的反馈控制。该加热器、温度传感器和气体传感器采用集成在单个微芯片上的可图案化薄膜的形式。该设备可被结合在计算机工作站、智能电话、衣物或其他可穿戴配饰中，用作相比于现有的空气质量传感器更小、更准确且成本更低的私人空气质量监测器。

Gas sensing equipment, indoor fixtures, mobile units and air quality monitors

It involves an electronic multi gas sensing device and a microelectronic air quality monitor. The microelectronic air quality monitor includes a plurality of thermo sensitive gas sensors which are adjusted to detect different gas types. Each gas sensor is adjusted by programming adjacent heaters. The insulating cavitation formed below the sensor helps to keep the sensor at the desired temperature. The temperature sensor can also be integrated with each gas sensor to provide additional feedback control. The heater, temperature sensor and gas sensor are in the form of patterned thin film integrated on a single microchip. The device can be combined in a computer workstation, smart phone, clothing, or other wearable accessories to be used as a private air quality monitor that is smaller, more accurate and less expensive than the existing air quality sensors.

【技术实现步骤摘要】
气体感测设备、室内固定装置、移动单元以及空气质量监测器
本公开涉及电子多种类气体感测设备和微电子空气质量监测器，具体涉及在监测空气质量时用于检测诸如二氧化碳和挥发性有机化合物的气相分子的小型传感器。
技术介绍
据信，由于空气污染，导致每年出现多达七百万例过早死亡[世界卫生组织报告(WorldHealthOrganizationReport)，2014年3月25日]。空气污染既包括室外污染，又包括密闭空间(诸如，例如，家、工厂、办公楼和高密度公寓大楼)内的不良室内空气质量。一些专家认为，室内空气污染比室外空气污染带来更大的健康危害。在第三世界国家，一些与空气污染有关的疾病和死亡被归咎于使用固体燃料进行采暖和烹饪。然而，使用更清洁形式能源的工业社会继续遭受室内污染对健康的影响。在典型的一天中，每个办公室工作人员吸入并处理约15立方米的空气，排出约350升二氧化碳(CO2)。在使用包含胶、染料、粘结剂、粘合剂等的工程材料建造的许多建筑物中，存在高含量的挥发性有机化合物(VOC)。此外，清洁产品、溶剂、涂料和其他涂层、家具、地毯和其他化学来源也成为VOC污染物之一。VOC包括诸如乙醇、甲苯、苯、甲醛、四氯乙烷(TCE)和二氯甲烷的化合物。随着建筑物的热吸率提高并且构造变得更具气密性，空气循环较少并且从外到内的空气交换减少。随着污浊空气积聚在密闭空间内，二氧化碳和VOC的浓度会升高至有害水平。在某些情况下，会使心肺功能受损，从而增加心脏病发作和中风的风险。在持续暴露于不良空气质量的情况下，随时间推移，这些空气中的毒素会诱发癌症。此外，不良空气质量带来的更微妙和更常见的结果是，大脑变得缺氧，生产率下降。美国国立卫生研究院(NIH)资助的哈佛研究表明，典型的约950ppm的室内CO2含量有损认知能力，从而最终降低了工作人员的生产率。[J.G.艾伦(J.G.Allen)等人，“办公室工作者的认知功能评分与二氧化碳、空气流通和挥发性有机化合物暴露的关联：绿色与传统办公室环境的控制暴露研究(AssociationsofCognitiveFunctionScoreswithCarbonDioxide,Ventilation,andVolatileOrganicCompoundExposuresinOfficeWorkers:AControlledExposureStudyofGreenandConventionalOfficeEnvironments)”，环境与健康展望期刊，DOI:10.1289/ehp.1510037，2015年10月26日]。因此，已经引入了绿色建筑实践，以试图限制VOC的使用，并且在某些情况下，需要更高的室外空气通风速率来防止VOC和CO2的积聚。一直获悉环境空气中存在的VOC和CO2含量正面临挑战。虽然某些人对VOC特别敏感并且将在高VOC环境中遭受过敏反应(诸如，头疼、眩晕和眼睛、鼻子和喉咙刺激)，但大多数人无法检测到有害含量的污染物。因为VOC和CO2都是没有气味的，所以通常难以检测它们，大多数建筑物现在并没有装配有多种类气体传感器。可购得一些包含CO2和VOC传感器的便携式空气质量警告设备，例如，AirVisualNodeTM、AlimaTM、AtmotubeTM、CubeSensorTM等。然而，这些设备往往笨重，并且能够监测暴露的私人领域的每个单元的成本达数百美元。
技术实现思路
为了解决现有的和潜在的问题，本技术提出一种电子多种类气体感测设备，其能够检测环境空气中的多种气体成分，以监测空气质量。并且，该设备所集成的多种类气体微传感器比现有空气质量传感器更小、更准确且成本更低。根据本技术的一个方面，电子多种类气体感测设备包括：多个气体种类传感器，所述多个气体种类传感器被安排为单个集成电路阵列的元件，每个气体种类传感器包括：气敏材料，所述气敏材料被调节为用于检测特定气体种类，所述气敏材料形成在是金属氧化物半导体结构的反应层中；电阻加热器，所述电阻加热器与所述气敏材料相邻；以及温度传感器，所述温度传感器与所述气敏材料相邻，感测所述气敏材料的温度。根据某些实施例，所述反应层小于500nm厚。根据某些实施例，所述气敏材料是陶瓷。根据某些实施例，所述陶瓷包括SnO2、ZnO2或In2O3中的一种或多种。根据某些实施例，所述气敏材料小于200nm厚。根据本技术的一个方面，提供一种装配有前述气体感测设备的室内固定装置。根据某些实施例，装置包括台式计算机、显示器或壁装式单元中的一个或多个。根据本技术的一个方面，提供一种装配有前述气体感测设备的移动单元。根据某些实施例，移动单元包括智能电话、平板计算机、膝上型计算机、手表、吊饰或衣物制品中的一个或多个。根据本技术的一个方面，提供一种微电子空气质量监测器，包括：微传感器阵列，其形成在半导体衬底上，所述微传感器阵列具有多个传感器元件，每个传感器元件包括加热器和气体微传感器，所述气体微传感器被配置成用于检测环境空气中的特定气体种类的存在；微处理器，所述微处理器通信地耦合到所述微传感器阵列；以及电子存储器，所述电子存储器通信地耦合到所述微处理器，所述电子存储器被配置成用于存储供所述微处理器执行的指令。根据某些实施例，所述半导体衬底是玻璃衬底。根据某些实施例，所述空气微传感器是感温的并且可被选择性调节为用于在不同温度下操作。根据某些实施例，所述微传感器阵列还包括温度传感器，所述温度传感器形成在所述半导体衬底上并且通信地耦合到所述微处理器。根据某些实施例，所述空气质量监测器采用被集成到移动计算设备中的ASIC的形式。根据某些实施例，所述空气质量监测器采用被集成到固定计算设备中的ASIC的形式。多种类微传感器设备检测环境空气中的多种气体成分，以监测空气质量。特别地，在单个集成电路芯片(例如，包括挥发性有机化合物(VOC)传感器和CO2传感器的应用专用集成电路(ASIC))上形成三个或更多个气体种类检测器。ASIC还可包括其他类型的环境传感器以及处理器和存储器。这种小型多种类传感器芯片可被无缝地且不可见地集成到许多不同产品中。例如，多种类传感器芯片可被装配在固定装置(诸如，台式计算机或显示器)中，用于监测个体的工作环境。另外，集成传感器芯片可被装配在移动设备(诸如，膝上型计算机、智能电话、衣物、手表和其他配饰)中，以用作空气质量的私人监测设备。这种集成多种类气体传感器可连续地监测空气质量指标，空气质量指标包括各种气体物质的含量连同湿度、温度等。集成的多种类气体微传感器比现有空气质量传感器更小、更准确且成本更低。多种类气体微处理器包括采用小于0.2微米厚的保形薄膜形式的VOC传感器。多种类气体微传感器还包括具有低电阻温度系数的加热器。附图说明在附图中，相同的参考标号标识相似的元件或动作，除非上下文另有指明。附图中元件的大小和相对位置不一定按比例绘制。图1是如本文中描述的根据实施例的在使用中的微电子空气质量监测器的示图。图2是如本文中描述的根据实施例的图1中示出的微电子空气质量监测器的框图。图3A是根据现有技术的被构造成维持体化学反应的粉末形式的厚传感器材料的示图。图3B是根据如本文所描述的实施例的薄膜状传感器材料的示图，所述薄膜状传感器材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子多种类气体感测设备，其特征在于，包括：多个气体种类传感器，所述多个气体种类传感器被安排为单个集成电路阵列的元件，每个气体种类传感器包括：气敏材料，所述气敏材料被调节为用于检测特定气体种类，所述气敏材料形成在是金属氧化物半导体结构的反应层中；电阻加热器，所述电阻加热器与所述气敏材料相邻；以及温度传感器，所述温度传感器与所述气敏材料相邻，感测所述气敏材料的温度。

【技术特征摘要】
2016.07.18 US 15/213,1001.一种电子多种类气体感测设备，其特征在于，包括：多个气体种类传感器，所述多个气体种类传感器被安排为单个集成电路阵列的元件，每个气体种类传感器包括：气敏材料，所述气敏材料被调节为用于检测特定气体种类，所述气敏材料形成在是金属氧化物半导体结构的反应层中；电阻加热器，所述电阻加热器与所述气敏材料相邻；以及温度传感器，所述温度传感器与所述气敏材料相邻，感测所述气敏材料的温度。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述反应层小于500nm厚。3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气敏材料是陶瓷。4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述陶瓷包括SnO2、ZnO2或In2O3中的一种或多种。5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述气敏材料小于200nm厚。6.一种装配有如权利要求1所述的气体感测设备的室内固定装置。7.如权利要求6所述的室内固定装置，其特征在于，包括台式计算机、显示器或壁装式单元中的一个或多个。8.一种装配有如权利要求1所述的气体感测设备的移动单元。9.如权利要求8所述的移动单元，其特征在于，包括智能电话、...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·勒内尔，罗天财，甘先耀，R·山卡尔，
申请(专利权)人：意法半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：新加坡,SG