气体传感器和用于探测气体的方法技术

本发明专利技术提出一种气体传感器。在此，根据本发明专利技术的气体传感器将两种单独的测量方法组合在一个共同的构造中。尤其可以通过根据本发明专利技术的气体传感器基于导电能力的变化的测量以及基于两个电极之间的电容或阻抗的变化而产生的输出功的变化的测量来实施气体的定性或定量的测量。

Gas sensors and methods for gas detection

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体传感器和用于探测气体的方法
本专利技术涉及一种气体传感器以及一种用于探测气体的方法。
技术介绍
气体传感器使用在多种应用领域中。在这里尤其使用不同类型的微结构化的气体传感器。在此，例如可以使用以下微结构化的气体传感器，该气体传感器借助电阻式结构获知在两个电极之间的气体敏感材料的传导性变化。此外，也已知探测输出功的变化的传感器。文献DE102013205540A1公开了用于定性地和定量地探测气体的传感器元件。在此，气体的探测借助于金属-绝缘体-金属结构基于气体敏感材料的输出功变化的测量。在此，作为气体敏感材料越来越多地使用复合物或有机化合物。在此，新式的传感器材料也可能针对多种不同的气体敏感地反应。在此，气体敏感材料的输出功和传导性均会改变。在此，这种气体敏感材料的信号形成过程的详细理解在大多数情况下还不存在。
技术实现思路
本专利技术公开了具有权利要求1的特征的气体传感器和具有权利要求10的特征的用于探测气体的方法。根据本专利技术设置有：一种气体传感器，具有能导电的背面电极、正面电极、介电层和气体敏感层。在此，正面电极包括彼此电分离的两个电极元件。介电层布置在背面电极和正面电极之间。气体敏感层布置在介电层的一侧上，在该侧上也布置有正面电极。此外设置有：一种借助根据本专利技术的气体传感器以用于探测气体的方法。所述方法包括获知正面电极的两个电极元件之间的导电能力和获知背面电极和正面电极的两个电极元件之间的阻抗和/或电容的步骤。此外，所述方法包括用于基于正面电极的两个电极元件之间的所获知的导电能力以及背面电极和正面电极的两个电极元件之间的所获知的阻抗或所获知的电容与预先确定的值的比较来辨识气体的步骤。本专利技术基于以下认知：气体传感器的探测原理仅基于导电能力的获知或者替代地仅基于气体敏感材料的输出功变化的确定，所述气体传感器在大量情况下不能够实现物质的明确探测。因此，本专利技术基于以下想法，考虑上述认知并且设置能够提升气体探测的可靠性的可能性，其方式是，将多个探测原理组合在一个气体传感器中。为此，本专利技术提出一种气体传感器，该气体传感器既具有用于导电能力的气体敏感的探测的结构，也具有用于阻抗或电容的气体敏感的变化的探测的结构，以便能够基于此确定输出功的变化。在此，通过将两个测量原理组合在单个气体传感器中，可以提升在探测各种物质、尤其是不同气体时的可靠性。在此，可以通过两个测量原理在单个气体传感器中的集成来建立特别有效的传感器结构，该传感器结构相比于多个单个气体传感器而言需要较小的结构空间。因此，可以通过导电能力和相应于输出功的阻抗或电容的信息的分析处理来提升气体传感器的选择性。此外，可以通过泄漏电流路径消除对湿气的横向灵敏度。有利的实施方式和扩展方案由从属权利要求以及说明书参照附图得出。在实施方式中，气体敏感层包括酞菁、金属氧化物和/或碳酸盐。气体敏感层例如尤其可以包含氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、氧化铬(Cr2O3)、氧化锰(Mn2O3)、氧化钴(Co3O4)、氧化镍(NiO)、氧化铜(CuO)、氧化锶(SrO)、氧化铟(In2O3)、氧化钨(WO3)、氧化钛(TiO2)、氧化钒(V2O3)、氧化铁(Fe2O3)、氧化锗(GeO2)、氧化铌(Nb2O3)、氧化钼(MoO3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化镧(La2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)或者上述材料的混合物以及由导电电极和例如碳酸盐、如碳酸钡构成的复合材料。根据另一实施方式，介电层包括铁电体。在此，介电层尤其是可极化的薄层。在此，介电层例如这样极化，使得介电层在极化状态中具有以大于或等于1.1的范围内的系数小于非极化状态的相对介电常数。在此，介电层的厚度优选小于或等于10μm。介电层尤其可以小于或等于1μm、500nm或200nm。根据另一实施方式，气体敏感层包括多孔结构和/或空穴。通过这种具有多孔结构或空穴的气体敏感层，可能的是，要探测的气体可以特别好地产生对介电层的影响。根据另一实施方式，气体传感器的背面电极布置在载体衬底上。在此，载体衬底尤其也可以包括加热元件或另外的功能元件。根据另一实施方式，正面电极包括叉指电极。这种叉指电极基于其结构特别好地适用于探测导电能力。根据另一实施方式，气体传感器包括分析处理装置。分析处理装置与背面电极和正面电极的两个电极元件电子耦合。在此，分析处理装置设计成用于获知正面电极的两个电极元件之间的导电能力。此外，分析处理装置设计成用于获知背面电极和正面电极的两个电极元件之间的阻抗和/或电容。根据另一实施方式，分析处理装置设计成，当获知背面电极和正面电极的两个电极元件之间的阻抗和/或电容时使正面电极的电极元件相互电连接。以该方式，正面电极的两个电极元件可以共同用作为一个电极，而在确定电容或阻抗时背面电极形成另一个电极。根据另一实施方式，气体传感器包括存储器。该存储器设计成用于存储预先确定的气体和导电能力以及阻抗或电容之间的关联或者说相关性。在此，分析处理装置可以设计成在使用气体和导电能力以及阻抗或电容之间的所存储的关联的情况下确定气体。以该方式，可以由所获知的导电能力和电容或阻抗特别简单地推断出要探测的气体。只要有意义，上面的构型和扩展方案能够任意地相互组合。本专利技术的其他可能的构型、扩展方案和实施方式也包括本专利技术之前或下面关于实施例所描述的特征的未详细提到的组合。在此，本领域技术人员尤其也将单个方面作为改善或补充添加到本专利技术的相应的基本形式中。附图说明下面参照在示意性附图中给出的实施例详细阐释本专利技术。在此示出：图1:根据实施方式的气体传感器的横截面的示意性示图；图2:根据实施方式的气体传感器的俯视图的示意性示图；和图3:根据本专利技术的实施方式的方法所基于的流程图的示意性示图。具体实施方式在所有附图中，相同的或功能相同的元件和设备(只要没有另外说明)设有相同的附图标记。图1示出根据实施方式的气体传感器的横截面的示意性示图。气体传感器包括多层构造。在此，如图1所示，气体传感器可以布置在载体衬底5上。在此，在该载体衬底5上向上以上升的顺序布置下列元件：首先在载体衬底5上布置有背面电极4。在背面电极4上布置有介电层3并且在介电层3上布置有正面电极2。正面电极2通过气体敏感层1覆盖。此外，气体敏感层1也可以伸入到正面电极2的中间空间中直至介电层3。在另外的实施方案中，气体敏感层3也可以仅布置在正面电极2的单个或所有元件之间。此外可能的是，为了在正面电极2的元件之间的填充而针对气体敏感层3使用不同的材料，所述材料的物理和/或化学特性对不同的气体发生反应。为了气体的分析处理和探测，正面电极2和背面电极4可以与分析处理装置6电耦合。在此，背面电极4例如可以由金属或有机的、能导电的材料、如酞菁类材料构型。此外，背面电极4例如可以包含铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、铑(Rh)、铼(Re)、钌(Ru)、铟(In)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、一氮化钽(TaN)或这些成分中的一种或多种组成的合金。此外，背面电极4例如也可以由半导体材料、如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或其他半导体构成。在该背面电极4上方布置有介电层或者说电绝缘层。该介电层3可以由已知的、电绝缘材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.气体传感器，具有：能导电的背面电极(4)；正面电极(2)，该正面电极具有相对彼此电分离的两个电极元件(2‑1、2‑2)；介电层(3)，该介电层布置在所述背面电极(4)和所述正面电极(2)之间；和气体敏感层(1)，该气体敏感层布置在所述介电层(3)的一侧上，在该侧上布置有所述正面电极(2)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.气体传感器，具有：能导电的背面电极(4)；正面电极(2)，该正面电极具有相对彼此电分离的两个电极元件(2-1、2-2)；介电层(3)，该介电层布置在所述背面电极(4)和所述正面电极(2)之间；和气体敏感层(1)，该气体敏感层布置在所述介电层(3)的一侧上，在该侧上布置有所述正面电极(2)。2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述气体敏感层(1)包含酞菁、金属氧化物和/或碳酸盐。3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其中，所述介电层(3)包含铁电体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体传感器，其中，所述气体敏感层(1)包括多孔结构和/或空穴。5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体传感器，其中，所述背面电极(4)布置在载体衬底(5)上。6.根据权利要求1至5中任一项所述的气体传感器，其中，所述正面电极(2)包括叉指电极。7.根据权利要求1至6中任一项所述的气体传感器，该气体传感器具有分析处理装置(6)，该分析处理装置与所述背面电极(4)和所述正面电极(2)的所述两个电极元件(2-1、2-2)电耦合，并且该分析处理装置设计成用于获知所述正面电极(2)的所述两个电极元件(2-1、2-2)之间的导电能力，并且该分析处理装置还设计成用于获知所述背面电极(4)和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·施赖福格尔，
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