气体传感器设备制造技术

本公开涉及一种气体传感器设备，其检测诸如硅氧烷之类的具有大分子的气体(例如，具有的分子量在150g/mol和450g/mol之间的气体)。气体传感器设备包括薄膜气体传感器和体膜气体传感器。薄膜气体传感器和体膜气体传感器各自包括半导体金属氧化物(SMO)膜、加热器和温度传感器。薄膜气体传感器的SMO膜是薄膜(例如，在90纳米和110纳米厚之间)，并且体膜气体传感器的SMO膜是厚膜(例如，在5微米和20微米厚之间)。气体传感器设备基于SMO薄膜和SMO厚膜的电阻之间的变化来检测具有大分子的气体。

Gas sensor equipment

【技术实现步骤摘要】
气体传感器设备
本公开涉及一种用于检测空气质量的气体传感器设备。
技术介绍
空气质量对维持一个人的健康很重要。空气污染可能导致诸如心肺疾病之类的各种健康问题。儿童特别容易受到空气污染。不幸的是，空气污染不仅限于室外污染。在诸如家里、办公室和工厂之类的室内环境中可以找到大量的化合物。例如，通常在室内环境中检测到大浓度的挥发性有机化合物(VOC)和硅氧烷。VOC包括诸如乙醇、甲苯、苯、甲醛、四氯乙烯(TCE)和二氯甲烷之类的化合物。VOC可能源自于各种不同的来源。例如，VOC可能源自于空调、建筑材料、家具、溶剂、油漆和地毯。VOC甚至可能由诸如呼吸、烹饪和清洁之类的日常活动所引起。硅氧烷包括诸如环三硅氧烷(也称为D3)、环四硅氧烷(也称为D4)、环五硅氧烷(也称为D5)和环六硅氧烷(也称为D6)和六甲基二硅氧烷(也称为HDMS)之类的化合物。硅氧烷通常既有毒又持久。例如，环四硅氧烷(D4)在某些国家已被归类为破坏剂，并且是可能改变人类生育能力的潜在生殖毒物。环四硅氧烷(D4)也已被表明会干扰人体激素功能。作为另一个示例，暴露于高剂量的环五硅氧烷(D5)已被表明会导致子宫肿瘤并且损害免疫和生殖系统。环五硅氧烷(D5)也可能影响神经系统的神经递质。硅氧烷还被表明具有在水生生物中生物累积的潜力。硅氧烷可以源自于诸如化妆品和家用清洁剂之类的各种日常产品。例如，美发产品通常包括硅氧烷以更快地干燥，并且除臭剂通常包括硅氧烷以改善在人体上的应用。因为硅氧烷的弹性属性，洗涤剂和电话盖通常也包括硅氧烷。硅氧烷分子相对于VOC分子较大。硅氧烷分子比挥发性有机化合物(VOC)分子大高达八倍。图1是示出了针对各种挥发性有机化合物(VOC)和硅氧烷的分子量的图表。如图1中所示，诸如环三硅氧烷(D3)、环四硅氧烷(D4)、环五硅氧烷(D5)、环六硅氧烷(D6)和六甲基二硅氧烷(HDMS)之类的硅氧烷的分子量远大于VOC。例如，乙醇具有的分子量为46.068g/mol，而环五硅氧烷(D5)具有的分子量为370.8g/mol。有些人对诸如VOC和硅氧烷之类的气体特别敏感，并且会出现包括头痛、头晕和刺激在内的过敏反应。但是，大多数人无法检测到危险水平的气体。因此，建筑物配备有气体传感器以检测有害水平的气体是很重要的。不幸的是，由于硅氧烷分子的大小，利用已知的气体传感器不容易检测到硅氧烷。许多气体传感器对硅氧烷不敏感，当被暴露于硅氧烷时变得不稳定，以及/或者提供不准确的测量。
技术实现思路
本公开涉及一种气体传感器设备，其检测诸如硅氧烷之类的具有大分子(例如，分子量在150g/mol和450g/mol之间)的气体。气体传感器设备可以被用于诸如室内空气质量传感器和室外空气质量传感器之类的各种应用。在一个方面，提供了一种气体传感器设备，其包括：衬底；在所述衬底上的第一气体传感器，所述第一气体传感器包括第一半导体金属氧化物(SMO)膜，所述第一SMO膜具有第一厚度；和在所述衬底上的第二气体传感器，所述第二气体传感器包括第二SMO膜，所述第二SMO膜具有大于所述第一厚度的第二厚度。在一些实施例中，所述第一气体传感器包括被配置成加热所述第一SMO膜的第一加热器，并且所述第二气体传感器包括被配置成加热所述第二SMO膜的第二加热器。在一些实施例中，所述第一气体传感器包括第一温度传感器，并且所述第二气体传感器包括第二温度传感器。在一些实施例中，所述第一SMO膜和所述第二SMO膜由相同的材料制成。在一些实施例中，所述第一SMO膜是无孔的，并且所述第二SMO膜是多孔的。在一些实施例中，所述第一SMO膜具有响应于被暴露于气体而改变的第一电阻，并且所述第二SMO膜具有响应于被暴露于所述气体而改变的第二电阻。在一些实施例中，所述第一SMO膜具有响应于被暴露于气体而保持相同的第一电阻，并且所述第二SMO膜具有响应于被暴露于所述气体而改变的第二电阻。在一些实施例中，所述第一厚度介于90纳米与110纳米之间，并且所述第二厚度介于5微米与20微米之间。在另一方面，提供了一种气体传感器设备，其包括：衬底；在所述衬底上的第一加热器；在所述第一加热器上的第一半导体金属氧化物(SMO)膜，所述第一SMO膜具有第一厚度；在所述衬底上的第二加热器；和在所述第二加热器上的第二SMO薄膜，所述第二SMO膜具有大于所述第一厚度的第二厚度。在一些实施例中，所述设备进一步包括：第一空腔，所述第一加热器和所述第一SMO膜覆盖所述第一空腔；和第二空腔，所述第二加热器和所述第二SMO膜覆盖所述第二空腔。在一些实施例中，所述设备进一步包括处理器，所述处理器被配置成控制所述第一加热器和所述第二加热器。在一些实施例中，所述设备进一步包括：第一温度传感器，在所述衬底上与所述第一SMO膜相邻；和第二温度传感器，在所述衬底上与所述第二SMO膜相邻。在一些实施例中，所述第一SMO膜和所述第二SMO膜由相同的材料制成。在一些实施例中，所述第一SMO膜是无孔的，并且所述第二SMO膜是多孔的。气体传感器设备包括薄膜气体传感器和体膜气体传感器。薄膜气体传感器和体膜气体传感器各自包括半导体金属氧化物(SMO)膜、加热器和温度传感器。薄膜气体传感器的SMO膜是薄膜(例如，厚度在90纳米和110纳米之间)，并且体膜气体传感器的SMO膜是厚膜(例如，厚度在5微米和20微米之间)。由于SMO薄膜和SMO厚膜之间的差异(例如，SMO薄膜是无孔的，并且SMO厚膜是多孔的)，SMO薄膜和SMO厚膜对具有大分子的气体的反应不同。具体地，SMO薄膜当被暴露于具有大分子的气体时将经历非常小的(如果有的话)电阻变化，并且SMO厚膜当被暴露于具有大分子的气体时将经历显著的电阻变化。基于SMO薄膜和SMO厚膜的电阻之间的变化，气体传感器设备检测诸如硅氧烷之类的具有大分子的气体。气体传感器设备还被用来选择性地检测诸如VOC之类的不具有大分子的气体(例如，具有的分子量小于100g/mol的气体)。气体传感器设备基于SMO薄膜和SMO厚膜的电阻之间缺乏变化来检测特定气体。根据本公开的实施例的气体传感器设备能够检测诸如硅氧烷之类的具有大分子(例如，分子量在150g/mol和450g/mol之间)的气体。附图说明在附图中，相同的附图标号表示相似的特征或元件。附图中的特征的大小和相对位置不一定按比例绘制。图1是示出根据本公开的实施例的针对各种挥发性有机化合物(VOC)和硅氧烷的分子量的图表。图2是根据本公开的实施例的气体传感器设备的框图。图3是根据本公开的实施例的与气体分子反应的半导体金属氧化物(SMO)薄膜的截面图。图4A和图4B是根据本公开的实施例的与气体分子反应的SMO厚膜的截面图。图5是示出根据本公开的实施例响应于被暴露于VOC和硅氧烷的SMO薄膜和SMO厚膜的电阻的图表。图6是根据本公开的实施例的气体传感器设备的俯视图。图7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体传感器设备，其特征在于，包括：/n衬底；/n在所述衬底上的第一气体传感器，所述第一气体传感器包括第一半导体金属氧化物膜，所述第一半导体金属氧化物膜具有第一厚度；和/n在所述衬底上的第二气体传感器，所述第二气体传感器包括第二半导体金属氧化物膜，所述第二半导体金属氧化物膜具有大于所述第一厚度的第二厚度。/n

【技术特征摘要】
20180221 US 15/901,7211.一种气体传感器设备，其特征在于，包括：
衬底；
在所述衬底上的第一气体传感器，所述第一气体传感器包括第一半导体金属氧化物膜，所述第一半导体金属氧化物膜具有第一厚度；和
在所述衬底上的第二气体传感器，所述第二气体传感器包括第二半导体金属氧化物膜，所述第二半导体金属氧化物膜具有大于所述第一厚度的第二厚度。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一气体传感器包括被配置成加热所述第一半导体金属氧化物膜的第一加热器，并且所述第二气体传感器包括被配置成加热所述第二半导体金属氧化物膜的第二加热器。


3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一气体传感器包括第一温度传感器，并且所述第二气体传感器包括第二温度传感器。


4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一半导体金属氧化物膜和所述第二半导体金属氧化物膜由相同的材料制成。


5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一半导体金属氧化物膜是无孔的，并且所述第二半导体金属氧化物膜是多孔的。


6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一半导体金属氧化物膜具有响应于被暴露于气体而改变的第一电阻，并且所述第二半导体金属氧化物膜具有响应于被暴露于所述气体而改变的第二电阻。


7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一半导体金属氧化物膜具有响应于被暴露于气体而保持相同的第一电阻，并且所述第二半导体金属氧化物膜具...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·布拉赫姆，H·玛杰里，O·勒内尔，R·山卡尔，E·R·阿莱西，P·比安科利洛，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，意法半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT