用于检测气体的设备制造技术

本公开的各实施例涉及通用于检测气体的设备。本公开涉及一种选择性多气体传感器设备，其检测何时存在高浓度水平的特定气体，诸如甲烷、一氧化碳和/或乙醇。选择性多气体传感器设备基于第一温度下气体敏感材料的灵敏度与第二温度下气体敏感材料的灵敏度之间的比率来检测和标识特定气体。

Equipment for gas detection

【技术实现步骤摘要】
用于检测气体的设备
本公开涉及用于检测气体的设备。
技术介绍
良好的空气质量对维持一个人的健康非常重要，因为空气污染可能会导致各种健康问题，诸如心肺疾病。不幸的是，空气污染不仅限于室外污染。在室内环境中可以发现各种的化学化合物。例如，在家庭、办公室和工厂中经常检测到大浓度的甲烷、一氧化碳和乙醇。因此，家庭、办公室和工厂通常配备有气体传感器，以检测有害气体水平并提醒用户可能的气体泄漏。大多数气体传感器被设计成用于检测单一种类的气体。例如，当前的气体传感器通常被配置为检测甲烷、一氧化碳和乙醇中的一种。为了检测多种不同的气体，在单个设备中包括多个气体传感器。例如，为了检测一氧化碳和乙醇，检测一氧化碳的气体传感器和检测乙醇的另一个气体传感器将被包括在单个设备中。然而，在单个设备中包括多个气体传感器会导致大的功耗。
技术实现思路
本公开旨在解决至少上述问题。本公开提出了一种用于检测气体的设备，包括：气体传感器，包括气体敏感材料和加热器；电源，被配置为向加热器提供加热信号，加热信号在第一水平和第二水平之间交替，第二水平大于第一水平；电阻测量电路，被配置为：当加热信号处于第一水平时，测量气体敏感材料的第一电阻；当加热信号处于第二水平时，测量气体敏感材料的第二电阻；以及处理器，被配置为基于第一电阻和第二电阻来检测气体传感器周围的气体。在一些实施例中，处理器被配置为基于第一电阻和第一基准灵敏度水平，计算气体敏感材料的第一灵敏度水平，并且基于第二电阻和第二基准灵敏度水平，计算气体敏感材料的第二灵敏度水平。在一些实施例中，处理器被配置为基于第一灵敏度水平与第二灵敏度水平之间的比率来检测气体传感器周围的气体。在一些实施例中，气体传感器包括直接位于气体敏感材料之下的腔。在一些实施例中，气体敏感材料是半导体金属氧化物。在一些实施例中，气体敏感材料具有在50纳米和150纳米之间的厚度。附图说明在附图中，相同的附图标记标识相似的特征或元件。附图中的特征的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。图1是根据本公开的一个实施例的选择性多气体传感器设备的框图。图2是根据本公开的一个实施例的气体传感器的俯视图。图3是根据本公开的一个实施例的沿图2中所示的轴的气体传感器的截面图。图4是根据本公开的一个实施例的操作选择性多气体传感器设备以选择性地检测气体的方法的流程图。图5是根据本公开的一个实施例的脉冲电压信号。图6是根据本公开的一个实施例的当暴露于各种气体时气体敏感材料的电阻的图。具体实施方式在以下描述中，阐述了某些具体细节以便提供对所公开主题的各个方面的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践所公开的主题。在一些情况下，没有详细描述公知的结构和制造电子设备和气体传感器的方法，以避免模糊对本公开的其他方面的描述。除非上下文另有要求，否则在整个说明书和随后的权利要求中，词语“包括”及其变型，例如“具有”和“包含”，应当以开放式、包含性的意义解释，即“包括，但不限于”。在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意在结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指代相同的方面。另外，在本公开的一个或多个方面中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。在整个说明书中对集成电路的引用通常旨在包括建造在半导体基板或玻璃基板上的集成电路组件，无论这些组件是否一起耦合到电路中或能够互连。在整个说明书中，术语“层”以其最广泛的含义使用，包括薄膜、帽等，并且一个层可以由多个子层组成。本公开涉及选择性多气体传感器设备，以及使用选择性多气体传感器设备来选择性地检测多种气体的方法。图1是根据本公开的一个实施例的选择性多气体传感器设备10的框图。选择性多气体传感器设备10被配置为选择性地检测多种不同的气体。换句话说，选择性多气体传感器设备10能够单独地检测多种气体中何时存在高浓度水平的特定气体。例如，在一个实施例中，选择性多气体传感器设备10被配置为检测何时存在高浓度水平的甲烷、一氧化碳和/或乙醇。选择性多气体传感器设备10包括气体传感器12、电阻测量电路14、电源16和控制器18。气体传感器12是检测气体的有源传感器。气体传感器12包括气体敏感材料20、温度传感器22和加热器24。气体敏感材料20是有源传感器区域。气体敏感材料20由与气体(诸如甲烷、一氧化碳和乙醇)发生化学反应的材料制成。在一个实施例中，气体敏感材料20是半导体金属氧化物(SMO)膜，其包括例如二氧化锡、氧化锌和/或氧化铟。当SMO膜被加热到某一温度时，SMO膜将通过氧化或还原过程与一种或多种气体反应。与气体反应物的电子交换导致SMO膜中的总电阻改变。例如，当包括二氧化锡的SMO膜被加热至约300摄氏度时，在存在一氧化碳和/或乙醇的情况下，SMO膜的电阻将发生改变。因此，可以通过监控SMO膜的当前电阻或电导率来检测气体的存在。注意，尽管在整个本公开中提及SMO膜，但是可以使用其他气体敏感材料。在一个实施例中，气体敏感材料20是薄膜。例如，在一个实施例中，气体敏感材料20是薄SMO膜，其厚度在50纳米和150纳米之间。如下面将进一步详细讨论的，与具有由厚膜(例如，厚度在5微米和20微米之间)制成的气体敏感材料的气体传感器相比，使用薄膜作为气体敏感材料20允许气体敏感材料20能够快速加热到目标温度。因此，可以更快地执行气体检测并且可以降低功耗。温度传感器22测量气体敏感材料20的当前温度。温度传感器22邻近气体敏感材料20定位，以便获得精确的测量值。如下面将进一步详细讨论的，在一个实施例中，温度传感器22用作用于调节加热器24以将气体敏感材料20加热到所需温度的反馈回路。加热器24加热气体敏感材料20。加热器24邻近气体敏感材料20定位，以便快速加热气体敏感材料20。如下面将进一步详细讨论的，在一个实施例中，加热器24用于在第一温度和第二温度之间交替气体敏感材料20的温度。在一个实施例中，加热器24是电阻式加热器。即，加热器24通过焦耳效应加热，并通过辐射热加热气体敏感材料20。然而，注意，可以使用其他类型的加热器。电阻测量电路14测量气体敏感材料20的电阻。如下面将进一步详细讨论的，在一个实施例中，由电阻测量电路14测量的电阻用于测量气体敏感材料20的灵敏度水平并检测气体的存在。在一个实施例中，电阻测量电路14是包括气体敏感材料20的分压器电路。例如，电阻测量电路14可以包括电阻器(具有已知电阻)，该电阻器具有耦合到电压源(具有已知电压水平)的第一端和耦合到气体敏感材料20的第二端。然后，可以基于电阻器的电阻、电压源的电压水平和在电阻器的第二端(即，电阻器和气体敏感材料20连接处)测量的电压来确定气体敏感材料20的电阻。然而，注意，可以使用其他类型的电阻测量电路。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测气体的设备，其特征在于，包括：/n气体传感器，包括气体敏感材料和加热器；/n电源，被配置为向所述加热器提供加热信号，所述加热信号在第一水平和第二水平之间交替，所述第二水平大于所述第一水平；/n电阻测量电路，被配置为：/n当所述加热信号处于所述第一水平时，测量所述气体敏感材料的第一电阻；/n当所述加热信号处于所述第二水平时，测量所述气体敏感材料的第二电阻；以及/n处理器，被配置为基于所述第一电阻和所述第二电阻来检测所述气体传感器周围的气体。/n

【技术特征摘要】
20180725 US 62/703,195;20190701 US 16/458,5611.一种用于检测气体的设备，其特征在于，包括：
气体传感器，包括气体敏感材料和加热器；
电源，被配置为向所述加热器提供加热信号，所述加热信号在第一水平和第二水平之间交替，所述第二水平大于所述第一水平；
电阻测量电路，被配置为：
当所述加热信号处于所述第一水平时，测量所述气体敏感材料的第一电阻；
当所述加热信号处于所述第二水平时，测量所述气体敏感材料的第二电阻；以及
处理器，被配置为基于所述第一电阻和所述第二电阻来检测所述气体传感器周围的气体。


2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁方兴，R·山卡尔，O·勒内尔，
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