本发明专利技术涉及用于检测气体的气体传感器（１），该气体传感器（１）具有至少一个被施加到衬底（２）上的气体敏感层，其中在衬底（２）上还设置至少一个用于与所述层接触连接的导电带（３），并且导电带（３）由具有非催化特性的掺杂金属氧化物材料形成，以避免导电带（３）对气体的检测的影响。这避免了现有技术的缺点并且提供了气体敏感层的接触连接，这在通过气体敏感层检测气体时不会影响敏感度性能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于检测气体的气体传感器，该气体传感器具有至少一个被施加到衬 底上的气体敏感层，其中在衬底上还设置有用于与该层接触连接的至少一个导电带。
技术介绍
当前，颇具成本效率的厚层金属氧化物传感器被用于各种气体和蒸气的检测。当 前观察的是正在进行中的向薄层技术方向发展的趋势，目的是为了减少这些传感器的电力 消耗。为此目的，气体传感器的敏感层显示为小于IOOnm乃至几个纳米数量级的单个纳米 管或纳米团簇的额定层厚度。而且，通过在微机械组件上应用这些薄的结构和层可以节能。 在适宜的运行条件下，与传统的传感器相比，结果是电力消耗减少为原来的500分之一。被施加到衬底上的气体敏感层主要在电阻测量方法中工作，以便气体敏感层的电 阻的改变为将要被检测的气体的存在、浓度和类型提供信息。贵金属被用于与敏感层接触 连接，因为气体传感器主要在高温下工作。金属氧化物传感器的主要缺点表现为对各种气体的高反应性。由于这些传感器对 大量气体的反应都非常强烈的事实，气体及其浓度的单值确定是可能的，特别是具有不同 温度，以及与之相关的气体敏感层的温度依赖性的背景，以便十分准确地确定气体以及以 便提供气体的浓度。然而，由于温度依赖性，快速和准确地确定要被测量的参数往往是不再 可能的。因此，包括几个传感器单元的传感器阵列被用于实现准确的确定，这些传感器单 元由不同的气体传感器构成。传感器对不同气体的反应越不同，评估越容易。然而，贵金属 对单个层的敏感度特性有不利的影响，贵金属本身作为催化剂并影响传感器表面上的化学 反应。这样，单个层的敏感度特性被催化剂改变。已经很不容易发展为反应明显不同的各 传感器层，由于催化剂的作用，导致反应再次接近相同。由此，气体传感器的选择性被严重 损害。由于这些传感器对大量气体反应都非常强烈的事实，因此只有当传感器在不同 温度下工作时单值确定才是可能的。这样，只有利用另外的手段才能改变金属氧化物气 体传感器的敏感度特性。如果使用传感器阵列的话，特别适宜在不同温度下工作，以便充 分利用阵列的单个组件的不同的敏感度和选择性。不同的传感器单元在不同的温度位 (temperature level)被选择地激活，这个方法是不利的，因为首先必须要达到不同的温度 位，这样导致减少的反应时间。另外的手段涉及掺杂有催化剂(钼、金、银、钯)的敏感层，其中像例如InSe、M0W0、 InSnO这样的成分被用作敏感层。而且，敏感层的表面形状的改变，其中可以包括光滑、粗糙 或者多孔表面，可以导致增强的选择性。除上述在不同温度下使用传感器之外，过滤层的应 用可以有助于选择性的提高。金属氧化物气体传感器在电阻传感器模式中工作，S卩，它们的电阻的改变作为传 感器功能。为了读出传感器电阻，像在开始时提到的导电带这样的电触点是与敏感层接触连接所必需的。由于金属氧化物气体传感器在300°C和450°C之间的温度下工作，为了稳定 性和随后的氧化过程，这些用于接触连接的导电带主要由诸如钼或者金的贵金属制成。从欧洲专利EP 0 899 563 Bl可知，通常的气体传感器的特点是与固体电解质接 触连接的钼电极和金电极。这些电极依次与检测装置接触连接，例如像毫伏计那样，通过各 自的传导，以便获得测量信息。在上述专利中揭示的传感器特别适宜在不同温度下进行测 量，例如在30(TC温度下对二氧化氮具有高敏感度，在40(TC温度下对一氧化二氮具有高敏 感度，以及在500°C温度下对一氧化碳具有高敏感度。虽然这一点证明了通过温度的改变能 够提高选择性，但是包含贵金属的电极同样易于氧化，可以对测量结果产生消极的影响。因此，利用这样的气体传感器会出现以下问题在较高的温度下，金属扩散到敏感 层中，影响它的气体敏感度性能。早已在低温下，各种气体更适宜起反应，并且在导电带上 起反应非常早，使传感器特性失真。较薄的层在掺杂物上起反应更敏感，因此更加易于产生 上述问题，以致用微机械构造的气体传感器对不同气体的测量更加受到限制。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的问题是，提供一种气体传感器，该气体传感器避免了上述技 术现状的缺点，而且具有气体敏感层的接触连接的特点，这在通过气体敏感层进行气体检 测期间不会影响敏感度特性。根据权利要求1的前序部分和特征部分记载的用于检测各种气体的气体传感器 解决了上述问题。在从属权利要求中提供了本专利技术的有利的改进。本专利技术包括以下技术教导导电带包含具有非催化特性的掺杂金属氧化物材料， 以免导电带对气体的检测的影响。本专利技术的精神是提供用于与气体敏感层接触连接的材料，该材料不显示催化活 性，因此不影响气体检测的测量结果。为此目的，对掺杂金属氧化物材料的选择意外地显示 了以下优点尽管该材料具有极好的导电性，但是该材料的催化活性是检测不到的，而且传 感器层不被具有钼的触点催化影响，以致在恒温下气体敏感层的选择性也被显著地改进。有利地是，掺杂金属氧化物包括掺杂有锑的氧化锡(Sn02:Sb)。通过不同的方法可 以非常容易地生产Sn02:Sb。例如，较好的、适宜的、经济的生产方法是电子束蒸发。如果氧 化锡被掺杂有5wt%，则能够保证作为导电带的掺杂金属氧化物材料具有极好的导电性。根据该气体传感器的优选实施例，用于检测气体的气体敏感层作为电阻测量系统 工作，其中该气体敏感层的电阻在气体的影响下表现出改变，借此可以确定一种气体或多 种气体的类型和/或存在的定性的和/或定量的信息。本专利技术的具有包含掺杂金属氧化物 材料的导电带的气体传感器，优选地可以被实例化为加热的气体传感器，其中衬底被加热， 以使被施加在衬底上的用于检测气体的气体敏感层在100°C到iioo°c的温度下工作，优选 地在200°C到700°C的温度下工作，并且特别优选地在300°C到450°C的温度下工作。通过像剥离方法这样的已知的工艺步骤可以很容易地构造导电带。在热退火步骤 之后，它是完全起作用的。关于氧化物，在随后的氧化过程中没有危险，以致可以实现传感 器的稳定性。由于使用已经被氧化的材料作为导电带，导电带是非常耐热的，因此适于在超 过1000°c的温度下使用，并且在高温下也不显示催化活性。关于用于在衬底上施加导电带 的剥离方法，该衬底涂覆有光刻胶，随后在导电带的涂层被再次去除的位置上使光刻胶曝光。然后，衬底被大范围地涂敷导电带的材料，即掺杂金属氧化物。在随后的从衬底的表面 去除光刻胶的处理期间，金属氧化物只保持在光刻胶没有被曝光的那些位置上。结果是形 成非常小的结构，该结构可以被用作导电带结构，用于接触连接气体敏感层。该剥离方法也 适于Sn02:Sb的施加。优选地，气体敏感层的特点是材料成分为掺杂有包含钼、金、银和/或钯的催化剂 的InFe、Moffo或者InSnO。另外的材料的组合也是可能的，其中，与用于掺杂的材料无关， 包含掺杂氧化物材料的导电带的影响是检测不到的。在衬底上的气体敏感层可以具有大约80nm到500nm的厚度，优选是lOOnm。这个 层厚度只是额定的层厚度，更进一步地将该层厚度减小至处于较低的纳米范围内的单个纳 米管或者纳米团簇也是可能的。气体传感器的衬底可以形成为微机械组件，然而气体传感 器的整个构造可以被转换为芯片样式，以便可以根据芯片实验室(lab-on-the-c本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于检测气体的气体传感器（１），具有至少一个被施加到衬底（２）上的气体敏感层，而且在所述衬底（２）上设置至少一个用于与所述层接触连接的导电带（３），其特征在于，所述导电带（３）包含具有非催化特性的掺杂金属氧化物材料，以避免所述导电带（３）对所述气体的检测的影响。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯赫尔维希，格哈特米勒，扬施潘哈克，
申请(专利权)人：欧洲宇航防务集团德国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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