用于布置在傳感器元件的有效測(cè)量區(qū)域之前的功能元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于布置在傳感器元件（12）的有效探測(cè)區(qū)域（28）之前的功能元件（16），該功能元件具有緊湊的基體（18），所述基體具有氣體側(cè)的表面（20）和傳感器側(cè)的表面（22），其中在氣體側(cè)的表面（20）和傳感器側(cè)的表面（22）之間布置有至少兩個(gè)功能通道（24），所述功能通道（24）關(guān)于可傳送的氣體具有彼此不同的功能。這樣的功能元件（16）允許在高的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性的情況下傳感器的特別是可變的運(yùn)行。本發(fā)明此外涉及傳感器裝置（10）以及這樣的傳感器裝置（10）的使用。
【專利說(shuō)明】用于布置在傳感器元件的有效測(cè)量區(qū)域之前的功能元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于布置在傳感器元件的有效測(cè)量區(qū)域之前的功能元件。此外，本發(fā)明涉及具有這樣的功能元件和傳感器元件的傳感器裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器或傳感器裝置在很多應(yīng)用中是已知的并且廣泛地被推廣。在已知的傳感器中例如有氣體傳感器，這些氣體傳感器可以定性地和/或定量地檢驗(yàn)要檢驗(yàn)的氣體或混合氣體的組成部分。
[0003]在當(dāng)前的傳感器、諸如廢氣傳感器的情況下，例如陶瓷的傳感器元件直接被暴露于要分析的廢氣中。即使對(duì)于新研發(fā)的一代氣體傳感器，傳感器元件同樣直接被暴露于環(huán)境氣體或要測(cè)量的氣流中，其中在這些氣體傳感器中傳感器元件在很小的結(jié)構(gòu)空間上被實(shí)施為微型部件。例如在此氣體傳感器或傳感器元件可以通過多孔的膜被保護(hù)不受大顆粒損害，以便因此阻止傳感器元件的機(jī)械損傷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的主題是用于布置在傳感器元件的有效探測(cè)區(qū)域之前的功能元件，該功能元件具有緊湊的基體，該基體具有氣體側(cè)的表面和傳感器側(cè)的表面，其中在氣體側(cè)的表面和傳感器側(cè)的表面之間布置有至少兩個(gè)功能通道，這些功能通道關(guān)于可傳送的氣體具有彼此不同的功能。
[0005]氣體側(cè)的表面在本發(fā)明的意義上可以特別是在將功能元件布置在傳感器元件的有效測(cè)量區(qū)域之前的情況下指向要測(cè)量的氣體的方向的表面。相應(yīng)地，基體的傳感器側(cè)的表面可以特別是如下的表面，該表面在將功能元件布置在傳感器元件的有效測(cè)量區(qū)域之前的情況下對(duì)準(zhǔn)傳感器元件的方向。
[0006]此外，在本發(fā)明的意義上，功能通道可以是用于氣體的通道或?qū)蜓b置，在該通道中所傳送的氣體由于功能元件的可布置性特別是可以經(jīng)受處理，因此該通道關(guān)于氣體可以具有至少一個(gè)功能。然而，該功能例如也可以在沒有設(shè)置明確的功能元件的情況下、例如在參考值的提供中是可實(shí)現(xiàn)的。
[0007]氣體的預(yù)處理或相應(yīng)的功能在此可以表示對(duì)氣體的任何影響，而關(guān)于這一點(diǎn)在本發(fā)明的意義上不受限制。
[0008]要測(cè)量的氣體在本發(fā)明的意義上特別是可以被理解為任何氣體，即包括一種物質(zhì)的氣體或包括多種物質(zhì)的氣體，即混合氣體。
[0009]通過上述的功能元件能夠以有利的方式實(shí)現(xiàn)，在應(yīng)用多種不同的氣體預(yù)處理的情況下運(yùn)行總傳感器。
[0010]為此，該功能元件首先具有基體，該基體具有氣體側(cè)的表面和傳感器側(cè)的表面。因此該功能元件的基體包括可以被布置在傳感器元件的有效測(cè)量表面上的表面或側(cè)面，以及可以被暴露于要測(cè)量的氣體中的其它表面。該傳感器元件的有效測(cè)量表面在此特別是如下表面，傳感器元件能夠以該表面與要測(cè)量的氣體進(jìn)行接觸并且在此可以實(shí)行測(cè)量。此外，該傳感器元件特別是傳感器的有效部分。因此該功能元件用于至少部分地、特別是完全地覆蓋傳感器元件的有效表面，并且在此相對(duì)于要測(cè)量的氣體被布置在傳感器表面的上游。換句話說(shuō)，要測(cè)量的氣體在其在傳感器元件處或在傳感器元件的有效測(cè)量表面處被探測(cè)之前流經(jīng)該功能元件。
[0011]為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)，在氣體側(cè)的表面和傳感器側(cè)的表面之間布置有至少兩個(gè)不同的功能通道。所述功能通道在此可以特別是功能元件的氣體側(cè)的表面和傳感器側(cè)的表面之間的唯一的連接，因?yàn)樵摴δ茉幕w可以是緊湊的并且因此基本上是不透氣的。此夕卜，所述功能通道特別是關(guān)于其功能可以是不同的。例如可以實(shí)施不同的預(yù)處理。
[0012]所述功能通道在此可以示例性地用于在傳感器元件的有效測(cè)量表面處探測(cè)之前對(duì)氣體進(jìn)行預(yù)處理。因此通過上述的功能元件可能的是，不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)所定義的預(yù)處理，而是更確切地說(shuō)能夠?qū)崿F(xiàn)用于總傳感器的多種不同的氣體預(yù)處理。
[0013]在此，功能通道的數(shù)量和因此同樣地用于要測(cè)量的氣體的可并行地執(zhí)行的預(yù)處理步驟的數(shù)量基本上可以是可自由選擇的。例如這樣的功能元件可以裝備有多個(gè)功能通道，這些功能通道的僅僅一部分通過相應(yīng)部件的插入被分配功能。其它的功能通道例如能夠?qū)崿F(xiàn)沒有要測(cè)量的氣體的預(yù)處理的測(cè)量作為參考值，和/或能夠用作備用通道，這些備用通道可以是隨時(shí)可加裝確定功能的。這能夠不僅僅直接在功能元件的制造中實(shí)現(xiàn)特別大的變化性，而是這此外可以在功能元件或裝備有該功能元件的傳感器的整個(gè)運(yùn)行或整個(gè)壽命期間實(shí)現(xiàn)。
[0014]這例如可以使同時(shí)測(cè)量不同地被預(yù)處理的氣體種類成為可能。這一方面能夠?qū)崿F(xiàn)特別強(qiáng)地清楚鮮明地形成選擇性，并且另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)用于混合氣體的多氣體傳感器。
[0015]因此上述的功能元件特別是在只使用一個(gè)傳感器元件的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)執(zhí)行多種并行的并且不同的測(cè)量方法。由此在使用緊湊的傳感器的情況下可以收集多個(gè)信息，為此根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)常常必須使用多個(gè)要彼此分開布置的傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)中的解決方案相反，通過上述的功能元件，即使在緊湊的結(jié)構(gòu)空間中也可以實(shí)現(xiàn)這樣的測(cè)量多樣性。
[0016]然而在此不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)特別寬泛的測(cè)量多樣性，而是此外特別時(shí)間少地實(shí)現(xiàn)這樣的測(cè)量多樣性，因?yàn)闇y(cè)量不是一個(gè)接一個(gè)地、而是更確切地說(shuō)基本上可以是在時(shí)間上并行地可執(zhí)行的。
[0017]上面提到的優(yōu)點(diǎn)在此可以在使用唯一的部件的情況下是可實(shí)現(xiàn)的，該部件特別是可成本低地制造的并且可以以簡(jiǎn)單的方式與已知的傳感器元件組合。因此上述的功能元件也可以以特別簡(jiǎn)單的方式集成到現(xiàn)有的傳感器中，這也特別簡(jiǎn)單地形成現(xiàn)有的傳感器的加裝。
[0018]概括地，這樣的功能元件在此通過要測(cè)量氣體的基本上任意的數(shù)量的基本上要并行執(zhí)行的預(yù)處理并且因此通過多種要執(zhí)行的測(cè)量方法能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器功能的顯著的優(yōu)點(diǎn)和傳感器兀件的穩(wěn)定性。
[0019]在一種擴(kuò)展方案的范圍內(nèi)，基體可以至少部分地由材料構(gòu)型，該材料從由硅、碳化硅、氧化硅、氧化鋁、半導(dǎo)體和玻璃組成的組中選擇。特別有利的是可借助微系統(tǒng)技術(shù)的方法良好地結(jié)構(gòu)化的材料，例如半導(dǎo)體襯底、如硅晶片或玻璃襯底、如Foturan。例如該基體可以完全由這樣的材料構(gòu)型，或由這樣的材料組成。上面提到的材料的使用可以特別是能夠?qū)崿F(xiàn)，借助微系統(tǒng)技術(shù)的本身已知并且成熟的方法來(lái)加工或結(jié)構(gòu)化該材料。在此已知的是例如用于產(chǎn)生所定義的孔、空腔或多孔的區(qū)域的方法和過程。這特別是適用于硅或基于硅的材料。同樣在此已知的是用于處理電連接或加熱元件的方法，這同樣可以是有利的，如這在稍后詳細(xì)地被闡明的。使用微系統(tǒng)技術(shù)的方法在此可以是有利的，因?yàn)橐环矫姹淮_定小尺寸的傳感器元件也可以裝配功能元件，或功能元件也可以以最小的尺寸來(lái)制造。例如位于微結(jié)構(gòu)化的預(yù)處理裝置之下的氣體傳感器、諸如大小2X2 mm2的芯片的敏感區(qū)域可以具有10*100 μ m2的面積并且位于離第二氣體敏感區(qū)域幾百微米處。利用微系統(tǒng)技術(shù)的方法可以使微結(jié)構(gòu)化的預(yù)處理裝置正好適配于芯片的敏感區(qū)域的面積大小和間距并且此外也以所定義的方式、例如以45°角形成開口的棱角。此外，利用這樣的方法可以實(shí)現(xiàn)高度精確的結(jié)構(gòu)化，這特別是在高度精確的測(cè)量情況下可以是有利的。此外，微系統(tǒng)技術(shù)的上面提到的方法特別是允許這樣的功能元件的成本很低的制造。
[0020]在另一種擴(kuò)展方案的范圍內(nèi)，至少一個(gè)功能通道可以是至少部分地、即至少局部受限制地可調(diào)溫的(temperierbar)。該擴(kuò)展方案可以對(duì)于多個(gè)應(yīng)用或功能是有利的。例如通過功能通道的調(diào)溫，流經(jīng)的氣體可以在碰撞到傳感器元件之前被冷卻，因此由于要測(cè)量的氣體的過分高的溫度所導(dǎo)致的傳感器元件的損傷可以被阻止。此外，要測(cè)量的氣體的恒定的溫度對(duì)于特別精確的測(cè)量可以是有利的。此外，用于要測(cè)量的氣體的多個(gè)預(yù)處理步驟可以特別有利地在提高的溫度下或基本上在所定義的溫度條件下進(jìn)行。因此氣體預(yù)處理可以以特別優(yōu)選的方式在被調(diào)溫的功能通道中進(jìn)行。在此例如對(duì)于被調(diào)溫的通道的構(gòu)造可能有利的是，如上所述，基體由如下材料成型，該材料可以利用微系統(tǒng)技術(shù)的方法來(lái)處理。因?yàn)樵谶@樣的材料的情況下或利用這樣的方法可以沒有問題地并且成本低地加入調(diào)溫結(jié)構(gòu)、諸如被確定小尺寸的冷卻通道或加熱通道。
[0021]在另一種擴(kuò)展方案的范圍內(nèi)，至少一個(gè)功能通道可以具有至少一個(gè)功能通道元件，該功能通道元件從由催化劑、擴(kuò)散勢(shì)壘、離子導(dǎo)通材料和存儲(chǔ)介質(zhì)組成的組中選擇。
[0022]關(guān)于催化劑，例如能夠?qū)崿F(xiàn)要測(cè)量的氣體或要測(cè)量的混合氣體的組成部分的反應(yīng)。特別是能夠通過催化有效的材料、諸如鉬或活性炭實(shí)現(xiàn)，從混合氣體中濾出確定的物質(zhì)或調(diào)節(jié)確定的氣體種類的熱動(dòng)力平衡?；旧?，功能通道或功能通道之內(nèi)的各個(gè)功能區(qū)域的可加熱性結(jié)合催化劑可以是有利的。作為這樣的催化有效的材料的載體，例如可以使用透氣的、諸如多孔的、被布置在功能通道中的材料，以便最大化催化劑的表面以及因此最大化催化劑交換。例如在使用具有上述的功能元件的傳感器的情況下可以分析混合氣體，該混合氣體包括一氧化氮到二氧化氮，其中該功能元件具有兩個(gè)功能通道。在此可以在一個(gè)功能通道中的一個(gè)功能區(qū)域內(nèi)采用催化劑材料，該催化劑材料將全部的一氧化氮轉(zhuǎn)化為二氧化氮。在另一功能通道中可以放棄設(shè)置催化有效的材料，因此在此在傳感器的有效海面處可沒有改變地探測(cè)由一氧化氮和二氧化氮組成的混合氣體。根據(jù)傳感器信號(hào)的差別，隨后不僅可以確定一氧化氮和二氧化氮的總量，而且可以確定二氧化氮和一氧化氮的部分濃度。此外，利用催化劑可以改變氣體組成，因此例如確定的氣體被轉(zhuǎn)換，使得該氣體可以被相應(yīng)的傳感器元件特別敏感地探測(cè)。
[0023]擴(kuò)散勢(shì)壘此外特別是可以被理解為這樣的元件，該元件可以阻礙或以所定義的方式調(diào)節(jié)流體介質(zhì)、特別是氣體或液體的擴(kuò)散。作為示例性的元件，擴(kuò)散勢(shì)壘可以被理解為多孔的介質(zhì)或格柵。通過設(shè)置這樣的擴(kuò)散勢(shì)壘，影響濃度變化的擴(kuò)散可以變成可能。在具有高擴(kuò)散率、例如具有氣孔直徑比較大的多孔材料的功能通道和具有低擴(kuò)散率、例如具有氣孔直徑比較小的多孔材料的其它功能通道的示例性組合中，被布置在功能元件處的傳感器可以以有利的方式區(qū)分氣體濃度變化的速度。擴(kuò)散勢(shì)壘、諸如多孔的介質(zhì)的其它優(yōu)點(diǎn)是特別好地并且可靠地保護(hù)傳感器免受磨損、直接的水沖擊或顆粒沖擊以及污染、諸如免受炭
[0024]關(guān)于離子導(dǎo)通材料，例如質(zhì)子導(dǎo)體或氧離子導(dǎo)體是已知的。如果例如在功能元件的功能通道中使用氧離子導(dǎo)體，那么位于該功能元件之下的傳感器元件或傳感器元件的區(qū)域的信號(hào)只能歸因于氧。因此例如在對(duì)氧敏感的化學(xué)傳感器元件或測(cè)量原理中可以通過與另一功能通道比較的信號(hào)結(jié)算將對(duì)氧敏感度包括在內(nèi)。離子導(dǎo)通元件的例子是本身已知的能斯脫單元或泵單元，這些能斯脫單元或泵單元通過使用摻雜二氧化釔的氧化鋯而被構(gòu)型為氧離子導(dǎo)體。
[0025]關(guān)于存儲(chǔ)介質(zhì)、諸如吸氣劑，該存儲(chǔ)介質(zhì)特別是可以導(dǎo)致，確定的氣體組成部分被束縛到存儲(chǔ)介質(zhì)上，使得這些氣體組成部分不到達(dá)被布置在下游的傳感器。在功能通道中采用選擇性的存儲(chǔ)材料、諸如選擇性的吸氣劑的情況下，通過該化學(xué)傳感器信號(hào)與其中沒有前置這樣的存儲(chǔ)介質(zhì)的其它有效測(cè)量區(qū)域的比較可以精確地確定特定地在該吸氣劑中被捕獲的物質(zhì)的量。由此測(cè)量的多樣化的評(píng)估可以是可能的。此外，能夠以特別簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)，在氣流抵達(dá)傳感器元件之前，可能被包含在要測(cè)量的氣體中的并且例如作為傳感器毒物起作用并且因此降低傳感器元件的有效性的物質(zhì)有效地從氣流中被去除。示例性的存儲(chǔ)材料包括用于氧存儲(chǔ)的氧化鈰(Ceroxid)或通過硝酸鋇形成的用于氧化氮存儲(chǔ)的含鋇的連接。
[0026]在另一種擴(kuò)展方案的范圍內(nèi)，一個(gè)功能通道可以具有兩個(gè)串聯(lián)的功能通道元件。在該擴(kuò)展方案中，因此特別是一個(gè)功能通道元件可以被布置在一個(gè)功能通道中的另一個(gè)功能通道元件的下游。因此在該功能通道中的要測(cè)量的氣體抵達(dá)傳感器元件的相應(yīng)的測(cè)量區(qū)域之前，可以執(zhí)行氣體的兩種預(yù)處理。例如可以設(shè)置存儲(chǔ)介質(zhì)，在該存儲(chǔ)介質(zhì)的下游設(shè)置有氧化催化劑。因此可以有效地?cái)r住例如催化劑毒物。在此也可以加熱功能通道中的各個(gè)功能區(qū)域。在此根據(jù)總傳感器的大小和導(dǎo)熱性也可以將功能通道中的不同區(qū)域加熱到不同的溫度，或?qū)囟冗M(jìn)行調(diào)制。因此可以調(diào)節(jié)例如不同的催化劑溫度和因此不同的熱動(dòng)力平衡。
[0027]在另一種擴(kuò)展方案的范圍內(nèi)，可以設(shè)置功能層，該功能層至少部分地、即至少局部受限制地被布置在功能元件的氣體側(cè)的表面上。在該擴(kuò)展方案中，因此可以利用附加的功能層覆蓋例如僅僅功能通道、功能元件的確定的區(qū)域或整個(gè)功能元件。該附加的外部的功能層可以具有例如存儲(chǔ)介質(zhì)、諸如吸氣劑，該存儲(chǔ)介質(zhì)可以作為防止物質(zhì)的中毒防護(hù)起作用，該物質(zhì)不應(yīng)該接觸功能元件或傳感器元件?；旧希摴δ軐釉诖丝梢猿袚?dān)上面參考功能通道所描述的每一個(gè)功能。
[0028]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的功能元件的其它優(yōu)點(diǎn)和特征，對(duì)此詳盡地參閱與根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置、根據(jù)本發(fā)明的使用以及圖有關(guān)的闡述。根據(jù)本發(fā)明的功能元件的根據(jù)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)也應(yīng)該可應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置和根據(jù)本發(fā)明的使用并且被視為公開的，并且反之亦然。在說(shuō)明書、權(quán)利要求中和/或在圖中公開的特征中的至少兩個(gè)特征的全部組合也在本發(fā)明的范圍中。
[0029]此外，本發(fā)明的主題是一種傳感器裝置，該傳感器裝置具有傳感器元件并且具有至少一個(gè)如上所述被構(gòu)型的功能元件，該傳感器元件具有有效探測(cè)表面，其中該功能元件相對(duì)于要測(cè)量的氣體的流向被布置在傳感器元件的探測(cè)表面的上游。這樣的傳感器裝置特別是允許特別可靠的測(cè)量，其中此外可以在原處進(jìn)行結(jié)果的多種評(píng)估。在此，該傳感器裝置此外可以特別是長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地工作，因?yàn)樵搨鞲衅髟梢蕴貏e是極為有效地被保護(hù)以免受外部影響。
[0030]因此，這樣的傳感器裝置首先包括功能元件，該功能元件如上所述被構(gòu)型，因此就此而言參閱有關(guān)該功能元件的上面的論述。
[0031]此外，這樣的傳感器裝置包括傳感器元件，該傳感器元件可以基于具有離子導(dǎo)通特征的固體電解質(zhì)或化學(xué)上敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。如果目標(biāo)應(yīng)用允許針對(duì)相應(yīng)測(cè)量原理的合適的條件，那么基本上可以使用任何傳感器元件或任何測(cè)量原理。該傳感器元件例如可以是化學(xué)上敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管并且基本上是基于示例性的并且非限制性的材料硅(Si)、碳化娃(SiC)或氮化鎵(GaN)的基于場(chǎng)效應(yīng)的氣體傳感器。例如該氣體傳感器可以是諸如在文獻(xiàn)DE 10 2007 003 541 Al中所述的部件，對(duì)此明確地參考該文獻(xiàn)。因此可以包括例如在襯底上具有金屬層的部件，其中該襯底由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，并且其中在金屬層和襯底之間構(gòu)造有擴(kuò)散阻擋層，該擴(kuò)散阻擋層由針對(duì)金屬層的材料具有小的擴(kuò)散系數(shù)的材料制成。
[0032]例如以半導(dǎo)體工藝技術(shù)可制造的傳感器元件的設(shè)置此外能夠?qū)崿F(xiàn)微電子設(shè)備的集成，該微電子設(shè)備例如用于傳感器信號(hào)整理是有利的。特別是對(duì)于多個(gè)必要時(shí)不同地被預(yù)處理的氣體種類的根據(jù)本發(fā)明可能的同時(shí)的測(cè)量，用于信號(hào)處理的電路的采用是有意義的。通過集成的微電子設(shè)備，例如以下的功能可以直接在有效測(cè)量表面上或在傳感器芯片上實(shí)現(xiàn):信號(hào)放大、信號(hào)濾波、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換、多路復(fù)用以及因此多個(gè)不同傳感器的控制、λ跳躍特性曲線的線性化、傳感器特性曲線的偏移校準(zhǔn)、與傳感器總線系統(tǒng)的通信等等。
[0033]這樣的傳感器系統(tǒng)的電子設(shè)備此外也可以量取、控制和調(diào)節(jié)如下信號(hào)，這些信號(hào)在功能元件中產(chǎn)生并且也用于傳感器信號(hào)的信號(hào)處理。例如這可以是加熱元件的溫度信息或可能存在的能斯脫單元或泵單元的電流或電壓。
[0034]在一種擴(kuò)展方案的范圍內(nèi)，該功能元件可以被構(gòu)型并且被固定在傳感器元件上，使得功能通道中的每個(gè)與探測(cè)表面的獨(dú)立的局部受限制的探測(cè)區(qū)域連接。在該擴(kuò)展方案中，因此每個(gè)功能通道被分配傳感器元件的獨(dú)立的區(qū)域或獨(dú)立的傳感器元件。因此特別精確的測(cè)量或測(cè)量結(jié)果的特別精確的分析可以是可能的。獨(dú)立的并且局部受限制的探測(cè)區(qū)域因此特別是可以被理解為傳感器元件的表面上的區(qū)域，該區(qū)域不能與其它功能通道的探測(cè)區(qū)域進(jìn)行交互，或該表面不與其它探測(cè)區(qū)域的表面流體連接。
[0035]在另一種擴(kuò)展方案的范圍內(nèi)，該功能元件可以被構(gòu)型為傳感器元件的載體。這例如可以是可能的，即該功能元件以所定義的方式具有比傳感器元件更大的尺寸。此外，該功能元件可以以合適的穩(wěn)定性被構(gòu)型，該穩(wěn)定性足以能夠?yàn)榱讼鄳?yīng)的應(yīng)用目的而用作載體元件。因此該功能元件可以除了防護(hù)功能和預(yù)處理功能之外此外具有機(jī)械的載體功能，其中該功能元件此外可以呈現(xiàn)傳感器元件的電接觸功能。這在功能元件的制造例如由于有益的材料、諸如代替用于傳感器元件的碳化硅的用于功能元件的硅而可以比相應(yīng)的傳感器元件的制造明顯更有益地進(jìn)行時(shí)或在相應(yīng)的制造過程更有益時(shí)可以是特別有利的。
[0036]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的其它優(yōu)點(diǎn)和特征，對(duì)此詳盡地參閱與根據(jù)本發(fā)明的功能元件、根據(jù)本發(fā)明的使用以及圖有關(guān)的闡述。根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的根據(jù)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)也應(yīng)該可應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的功能元件和根據(jù)本發(fā)明的使用并且被視為公開的，并且反之亦然。在說(shuō)明書、權(quán)利要求中和/或在圖中公開的特征中的至少兩個(gè)特征的全部組合也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0037]此外，本發(fā)明的主題是如上所述被構(gòu)型的傳感器裝置在化學(xué)傳感器、特別是在氣體傳感器中的使用。特別是在氣體傳感器中，通過要測(cè)量的氣體如上所述地在碰撞到傳感器元件的探測(cè)表面上之前的有針對(duì)性的預(yù)處理可以實(shí)現(xiàn)特別精確的或動(dòng)態(tài)的測(cè)量結(jié)果并且此外可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的特別是可變的評(píng)估。
[0038]氣體傳感器的示例性的使用在此是λ探針、氧化氮(NOx)傳感器、碳?xì)浠衔?HC)傳感器、顆粒傳感器、氨氣(ΝΗ3)傳感器以及例如在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中、例如在排氣管路、車輛、和固定的設(shè)備、諸如木爐中使用的其它傳感器。
[0039]關(guān)于其它的化學(xué)傳感器、特別是化學(xué)的傳感器，可以在消費(fèi)者應(yīng)用、諸如移動(dòng)電話、家用物品、氣體報(bào)警器中，在例如用于呼吸氣體分析的醫(yī)學(xué)技術(shù)設(shè)備中，例如在所謂的片上實(shí)驗(yàn)室分析學(xué)(Lab-on-Chip-Analytik)中使用，并且可以用于在液體中使用，例如用于燃料分析或用于體液的分析。
[0040]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的使用的其它優(yōu)點(diǎn)和特征，對(duì)此詳盡地參閱與根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置、根據(jù)本發(fā)明的功能元件以及圖有關(guān)的闡述。根據(jù)本發(fā)明的使用的根據(jù)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)也應(yīng)該可應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置和根據(jù)本發(fā)明的功能元件并且被視為公開的，并且反之亦然。在說(shuō)明書、權(quán)利要求中和/或在圖中公開的特征中的至少兩個(gè)特征的全部組合也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0041]根據(jù)本發(fā)明的主題的其它的優(yōu)點(diǎn)和有利的擴(kuò)展方案通過實(shí)例和附圖來(lái)圖解說(shuō)明并且在隨后的描述中闡明。在此要注意的是，實(shí)例和附圖只具有描述性的特性并且并不旨在以任何一種形式來(lái)限制本發(fā)明。其中:
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的一種實(shí)施方式的示意圖；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的另一種實(shí)施方式的示意圖；以及圖3示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置的另一種實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置10的一種實(shí)施方式的示意圖。這樣的傳感器裝置10特別是可以在化學(xué)傳感器、諸如氣體傳感器中得到使用。
[0043]這樣的傳感器裝置10首先包括傳感器元件12。該傳感器元件12可以以本身已知的方式例如是化學(xué)上敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管并且基本上是基于示例性的并且非限制性的材料娃(Si)、碳化娃(SiC)或氮化鎵(GaN)的基于場(chǎng)效應(yīng)的氣體傳感器。在此，該傳感器兀件12具有有效的測(cè)量表面或探測(cè)表面14，該測(cè)量表面或探測(cè)表面是有效測(cè)量區(qū)域并且能夠允許檢驗(yàn)要測(cè)量的氣體或混合氣體。
[0044]此外，該傳感器裝置10具有用于布置在傳感器元件12的有效測(cè)量區(qū)域或探測(cè)表面14之前的功能元件16。該功能元件16包括具有氣體側(cè)的表面20和傳感器側(cè)的表面22的緊湊的基體18。該基體18可以在此至少部分地由如下材料來(lái)構(gòu)型，該材料從由硅、碳化硅、氧化硅、氧化鋁、半導(dǎo)體和玻璃組成的組中選擇。在此，該功能元件16此外相對(duì)于要測(cè)量的氣體的流向被布置在傳感器元件12的探測(cè)表面14的上游。
[0045]該傳感器元件16在氣體側(cè)的表面20和傳感器側(cè)的表面22之間包括至少兩個(gè)不同的功能通道24，在這些不同的功能通道24中要測(cè)量的氣體在抵達(dá)傳感器元件12之前是可預(yù)處理的。例如至少一個(gè)功能通道24可以具有至少一個(gè)功能通道元件25，該功能通道元件從由催化劑、擴(kuò)散勢(shì)壘、離子導(dǎo)通材料和存儲(chǔ)介質(zhì)組成的組中選擇。在此，此外可以規(guī)定，功能通道24具有兩個(gè)串聯(lián)的功能通道元件25。根據(jù)圖1，兩個(gè)功能通道24具有作為功能通道元件25的擴(kuò)散勢(shì)壘。此外，至少一個(gè)功能通道24可以是至少部分地可調(diào)溫的。
[0046]在圖1中此外可以看出，該功能元件16相對(duì)于要測(cè)量氣體的流向被布置在傳感器元件12的探測(cè)表面14的上游。功能元件16與傳感器元件12的連接例如可以通過玻璃接合26、諸如通過密封玻璃接合(Seal-Glas-Bonden)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這種情況下可能有利的是，該玻璃接合26至少圍繞著不同的、透氣的功能通道24氣密地實(shí)現(xiàn)，使得被預(yù)處理的氣體可以到達(dá)傳感器元件12或同一傳感器元件的探測(cè)表面14的所定義的探測(cè)區(qū)域28上。換句話說(shuō)，該功能元件14被構(gòu)型并且被固定在傳感器元件12上，使得功能通道24中的每個(gè)與探測(cè)表面16的獨(dú)立的局部受限制的探測(cè)區(qū)域28連接。為了功能元件16和傳感器元件12之間的電流和電壓的傳輸，在此在傳感器元件12和功能元件16之間可以存在接觸或電連接30。
[0047]在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置10的另一種擴(kuò)展方案。根據(jù)圖2的傳感器裝置10大部分對(duì)應(yīng)于圖1中的傳感器裝置10，因此相同或相應(yīng)的部件配備有相應(yīng)的附圖標(biāo)記并且此外對(duì)于詳細(xì)的描述參閱有關(guān)圖1的論述。
[0048]在根據(jù)圖2的擴(kuò)展方案中此外可以看出，該功能元件16被構(gòu)型為傳感器元件12的載體。這根據(jù)圖2是可能的，使得功能元件16以所定義的方式具有比傳感器元件12更大的規(guī)模并且因此該功能元件16可以用作傳感器元件12的載體結(jié)構(gòu)。
[0049]在圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器裝置10的另一種擴(kuò)展方案。根據(jù)圖3的傳感器裝置10大部分對(duì)應(yīng)于圖1中的傳感器裝置10，因此相同或相應(yīng)的部件配備有相應(yīng)的附圖標(biāo)記并且此外對(duì)于詳細(xì)的描述參閱有關(guān)圖1的論述。
[0050]在根據(jù)圖3的擴(kuò)展方案中此外可以看出，設(shè)置有功能層32，該功能層32至少部分地、在根據(jù)圖3的擴(kuò)展方案中完全被布置在功能元件14的氣體側(cè)的表面20上。此外，在根據(jù)圖3的擴(kuò)展方案中，該傳感器元件12具有比功能元件14更大的尺寸并且因此可以在此也如在其它的擴(kuò)展方案中那樣用作載體結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.用于布置在傳感器元件(12)的有效探測(cè)區(qū)域(28)之前的功能元件，該功能元件具有緊湊的基體(18)，所述基體具有氣體側(cè)的表面(20)和傳感器側(cè)的表面(22)，其中在氣體側(cè)的表面(20)和傳感器側(cè)的表面(22)之間布置有至少兩個(gè)功能通道(24)，其中所述功能通道(24)關(guān)于可傳送的氣體具有彼此不同的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能元件，其中所述基體(18)至少部分地由材料構(gòu)型，所述材料從由硅、碳化硅、氧化硅、氧化鋁、半導(dǎo)體和玻璃組成的組中選擇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功能元件，其中至少一個(gè)功能通道(24)是至少部分地可調(diào)溫的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的功能元件，其中至少一個(gè)功能通道(24)具有至少一個(gè)功能通道元件(25)，所述功能通道元件從由催化劑、擴(kuò)散勢(shì)壘、離子導(dǎo)通材料和存儲(chǔ)介質(zhì)組成的組中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的功能元件，其中至少一個(gè)功能通道(24)具有兩個(gè)串聯(lián)的功能通道元件(25 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的功能元件，其中設(shè)置有功能層(32)，所述功能層至少部分地被布置在所述功能元件(16)的氣體側(cè)的表面(20)上。
7.傳感器裝置，具有傳感器元件(12)并且具有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的功能元件(16)，所述傳感器元件具有有效探測(cè)表面(14)，其中所述功能元件(16)相對(duì)于要測(cè)量的氣體的流向被布置在所述傳感器元件(12)的探測(cè)表面(14)的上游。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器裝置，其中所述功能元件(16)被構(gòu)型并且被固定在所述傳感器元件(12)上，使得功能通道(24)中的每個(gè)與探測(cè)表面(14)的獨(dú)立的局部受限制的探測(cè)區(qū)域(28)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的傳感器裝置，其中所述功能元件(16)被構(gòu)型為所述傳感器元件(12)的載體。
10.根據(jù)權(quán)利要求7到9之一所述的傳感器裝置(10)在化學(xué)傳感器中、特別是在氣體傳感器中的使用。
【文檔編號(hào)】G01N27/406GK104049006SQ201410086856
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】R.菲克斯, A.克勞斯 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司
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