[发明专利]可检测污染层的环境传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种环境传感器。本发明还涉及一种操作环境传感器的方法。

背景技术

环境传感器可以用于确定各种环境中的各种物理参数，如温度，光强度，压力，应变，冲击，湿度，二氧化碳和其它气体，各种环境包括建筑物(如住宅，办公室，仓库，温室等)，汽车和卡车等车辆(例如在乘客车厢，或在车辆的发动机)，体外甚至体内应用。

使家庭和楼宇更智能是明显的社会趋势，意味着住宅和建筑物的生态足迹须尽可能多的减少。家庭和楼宇中的许多能源用于供暖，通风和空调(HVAC)。二氧化碳传感器可以监测空气质量，与温度和湿度传感器一起反馈暖通空调系统的结果，从而采取恰当地行动。可以由环境传感器测量空间内的光强度并相应调整人工照明，来减少额外的能量。所有这些环境传感器，也可以通过网络连接在一起。以这样的方式，可以动态地调整照明，温度，新鲜空气和湿气，而不是跟随预编程的机制，这样可以减少生态足迹。

环境传感器，例如压力传感器，空气颗粒传感器，二氧化碳和一氧化碳传感器，监测呼气成分传感器将越来越多地应用在移动设备中，如移动电话或片剂。

另一个应用领域是汽车，司机和乘客要监测污染物和颗粒等空气质量并通过控制系统采取适当的措施，如关闭或过滤进入的空气。

另一个应用领域是良好市场细分。例如，冰箱内的水分和油脂层可以指示冰箱的卫生水平。冰箱内的环境传感器可以监控如氨气或其他食品新鲜度相关气体的水平，可以停止工作以防积累水分或油脂层。

在许多这些应用中，传感器将被使用多年，旨在提供作为独立设备的不受干扰的功能。在这段时间里，暴露于环境中的传感器表面上完全可能出现如灰尘，油，盐，油脂等沉积物。对于包括膜片的光(光强度测量)和化学传感器(水分，气体，液体)，压力传感器灯机械传感器(例如MEMS器件)，这些污染层会严重影响正确的参数的读数。

虽然已经有关于检测污染层的报告(US5998782，EP1457763，DE102006039034，JP2002296342，US8144330和US7652586)，但是没有一篇报告是涉及环境传感器领域的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种环境传感器，包括：包含光传感器的半导体衬底；表层，环境光可以通过该表层传递到达光传感器，和光源，该光源被设置为照亮表层，该表层反射该光源的至少一部分光到光传感器上，其中，所述环境传感器设置为通过比较坏境光和至少一个光传感器的反射光的测量值来确定该表层上污染层的存在。

根据本发明的另一方面，提供了一种操作环境传感器方法，包括半导体衬底，光源和表层，环境光可以通过该表层传递到达光传感器，该光源被设置为照亮表层，该表层反射该光源的至少一部分光到光传感器上，该方法包括：通过比较坏境光和至少一个光传感器的反射光的测量值来确定该表层上污染层的存在。

环境传感器本身被暴露在环境中，因此可能遭受污染层的堆积。这些污染层可以阻碍参数的正确读数。根据本发明的实施例中，它不仅能够实现包含半导体衬底的环境传感器中的污染层的检测，它还能够利用半导体衬底的其他优点，如小型化、低制造成本和多传感器集成。

根据本发明的一个实施例的环境传感器，可结合污染层检测和例如单独的烟或单独的一氧化碳或二氧化碳传感器。

而在一些示例中，环境传感器可以包括独立的光源和独立的光检测器，它也可以将光源和光检测器结合在共同的半导体衬底内，使结构更紧凑，制造成本更低。

在环境传感器中的半导体衬底内可以集成更多的传感器。除了根据本发明实施例的光传感器，可以在同一个半导体衬底内进一步集成压力、温度和气体等传感器。

在一个实施例中，光源可以被构造为发光二极管(LED)。这使得电源结构更紧凑和更高效。

光传感器可以分析接收到的光的频谱，从而区分不同种环境光源。当环境传感器被用于调整建筑物或房间内照明条件的系统中，这种区分是有用的。

环境传感器可以被封装(例如通过把传感器的半导体衬底和其他元件设置在半导体封装中，使传感器可以与外界环境接触)。在这种实施例中，在封装材料中的该表层可以包括一个窗口。

为环境传感器提供表层的另一种方式是在半导体衬底上沉积材料(例如，氧化物)，其可以作为表层。以这种方式，传感器的封装可以被简化(因为封装本身不需要单独的准备(例如一个窗口)以形成反射表层)。

包含沉积在半导体衬底上的沉积材料的表层包括氮化硅，硅氧氮化物或氧化硅。这些材料是半导体制造常用的材料，可进一步实现低成本制造。