[发明专利]微电化学传感器和用于运行微电化学传感器的方法

说明书

微电化学传感器和用于运行微电化学传感器的方法。本发明涉及微电化学传感器（100），其具有由半导体衬底组成的载体材料（102）和布置在载体材料（102）的第一子区域中的化学敏感的传感器元件（104）。加热元件（106）布置在传感器元件（104）的区域中并且被构造用于对传感器元件（104）加温。微电子设备（108）布置在载体材料（102）的第二子区域中并且经由集成到载体材料（102）中的印制导线与传感器元件（104）和加热元件（106）连接。微电子设备（108）被构造用于运行加热元件（106）和传感器元件（104）。

技术领域

本发明涉及一种微电化学传感器和一种用于在传感器总线处运行微电化学传感器的方法。

背景技术

为了能够适配用于燃烧过程的燃料量和可供使用的氧量之间的比例，需要关于在燃烧过程的废气中的氧浓度的陈述。因为测量部位处的废气大多具有高温，所以需要耐温度的传感器用于确定氧浓度。

DE 199 41 051 A1描述了用于确定气体混合物中的氧浓度的传感器元件和用于制造该传感器元件的方法。

发明内容

以此为背景，利用本发明介绍根据独立权利要求的微电化学传感器和用于在传感器总线处运行微电化学传感器的方法。有利的构型从相应的从属权利要求和以下的描述中得出。

通过微型化传感器的传感器组件可以将传感器的电子设备布置在传感器组件的附近。由此可以简化传感器的结构。也可以在无用于运行传感器的中间连接的电子设备的情况下将传感器连接到由传感器组成的网络上。通过使传感器的传感器元件变小可以减少用于对传感器元件加温的所需要的热功率。由此例如可以从传感器的用于数据传输所设置的接口中取得足够的电能用于运行传感器。

微电化学传感器具有以下特征：

由半导体衬底或由可以借助于半导体工艺结构化的材料组成的载体材料；

化学敏感的传感器元件，其布置在载体材料的第一子区域中；

加热元件，其布置在传感器元件的区域中并且被构造用于对传感器元件加温；和

微电子设备，其布置在载体材料的第二子区域中，其中微电子设备经由集成到载体材料中的印制导线与传感器元件和加热元件连接，其中微电子设备被构造用于运行加热元件和传感器元件。

可以将微电化学传感器理解为微结构化的化学敏感传感器，其可以提供电信号作为测量参量。传感器可以具有至少一个传感器元件。

根据一种实施方式，传感器元件可以是陶瓷隔膜，所述隔膜对于特定化学物种的离子是传导性的并且在两侧对于物种离子化地来装备。如果在隔膜的第一侧上存在具有物种的第一浓度的第一流体并且在隔膜的对置的侧上存在具有物种的第二浓度的第二流体，并且第一浓度不同于第二浓度，则可以在第一侧和第二侧之间截取电信号，例如电压，所述电压与浓度比成比例。第一流体的第一浓度可以是待测量的浓度。第二流体的第二浓度可以是参考浓度。参考浓度例如可以通过具有已知的稳定组成的流体来提供。尤其是，传感器可以是氧传感器。于是可以在对于氧离子而言能传导的隔膜的两侧上布置催化剂，例如铂。通过催化剂对氧原子进行离子化，所述氧原子与催化剂接触。离子化的原子的量在此与隔膜的相应侧上的流体中的氧浓度相均衡。通过离子化在催化剂处氧离子和电子变为自由的。氧离子从具有较高氧浓度的侧迁移到具有低浓度的侧，以便均衡浓度陡度。隔膜是电绝缘的并且解离的电子导致正电压电势，而离子的过剩导致负电压电势。在电压电势之间的电压构造电信号。隔膜和替换地或补充地隔膜的离子化涂层可能需要最小温度，以便没有问题地起作用。为此可以在隔膜上和替换地或补充地围绕隔膜布置一个或多个加热元件。加热元件可以具有高欧姆电阻并且在电流流过加热元件时提供热，以便对隔膜加温。