[发明专利]检测气体的传感器装置、检测气体的传感器装置运行方法和检测气体的传感器装置制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测（Sensieren）气体的传感器装置，用于使这种类型的传感器装置运行的方法和用于制造这种类型的传感器装置的制造方法。

背景技术

几年以来一直都在进行用于使高温燃料电池（SOFC，solid oxide fuel cell（固体氧化物燃料电池））微型化的研究活动。其目的是，将传统的SOFC工艺的传导离子的陶瓷材料和半导体加工技术的微制造步骤结合起来，并且可以作为一种微-SOFC技术。在进行这些研究活动的同时，陶瓷的废气传感器的微型化也在增加。用于这两种用途的基本材料是一种能传导氧离子的陶瓷（通常是稳定钇的氧化锆，YSZ），作为电极材料，例如Pt是合适的。

DE 102 47 857 A1公开了一种采用陶瓷多层技术的气体传感器。这种气体传感器包括用于气体探测的热板，所述热板固定在一个或者多个与该热板整体地连接的窄臂上，其中，所述热板和臂至少部分地采用陶瓷的多层工艺来制成。

本发明的公开内容

面对这种背景，本发明介绍一种按照独立权利要求所述的、用于检测气体的传感器装置、用于检测气体的传感器装置的运行方法、以及用于检测气体的传感器装置用的制造方法。从相应的从属权利要求和下述的说明中产生一些有利的方案。

采用将气体传感器的小尺寸化的检测区域设置在一种形成了该气体传感器的半导体基片的、被气体传感器的读出区域所包围的凹坑中的做法可以实现用于低温使用的、以离子传导体为基础的检测。

根据在此介绍的方案，可以采用微系统技术的方法将以离子传导体为基础的传感器的敏感区域或者说检测区域如此地微型化，即达到所述敏感区域的尽可能小的热容，并且同时达到与周围的芯片环境尽可能高的热分离。

根据在此介绍的方案，敏感区域—所述敏感区域可包括例如具有一个或者多个电极的离子传导薄层并且在必要时为了足够的传感器功能可被加热—只是传感器芯片或者传感器装置的部分区域。因此，本发明的一个很主要的优点在于：能够以所述敏感区域的所达到的小的热容使传感器以很短时的温度峰值或者温度极值来运行，这样，传感器的总的平均温度保持得比所述敏感区域的短时的峰值温度低得多。也就是说，当温度很高时，可短时地接收测量数值，而无需多的功率，或者对于所述敏感区域的环境进行宏观的加热。

总之，在此所建议的方案可以使得以离子传导为基础的传感器在这样一些传感器应用中使用，即在这些使用中所述传感器芯片只需要少许能量，或者只允许产生少许的运行热量，这例如对于火警器或者移动电话的使用来说是必不可少的。此外，通过在此所建议的微型化构思方案可以实现成本很有利的传感器，并且通过所述选择的离子传导能力可以达到传感器的高的选择性。

例如在此所建议的方案适合用于设计与车辆的λ探测器有关的气体传感器。在这方面下述事实是重要的，即为了使无论是电极还是离子传导体具有足够的功能通常要求有明显高于室温的温度。通常例如在λ传感器中加热到600直到700℃。虽然描述了在使用半导体加工技术的情况下也能够将微型化技术方案用于λ探头，并且通过改进所述材料质量能够降低几百度，然而，在室温时要达到材料的足够功能，则看起来就如往常那样仍然是很不可能的。使用在此建议的构思方案能够解决这一难题，因为热功率需求很小，并且在此所建议的测量原则也适用于这样一些应用情况：即在这样一些应用中整个宏观的传感器单元不必具有比室温高得多的温度。

用于检测气体的传感器装置包括检测区域和通过连接接片与该检测区域进行电和机械连接的读出区域，其中，读出区域、检测区域和连接接片由基片形成，并且检测区域和连接接片通过基片中的凹坑镂空地形成（freistellen），其中，检测区域具有用于提供与气体有关的测量信号的离子传导区域，并且将读出区域设计为用于读出所述测量信号。