[发明专利]具有桥结构的多参数传感器

说明书

本公开涉及一种用于检测和/或分析气体的传感器。该传感器包括基板(1)、布置在基板(1)中的凹陷或开口(2)、第一桥结构(3a)以及第二桥结构(3b)。第一桥结构(3a)和第二桥结构(3b)在所述凹陷或开口(2)上方延伸并且锚定在基板(1)中。第一桥结构(3a)形成第一加热板(6a)，并且包括布置在第一加热板(6a)上的感测材料，特别是金属氧化物材料，的第一贴片(8a)、适于测量第一贴片(8a)的电特性的电极(30，31)以及适于加热第一加热板的加热器(20)。第二桥结构(3b)包括温度传感器(34)。该传感器包括用于驱动加热器和用于处理来自电极和温度传感器的信号的电路系统。该传感器提供第一操作模式和第二操作模式，所述第一操作模式被配置为执行对第一贴片(8a)的电特性的测量，所述第二操作模式被配置为以感测模式操作第二桥结构(3b)，以执行对气体的热特性的测量。热特性是气体的热容量和/或热导率和/或热扩散率。

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别是气体传感器，其包括布置在基板中的凹陷(recess)或开口以及位于所述凹陷或开口上方的加热板。感测材料(诸如金属氧化物)的贴片位于加热板上，并且提供了用于测量感测材料的贴片的电特性的电极。

背景技术

US 2014/0208830描述了一种气体传感器，其具有跨越硅基板中的开口的膜。该膜形成加热板，并且具有集成的钨加热器。此外，通过介电层与钨加热器分开的铂层形成了用于测量感测材料的贴片的电阻的电极。

Müller G等在“A MEMS toolkit for metal-oxide based gas sensing films”,THIN SOLID FILMS,ELSEVIER,AMSTERDAM,NL，第436卷，第1期，2003年7月22日，第34-45页描述了一种基于金属氧化物的气体感测系统。气体感测系统包括三个或四个硅热板，它们之间是热隔离的并且可以以不同的温度操作。

US 5019885 A描述了一种气体检测设备，其具有基板和由基板支撑的多个气敏元件。提供了检测气体的多个预定温度。气体检测设备还包括由基板支撑的多对电极导线，多对电极中的每一对连接到气敏元件中对应的一个，并且由基板支撑的加热器导线加热多个气敏元件，使得每个气敏元件被设置在多个预定温度中对应的一个。

EP 2778667 A1公开了一种气体传感器，其包括膜，膜上布置有若干感测位置。在每个感测位置，提供了在气态分析物存在的情况下改变其电阻率的感测材料。电极位于膜上，与感测材料电接触，以便测量指示感测材料的电导的参数。感测位置由加热器组件加热，该加热器组件被构造成在感测位置处生成不同的温度，这允许针对不同的温度执行测量并由此获得对分析物的更好理解。

US 2011/0174799 A1公开了一种以设备的形式的微加热板，其包括传感器和微加热板内被布置为加热传感器的一个或多个电阻加热器。此外，提供了一种控制器，用于向加热器中的至少一个施加双向驱动电流以减少电迁移。控制器还用于以基本恒定的温度驱动加热器。

本发明的目的是提供具有增强的测量能力的传感器。

发明内容

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种用于检测和/或分析气体的传感器。该传感器包括基板、布置在基板中的凹陷或开口、第一桥结构以及第二桥结构。第一和第二桥结构在所述凹陷或开口上方延伸并锚定在基板中。第一桥结构形成第一加热板，并且包括布置在第一加热板上的感测材料(特别是金属氧化物材料)的第一贴片、适于测量第一贴片的电特性的电极以及适于加热第一加热板的加热器。第二桥结构包括至少温度传感器。传感器包括用于驱动加热器和用于处理来自电极和温度传感器的信号的电路系统。传感器，特别是电路系统，提供第一操作模式和第二操作模式，第一操作模式被配置为执行对第一贴片的电特性的测量，第二操作模式被配置为以感测模式操作第二桥结构，以执行对气体的热特性的测量。热特性是气体的热容量和/或热导率和/或热扩散率。根据实施例，电特性可以是第一贴片的电阻抗的实部和/或虚部。