[发明专利]气体传感方法及装置

权利要求书

1.一种用于感测气体浓度的装置，包含：

传感器像素结构，其悬置于掺杂的半导体衬底上方；

加热元件，其嵌入所述传感器像素结构中并被配置为产生一定量的热量；

第一腔室结构，封装所述传感器像素结构；

排气孔，其位于所述第一腔室结构中，所述排气孔将所述传感器像素结构暴露于环境中；

化学感测元件，其热耦合到所述加热元件，其中所述化学感测元件包含金属氧化物化合物，所述金属氧化物化合物的电阻基于环境中气体的浓度和化学感测元件的操作温度，并且其中所述化学感测元件的操作温度高于室温，并由所述热量决定；

温度传感器，其嵌入在所述传感器像素结构中，并且所述温度传感器配置为响应于所述化学感测元件的操作温度而提供电信号；

温度参考结构，其悬置于所述掺杂的半导体衬底上方并且有别于传感器像素结构，所述温度参考结构被配置为在参考操作温度下操作；

第二腔室结构，其封装所述温度参考结构，所述第二腔室结构在所述温度参考结构和环境之间形成不可渗透的密封；和

控制器，所述控制器机械地耦合到所述半导体衬底并且被配置为将所述装置置于选自经由化学感测来感测所述气体浓度的化学传感器模式和经由热导率感测来感测所述气体浓度的热传感器模式所组成的组的操作模式中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述温度传感器包含多晶硅。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述加热元件包含多晶硅。

4.根据权利要求1所述的装置，还包含集成电路，所述集成电路被配置为向所述加热元件供应电流以产生热量。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述集成电路还被配置为控制所述化学感测元件的操作温度。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述集成电路还被配置为测量所述化学感测元件的电阻。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器还被配置为响应于所述化学感测元件所测得的电阻在基本电阻的阈值之内，将所述装置置于所述热传感器模式。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述温度传感器还被配置为响应于所述控制器将所述装置置于所述热传感器模式中，而响应于所述化学感测元件的操作温度与所述参考操作温度之间的差来提供电信号。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述温度参考结构包含：

第二加热元件，其嵌入所述温度参考结构；

第二温度传感器，其嵌入所述温度参考结构；

参考气体，其封闭在所述第二腔室结构内；和

第二化学感测元件，其与所述第二加热元件热耦合，其中所述第二化学感测元件包含金属氧化物化合物，所述金属氧化物化合物的电阻基于参考气体的浓度，使得通过所述第二温度传感器测量的所述第二化学感测元件的操作温度实质上等于所述参考操作温度。

10.一种用于感测气体浓度的方法，包含：

将嵌入在悬置于掺杂的半导体衬底上方的传感器像素中的化学电阻器暴露于环境中的气体中；

将嵌入在所述传感器像素中并且热耦合到所述化学电阻器的加热器设定为感测温度，所述感测温度大于室温；

响应于将所述加热器设定为感测温度而测量化学电阻器的电阻；和

响应于所述化学电阻器的电阻和基本电阻之间的差小于阈值，将固定功率输入提供给嵌入在所述传感器像素中的加热器，并测量所述传感器像素相对于参考温度的温度。

11.根据权利要求10所述的方法，还包含基于所述化学电阻器的电阻对所述环境中的气体的种类进行分类。

12.根据权利要求10所述的方法，还包含基于所述化学电阻器的电阻对所述环境中的气体的浓度进行分类。