[发明专利]具有最佳参考路径长度的光声气体传感器

说明书

本公开涉及具有最佳参考路径长度的光声气体传感器。例如，光声气体传感器可包括检测器部件。检测器部件包括限定参考体积的封装。参考体积容纳参考气体。检测器部件包括压力感测元件，以测量参考体积中的压力的量。参考体积中的压力的量取决于参考体积中的参考气体对光的波长的吸收。测量参考体积中的压力的量时的压力感测元件的灵敏度取决于与参考体积相关联的参考路径的长度。检测器部件包括参考路径结构，其使得参考路径的长度小于或等于0.5毫米。

技术领域

本公开涉及半导体领域，更具体地，涉及具有最佳参考路径长度的光声气体传感器。

背景技术

光声气体传感器是测量光声气体传感器周围或附近区域中的气体浓度的传感器。在操作中，光声气体传感器基于光吸收(例如，红外(IR)吸收)来测量气体浓度。例如，光声气体传感器通常包括发射光的发射器以及在吸收路径(例如，发射器和检测器之间的光路径)上传播光之后接收光的检测器。通常，发射的光包括具有气体的吸收带(例如，已知被气体吸收的波长范围)中的波长的光。这里，在吸收路径上吸收的光的量可以转换为气体浓度的测量。

为了确定吸收量，检测器包括容纳参考气体(例如，相对高浓度的感兴趣气体)的参考体积(例如，密封体积)内的压力感测元件(例如，微机电系统(MEMS)麦克风)。在操作中，一部分光沿着吸收路径被气体(如果有的话)吸收，而剩余未吸收光的部分被参考气体吸收。参考气体在吸收带中吸收光，因此操作为选择性滤光器：在检测器中仅吸收与参考体积中的参考气体相关的光谱部分。这里，参考体积的体积是固定的，由此被参考气体吸收的光的能量转换成温度升高。这种温度升高引起参考体积中的压力变化(因为压力与温度/体积直接成比例(p∝T/V))。通过参考体积中的压力感测元件检测压力变化。因此，可基于压力感测元件的输出来识别参考体积中的吸收量。因此，可基于参考体积中的压力变化来识别吸收路径上的吸收，其可以转换为沿吸收路径的气体的浓度。

发明内容

根据一些可能的实施方式，一种光声气体传感器包括检测器部件，检测器部件包括：封装，用于限定参考体积，参考体积容纳参考气体；压力感测元件，用于测量参考体积中的压力的量，参考体积中的压力的量取决于参考体积中的参考气体对光的波长的吸收，其中测量参考体积中的压力的量时的压力感测元件的灵敏度取决于与参考体积相关联的参考路径的长度；以及参考路径结构，使参考路径的长度小于或等于0.5毫米。

根据一些实施方式，一种气体传感器包括：发射器部件，包括在特定波长下发射光的发射器；以及检测器部件。检测器部件包括：压力感测元件，用于测量检测器部件的参考体积中的压力的量，参考体积容纳参考气体，其中参考体积中的压力的量通过参考气体对光的吸收来限定，并且压力感测元件的灵敏度取决于与参考体积相关联的参考路径的长度；以及参考路径结构，使参考路径的长度小于或等于0.5毫米。

根据一些实施方式，一种气体传感器的检测器部件包括：封装，限定参考体积，其中参考气体存在于参考体积中；压力感测元件，用于测量参考体积中的压力的量，其中参考体积中的压力的量取决于参考体积中的参考气体对光的波长的吸收；以及参考路径结构，使与参考体积相关联的参考路径所具有的长度小于或等于0.5毫米，其中参考路径的长度使得压力感测元件的灵敏度在10毫帕/百万分之100(mPa/100ppm)至40mPa/100ppm的范围内。

附图说明

图1A-图1D是示出具有特定范围内的长度的参考路径的检测器部件的灵敏度的示例仿真的示图

图2是示出其中可实施本文描述的改进检测器部件的示例光声气体传感器的示图。

图3-图4、图5A-图5B、图6A-图6B、图7A-图7C和图8是示出如本文所述使改进检测器部件具有长度小于或等于0.5mm的参考路径的参考路径结构的各种示例实施方式的示图。

具体实施方式

以下对示例实施的详细描述参考附图。不同附图中的相同参考标号可识别相同或相似的元件。