[發明專利]具有改進的選擇性的氣體傳感器

有效

• 申請號: 200880120821.1
• 申請日: 2008-11-27
• 公開（公告）號: CN101939639A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 安德烈亞斯·赫爾維希;格哈特·米勒;揚·施潘哈克
• 申請（專利權）人: 歐洲宇航防務集團德國有限責任公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 徐申民

技術領域

本發明涉及用于檢測氣體的氣體傳感器，該氣體傳感器具有至少一個被施加到襯底上的氣體敏感層，其中在襯底上還設置有用于與該層接觸連接的至少一個導電帶。

背景技術

當前，頗具成本效率的厚層金屬氧化物傳感器被用于各種氣體和蒸氣的檢測。當前觀察的是正在進行中的向薄層技術方向發展的趨勢，目的是為了減少這些傳感器的電力消耗。為此目的，氣體傳感器的敏感層顯示為小于100nm乃至幾個納米數量級的單個納米管或納米團簇的額定層厚度。而且，通過在微機械組件上應用這些薄的結構和層可以節能。在適宜的運行條件下，與傳統的傳感器相比，結果是電力消耗減少為原來的500分之一。

被施加到襯底上的氣體敏感層主要在電阻測量方法中工作，以便氣體敏感層的電阻的改變為將要被檢測的氣體的存在、濃度和類型提供信息。貴金屬被用于與敏感層接觸連接，因為氣體傳感器主要在高溫下工作。

金屬氧化物傳感器的主要缺點表現為對各種氣體的高反應性。由于這些傳感器對大量氣體的反應都非常強烈的事實，氣體及其濃度的單值確定是可能的，特別是具有不同溫度，以及與之相關的氣體敏感層的溫度依賴性的背景，以便十分準確地確定氣體以及以便提供氣體的濃度。然而，由于溫度依賴性，快速和準確地確定要被測量的參數往往是不再可能的。

因此，包括幾個傳感器單元的傳感器陣列被用于實現準確的確定，這些傳感器單元由不同的氣體傳感器構成。傳感器對不同氣體的反應越不同，評估越容易。然而，貴金屬對單個層的敏感度特性有不利的影響，貴金屬本身作為催化劑并影響傳感器表面上的化學反應。這樣，單個層的敏感度特性被催化劑改變。已經很不容易發展為反應明顯不同的各傳感器層，由于催化劑的作用，導致反應再次接近相同。由此，氣體傳感器的選擇性被嚴重損害。

由于這些傳感器對大量氣體反應都非常強烈的事實，因此只有當傳感器在不同溫度下工作時單值確定才是可能的。這樣，只有利用另外的手段才能改變金屬氧化物氣體傳感器的敏感度特性。如果使用傳感器陣列的話，特別適宜在不同溫度下工作，以便充分利用陣列的單個組件的不同的敏感度和選擇性。不同的傳感器單元在不同的溫度位(temperature?level)被選擇地激活，這個方法是不利的，因為首先必須要達到不同的溫度位，這樣導致減少的反應時間。

另外的手段涉及摻雜有催化劑(鉑、金、銀、鈀)的敏感層，其中像例如InSe、MoWo、InSnO這樣的成分被用作敏感層。而且，敏感層的表面形狀的改變，其中可以包括光滑、粗糙或者多孔表面，可以導致增強的選擇性。除上述在不同溫度下使用傳感器之外，過濾層的應用可以有助于選擇性的提高。

金屬氧化物氣體傳感器在電阻傳感器模式中工作，即，它們的電阻的改變作為傳感器功能。為了讀出傳感器電阻，像在開始時提到的導電帶這樣的電觸點是與敏感層接觸連接所必需的。由于金屬氧化物氣體傳感器在300℃和450℃之間的溫度下工作，為了穩定性和隨后的氧化過程，這些用于接觸連接的導電帶主要由諸如鉑或者金的貴金屬制成。

從歐洲專利EP?0?899?563?B1可知，通常的氣體傳感器的特點是與固體電解質接觸連接的鉑電極和金電極。這些電極依次與檢測裝置接觸連接，例如像毫伏計那樣，通過各自的傳導，以便獲得測量信息。在上述專利中揭示的傳感器特別適宜在不同溫度下進行測量，例如在300℃溫度下對二氧化氮具有高敏感度，在400℃溫度下對一氧化二氮具有高敏感度，以及在500℃溫度下對一氧化碳具有高敏感度。雖然這一點證明了通過溫度的改變能夠提高選擇性，但是包含貴金屬的電極同樣易于氧化，可以對測量結果產生消極的影響。

因此，利用這樣的氣體傳感器會出現以下問題：在較高的溫度下，金屬擴散到敏感層中，影響它的氣體敏感度性能。早已在低溫下，各種氣體更適宜起反應，并且在導電帶上起反應非常早，使傳感器特性失真。較薄的層在摻雜物上起反應更敏感，因此更加易于產生上述問題，以致用微機械構造的氣體傳感器對不同氣體的測量更加受到限制。

發明內容

因此，本發明要解決的問題是，提供一種氣體傳感器，該氣體傳感器避免了上述技術現狀的缺點，而且具有氣體敏感層的接觸連接的特點，這在通過氣體敏感層進行氣體檢測期間不會影響敏感度特性。

根據權利要求1的前序部分和特征部分記載的用于檢測各種氣體的氣體傳感器解決了上述問題。在從屬權利要求中提供了本發明的有利的改進。

本發明包括以下技術教導：導電帶包含具有非催化特性的摻雜金屬氧化物材料，以免導電帶對氣體的檢測的影響。