[發明專利]一種傳感器元件

有效

• 申請號: 201410644700.4
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104407023A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 禹勝林
• 申請（專利權）人: 無錫信大氣象傳感網科技有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明屬于傳感器芯片的技術領域，具體而言涉及一種傳感器元件。

背景技術

隨著汽車排放法規的日益提高，對廢氣排放控制要求也越來越高，為此汽車發動機需要更短的冷啟動時間來滿足要求。同時考慮能源節省的需要，一種集成度高、體積小、消耗功率小、啟動速度快的片式氧傳感器成為一種趨勢，以滿足發動機電噴系統冷啟動后盡可能快速進入閉環控制的要求，同時降低氧傳感器的電能消耗。

目前已有的片式傳感器結構主要由3?層氧化鋯基板和若干功能厚膜層組成，氧化鋯基板主要通過流延或者軋膜的方法成型，而厚膜功能層主要通過絲網印刷技術獲得。氧傳感器的測量電極和參比電極分別形成于基板的內外表面上，通過沖壓成型將基板的中部沖開一道狹長的口子，以便形成參比空氣通道；而由陶瓷絕緣層包裹的鉑加熱元件配置在底部基板的內表面上，還要在基板的末端打兩個通孔將內表面的加熱元件同外表面末端的加熱電極片連接起來，這樣就構成了敏感元件和加熱元件集成一體的片式氧傳感器結構。但該結構厚度厚、體積大、制作工序復雜，且加熱元件以包裹形式植于傳感器內部，穩定性比較差，且容易漏電。

氣體傳感器是一種將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的轉換器，目前已有的氣體傳感器種類繁多，按所用氣敏材料及其氣敏特性不同，可分為半導體式、固體電解質式、電化學式、接觸燃燒式等。

1、?半導體氣體傳感器

這種傳感器在氣體傳感器中約占60%。按照其機理可分為電阻式和非電阻式兩種。電阻式采用SnO2、ZnO?等金屬氧化物材料制備，有多孔燒結件、?厚膜、?薄膜等形式。主要是通過檢測氣敏元件的電阻隨氣體含量的變化情況而定的，主要使用金屬氧化物陶瓷氣敏材料。非電阻式半導體氣體傳感器是利用氣敏元件的電流與電壓隨氣體含量變化而工作的。

2、?固體電解質氣體傳感器

這種傳感器元件為離子對固體電解質隔膜傳導。其機理是利用隔膜兩側兩個電池之間的電位差等于濃差電池的電勢。通過測量電動勢來測量氣體濃度，如可以測量H2S?的YST-Au-WO3、測量NH3?的NH+4CaCO3?等。

3、?接觸燃燒式氣體傳感器

這種氣體傳感器可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。其工作原理是：氣敏材料在通電狀態下，可燃性氣體氧化燃燒或在催化劑作用下氧化燃燒，產生的熱量使傳感器的電熱絲升溫，從而使其電阻值產生變化，通過測量電阻變化來測量氣體的濃度。這種傳感器只能測量可燃氣體，對不可燃其他不敏感。

雖然目前已有的氣體傳感器種類繁多、原理各不相同，但每種類型的傳感器都只能對特定氣體有效，而且傳感器的選擇性與適用范圍不能兼顧，即如果選擇性好的話，則可探測的氣體種類少，如果可探測的氣體種類多的話，則選擇性不高。

在專利申請號為201410285080.X的專利申請中提供了一種薄膜芯片氣體傳感器，包括一塊襯底，襯底上有一個底電極，在襯底和底電極上有一層半導體材料薄層，半導體材料薄層上有一層無序型金屬膜系，在該無序型金屬膜系上有點電極；所述底電極和點電極由導線引出而外接電流計；將所述結構安置在一個單開口的封閉盒子內。還公開了一種薄膜芯片氣體傳感器制備方法，用于制備上述傳感器芯片，制備一塊襯底材料，在該襯底材料的表面首先鍍上底電極，再鍍半導體材料薄層，再鍍有無序型金屬膜系，最后鍍上點電極，將整個結構置于一個單開口的封閉的盒子中；應用于檢測氣體時，當氣體通過封閉盒子，在貴金屬系作為催化劑的作用下，發生催化化學反應，放出的熱量激發金屬中的電子越過金屬和半導體的界面形成電流；利用電流計檢測電流信號，利用檢測電流信號的大小以及相對變化來實現對氣體及其含量的檢測。所述襯底可選有二氧化硅氧化層的硅片或玻璃片或金屬片；在選用襯底過程時，對基片進行處理，處理方法為腐蝕，離子注入、原位刻蝕和生長種子層。所述生長種子層的方法為磁控濺射或分子束外延或電化學沉積。該申請的薄膜芯片氣體傳感器具有靈敏度高，響應快，選擇性好，結構簡單，壽命長等特點，并可針對任何氣體進行設計，彌補了傳統氣體傳感器性能不能兼顧的缺點。