[發明專利]氣體傳感方法及裝置

有效

• 申請號: 201880024730.1
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN110494743B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉方;彼得·哈特韋爾;馬汀·林;楊玉石
• 申請（專利權）人: 應美盛公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;G01N27/18;G01N33/00
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 南霆;程爽

1.一種用于感測氣體濃度的裝置，包含：

傳感器像素結構，其懸置于摻雜的半導體襯底上方；

加熱元件，其嵌入所述傳感器像素結構中并被配置為產生一定量的熱量；

第一腔室結構，封裝所述傳感器像素結構；

排氣孔，其位于所述第一腔室結構中，所述排氣孔將所述傳感器像素結構暴露于環境中；

化學感測元件，其熱耦合到所述加熱元件，其中所述化學感測元件包含金屬氧化物化合物，所述金屬氧化物化合物的電阻基于環境中氣體的濃度和化學感測元件的操作溫度，并且其中所述化學感測元件的操作溫度高于室溫，并由所述熱量決定；

溫度傳感器，其嵌入在所述傳感器像素結構中，并且所述溫度傳感器配置為響應于所述化學感測元件的操作溫度而提供電信號；

溫度參考結構，其懸置于所述摻雜的半導體襯底上方并且有別于傳感器像素結構，所述溫度參考結構被配置為在參考操作溫度下操作；

第二腔室結構，其封裝所述溫度參考結構，所述第二腔室結構在所述溫度參考結構和環境之間形成不可滲透的密封；和

控制器，所述控制器機械地耦合到所述半導體襯底并且被配置為將所述裝置置于選自經由化學感測來感測所述氣體濃度的化學傳感器模式和經由熱導率感測來感測所述氣體濃度的熱傳感器模式所組成的組的操作模式中。

2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述溫度傳感器包含多晶硅。

3.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述加熱元件包含多晶硅。

4.根據權利要求1所述的裝置，還包含集成電路，所述集成電路被配置為向所述加熱元件供應電流以產生熱量。

5.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述集成電路還被配置為控制所述化學感測元件的操作溫度。

6.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述集成電路還被配置為測量所述化學感測元件的電阻。

7.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述控制器還被配置為響應于所述化學感測元件所測得的電阻在基本電阻的閾值之內，將所述裝置置于所述熱傳感器模式。

8.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述溫度傳感器還被配置為響應于所述控制器將所述裝置置于所述熱傳感器模式中，而響應于所述化學感測元件的操作溫度與所述參考操作溫度之間的差來提供電信號。

9.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述溫度參考結構包含：

第二加熱元件，其嵌入所述溫度參考結構；

第二溫度傳感器，其嵌入所述溫度參考結構；

參考氣體，其封閉在所述第二腔室結構內；和

第二化學感測元件，其與所述第二加熱元件熱耦合，其中所述第二化學感測元件包含金屬氧化物化合物，所述金屬氧化物化合物的電阻基于參考氣體的濃度，使得通過所述第二溫度傳感器測量的所述第二化學感測元件的操作溫度實質上等于所述參考操作溫度。

10.一種用于感測氣體濃度的方法，包含：

將嵌入在懸置于摻雜的半導體襯底上方的傳感器像素中的化學電阻器暴露于環境中的氣體中；

將嵌入在所述傳感器像素中并且熱耦合到所述化學電阻器的加熱器設定為感測溫度，所述感測溫度大于室溫；

響應于將所述加熱器設定為感測溫度而測量化學電阻器的電阻；和

響應于所述化學電阻器的電阻和基本電阻之間的差小于閾值，將固定功率輸入提供給嵌入在所述傳感器像素中的加熱器，并測量所述傳感器像素相對于參考溫度的溫度。

11.根據權利要求10所述的方法，還包含基于所述化學電阻器的電阻對所述環境中的氣體的種類進行分類。

12.根據權利要求10所述的方法，還包含基于所述化學電阻器的電阻對所述環境中的氣體的濃度進行分類。