CN102023178A - 用于探测气体的探测装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于探测气体的探测装置和方法。探测装置用于在其工作温度范围内探测气体。探测装置具有导电的纳米结构的金属电极(106)，其被构造成在与气体相互作用时将该探测装置的可变的电气特性调节到可与该气体相配的电气特性。此外，探测装置具有由金属或半导体材料制成的背电极(102)，其中半导体材料被如此构造，以使得其在工作温度范围内在本征导电状态中，或者半导体材料被高掺杂至其不会贫化。此外探测装置具有布置在金属电极与背电极之间的至少一个电介质薄层(104)。此外探测装置具有金属电极的触点和背电极的触点，它们能够触点接通以确定可与该气体相配的电气特性，从而能够通过该可相配的电气特性来探测该气体。

Description

用于探测气体的探测装置和方法
技术领域
本发明涉及用于探测气体的探测装置和方法。
背景技术
德国专利文献DE 10 2006 020 253 B3描述了一种用于测量气体减少的传感器。该传感器在基底上具有由两层二氧化钛构成的覆层。第一层二氧化钛构成传感器表面并且面向气室。电极布置在该构成传感器表面的二氧化钛层上。
德国专利文献DE 10 2005 060 407 B3描述了一种用于在基底上生产纳米结构的方法。根据该方法，将由构成纳米结构的、能够在表面上提供催化活性面的材料组成的溶液滴入水中。
发明内容
在此背景下，本发明介绍了一种根据独立权利要求所述的用于探测气体的探测装置以及用于探测气体的方法。从各个从属权利要求和以下描述中得到有利的设计方案。
金属绝缘体半导体结构(MIS结构)适用于探测气体。在使用例如由钯或铂制成的催化活性的金属电极的情况下，尤其是氢气和包含氢气的气体会导致逸出功变化，该变化能够以MIS结构处的电容变化的形式来测量。例如由A.Spetz在应用物理杂志(第64期，第1274-1283页，1988年8月1日)中公开了典型的测量。为了能够将此类结构用作气体传感器，例如用于机动车辆的废气管线中的有害气体探测，宽广的工作温度范围是合乎期望的。然而，在MIS结构的情形中，最大可能的温度范围受到所使用的半导体材料的限制。在使用硅的情况下，例如仅可以探测最高达250℃的气体，因为在更高的温度下，所吸附的气体种类的电效应将由开始的硅本征导电叠加。工作温度可以通过使用具有(例如，用SiC达成的)大能带间隙的半导体材料来提高，但是昂贵的工艺方法在此情形中是必需的，以便例如借助欧姆触点来确保稳定的触点接通。
此外，在MIS结构的情形中，所谓的边界面状态(即，绝缘体与半导体之间的过渡处的能带间隙内的电荷状态)会极大地影响电气特性并且尤其影响传感器信号稳定性。
本发明的核心在于对气体敏感的纳米结构化的电容。根据本发明，可以将电容结构用于测量气体尤其是有害气体，该电容结构可以包括至少一个纳米结构化的气体电极、至少一个电介质以及导电的背电极。纳米结构化的气体电极可以是尺寸在1nm到1000nm的或者在2nm到100nm的优选范围内的金属颗粒。可以将至少一种绝缘材料用作电介质，例如，Al2O3、SiO2或Si3N4。电介质层的总厚度可以小于一微米。根据一种实施方式，总厚度的值可以优选小于200nm。与迄今所使用的MIS结构不同，根据本发明的背电极包括金属或者高掺杂的半导体。可以如此选择半导体的掺杂，以使得在传感器运行中所使用的整个电压范围内不会出现半导体的贫化。这也可以替换地通过使用在传感器工作温度下位于本征导电状态中的半导体材料的方式来确保。由此可以确保，即使在使用半导体的情况下，边界面状态也不会影响传感器信号。
因此有利地，借助可在宽广温度范围内(例如从25℃到100℃的范围内)使用的纳米结构化的电容来实现对(有害)气体的探测。
利用本发明可以避免现有技术中呈现的缺点并且因此可以探测极小浓度的(有害)气体。
与MIS结构相比，根据本发明的气体传感器的简单结构显著降低了生产成本，因为仅少量工艺步骤是必需的并且由于较小的部件尺寸而能够在较小的面积上集成大量元件。此外，由于其简单的结构，因而纳米结构化的电容在抗退化方面的稳固性要显著好于类似的基于半导体的元件。因此，该纳米结构化的电容原则上适于在恶劣的尤其是含有废气的环境中使用并且与MIS结构不同的是可以在宽广的温度范围上工作。
由于为了测量气体并不需要诸如硅或碳化硅之类的半导体材料，因而不会出现影响传感器的电气性能或信号稳定性的边界面状态。
根据本发明的对气体敏感的纳米结构化的电容的一个功能在于，能够在不同的气体环境中根据阻抗测量或DC漏电流测量来探测一种或多种气体。因此，实现了成本低廉的、稳固的、能够在宽广的温度范围内和恶劣的(废气)气体环境中使用的气体传感器。
本发明提供了一种探测装置，其用于在该探测装置的工作温度范围内探测气体，该探测装置具有以下特征：导电的金属电极，其被构造成在与气体相互作用时将该装置的可变的电气特性调节到可与气体相配的电气特性；由金属或半导体材料制成的背电极，其中该半导体材料被如此构造，以使得其在工作温度范围内在本征导电状态中，或者该半导体材料被高掺杂至其不会贫化；至少一个电介质薄层，其布置在金属电极与背电极之间；以及金属电极的触点和背电极的触点，这些触点能够触点接通以确定可与气体相配的电气特性，从而能够通过该可相配的电气特性来探测气体。
该气体可以是机动车辆或者燃烧设备的废气。典型的待探测的气体种类例如是氢气(H2)、碳氢化合物(例如，C3H6)、氮氧化合物(NO、NO2、N2O)、氨气(NH3)和一氧化碳(CO)。
通过探测可以确定气体的存在或不存在以及气体的浓度。在此，所涉及的气体可以位于气体混合物中。工作温度范围可以说明在其之间可以使用探测装置的温度上限和温度下限。例如，工作温度可以校准到探测方向上的边界面处的待探测气体的温度。该探测装置的工作温度范围的上限可以例如设置为300℃、500℃、700℃、900℃、1100℃或更高。因此，也可以在机动车辆的废气流中使用该探测装置。金属电极、电介质和背电极可以分别被构造为彼此重叠布置的层，以便构成电容器。在此，金属电极和背电极可以分别代表电容的相反极。整个探测装置可以用薄层技术来生产。可变的电气特性可以涉及探测装置的电容值、电导或电阻值。当气体与金属电极之间发生相互作用时，可以改变该电气特性。相互作用可以是以气体与金属电极之间的直接接触为前提的。该相互作用可以例如包括气体在金属电极表面上离解或者气体扩散到金属电极中。取决于相互作用的气体，可以将可变的电气特性调整到特定值。该特定值在此可以取决于气体的类型和浓度。为了获得可变的电气特性的特定值，可以使触点与相应的测量装置触点接通。通过该测量装置可以例如获得探测装置的电容值、电导或者电阻值。通过另一分析装置可以从所获得的探测装置的电气特性推断出气体。在此，可以例如使用包括待探测气体与探测装置的电气特性之间的对应关系的至少一个查找表。该查找表也可以包括待探测气体与电气特性的时间变化之间的对应关系。该电气特性的时间变化可以例如根据参考值来定义。
根据一种实施方式，探测装置的背电极可以由金属构成。由此可以提高探测装置在抗退化方面的稳固性。替换地，背电极可以由半导体材料构成。关于各种选定的半导体材料的特殊特征在于，该半导体材料在整个工作温度范围内具有较高的导电能力。这可以通过将工作温度范围的下限设置在半导体材料的本征导电开始的温度界限以上的方式来达成。此外，可以如此选择半导体材料，以使得至少在探测装置的工作范围内不会出现半导体的贫化。半导体内的导电性可以既是单纯固有的，又是高掺杂的本质。因此，可以通过对半导体材料掺杂相应合适的元素来促进导电能力。如果背电极是由高掺杂的半导体材料构成的，那么可以通过在探测装置的构成背电极的区域内对半导体基底进行相应掺杂的方式来构成背电极。由此可以更紧凑地构造探测装置。
根据一种实施方式，可以借助薄层技术来生产金属电极、背电极以及该至少一个电介质薄层。这实现了非常紧凑的结构以及较低的生产成本。对于薄层的处理而言，可以考虑诸如CVD(化学气相沉积)方法之类的技术，该CVD方法例如是LPCVD(低压CVD)、PECAD(等离子增强型CVD)、ALD(原子层沉积)、热氧化、等离子方法、溅射方法或者气相扩散渗渡方法。
电极的结构化可以例如借助离子束刻蚀、湿化学的刻蚀方法、电子束光刻、溅射方法或剥离方法来进行。纳米多细孔的结构化的金属电极可以借助气相扩散渗渡方法、溅射方法或湿化学的分离方法来制成。
该至少一个用于探测气体的金属电极可以例如由铂、钯、金、铑、铼、钌、铱、钛、氮化钛、氮化钽以及它们的合金制成。
对于该至少一个电介质的薄层而言，可以使用诸如二氧化硅(SiO2)、铝氧化物(Al2O3)、铪氧化物(HfO2)、钽氧化物(Ta2O5)、锆氧化物(ZrO2)之类的氧化物、和/或诸如硅氮化物(Si3N4)、硼氮化物(BN)之类的氮化物、和/或诸如碳化硅之类的碳化物、和/或诸如钨硅化物(WSi2)、钽硅化物(TaSi2)之类的硅化物。
可以用与金属电极相同的材料来生产背电极。附加地，在一个实施变型中可以使用诸如硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)之类的半导体材料以及其他对于本领域技术人员而言已知的化合物半导体。
基底可以由诸如蓝宝石之类的电绝缘材料或者由在探测装置的工作温度范围内不导电的半导体材料制成。
根据一种实施方式，电介质薄层可以由至少两层不同的电介质材料构成。例如，可以就出现的漏电流或者渗入的气体分子来优化各个层。
按照一种实施方式，背电极可被构造成是裸露的，并且探测装置可以如此布置在具有气体的第一气室与具有参考气体的第二气室之间，以使得可以发生金属电极(106)与气体的相互作用以及背电极(102)与参考气体的另一相互作用。因此，可以通过该相互作用并且通过该另一相互作用来将探测装置的可变的电气特性调节到可与该气体相配的电气特性。该参考气体可以例如是惰性气体、环境空气或者定义的有害气体浓度。
电气特性可以代表该装置的复电导、电容和/或电阻。此类值可以简单地通过测量技术来获得和分析。例如，可以通过交流电压测量来确定复电导并且通过直流测量来确定电阻。
根据一种实施方式，金属电极可以具有封闭的表面。在此情形中，可以在金属表面上与气体发生相互作用。可以通过该封闭的表面来防止或阻碍气体渗入或漂移到金属电极中。
替换地，金属电极可以按纳米结构化且多细孔的方式来构造，即例如具有纳米级的细孔。在此情形中，气体可以渗入或漂移到金属电极中，以使得替代电极表面上的相互作用或者除了金属电极上的相互作用之外，还可以在金属电极的内部或者探测装置的其他结构内进行相互作用。
根据一种实施方式，金属电极可以具有催化活性材料。因此，可以通过相互作用来引起气体在金属电极上的离解。由此可以例如释放改变探测装置的电导的附加电子。
此外，金属电极可被构造成在与气体相互作用时在金属电极处吸附气体。这会引起金属电极上或金属电极中的电荷变化，该变化导致探测装置的电容变化。
金属电极还可被构造成在与气体相互作用时引起气体通过金属电极扩散到电介质薄层。因此，气体种类可以例如吸附在电介质薄层上并且例如引起探测装置的漏电流的变化。
在此情形中，电介质薄层可被构造成使气体能够扩散到该至少一个电介质薄层中。该扩散可通过气体的浓度梯度引起。
金属电极和该至少一个电介质薄层还可被构造成使气体能够漂移到背电极。该漂移可通过可施加在金属电极与背电极之间的电场引起。根据实施方式，漂移到背电极的气体分子可以在背电极处积聚或者进一步漂移通过背电极并且随后例如由背电极释放到毗邻的气室中。因此，这些电极可被构造为泵电极。
因此，渗入的气体种类可以在电介质薄层内积聚、引起电介质薄层的化学变化或者在电介质薄层内自由运动并且因此以不同的方式改变探测装置的电气特性。电介质薄层也可被构造为离子导体，以使得可将探测装置用作能斯特单元(Nernstzelle)。
此外，本发明还涉及一种用于在根据本发明的探测装置的工作温度范围内探测气体的方法，该方法包括以下步骤：实现导电的纳米结构化的金属电极与待探测气体之间的相互作用；通过金属电极的触点和背电极的触点来获得测量信号；基于该测量信号来确定探测装置的至少一个电气特性；以及使该至少一个电气特性与对应于待探测气体的气体相配。
根据一种实施方式，根据本发明的方法可以具有将预定电压施加在金属电极的触点与背电极的触点之间的步骤。可以从预定电压引起的电流获得测量信号。
为了获得测量信号，可以在一个或两个触点处提供预定义的直流电压或交流电压或者预定义的直流电流或交流电流。该测量信号可包括关于探测装置的电阻、复电导或电容的信息。使电气特性与气体相配的步骤可以借助对应规则来进行。在此，可以从分别与特定电气特性相配的多种气体中找出与探测装置的当前获得的电气特性对应的并且因此还与通过相互作用已出现该当前获得的电气特性的气体对应的气体。在测量信号的合适的实施方式中，可以同时确定不同的电气特性。为此可以例如使用具有不等于0的直流电压分量和叠加的交流电压分量的测量信号或者具有不等于0的直流电流分量和叠加的交流电流分量的测量信号。以此方式，可以例如同时确定探测装置的复电导和电容值。
根据用于识别特定气体的一种实施方式，可以组合地分析不同的测量值。例如，由电容测量和电导测量构成的组合可以明确地提供关于所涉及的特定气体种类XY的信息。在此，可以基于与气体的相互作用来逆向或同向地改变探测装置的不同电气特性。
附图说明
以下根据附图示例性地详细说明本发明。附图中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的探测装置的横截面；
图2示出了图1中所示的探测装置的俯视图；
图3示出了根据本发明的另一个实施例的探测装置的横截面；
图4示出了根据本发明的另一个实施例的探测装置的基底的俯视图；
图5示出了根据本发明的另一个实施例的探测装置的横截面；
图6示出了图5中所示的探测装置的俯视图；
图7示出了根据本发明的另一个实施例的探测装置的横截面；以及
图8示出了图7中所示的探测装置的俯视图。
在以下对本发明的优选实施例的描述中，将相同或相似的附图标记用于不同附图中示出的且功能相似的元件，其中省去对这些元件的重复描述。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于探测气体的探测装置的横截面。该探测装置具有由基底100、背电极102、构成电介质104的电介质薄层以及导电的纳米结构化的被构造为纳米气体电极106的金属电极组成的层结构。
该探测装置被实施为对气体敏感的纳米结构化的电容，其中纳米气体电极106和背电极102分别构成一个电容器电极。基底100充当图1中所示的探测装置的结构的基底材料。在基底100的表面区域中布置构成背电极102的层。电介质104被构造为普遍覆盖背电极102的与基底100相对的表面以及基底表面的毗邻区域的另一层。纳米气体电极106被布置为电介质104的与背电极102相对的表面上的另一层。因此，可以彼此相对地布置纳米气体电极106和背电极102，并且仅可以通过电介质104来将它们彼此分开。纳米气体电极106和背电极102可以具有相同的尺寸并且彼此对准。纳米气体电极106的与电介质104相对的表面没有被覆盖并且因此可以与待探测的流体，尤其是与待探测的气体直接接触。
图2示出了图1中所示的根据本发明的一个实施例的探测装置的俯视图。图2还示出了由电介质104覆盖的基底的表面的截面。在电介质104上布置根据此实施例构造为矩形的纳米气体电极106。此外，还示出了通向可由电介质104覆盖的背电极的馈电线208。可以直接在气体电极106的表面上接触气体电极106，或者同样通过例如按照馈电线208构造的附加馈电线来接触气体电极106。因此，探测装置的电气触点接通是可能的。例如，馈电线208以及纳米气体电极106可以与测量装置或分析装置相连接。以此方式，可以例如确定探测装置的电容值、电阻值或电导并且由此推断出刚好正与或已与纳米气体电极106相互作用的气体。
附图中所示的、对气体敏感的纳米结构化的电容形式的探测装置可以由至少一个纳米结构化的导电的气体电极106、至少一个电介质薄层104以及导电的背电极102构成。对于气体电极106而言，可以使用诸如铂、钯或金之类的催化活性材料，以使得取决于各个催化活动来促进或阻碍与待探测气体种类的化学反应和电化学反应。以此方式可以调节针对特定气体的选择性。原则上，气体电极106必须敞开地曝露在周围的气体环境中，而通向背电极102的馈电线可被钝化、气体密封地钝化或者是裸露的。
气体电极106和背电极102由至少一个电介质薄层104物理地且电气地彼此分开。在此，可将由诸如Al2O3、SiO2或Si3N4之类的多种不同的电介质材料组成的总厚度在1微米之下的堆垛构造为电介质薄层104，其中根据一个实施例，该总厚度优选小于200nm。
背电极102充当气体电极106的对电极。根据实施例，背电极102不直接曝露在待分析的气体环境中或者位于分开的第二气室内。
探测装置可以通过电气触点来触点接通并提供传感器信号。根据待探测气体所作出的对传感器信号的测量可以借助阻抗测量，优选电容测量和/或电导测量，以及借助两个电极102、106之间的DC漏电流测量来实现。取决于存在的气体种类，可能在纳米结构化的气体电极106处出现最终导致上述测量值的变化的不同机制。以下示例性地说明可想到的机制。
根据一个实施例，气体电极106具有关于待探测气体的催化活性的材料。因此，气体分子可以在催化活性的电极处在释放电子的情况下离解。附加的电子可以通过对电导的测量来探测，该电导可以对应于复阻抗的实数部分。
此外，可以如此构造气体电极106和/或电介质104，以使得气体分子或者离解的气体种类以分子的形式或者作为固定的离子吸附在气体电极106上和/或电介质102的暴露区域上并且因此改变表面分布。这会带来探测装置所基于的电容器的电荷变化并且根据等式Q＝C*U导致电容变化，其中Q对应于电荷，C对应于电容并且U对应于电压。同样可以测量并配设这种电容变化。
电介质104可被如此构造，以使得气体种类扩散到电介质104中并且可以导致电介质材料的化学变化，尤其导致介电常数εr的变化。根据等式C＝ε0*εr*A/d(其中ε0对应于电场常数、εr对应于介电常数、A对应于电极面积并且d对应于电极间距)，从中直接得到可测量的电容变化。
此外，可以如此构造电介质104，以使得渗入电介质的气体种类，尤其是离子化的气体粒子能够在电介质内积聚。渗入的气体种类可以因此形成附加的“电容器板”并且有效地用于减小间距d。根据等式C＝ε0*εr*A/d，在此情形中也能直接得到可测量的电容变化。
此外，所吸附的气体种类可以改变电介质104的晶界处的电位势垒，以使得能够测量两个电极102、106之间的DC漏电流的变化。
根据另一个实施例，可以如此构造电介质104，以使得在该电介质中运动的气体种类由于恒定的或者时变的电场而对电流或复阻抗作出贡献。
由于不同的待探测气体与纳米结构化的电容的不同机制起作用，因而各个测量值也是根据气体类型以不同的方式变化的。这可被利用，以便能够从所有测量值的组合中选择性地测量测试气体混合物中的各个气体种类。
例如，可以通过施加具有例如10mV到500mV范围内的优选25mV～100mV的振幅的小信号交流电压并且通过从这两个参量的相移来测量结果得到的小信号交流电流的方式确定复阻抗。由此可以同样为所测量的试样计算诸如电容、复电导或复介电常数。由于待探测气体能够同向或逆向地影响各个参数，因而这可被用来选择性地确定所测量的气体。例如，加载H2可以导致电容增大和电导增大，而加载NO2可以增大电容但减小电导。因此，可以通过对电容和电导的同时测量来推断所测量的气体种类。为了获得一个或多个特征参数在时间上的变化，可以连续地或者在时间上依次进行的测量中获得特征参数的值。所获得的值可被存储以供分析。
附加地，所施加的小信号交流电压可以叠加例如10mV到10V，优选100mV到4V，的直流电压。由此可以促进或阻碍诸如吸附、离解、扩散或漂移等各种作用机制，并且因此使针对特定气体种类的选择性进一步提升。由该所施加的直流电压引起的DC漏电流可以同时用上述AC测量来获得或者在时间上依次(例如，AC测量、DC测量、AC测量等)获得并且充当用于识别所加载的气体种类的其他参数。
图3在横截面中示出了探测装置的另一个实施例，其中可以使用不同的电介质材料。与图1中所示的实施例不同，此处所示的结构具有第一电介质104和第二电介质305。第二电介质305布置在第一电介质104的面向纳米气体电极106的表面上并且因此布置在电介质104与纳米气体电极106之间。
图4示出了根据本发明的一个实施例的探测装置的基底100的俯视图。基底100具有结构化的背电极102。此外，该基底还具有通向背电极102的馈电线208。在背电极102和馈电线208的区域之外，基底100被构造成是电绝缘的。在背电极102和馈电线208的区域中，基底100被构造成是导电的。因此，可以通过结构化将背电极102和馈电线208嵌入基底100。该结构化可以通过相应区域的掺杂产生。
图5示出了根据本发明的一个实施例的探测装置的横截面。与图1中所示的实施例不同，背电极102嵌入基底100。因此，电介质104可被构造为平坦的层或几乎平坦的层。背电极102的面向电介质104的表面可以略微突出于基底100的面向电介质104的表面或者与其高度相同。
图6示出了图5中所示的层结构的俯视图。在该俯视图中，此实施例与图2中所示的实施例没有区别。
图7示出了根据本发明的另一个实施例的探测装置的横截面。该探测装置具有由电介质104、第一纳米气体电极106和第二纳米气体电极706构成的层结构。纳米气体电极106、706布置在电介质104的彼此相对的侧面上并且可以彼此直接面对。在此情形中，基底不是必需的。探测装置可以布置在第一气体环境711与第二气体环境712之间。第一气体环境711和第二气体环境712可以通过与电介质相连接的分界面彼此分开。根据此实施例，第一纳米气体电极106的与电介质104相对的表面可以与位于第一气体环境711中的气体直接接触。因此，位于第一气体环境711中的气体可以与第一纳米气体电极106相互作用和/或扩散通过第一纳米气体电极106并与电介质104相互作用。与此相应地，第二纳米气体电极706的与电介质104相对的表面可以与位于第二气体环境712中的第二气体直接接触。因此，位于第二气体环境712中的气体可以与第二纳米气体电极706相互作用和/或扩散通过第二纳米气体电极706并与电介质104相互作用。
图8示出了图7中所示的根据本发明的一个实施例的探测装置的俯视图。图8中还示出了电介质104的表面。在电介质104的表面的部分区域中布置纳米气体电极106。纳米气体电极106可以具有矩形的形状。
以下再次详细描述根据以上附图所示的实施例。
根据一个实施例，在例如可以用蓝宝石制成的半绝缘的或绝缘的基底100上，通过溅射方法、剥离方法或者类似方法来涂覆例如由铂、铝、钯或金制成的结构化的金属电极102作为电容结构的背电极。图4中示出了此方法的结果。随后，借助尽可能各项同性的分离方法，例如通过原子层沉积法，来沉积电介质材料104。在图1到图3中示出了从此生产步骤获得的结构。随后，可以例如借助湿化学的涂覆方法将纳米结构化的气体电极106应用到电介质104、305上。
根据另一个实施例，对气体敏感的电容结构的背电极102可以通过导电能力与周围的基底材料100不同的结构化表面来实现，如图4中所示的那样。例如，诸如硅、碳化硅、氮化镓或氧化锌之类的半导体材料可以充当基底100，其中可以通过基底材料100的高掺杂来达成结构化的馈电线208和背电极102。替换地，结构化的背电极102的较高的导电能力可以例如通过将金属热渗入到基底材料100中并且必要时用随后的平滑步骤(例如，磨光)来实现。因此，结构化的阶梯高度可以小于100nm，其中力求小于10nm的阶梯高度。因此，对于随后的电介质材料104的分离而言，各项异性的涂覆方法就足够了，如图5和图6中所示的那样。类似于以上实施例，可以借助湿化学的涂覆方法来沉积纳米结构化的气体电极106。
替换地，当在期望的工作温度下位于本征导电状态中并且因此表现出金属特性的半导体材料被用作基底100时，可以放弃背电极102的结构化。在此情形中，基底的背面金属化可以用于测量期望的测量值。
根据另一个实施例，两个电极106、107(如图7中所示的那样)被实施为纳米结构化的对气体敏感的电极。这两个电极106、706之间的电介质104在此情形中将两个不同的气室711、712彼此分开。在此，可将第一气体环境711用作诸如机动车辆的废气的分析气体并且将第二气体环境712用作诸如惰性气体、环境空气或定义的有害气体浓度之类的参考气体。因此，可以根据参考气体来测量分析气体。此外，电介质104可被实现为离子导体。在此，离子导电能力可以通过掺杂或者通过交替的层来调节。在此情形中，该部件被用作能斯特单元和/或泵单元。此能斯特单元与传统的迄今所使用的能斯特单元相比具有以下优点，其能够用经定义的两个电极之间的薄层来制成，而传统的能斯特单元基于厚层技术。
所描述的且在附图中示出的实施例仅是示例性地选择的。不同的实施例可以完全或者就各个特征而言彼此组合。一个实施例还可以通过另一实施例的特征来加以补充。
如果一个实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”联系，那么可以如此解读该联系，以使得该实施例根据一种实施方式既具有第一特征又具有第二特征并且根据另一种实施方式仅具有第一特征或者仅具有第二特征。

Claims (13)

1.一种探测装置，其用于在所述探测装置的工作温度范围内探测气体，所述探测装置具有以下特征：
导电的金属电极(106)，其被构造成在与所述气体相互作用时将所述探测装置的可变的电气特性调节到可与所述气体相配的电气特性；
由金属或半导体材料制成的背电极(102)，其中所述半导体材料被如此构造，以使得其在所述工作温度范围内在本征导电状态中，或者所述半导体材料被高掺杂至其不会贫化；
至少一个电介质薄层(104)，其布置在所述金属电极与所述背电极之间；以及
所述金属电极的触点和所述背电极的触点(208)，所述触点能够触点接通以确定可与所述气体相配的电气特性，从而能够通过所述可相配的电气特性来探测所述气体。
2.根据前述权利要求中任一项所述的探测装置，其中，所述金属电极(106)、所述背电极(102)和所述至少一个电介质薄层(104)是借助薄层技术制成的。
3.根据前述权利要求中任一项所述的探测装置，其中，所述背电极被构造成是裸露的，并且所述探测装置能够如此布置在具有所述气体的第一气室(711)与具有参考气体的第二气室(712)之间，以致于能够发生所述金属电极(106)与所述气体的相互作用以及所述背电极(102)与所述参考气体的另一相互作用，从而通过所述相互作用并且通过所述另一相互作用来将所述探测装置的可变的电气特性调节到所述可与所述气体相配的电气特性。
4.根据前述权利要求中任一项所述的探测装置，其中，所述电气特性代表所述探测装置的复电导、电容和/或电阻。
5.根据前述权利要求中任一项所述的探测装置，其中，所述金属电极(106)具有封闭的金属表面，以使得在所述金属表面上发生与所述气体的相互作用。
6.根据前述权利要求中任一项所述的探测装置，其中，所述金属电极(106)是以纳米结构化且多细孔的方式构造的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的探测装置，其中，所述金属电极(106)具有催化活性的材料，从而通过所述相互作用引起所述气体在所述金属电极处的离解。
8.根据前述权利要求中任一项所述的探测装置，其中，所述金属电极(106)被构造成在与所述气体相互作用时引起在所述金属电极处吸附所述气体。
9.根据前述权利要求中任一项所述的探测装置，其中，所述金属电极(106)被构造成在与所述气体相互作用时引起所述气体通过所述金属电极扩散到所述至少一个电介质薄层(104)。
10.根据权利要求12所述的探测装置，其中，所述电介质薄层(104)被构造成使所述气体能够扩散到所述至少一个电介质薄层中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的探测装置，其中，所述金属电极(106)和所述至少一个电介质薄层(104)被构造成使所述气体能够漂移到所述背电极(102)。
12.一种用于在根据前述权利要求中任一项所述的探测装置的工作温度范围内探测气体的方法，所述方法包括以下步骤：
实现导电的纳米结构化的金属电极(106)与待探测气体之间的相互作用；
通过所述金属电极的触点和所述背电极(102)的触点(208)来获得测量信号；
基于所述测量信号来确定所述探测装置的至少一个电气特性；以及
使所述至少一个电气特性与对应于待探测气体的气体相配。
13.根据权利要求12所述的方法，包括以下步骤：将预定电压施加在所述金属电极的触点与所述背电极(102)的触点(208)之间，并且其中获得从所述预定电压引起的电流作为所述测量信号。
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