CN105452843A - 颗粒传感器和用于制造颗粒传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于探测导电颗粒的颗粒传感器(10)。这种颗粒传感器(10)包括具有至少一个电极(12)的第一电极结构(14)和具有至少一个电极(16)的第二电极结构(18)，其中，第一电极结构(14)和第二电极结构(18)布置在电绝缘的基体(22)上，在第一电极结构(14)的电极(12)与第二电极结构(18)的电极(16)之间可产生电势差，基体(22)具有用于加热第一电极结构(14)和第二电极结构(18)的加热结构(28)，该加热结构至少部分地被基体(22)包围。由此可保护加热结构(28)并降低用于燃烧淀积在电极结构(14，18)上的颗粒所需的电压。本发明还涉及一种用于制造颗粒传感器(10)的方法。

Description

颗粒传感器和用于制造颗粒传感器的方法

技术领域

本发明涉及一种具有可加热的基体的颗粒传感器。本发明还涉及一种用于制造具有可加热的基体的颗粒传感器的方法。

背景技术

在许多国家中，现行法律对于以汽油或柴油运行的机动车规定了用于测量废气中的炭黑颗粒浓度的传感器。已知的用于测量炭黑颗粒浓度的传感器的探测原理以在电极结构上淀积导电的炭黑颗粒为基础。这种导电颗粒的淀积可以反映在相应电极之间随时间的电阻减小或者电流增加上。在此能够以无负载的或者空载的传感器开始测量周期，该传感器在废气中承受导电颗粒。电阻降低到一定阈值以下的时间段可以作为废气中炭黑颗粒浓度的尺度。为了在富集地淀积导电颗粒以后可以再使用传感器，可以加热传感器，以使淀积的炭黑燃烧，然后可以开始另一测量周期。

例如通过在欧姆加热元件中使用大的电压和电流，可以将传感器加热到必需的燃烧温度。提供高电压特别要求高的电耗费。在此应当注意的是，厚的传感器需要特别高的电压，但是薄的传感器只具有有限的机械稳定性。

发明内容

本发明的主题涉及一种用于探测导电颗粒的颗粒传感器，包括具有至少一个电极的第一电极结构和具有至少一个电极的第二电极结构，其中，第一电极结构和第二电极结构设置在电绝缘的基体上，其中，在第一电极结构的电极与第二电极结构的电极之间可以产生电势差，并且，所述基体具有用于加热第一和第二电极结构的加热结构，该加热结构至少部分地被基体包围。

因此，这种颗粒传感器尤其是电阻式颗粒传感器并且可以以这种特性为基础：要探测的颗粒尤其是导电的，这些颗粒可以尤其基本由碳组成构造为炭黑颗粒。在此充分利用电导率验证淀积的炭黑颗粒。为此，所述颗粒传感器包括第一电极结构和第二电极结构，其中，第一电极结构和第二电极结构分别具有至少一个电极。在此，所述电极结构或者说电极结构的电极设置在电绝缘的基体上。在此所述电绝缘基体尤其可以是由电绝缘材料成形的基体，或者它原则上可以是导电的，但是具有电绝缘的盖层。在此在本发明范围内对于电绝缘尤其可以理解为，电阻率处于≥1kΩ的范围内，而对于导电尤其可以理解为，电阻率处于＜1kΩ的范围内。此外在本发明范围内对于绝热尤其可以理解为，导热能力或者说导热率处于≤15W/m/K的范围内，而对于导热尤其可以理解为，导热能力处于＞15W/m/K的范围内。

如果设置在基体上的电极结构现在承受包括要探测的颗粒的气流，则颗粒淀积在电极结构上。由此，当在第一电极结构与第二电极结构之间建立电势时，例如通过设置并连接适合的电压源，可以实施电流测量、电压测量、电容测量和/或电阻测量。通过尤其改变流动的电流、主导的电压或主导的电阻，可以评估淀积的颗粒并由此评估气流中的颗粒浓度。

因此，这种测量方法可以基于，淀积的导电颗粒能够实现不同电极结构的电极之间的电流或者降低电极之间的电阻。由此，通过将电流的加大或者电阻的减小量化，例如可以评估在电极结构上淀积的颗粒。这尤其可以通过观察电流或者电阻在时间上的变化来实现。

在一定的测量持续时间后淀积的颗粒又被从传感器或电极结构去除，以使传感器再生并且启动另一测量周期。为此这种颗粒传感器具有加热结构。该加热结构尤其用于这样加热第一和第二电极结构，使得它们可以被置于燃烧温度，该温度足以使淀积的尤其炭黑颗粒燃烧或者氧化并由此从电极结构去除。在此，适合的燃烧温度可以位于500℃或以上的范围。为此所述加热结构尤其由导电和导热的材料构成并且用作欧姆加热器。

在此，所述加热结构可以至少部分地被基体包围。换言之，所述加热结构布置在基体中并且被该基体或者基体材料至少部分地包围。通过将加热结构集成到尤其由电绝缘且尤其隔热的材料构成的基体中，可以使所述加热结构电绝缘并且另一方面在化学上是钝性的。因此所述加热结构相对于外部腐蚀作用或者其它影响是稳定的。在此所述加热结构在机械上是特别稳定的或者被稳定化的，并且相对于有效测量区域的机械附接热绝缘，由此可以使产生的热通过热传递例如向壳体中的流出减小或者最小化。

此外这种颗粒传感器可以特别简单且成本有利地制造，因为只需很少且尤其成本有利的工艺步骤。

然而尤其是，所述加热结构不仅相对于锚接或者机械附接隔热，而且还可以使产生的热良好地局部化。换言之，产生的热可以基本聚集在加热结构周围，或者说加热功率可以基本集中用于有效传感器表面或者说电极结构上的燃烧，因为实现了与环境并且尤其与到壳体上的附接的热脱耦。由此能够实现特别有效地加热电极结构，以便去除淀积的导电颗粒。由此能够以小的电压或电流去除淀积的颗粒。在用于颗粒传感器的再生的电流和/或电压方面的需求可以保持特别小，这在制造颗粒传感器时可以带来大的成本优势。

在此，尽管加热结构布置在也隔热的、可以大致具有1W/mK范围内导热能力的基体中，也可以没有问题地加热电极结构，因为热分布的梯度大多发生在与高度相比较大的长度或宽度上，即在基体材料的面状延伸范围上，但是沿着高度方向，即使由于加热层与电极结构之间的小的、尤其可能位于1μm范围内的距离，也可以有用于产生合适的燃烧温度的足够热量从加热结构到达电极结构。

因此，通过这种用于颗粒传感器的也被称为薄膜的可加热基体，即使在电绝缘层或者说衬底相对较大、例如约5mm×5mm的情况下，也可以毫无问题地产生淀积在电极结构上的颗粒的燃烧。在此不仅可以构成非常薄的颗粒传感器或者非常薄的基体，它们具有足够的机械稳定性并且只需小的电流或电压用于电极的再生。此外还能够实现电极结构以及加热结构例如在机动车的车载电路上的个性化的、在热方面以及在电方面的附接。在此，通过热聚集在电极结构的区域上，可以例如以机动车中常用的12V电压实施燃烧。

因此，这种颗粒传感器包括处于基体中的机械稳定的、相对于锚接或附接隔热的并且电阻式的加热结构。该电阻式加热器的集成和基体或薄膜的制造可以在同样的工艺步骤中实现。这使得能够基于相对简单且成本有利的工艺步骤来生产用于炭黑颗粒传感器的有效稳定基体。对此所需的工艺原则上尤其由微机械领域大量公知。

在一种方案的范围内，基体可以由二氧化硅构成和/或加热结构可以由硅构成。这些材料能够特别方便地通过本身公知的且在微机械中广泛使用的方法加工，由此能够实现特别简单的、广泛使用且成本有利的制造方法。此外，例如二氧化硅具有比硅差约100倍的导热能力，并且还具有良好的电绝缘性，因此二氧化硅特别适合作为热和电的隔绝体。附加地在该方案中可以实现特别简单的制造方法，在该方法中基体可以至少部分地基于特别是热氧化工艺来制造。在此优点尤其在于，导电和导热的基础层可以至少部分地化学转变成电绝缘且隔热的材料，该材料包围电阻式加热器。

在另一方案的范围内，所述加热结构可以完全被基体包围。在该方案中，可以特别可靠地减少由于热传递引起的热损失。由此对于在再生期间流动的电流或为此施加的电压的要求可以保持特别低。这导致这种传感器的特别成本有利的运行和安装。此外可以特别有效地保护加热结构例如防止腐蚀作用。由基体完全包围加热结构尤其可以意味着包裹式地包围。这在本发明的意义上还可意味着，要作用于电极结构上并且与电极结构相邻布置的热的或者要加热的加热结构区域完全埋入到基体中或者说被基体包围，但相应的接头例如无需被基体包围或者说可以布置在基体之外。

在另一方案的范围内，加热结构可以具有布置在基体中的网式导线结构。通过尤其二维的网式导线结构能够以特别有利的方式使要加热的区域适配于应用领域。尤其可以由硅构成的网式导线结构尤其可以具有与电极结构对应的尺寸和/或位置。在此，所述导线结构尤其可以通过焦耳热量或者欧姆电阻引起加热效应，由此能够以本身公知的方式通过施加电压或者通过流动的电流实现燃烧或电极结构的再生。此外通过网式结构可以均匀地加热大的区域，使得在要加热的区域的长度或宽度上基本不产生或者只产生很小的温度梯度。网式导线结构的另一优点还在于，相应的导线轨良好地相互网联或者说相互连接。由此带来的优点是，即使在单个导线轨中断时，例如由于传感器损坏，也可以毫无问题的继续加热。在此对于网络结构或者网式结构尤其可以理解为这样一种结构：它具有多个尤其多次相互连接或者说网联的导线轨的布置。

在另一方案的范围内，所述加热结构、尤其网式的导线结构具有这样的导线轨：该导线轨至少部分地具有在≤500nm范围内的宽度。这种尤其可以是网式结构的组成部分的导线轨可以在低电流时已经引起良好的加热效应。因此在该方案中能够特别成本有利地实现颗粒传感器的运行和电操控。在此所述导线轨无需在每个位置上具有这种宽度或者这种横截面，而是也可以成形有沿着其走向变化的横截面或宽度，使得它们只在部分区域中需要具有这种宽度。

尤其由硅制成的这种导线轨的另一优点在于与温度相关的电阻特性。在掺杂的半导体中例如电阻具有关于温度而言的最大值。在该最大值，非本征电导率过渡到本征电导率。电导率的该最大值和紧接着的下降使用于调节限定的温度变化曲线的调节技术费用增加。在此，最大值的位置可以向更高的温度偏移，例如通过高掺杂，或者还可以通过如尤其在≤500nm范围内、尤其在100nm范围内的很小的导体横截面，例如基于所谓“少数载流子排斥效应”。

在另一方案的范围内，可以设有用于使基体温度均匀化的均化区域，该均化区域被加热结构包围，尤其是，该均化区域可以由导电的和/或导热的材料构成。在该方案中可以产生特别有利的温度均化，由此可以特别均匀地加热电极结构。此外可以避免温度峰值，由此可以避免损坏并可使必需使用的电功率最小化。具体地说，所述均化区域可以是一个面式的区域，在该区域中出现具有直到最高在燃烧温度以上+200℃温度的温度水平，在此尤其可以避免1000℃以上范围内的温度。为此所述均化区域可以具有适合的面式延伸范围并且尤其具有可调整的导电和/或导热的材料含量。

在另一方案的范围内，所述均化区域可以被由加热结构包围的电绝缘区域包围。在该方案中尤其可以通过设计上可调整的、增加的排热或者通过调整电阻来实现温度均化，该电阻有目的地局部具有引入的电热功率。

在另一方案的范围内，基体和加热结构布置在第一层中并且电极结构布置在第二层中，其中，所述第二层布置在第一层上。因此，在该方案中这种传感器具有多个层，它们尤其可以直接相邻。由此所述电极结构的层可以特别有利地且没有加热损失地通过加热结构加热。此外，在该方案中能够实现特别紧凑的颗粒传感器结构。由此给出这种颗粒传感器的用途的大的可变性。

在此，关于本发明颗粒传感器的其它优点和技术特征尤其可以参见结合本发明方法以及附图所做的解释以及参见附图说明。

本发明的主题还涉及一种用于制造颗粒传感器的方法，特别是制造按照本发明的颗粒传感器的方法，包括以下方法步骤：

a)制备基体，该基体包括基础层、布置在基础层上的电绝缘层和布置在电绝缘层上的导电层；

b)引入至少一个空隙到导电层中，以使所述导电层结构化；

c)施加一电绝缘的盖层到所述导电层上；和

d)施加至少两个电极结构到所述盖层上。

因此这种方法尤其用于制造如上所述的颗粒传感器。

因此，在第一方法步骤a)中，首先制备基体，该基体具有基础层、布置在基础层上的电绝缘层和布置在电绝缘层上的导电层。在此，基础层尤其可以用于尤其在制造方法期间使基体稳定，并且具有大的厚度。在此，相应的厚度可以根据必需的稳定性或者说电绝缘层和/或导电层的厚度来选择。示例性厚度在约700μm的范围。在此，基础层可以是电绝缘的和/或隔热的，或者也优选是导电和/或导热的。该电绝缘层例如可以具有在1μm范围的厚度。此外，布置在电绝缘层上的导电层可以具有在≥5μm至≤100μm范围内的厚度。此外，例如出于制造技术的观点可能有利的是，导电层和基础层由相同的材料构成。

在另一方法步骤b)中，从基体出发引入至少一个、尤其多个空隙到导电层中。在此，所述空隙尤其可以延伸直到邻接电绝缘层的深度，从而露出电绝缘层，但是电绝缘层的厚度不改变或者不明显改变。如果将所述两个层之间、例如硅与二氧化硅之间的化学或物理特性的差别尤其相对于要选择的用于构成所述空隙的方法而言选择得足够大，则可以实现为了导电层的结构化而在限定的深度上结束空隙的成形。用于这种结构化或者说用于引入空隙的一种适合的方法例如是用于限定空隙的光刻方法和接着的用于将空隙结构化到导电层中的深蚀刻方法(Deepreactiveionetching)。这可以在微结构化范围内进行。例如在深蚀刻方法范围内，所述空隙在例如包括硅的导电层中的成形可以有利地基于与电绝缘层的化学差异而明确限定地停止。通过将空隙引入到尤其与基础层对置地布置的导电层中，可以实现例如网式的且尤其二维的网式结构。在此，方法步骤b)原则上可以用于基体的结构化，并且还可以用于构成尤其多个功能区域。

如果在另一方法步骤c)中施加盖层到导电层上，并且尤其将电绝缘层作为盖层，则可以用盖层的电绝缘材料来填充所产生的空隙，由此可以在盖层的区域中产生基本平面的轮廓表面。嵌入到电绝缘且隔热的盖层中的导电层接着可以被用作加热结构。在此，所述加热结构可以通过施加电绝缘且隔热的盖层这样隔绝，使得通过加热结构产生的热量可以被良好地局部化，例如在以后的使用中被局限于电极结构上。在此，电绝缘的盖层可以与另一电绝缘层一起形成基体，该基体至少部分地包裹加热结构。

在此，在另一方法步骤d)中，可以将电极结构施加到盖层上。在此有利的是，所述电极结构施加到布置有加热结构的区域中，以便所产生的热量能够聚集到电极结构上。然后在使用这样制造的传感器时，所述电极结构可以作为测量区域用于探测导电颗粒并且在一个测量周期之后通过加热结构来再生。在此可以通过高熔点的化学惰性材料例如铂、钨或碳化硅的物理和/或化学沉积、例如通过蒸发或溅射，来进行电极结构的施加。

通过上述方法能够使加热结构集成到基体层中，其中只需少量的工艺步骤。在此，这可以通过使用广为公知且尤其在微技术中被广泛使用的方法来实现。在此还可以通过适合地选择基体来将加热结构集成到基体中，由此省去最终的沉积和加热结构的结构化。

在一种方案的范围内，可以使用可化学转化的层作为导电层并且可以通过导电层的化学转化来产生所述电绝缘的盖层。化学转化例如可以包括氧化或者说形成氧化层，或者所述化学转化可以包括氮化或形成氮化层。此外，该电绝缘层也可以简单地沉积，例如通过化学气相沉积。在本发明意义上尤其可以这样产生氧化层：将本来就存在的导电的、可化学转化的或者说可氧化的层在同时添加氧气或水蒸汽的条件下置于氧化的环境下，例如在高温下，例如≥800至≤1200℃。由此可以特别简单地施加盖层，即通过导电材料的可以良好操作的氧化。在此尤其有利的是，通过氧化来封闭引入的空隙。因为氧化物一方面可以生长到可氧化材料的内部，另一方面可以向外生长。此外，如果导电层中的所有空隙已通过氧化层封闭(这可以带来工艺技术上的优点)，或者一旦工艺结束，则所述氧化自动结束。盖层还可以特别简单地施加到在本方法中通过引入空隙而产生的结构上，其中无须使用掩膜或者类似装置。因为氧化的地点或者说施加盖层的位置可以精确地通过在方法步骤b)中构造所述结构而事先确定。相应情况适用于导电层的氮化。在此，用于氮化、例如用于形成氮化硅层的适合的反应条件可以包括，在添加硅烷和氨的条件下≥500℃至≤1000℃范围内的温度。

与此相关要指出，通过使导电层适当地化学转化成电绝缘层，具有≥1μm尺寸的结构可以转化成100nm的导电结构，其中，在转化期间导电层的材料被消耗。因为在转换期间该结构的高度与宽度相比只略微变小，由此能够产生具有1:200的极大宽高比(宽度比高度)的结构。

通过上述方法在该方案中可以特别有利地实现，也可以通过化学转化来施加尤其以≥20μm的厚度存在的电绝缘且尤其隔热的层。这与由现有技术已知的方法相比是有利的，因为在这里通过常规的氧化例如使得能够在技术上有意义地实现的直到3μm的层厚度变得可能，或者更大的、直到10μm的层厚度，尤其通过沉积、例如化学沉积而变得可能。

在另一方案的范围内，所述基础层和/或导电层可以由硅构成，和/或所述电绝缘层可以由二氧化硅构成。因此在该方案中，所述基体可以是所谓“绝缘体上硅”(Silicononinsulator，SOI)基体，或者也可以是外延生长的硅，或者作为非常成本有利的变型是在氧化基体上的多晶硅层。在此，由硅构成的层可以相互独立地高掺杂，例如以磷、硼、砷掺杂，从而可以特别好地导电。这些层还通过尤其由二氧化硅制成的相对薄的电绝缘材料层相互分开。因此在该方案中可以使用尤其成本有利的已知的且能无问题地得到的基体，这可以使得所述制造方法特别简单且成本有利。

在另一方案的范围内，所述至少一个空隙可以被构造为圆形的且尤其在周边上封闭的开口。在此，圆形开口能够特别简单地产生。此外，通过成形圆形开口能够特别简单地产生网式导线结构，该导线结构特别适合于颗粒传感器的加热结构。网式导线结构可以通过还处于开口旁边的材料的至少一个部分形成，该材料在方法步骤b)中的结构化时没有被去除。在此，在本发明意义上尤其可以设有多个圆形开口，其中，在本发明范围内不排除，也可以设置在周边上不完全封闭的开口。此外，所述开口可以具有例如≥2μm至≤3μm的直径。

在另一方案的范围内可以产生多个空隙、尤其是圆形开口，它们以六边形布局布置。尤其对于六边形地布置开口或者尤其圆形开口，或者说以六边形结构布置开口，可以实现各向同性的结构。该结构的这种各向同性尤其使结构具有更大的稳定性，例如与各向异性的电压相比，因为不存在明确的优先方向。此外也允许均匀的氧化生长，因为无需对准晶体方向。

此外可以放弃完全通过氧化来将加热器集成到基体层中。在此，六边形布置尤其可以是指按照俯视图布置在六边形晶体结构上。

关于本发明方法的其它优点和技术特征可以参照结合本发明颗粒传感器的解释、附图以及参照附图说明。

附图说明

本发明主题的其它优点和有利方案通过附图表明并且在下面的说明书中解释。在此要注意，附图只具有说明性特性而不能认为以任何形式限制本发明。附图示出：

图1按照本发明的颗粒传感器的实施方式的示意性俯视图；

图2沿着图1的路径A-A'的示意性剖视图；

图3a用于制造颗粒传感器的一个方法步骤的横剖面图；

图3b图3a中的方法步骤的俯视图；

图4a用于制造颗粒传感器的另一方法步骤的横剖面图；

图4b图4a中的方法步骤的俯视图；

图5a用于制造颗粒传感器的另一方法步骤的横剖面图；

图5b图5a中的方法步骤的俯视图；

图6a用于制造颗粒传感器的另一方法步骤的横剖面图；

图6b图6a中的方法步骤的俯视图；

图7颗粒传感器的局部区域的另一构型和

图8颗粒传感器的局部区域的另一构型。

具体实施方式

在图1中示出按照本发明的颗粒传感器10。这种颗粒传感器10例如可以设置在机动车的废气管中。在此，这种颗粒传感器10例如可以确定设置在机动车废气管中的颗粒过滤器的功能或者说颗粒排放。

因此，这种颗粒传感器10尤其用于探测导电颗粒。颗粒传感器10尤其可以具有包括至少一个电极12的第一电极结构14和包括至少一个电极16的第二电极结构18。在此，第一电极结构14和第二电极结构18构成电极系统20。在此，电极系统20或者说电极结构14，18可以构成由梳状地相互嵌接的叉指电极组成的系统，如同在图1中所示的那样。在此，第一电极结构14和第二电极结构18布置在电绝缘的基体22上。在此在第一电极结构14的电极12与第二电极结构18的电极16之间可以产生电势差。为此，例如未示出的电压源可以连接在电极12，16上。为了探测气流中的颗粒、尤其炭黑颗粒，可以获知通过该电势差在不同的电极结构14，18之间产生的电流或电阻或电容。为此电极结构14，18电连接在电接头或电引线24，26上。

为了在确定的测量周期以后或者在确定的测量持续时间以后再从电极结构14，18去除淀积的颗粒，颗粒传感器10具有加热结构28。在此加热结构28尤其可以用于，使第一电极结构14或第二电极结构18加热到燃烧温度，在该温度，淀积的颗粒可以被氧化并从而被从电极结构14，18去除。因此专业人员可以看出，加热结构28尤其可以适配于电极结构14，18的大小或位置或延伸尺度，从而能够以与电极系统20的延伸尺度相当或相同或更大的延伸尺度设置，由此能够以有利的方式使整个电极系统20再生。在此，加热结构28必要时可以局部地用均化区域56替换，如同下面还要详细解释的那样。

在此，加热结构28尤其可以被基体22至少部分地、尤其完全地例如包裹式地包围。这尤其在图2中示出，图2示出沿着图1的路径A-A'的剖面图。

在图2中可以看出，加热结构28设置在基体22内，或者说完全被基体22的材料包围。

基体22例如可以由二氧化硅制成，而加热结构28例如可以由硅制成。用于基体22的替代材料例如包括氮化硅、氧化铝或氧化钛，而用于加热结构28的替代材料可以包括尤其熔点＞1000℃的金属，例如钛。此外电极系统20或电极结构14，18可以由铂、钨和碳化硅构成。

在附图2中还看出，基体22和加热结构28设置在第一层30中，其中电极结构14，18设置在第二层32中。在此，第二层32设置在第一层30上面。在设置在第一层30下面的第三层34中尤其还可以设置机械连接36，用于颗粒传感器10的固定和电接通。

在下面的图3至6中示出用于制造这种颗粒传感器10的方法。

在方法步骤a)中，按照图3制备基体38，包括基础层40、设置在基础层40上的电绝缘层42和设置在电绝缘层42上的导电层44。在此，图3a示出基体38的横剖面，而图3b示出基体38或者说导电层44的俯视图。导电层44以及基础层40可以由硅构成。在此硅例如可以是高掺杂的。例如硅可以具有掺杂材料如磷、硼和砷，其中，掺杂强度可以直到硅的饱和极限。由此可以实现特别好的导电性。用于基础层的替代材料例如包括石英、钢和钛。电绝缘层42尤其可以由二氧化硅构成。

如果基础层40由与上面的导电层44相同的材料构成，则这从工艺技术角度看基于一致的工艺过程而是有利的，因为可以使用基本相同的处理步骤。

在另一方法步骤b)中，按照图4使基体38的表面或者说尤其是上面的导电层44结构化。为此例如可以使用光刻方法和接着的深蚀刻方法。在方法步骤b)中尤其可以引入至少一个、尤其多个空隙46到导电层44中。在此例如可以将导电层44基本分成三个不同功能区域。

在第一功能区域i)中导电层44可以被基本完全地且不结构化地去除。这可以通过设置非常大尺寸的空隙46a实现。因此，通过在区域i)中完全去除导电层44的导电材料、尤其是硅，可以减小向基体22上的热耦合。在该区域也不发生电加热。由此，该结构化有目的地允许电加热功率偏转到其它区域。但这必须与降低电绝缘材料层、尤其二氧化硅薄膜的机械稳定性相关地实现。换言之，要注意颗粒传感器10具有足够的稳定性。

此外在另一功能区域ii)中可以引入结构化的空隙46b，在其间保留凸起48。在此凸起48在以后的颗粒传感器10的功能中可以用作加热结构28并且尤其被构造为网状结构。在此尤其在图4b中可以看出，在区域ii)中空隙46b被构造为圆形的且至少部分封闭的开口，这些开口以相互成六边形的布置构造。但此外这些开口原则上也可以具有不同于尤其六边形布置的圆形开口的其它形状。因此尤其可以构成蜂窝结构的或者蜂窝孔结构的开口。此外可以设想例如立方体、线形、矩形或者螺旋形的结构，这些列举不应理解为穷举。因此在区域ii)中可以在一个或两个工艺步骤中制造相对较厚的电绝缘材料层、尤其例如二氧化硅层，具有结合到其中的或者埋在其中的加热结构28。这使得能够实现显著的工艺技术上的优点。

另一功能区域iii)基本包括在导电层44的未处理材料上的区域50，并且在颗粒传感器10的功能中例如可以用作加热结构28的和/或电极系统20的电接头24，26或连接装置。另一方面，导电层44的区域50可以用于基体22上或中的特别均匀的温度分布。在区域iii)中尽管表面氧化，但是因为没有结构化，导电层还保留余有足够的未结构化的厚度。因此该区域尤其可以保留作为高导热和导电的区域，尤其如硅区域。在此，其余保留的硅在电和工艺技术上通过电绝缘层42与基础层40或者说主体块分开。此外，由化学转化产生的盖层52还可以通过附加沉积另一绝缘层而增厚，这会导致盖层52的平面化。

在此，多个(例如3个)不同功能区域i)，ii)，iii)如上所述在一个工艺流程中实现的基本可能性显著不同于完全面式地沉积电绝缘层、尤其二氧化硅。而是可以给各个功能区域以特别简单的方式并且通过可简单应用的方法赋予专门特性，如同参照各个区域所描述的那样，在此，这些功能区域的布置不局限于所述布置。这能够以特别有利的方式与尤其作为基体材料的电绝缘层的氧化产生相结合实现，如同下面参照方法步骤c)所解释的那样。能够非常准确地建立特定厚度的≥1μm的二氧化硅层，因此能够对于保留的硅结构调整精确的工艺控制。

在另一方法步骤c)中，如同在图5a和5b中所示那样，还可以在导电层44上或由导电层44产生的结构(例如凸起48或50)上施加电绝缘的盖层52，这些结构完全示意性地表示，但是以能够理解的方式位于层52下面。在此，电绝缘层52尤其可以施加于导电层44的在方法步骤b)中保留的区域上。例如，如果导电层44是氧化层，电绝缘层52可以通过尤其热氧化工艺产生。尤其对于使用硅作为导电材料的情况，电绝缘的盖层52例如可以通过尤其用于产生二氧化硅的热氧化过程构成。在此，这种氧化层生长尤其可以根据在方法步骤b)中引入的空隙46或引入的结构的大小和结构，例如圆形开口的直径和位置，来进行。例如，通过这样的方案，当不再有可氧化的材料露出或者相对于氧化氛围具有足够小的距离时，氧化过程可以自动结束，因为对于＞500nm的氧化层，通过氧化层的扩散强烈地限制氧化速率。因此，只能在可氧化的材料以足够短的距离、例如＜3μm存在的地方才可以进行氧化，这使得在不使用例如掩膜的情况下也能够实现限定的结构。

在该方法步骤c)中尤其氧化过程是有利的，因为氧化物、例如二氧化硅不仅生长到要氧化的材料、例如硅中，而且氧化层的一部分还向外生长。例如，生成的氧化层、尤其二氧化硅层例如45％生长到硅中并且55％从硅中生长出来。如果现在选择空隙46的形状和/或大小，例如圆形开口的直径和其尤其六边形最密集布置，则在区域ii)中可以产生封闭的二氧化硅层，在其核心中埋入由尤其高掺杂硅组成的细网并由此可以用作网式加热结构28。

因此，在前面的方法步骤中引入的空隙46可以再封闭，并且各个凸起48可以部分地或完全地、视构型或厚度而定转移到氧化物、尤其是二氧化硅中。这种方式可以产生厚的氧化层，它可以具有例如20μm的厚度。在此，例如具有这种厚度的氧化层可以被用于整个基体22或者用于整个颗粒传感器10，并且无需被减小到分割开的岛区。此外对于专业人员显然清楚，基体22可以由电绝缘层42，52产生。

因此在该方法步骤中尤其可以产生导电材料的网式结构。这尤其在图6a中示出。在图6a中可以看出，尤其可以作为加热结构28使用的该网式导电结构由尤其六边形布置的圆形开口构成，例如由二氧化硅制成，具有在周围成形的导电材料。在此，网式导线结构可以布置在基体22中。此外该导线结构可以具有导线轨，它们至少部分地具有在≤500nm范围内或100nm内范围的厚度。该厚度例如可以具有极小的、例如布置在圆形结构之间的导线轨。由此导线轨至少局部地或者部分地形成高电阻，因此可以被用作加热结构28的欧姆加热器。

在图6中还示出另一可选的方法步骤。在该方法步骤中可以去除基础层40的一部分54，例如通过在背面深蚀刻，其中，有利地去除材料只达到电绝缘层42，因此电绝缘层42基本无变化地保留并且在该区域中露出。

在此，去除基础层40的优点是，通过加热结构28产生的热量可以不排到该尤其厚的层中，因此加热可以在所期望的区域中局部化。由此可以特别低能量地加热这种颗粒传感器10，并且在所使用的电压或电流方面保持低的要求。

在另一方法步骤d)中还可以将包括至少两个电极结构14，18的电极系统20施加在电绝缘层52或基体22上。该方法步骤本身是公知的并且可以例如通过沉积和结构化来实现。该方法步骤d)在附图中没有详细示出。

在图7中示出颗粒传感器10的另一构型。在此图7示出，大致在基体22的中部区域可以设有基体22的均化区域56，用于使基体22的由加热结构28产生的温度均匀化。在此，均化区域56可以被网式加热结构28包围。在该构型中可以通过导热和/或导电材料如尤其是硅的未结构化区域来使电加热功率均匀化。因为均化区域56包括具有低电阻和高导热性的区域。在该区域中尤其电阻是小的，由此可以良好地排出热量或者良好地在基体22中在加热结构28内分布热量。此外由于低电阻只发生很少的电加热。

在此，均化区域56还可以被电绝缘框58包围，该框等同于具有封闭轮廓的挖出部并且与网式加热结构以相同的深度结构化工艺制造，如在图8中所示那样。尤其由二氧化硅构成的该电绝缘框58又可以被加热结构28包围。在该构型中尤其可以通过硅表面的高导热性来实现基体22中的温度均化，但是只在轻微减小电阻的情况下。在该区域中热量可以尤其集中在真正需要的区域。

因此，在按照图7和8的构型中，或者通过按照图7适当地分布电阻加热功率和排热，或者仅仅通过按照图8排热，例如高导热的硅可以导致电绝缘层42上或者说二氧化硅薄膜上的均匀温度分布。在此这种温度均化可以是有利的，因为由于中部区域的更好的隔热而可能比在热更好地耦合的薄膜边缘上发生更高的温度。在图7和8中所示的均化区域56例如可以具有≥10至≤20μm范围内的尺寸。在此，唯一的均化区域可以大致位于基体22的中部或者说加热结构28的中部，或者可以设有多个均化区域56，它们可以以适合的方式布置，以使基体22中的温度均化或者说均匀分布。

Claims (13)

1.用于探测导电颗粒的颗粒传感器，包括具有至少一个电极(12)的第一电极结构(14)和具有至少一个电极(16)的第二电极结构(18)，其中，第一电极结构(14)和第二电极结构(18)布置在电绝缘的基体(22)上，其中，在第一电极结构(14)的电极(12)与第二电极结构(18)的电极(16)之间能够产生电势差，并且，所述基体(22)具有用于加热第一电极结构(14)和第二电极结构(18)的加热结构(28)，该加热结构至少部分地被基体(22)包围。

2.如权利要求1所述的颗粒传感器，其中，所述基体(22)由二氧化硅构成和/或所述加热结构(28)由硅构成。

3.如权利要求1或2所述的颗粒传感器，其中，所述加热结构(28)完全被基体(22)包围。

4.如权利要求1至3中任一项所述的颗粒传感器，其中，所述加热结构(28)具有布置在基体(22)中的网式导线结构。

5.如权利要求1至4中任一项所述的颗粒传感器，其中，所述加热结构(28)、尤其所述网式导线结构具有导线轨，所述导线轨至少部分地具有处于≤500nm范围内的宽度。

6.如权利要求1至5中任一项所述的颗粒传感器，其中，设有用于使基体(22)温度均匀化的均化区域(56)，该均化区域被加热结构(28)包围，尤其是，该均化区域(56)由导电的和/或导热的材料构成。

7.如权利要求6所述的颗粒传感器，其中，所述均化区域(56)被由加热结构(28)包围的电绝缘框(58)包围。

8.如权利要求1至7中任一项所述的颗粒传感器，其中，所述基体(22)和加热结构(28)布置在第一层(30)中，并且，所述电极结构(14，18)布置在第二层(32)中，并且，所述第二层(32)布置在第一层(30)上。

9.用于制造颗粒传感器(10)的方法，包括以下方法步骤：

a)制备基体(38)，包括基础层(40)、布置在基础层(40)上的电绝缘层(42)和布置在电绝缘层(42)上的导电层(44)；

b)引入至少一个空隙(46)到导电层(44)中，以使导电层(44)结构化；

c)将电绝缘的盖层(52)施加到导电层(44)上；和

d)将至少两个电极结构(14，18)施加在所述盖层(52)上。

10.如权利要求9所述的方法，其中，使用能化学转化的层作为导电层(44)，并且，通过所述导电层(44)的化学转化来产生所述电绝缘的盖层(52)。

11.如权利要求9或10所述的方法，其中，所述基础层(40)和/或导电层(44)由硅构成，和/或，所述电绝缘层(42)由二氧化硅构成。

12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述至少一个空隙(46)构造为圆形开口，尤其是，所述圆形开口在周边上封闭。

13.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其中，产生多个空隙(46)、尤其是圆形开口，它们以六边形布局布置。