CN109906373A - 用含氟聚合物过滤器涂覆的电阻金属氧化物气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及电阻金属氧化物气体传感器。该传感器特别包括支撑结构和布置在支撑结构上或部分地容纳在其中的感测材料贴片。贴片包括金属氧化物材料。电极与贴片电连通。传感器还包括与贴片热连通的加热器，以及选择性透气过滤器。选择性透气过滤器包括含氟聚合物。贴片的外表面的第一部分覆盖支撑结构的一部分，而所述外表面的剩余部分由选择性透气过滤器涂覆，以便形成感测材料的涂覆贴片。本发明还涉及相关设备和操作的方法。

Description

用含氟聚合物过滤器涂覆的电阻金属氧化物气体传感器

技术领域

本发明一般而言涉及电阻金属氧化物气体传感器及其操作方法领域。特别地，本发明涉及覆盖有过滤层的电阻金属氧化物气体传感器。

背景技术

已知气体传感器用于基于各种技术检测气体。这些传感器包括至少一个对一种或多种气体的存在或浓度敏感的感测(或活性)元件。一类已知的气体传感器是检测可燃气体的存在的催化气体传感器或催化燃烧式传感器(pellistors)。在催化燃烧式传感器中，检测器元件根据可燃气体的存在提供电阻测量。特别地，检测器元件中的电阻随着可燃气体(如果存在的话)的催化氧化产生的温度变化而变化。为了促进气体的燃烧，传感器在升高的温度下操作，即，通常大于300℃，例如从450℃至750℃。

另一类气体传感器涉及化学电阻器，即，电阻响应于其直接化学环境的变化而变化的材料。化学电阻器有时被定义为依赖于感测材料和分析物之间的直接化学相互作用。但是，化学电阻器的更一般定义包括电阻响应于其直接环境中的任何类型的相互作用(化学相互作用、氢键相互作用、范德华力相互作用等)而变化的材料。

在每种情况下，感测材料可以包含金属氧化物材料，其可以例如包括氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化钨、氧化铟和氧化镓中的一种或多种。

金属氧化物可以用于检测分析物，诸如挥发性有机化合物(VOC)、一氧化碳、二氧化氮、甲烷、氨或硫化氢。

在金属氧化物传感器中，气态分析物与(加热的)金属氧化物层相互作用。作为相互作用的结果，敏感膜的导电性可以变化，并且该变化可以被测量。这样的气体传感器也被称为“高温化学电阻器”，因为分析物的化学性质在敏感膜的高温下被转换成电阻。

这样的传感器设备需要加热器来加热感测材料。它们可以被集成到半导体基板上，在这种情况下，加热器有利地布置在半导体基板中的开口上方的膜上，从而与其中加热器布置在大部分基板材料上方的设备相比减少了热损失。将加热器布置在膜上具有若干优点，诸如降低功耗、增加灵敏度和减少接通设备所需的时间。

WO2014012951(A1)描述了一种包括有源元件和过滤盖的气体传感器，其中盖包括多孔过滤元件，用于阻挡(counteracting)一种或多种大气气体进入有源元件。有源元件和盖的过滤元件之间存在间隔。此外，过滤元件包括机械致密的过滤材料粉末。即，过滤盖包括由限定用于过滤元件的插口的适当刚性材料形成的支撑件。过滤盖的支撑件和过滤元件一起限定其中有源元件与相关联的热板以及电路系统一起部署的腔体或间隙。

已发现过滤元件和有源(或感测)元件之间的间隔或间隙有利于避免来自有源元件的热损失。在小规模有源元件的设计(例如基于MEMS技术)中热损失可能非常重要。此外，如可以被实现的，这种分离对于避免损坏过滤盖可能是必要的。由于该分离或间隙，感测元件可以在升高的温度(例如，高于350C或甚至400C)下操作，而不会损坏过滤盖。

与感测元件分离的过滤器的支撑件需要一定的刚度和厚度，这与分离间隙一起造成可能不利于小型消费电子设备的设备高度。

发明内容

根据第一方面，本发明被实施为电阻金属氧化物气体传感器。该传感器特别包括支撑结构和布置在支撑结构上或部分容纳在其中的感测材料贴片。该贴片包括金属氧化物材料。电极与贴片电连通。该传感器还包括与贴片热连通的加热器，以及选择性透气过滤器。选择性透气过滤器包括含氟聚合物。贴片的外表面的第一部分覆盖支撑结构的一部分，而所述外表面的剩余部分由选择性透气过滤器涂覆，使得形成感测材料的涂覆贴片。

由于选择性透气过滤器涂覆感测材料贴片的外表面的剩余部分，因此在过滤器和感测材料之间没有间隔、没有间隙，即，没有死区体积。这种结构为普遍接受的方案带来挑战，根据该方案，过滤器应该与加热的感测材料分离，特别是当过滤器包含热不稳定的材料时。本设计简化了制造过程，同时它允许传感器的快速响应。同时，本发明人已经认识到，上述传感器可以已经在中等温度(例如，在低于300C)下安全且高效地操作，以防止损坏过滤器中使用的含氟聚合物材料。

特别地，在实施例中，气体传感器还可以包括温度控制器。温度控制器是连接到加热器的电子电路或处理单元，并且被编程、设计、调配或配置为防止加热器将涂覆贴片加热到超过300C的温度。

在更复杂的实施例中，气体传感器还包括布置在电阻金属氧化物气体传感器中用于估计涂覆贴片的温度的温度传感器。该温度传感器可以形成加热器的一部分。该温度控制器连接到加热器，并且如果需要的话，连接到温度传感器。该温度控制器可以与加热器以及在必要时与温度传感器一起形成反馈回路，以便在操作中将涂覆贴片的温度维持在低于含氟聚合物的玻璃化转变温度的基本恒定的值。

在优选的实施例中，反馈回路在操作中将涂覆贴片的温度维持在100C和240C之间，优选地在150C和200C之间的基本恒定的值。

优选地，含氟聚合物包含Teflon(铁氟龙)，其提供令人满意的过滤性能。例如，可以使用无定形氟塑料(Teflon AF)，例如，Teflon AF 1600或Teflon AF 2400。

在实施例中，过滤器包括一层或多层材料，包括含氟聚合物层(后者包含所述含氟聚合物)。含氟聚合物层的平均厚度在10nm和50μm之间，优选地在10nm和2μm之间。

优选地，贴片的感测材料的平均厚度在0.1μm和50μm之间，更优选地在0.5μm和5μm之间。

小厚度的含氟聚合物层和/或感测材料以及不存在分离使得减小了传感器的高度，这又使其易于集成到更大的设备中(例如，CMOS电路系统，用于集成到家庭自动化设备、消费电子产品、智能电话或其它移动设备中)。浅的传感器还有利于批量生产。

如本发明人进一步认识到的，使用厚度大于300nm的含氟聚合物层将基本防止诸如O₃或NO₂的反应性气体到达感测材料。因此，在应用中，含氟聚合物层的平均厚度在300nm和50μm之间，以阻止这种反应性气体的进入。相反，可以寻求10nm和300nm之间的厚度来特别地感测这样的气体。

在特定应用中，含氟聚合物层的平均厚度在50nm和250nm之间，并且金属氧化物材料包括掺杂有0.01-1.0Wt％铂和/或钯的SnO₂。已经发现这种解决方案对于感测臭氧尤其高效。

在实施例中，金属氧化物气体传感器还包括例如直接集成到所述支撑结构上或所述支撑结构中的评估单元。评估单元是连接到电极以从其接收信号的电子电路或处理单元。它被编程、设计、调配或配置为基于从电极接收到的信号确定指示金属氧化物材料的电导率的值，以便识别所感测的气体。

在实施例中，选择性透气过滤器包含含氟聚合物层和中间层。即，贴片的外表面的剩余部分被中间层涂覆，并且中间层被含氟聚合物层涂覆。中间层可以例如是催化惰性的，或者至少比含氟聚合物活性低，以帮助防止含氟聚合物的过早分解。中间层通常包括化学惰性材料，例如，诸如SiO₂的绝缘体。在变体中，它可包含聚合物。

优选地，外表面的第一部分涂覆支撑结构的所述部分，例如，其在其暴露的表面上平坦地延伸，如在“膜”配置中，这具有若干优点，诸如降低功耗、增加灵敏度和减少接通设备的时间。

根据另一方面，本发明被实施为“多像素”电阻金属氧化物气体传感器，以伴随地感测若干种类型的气体分子。即，这种传感器包括一个或多个支撑结构和一组感测材料贴片，其中每个贴片包括金属氧化物材料并且被布置在其中一个支撑结构上或部分地容纳在其中一个支撑结构中。此外，提供了一组电极，由此每个贴片与电极的子集电连通。一个或多个加热器与感测材料贴片热连通。最后，该传感器包括一个或多个选择性透气过滤器，每个过滤器包含含氟聚合物。与前面讨论的传感器一致，每个贴片的外表面的第一部分覆盖支撑结构的一部分，而剩余部分由选择性透气过滤器涂覆，使得形成不同的、感测材料的涂覆贴片。涂覆贴片在它们各自的过滤器和/或各自的金属氧化物材料的维度和/或组成方面不同，或者电极的配置也可以从一个贴片到另一个贴片不同，以便能够感测不同类型的气体。

优选地，这种传感器包括若干个不同的选择性透气过滤器，其涂覆两个或更多个贴片。以这种方式，获得了不同的、感测材料的涂覆贴片，其各自的过滤器在维度和/或组成方面不同，而用于贴片或它们各自的电极的感测材料不一定必须不同，这使得制造和操作过程都变得容易(特别是在加热感测材料方面)，同时仍然具有选择性。

例如，本发明可以被实施为包括如上所述的任何电阻金属氧化物气体传感器的电子设备，特别是家庭自动化设备、消费电子设备、移动电话、平板计算机或手表。

根据另一方面，本发明被实施为操作根据任何上述实施例的电阻金属氧化物气体传感器的方法。基本，这种方法围绕加热感测材料的涂覆贴片和基于从电极接收到的信号确定指示贴片的感测材料的电导率的值，并且这在加热涂覆贴片的同时进行。

在实施例中，贴片被加热至100C至300C之间的温度，以确保金属氧化物材料的合理反应性，同时防止对过滤器的损害。

但优选地，该温度被维持在低于含氟聚合物的玻璃化转变温度的期望值，例如，在100C和240C之间，或者在150C和200C之间。

在优选的实施例中，使用“多像素”传感器，使得可以获取与如通过一个或多个选择性透气过滤器过滤并经由不同的感测材料的涂覆贴片感测到的不同类型的气体分子有关的信号。

现在将通过非限制性示例并参考附图来描述采用本发明的设备、装置和方法。

附图说明

图1A是根据实施例的膜结构中的气体传感器的2D横截面图；

图1B是图1A的设备的顶视图；

图1C是该设备的3D视图；

图1D是该设备的另一个2D横截面图，其侧重于涂覆贴片的后期结构；

图2是根据其它实施例的包括多个贴片，每个贴片处于桥接配置的气体传感器的俯视图；

图3A和3B是根据实施例的智能电话的3D视图，该智能电话包括气体传感器和评估单元，以确定指示感测材料贴片的电导率的值。

图4示出了根据其它实施例的配备有气体传感器的智能手表；

图5是根据实施例的描绘容纳在诸如图3或图4中所示的移动设备的腔体中的气体传感器的2D横截面图。

图6是表示如在暴露于硅氧烷之后并且在感测不同类型的气体分子(即，二氢和乙醇)的同时测量的不同的感测材料贴片(用或不用氟聚合物涂覆)的测量电阻的曲线图；

图7是表示在感测臭氧的同时涂覆有各种厚度的含氟聚合物层的贴片的电阻的曲线图。

图8和图9图示了当感测不同类型的气体分子(即，二氢和乙醇)时温度对涂覆贴片和未涂覆贴片的测量电阻的影响；以及

图10是图示根据实施例的操作气体传感器设备的方法的高级步骤的流程图；

附图示出了实施例中涉及的设备或其部分的简化表示。附图中描绘的技术特征不一定按比例绘制。除非另有指示，否则各图中类似或功能上相似的元件已被分配相同的标记。

具体实施方式

以下描述的结构如下。首先，描述一般实施例和高级变体(第1部分)。下一部分涉及更具体的实施例和技术实现细节(第2部分)。

1.一般实施例和高级变体

参考图1、2和5，首先描述本发明的一个方面，其涉及电阻金属氧化物气体传感器1、1a。

气体传感器包括支撑结构6、6a、27、29，其通常包括例如硅的结构化基板。支撑结构6可以具有膜构造，如图1所示。在诸如图2中所示的变体中，支撑结构6a具有桥构造27、29。可以预期支撑结构的其它构造。

气体传感器还包括感测材料的贴片21。感测材料包括金属氧化物材料或MOX，21。贴片21可以布置在支撑结构6、6a、27、29上。它可以例如在支撑结构6的暴露表面上延伸，例如，如图1中那样覆盖在其上表面上，或者如图2中那样在其子结构上延伸。在其它变体中，贴片可以部分地容纳在基板的腔体中。在所有情况下，氧化物材料的(外部)表面的残留部分S2不被支撑结构或在支撑结构中隐藏，并且被定向成使得能够通过氧化物材料进行感测。

贴片21可以被视为一小片MOX材料，例如，沉积或图案化到支撑结构6、6a、27、29上的层部分21。贴片21通常是扁平物体，以便于传感器的集成。贴片21可以例如具有圆盘、卵形或者仍然是矩形形状，或者更一般地是基本凸起的物体，以便于通过过滤器22、23对其进行涂覆。

除了背景技术部分中引用的示例之外，优选的MOX材料21还包括SnO₂、ZnO和/或WO₃，并且优选地也包括掺杂剂，掺杂剂包括Pd、Pt、Rh、Ir、Re、V、Ni、Au和Co中的一种或多种。

电极3布置在传感器中，以便与感测材料的贴片21电连通。它们可以由铂或金层形成，这些金属非常适合于形成稳定的电极。电极可基本以例如以交叉构造，如图1所示，其原因将在后面变得明显。因此，贴片21可以有利地具有跨越覆盖或包括电极3的交叉指状物的区域的形状(例如，凸起)。后者可以特别地被贴片覆盖(如果部分地集成到基板1中)或者集成在其中(如果被图案化到基板1上)，以确保与其适当的电连通。在这方面，电极可以被认为是支撑结构的一部分，其一部分被贴片覆盖。

加热器5与贴片21热连通，以在所需的温度下操作感测材料。加热器5是电阻加热元件。例如，可以使用钨加热器，即，包含至少50％，特别地至少90％钨的加热器，以最好地承受高温。可以提供若干个加热器，以加热其上布置有贴片21的板(例如，膜或桥)。在变体中，加热器可以被实施为热板，该热板进行电阻式加热，而不需要附加的电阻元件。加热器可以用于加热贴片，并且如果需要，还可以控制贴片21的温度。因此，不一定需要提供附加的温度传感器。

此外，气体传感器包括选择性透气过滤器22、23(本文也称为“透气过滤器”或简称为“过滤器”)，其包括含氟聚合物23。如图1A或1D中所看到的，透气过滤器22、23可以具有多层结构，例如，它可以包括在含氟聚合物层23和贴片的感测材料21之间的薄中间层22。在变体中，过滤器由直接涂覆MOX 21的单个含氟聚合物层23制成(即，没有提供中间层)。

与任何具体实施例无关，允许或拒绝进入腔体并因此进入感测元件的过滤器是尺寸选择过滤器。因此，过滤器根据气体分子的尺寸进行允许通过过滤器的气体分子与被阻止通过过滤器的气体分子之间的分离。过滤器优选地由惰性的材料(即，不具有或基本不具有反应性的材料)制成。因此，气体分子–无论是否通过过滤器–都不会与过滤材料发生反应，但会由于其尺寸而被阻止。这与化学上与不想要的气体分子发生反应的过滤材料相比具有过滤材料不会随时间而退化的优点。

因此，通过过滤器的气体和被过滤器阻止的气体之间的选择是根据相应气体分子的尺寸进行的。优选地，尺寸选择过滤器根据遇到尺寸选择过滤器的气体的分子尺寸进行过滤。优选地，过滤器的尺寸选择效果由过滤材料中的孔的尺寸确定。特别地，过滤材料中孔的尺寸根据待检测并因此期望通过过滤器的气体的分子的尺寸进行维度调整。特别地，过滤材料中大多数孔的尺寸被调整为使得待检测气体的分子通过并且被调整为阻止要防止进入腔体的一种或多种其它气体的分子。优选地，过滤材料中大部分孔的尺寸被调整为超过待检测气体的分子的尺寸，并且被调整为小于要阻止通过过滤器的气体的分子的尺寸。优选地，过滤器的材料被选择和/或设计成这种过滤效果。

因此，优选地，过滤器对于要由感测元件检测的气体是可渗透的，并且对于一种或多种其它气体是不可渗透的。此类其它气体可以特别地包括易于与感测元件的材料发生反应并随时间退化其感测能力的硅氧烷及其变体。因此，尺寸选择过滤器阻挡一种或多种类型的大气气体进入感测元件(即，优选地，MOX)，同时允许其它类型的气体分子通过其扩散并到达感测元件。因此，过滤器使得可以阻挡抑制性和/或毒害物质进入感测元件，并且这通过尺寸排除来操作。

在非常优选的实施例中，过滤材料中大部分孔的尺寸为1nm或更小。特别地，在感测元件被配置为感测CO、乙醇、H₂、H₂S中的一个或多个的情况下，该维度是优选的。这里，感兴趣的目标气体的气体分子足够小以通过过滤器，而许多种硅氧烷分子的尺寸太大而不能通过，因此将被过滤器阻止。

无论何时涉及维度调整或孔的尺寸，应该理解的是，优选地，目标材料的所有孔都满足维度要求。但是，由于制造原因，不是所有的而是可以仅较低百分比的孔满足维度要求，优选地超过99％。在最坏的情况下，优选地，过滤材料中大部分孔满足维度要求，以便实现至少比常规方案更好的选择。

“选择性透气过滤器”是指被设计用于阻挡一种或多种类型的大气气体进入到感测元件(即，MOX)，同时允许其它类型的气体分子通过其扩散并到达感测元件21的过滤器。因此，过滤器使得可以阻挡抑制性和/或毒害物质进入感测元件。此外，过滤器22、23降低了背景噪声，并且因此使得最终获得更好的SNR。

含氟聚合物是表现出多个碳-氟键的基于碳氟化合物的聚合物。它通常对溶剂、酸和碱具有高耐受性，使得它可以有利地用于本发明目的。本发明的含氟聚合物可以特别地包括一种或多种无定形氟塑料，诸如来自Chemours^TM的所谓的AF无定形氟塑料。优选的是具有相对高的玻璃化转变温度(Tg)(即，大于100C，例如约160C或240C)的无定形氟化聚合物，诸如来自Chemours^TM的所谓的AF 1600和AF 2400。

对于过滤器，优选地，根据下表I的第4行使用类似无定形Teflon AF的材料，表I每行中示出了过滤材料的优选组成。因此第4行表示涵盖性(umbrella)术语，根据第1行至第3行中的优选实施例的其它各个材料组成被归于其下。因此，在一个实施例中，过滤器含氟聚合物可以是均聚物(homopolymer)，参见第3行，而在其它实施例中，它是共聚物(copolymer)，参见第1行和第2行。

表I

在下面的表II中图示了上述第1至4行的各种材料组成的属性，其中：

-成分1，mol％表示成分1的摩尔分数；

-成分2，mol％表示成分2的摩尔分数；

-FFV表示每体积的游离分数；

-Tg℃表示所得材料的玻璃化转变温度，以摄氏度为单位；以及

-Tmax表示聚合物未表现出显著退化(即，热稳定)的最高温度，以摄氏度为单位。

表II

如图1D中更好地看到的，贴片21的外表面的第一部分S1(例如，基础表面)覆盖支撑结构6的一部分，包括电极3。但是，该第一部分S1优选地涂覆支撑结构的所述部分。这确保了支撑结构侧也没有死区体积。此外，这种构造通常更容易制造，因为这里仅需要膜沉积，这比需要支撑结构的膜片更容易实现。例如，并且如图1所示，贴片21可以在支撑结构6的暴露表面上平坦地延伸，这在功耗、灵敏度和用于接通设备的时间方面具有若干优点。

此外，感测材料21的外表面的剩余部分S2由透气过滤器22、23涂覆，以便形成感测材料的涂覆贴片。例如，图1的传感器表现出单个涂覆贴片2，而图3的桥式传感器示出了三个涂覆贴片2a-2c。

贴片21的外表面的所述“剩余部分”S2指的是贴片21的没有以其它方式覆盖下部结构6、6a、27、29、3的任何部分，即，未暴露于支撑结构的任何部分。虽然它通常仅包括一个这样的剩余部分S2，如图1中所假设的，但是取决于贴片21的确切构造，所述剩余部分S2实际上可以包括两个或更多个不相交的部分。相同的考虑适用于其外表面的第一部分S1。这取决于支撑结构的复杂性和形状、贴片21的形状、后者是否部分地容纳在基板1的腔体中，等等。

因此，更一般地，透气过滤器22、23涂覆在贴片21的外表面的任何剩余部分S2上，即，涂覆在其没有以任何方式覆盖结构6、6a、27、29的任何部分上。即，过滤器22、23涂覆在未暴露于支撑结构6、6a的任何剩余表面部分上，以便使得能够从相对侧进行感测。过滤器22、23可以由涂覆在表面的所述剩余部分S2上的单层或多层组成，而第一部分S1如果也没有被涂覆则由支撑结构6、6a隐藏。因此，贴片21被隐藏在由支撑结构6、6a(或其子结构27、29)和过滤器22、23形成的物体中。

注意的是，如上所使用的词语“涂覆”、“覆盖”等是指本设备的结构方面，而不影响用于制造这些设备的制造步骤的顺序。但是，通常在已形成支撑结构之后，例如，通过在其上沉积或图案化贴片21来形成贴片21。

在实施例中，本传感器可以作为化学电阻器操作，其中MOX材料21响应于在过滤器22、23中发生的变化而改变其电阻，这允许某些分子到达MOX，从而导致感测材料21和分析物之间的化学相互作用。在其它实施例中，可以依赖于分析物的量热测定。在还有的其它实施例中，感测材料贴片可以用于两个目的，即：(i)作为在分析物存在时改变其电导率的化学电阻器；(ii)作为分析物的量热测定中的催化剂。

上述传感器优选地包括与其集成的电路系统，以加热加热器并执行电阻测量，即，测量贴片的电导率和/或电阻率。

可以提供具有不同过滤器、电极设计和/或MOX的多个贴片(或“像素”)，以伴随地感测若干种类型的气体分子，例如，如图2所示。像素的子集可以由在整个子集上延伸的单个过滤层涂覆，或者由可能具有不同组成的相应且不同的过滤层涂覆，以选择性地允许分子到达每个感测像素，如稍后详细讨论的。

氟化涂覆22、23保护MOX 21免受诸如酸或碱的侵蚀性化学品的影响，并进一步通过设计防止在MOX表面S2上积聚固体和液体。

值得注意的是，与现有技术中采用的解决方案(诸如在背景技术部分中描述的解决方案)相反，本发明的气体传感器1、1a的结构(其中过滤器22、23直接涂覆感测材料21)在敏感的MOX贴片层21和过滤器22、23之间不包括任何实质的气隙或与热绝缘体的其它分离。在敏感的MOX层21和过滤器22、23之间没有明显的死区体积使得制造过程变得容易(仅需要薄膜沉积)，同时它确保了传感器的快速响应时间。同时，并且如本发明人进一步认识到的那样，上述传感器仍然可以在中等温度(例如，低于300C)下安全但高效地操作，尽管没有隔离或间隙，但是这仍然防止了对含氟聚合物材料23的损害。

如本文所使用的含氟聚合物(诸如Teflon)可能不像通常用于MOX传感器的过滤器中的其它材料那样热稳定。但是，该问题通过传感器的相对较低的操作温度得以缓解。传感器可以被连续加热，或者如果需要，它可以通过短热脉冲间歇性地被加热。但是，结果得到的贴片的平均温度可以被维持在安全范围内，如对于防止损坏过滤器所需的。在所有情况下，目标气体的检测在相对低的温度(例如，低于300C(或甚至低于240C，或160C，如以下所讨论的))下已经是可能的，而已知的气体传感器通常在较高的温度下操作。

作为足以令人惊讶的示例，本发明人已观察到直接涂覆有含氟聚合物并在200C的最高温度下操作的MOX材料在感测方面提供比相同的未涂覆的MOX材料更好的结果，并且即使当MOX材料被加热到高于200C时也是如此。

现在参考图3B，除了图1、2和5之外，在实施例中，气体传感器1、1a还可以包括温度控制器。后者可以特别地被实施为集成在相同支撑结构(基板)中的CMOS电路4、4a，或者实施为连接到支撑结构6、6a的组件的外部组件118、120，参见例如图3B。但是，温度控制器优选地直接集成在支撑结构6、6a中，以卸载外部组件中的处理并允许更快的读出，如后面详细讨论的。

在所有情况下，温度控制器是连接到加热器5的电子电路或处理单元。温度控制器被配置为防止加热器5将涂覆贴片2、2a-2c加热到会损坏涂覆的温度，例如，超过300C的温度。温度控制器可以是可编程的，或以其它方式被设计(例如，被硬编码)以实现相同的功能。

注意的是，由于难以精确估计贴片处的温度，特别是因为加热器和贴片之间的热损失，上述300C的值可能会有±25C(或±10C，取决于所使用的方法)的准确度。如发明人所观察到的，高于其含氟聚合物层开始分解或以其它方式变得不稳定的临界温度实际上约为360C。因此，上限温度应该优选地不超过360C。但是更优选地，使用300C的上限，以有利于传感器的寿命。

假设所有其它参数是已知的或可确定的，那么可以确定由温度控制器传递的最大功率，以便防止贴片的温度超过该温度上限。在这种情况下，不需要反馈回路或任何其它有源温度监控。

在更复杂的变体中，温度控制器4、4a、118、120可以形成控制通过加热器5的电流的反馈回路，以便将贴片21的位置处的温度维持在期望值。即，气体传感器1、1a还可以包括布置在电阻MOX气体传感器1、1a中的温度传感器5，以便温度控制器能够估计涂覆贴片2、2a-2c的温度。温度传感器可以例如用于测量支撑结构上的所述贴片21的位置处的温度，从中可以外推涂覆贴片2、2a-2c的实际温度。该温度传感器可以是单独的组件。在变体中，并且如前所述，温度传感器可以形成另一个组件(例如，加热器5)的一部分。实际上，它也可以被并入到加热器5中，因为加热器的电阻也指示贴片的位置处的温度。在所有情况下，设备可以产生指示绝对温度或相对温度的信号。如果需要，可以使用若干个温度传感器。

因此，温度控制器4、4a、118、120可以连接到加热器5，并且如果需要，可以连接到温度传感器5。再次，温度控制器可以是电子电路或处理单元。它被配置为与加热器5(以及如果需要，与温度传感器)一起形成反馈回路，该反馈回路在操作中将所述贴片2、2a-2c的温度维持在期望值，例如，维持在基本恒定的值。

此外，在实施例中，气体传感器1、1a还可以包括评估单元4、4a、118、120。再次，评估单元可以特别地被实施为集成CMOS电路4、4a，或者被实施为外部组件118、120，参见图3B。但是，由于与前面关于温度传感器提到的相同的原因，它优选地直接集成在支撑结构6、6a中。评估单元4、4a、118、120可以类似地被视为电子电路或处理单元。它连接到传感器的电极3，以便从其接收信号，并相应地确定指示MOX材料21的电导率的值。在所有情况下，评估单元可以被编程(或可编程)、设计(例如，在硬件中)，或以其它方式适于确定这样的值，即，评估单元被配置为基于它从电极接收到的信号确定指示MOX的电导率的值。

如前所述，传感器的操作温度通常将设定在区间[100C，360C]中，或优选地设定在区间[100C，300C]中。温度上限和下限取决于使用的MOX和过滤器的热稳定性。它们可能再次具有通常在±10C和±25C之间变化的精确度。事实上，并且如可以被实现得那样，上限由过滤器中使用的含氟聚合物的热稳定性确定，该含氟聚合物通常会在高于360C的温度下例如通过氧化开始分解。相反，下限由必须充分被加热至“活性”的MOX材料确定。因此，为了应对所测量的温度的潜在的不准确性，本文提及的每个下限温度(例如，100C)可能需要增加例如25C，而本文提及的优选的温度上限(例如，360C、300C或160C或240C，见下文)在实践中可能需要降低相同的量，例如25C，以确保MOX具有足够的活性并防止损坏含氟聚合物。注意的是，由于过滤器22、23相对于MOX材料21的当前几何形状21-23，可以假设MOX材料和过滤器的温度在操作中是相同的。

MOX材料的类别可以允许较低的操作温度，使得在实施例中上述区间可以被缩小至[100C，240C]或甚至[150C，200C]。对于连续操作(在恒定温度下)，优选地将该温度维持在低于玻璃化温度(例如，对于Teflon AF 2400为240C或对于AF 1600为160C)。但是，MOX可以被间歇性地加热，而其平均温度可以被维持在期望的范围内。此外，贴片可能偶尔需要短时间加热到高于玻璃化转变温度的温度，例如，以清洁传感器，例如，以燃烧VOC残留物。

在实施例中，含氟聚合物23还可以包含聚合物(例如含氟聚合物或催化活性材料(MOX、锰氧化物、Pd、Pt等))的颗粒(填料)。使用填料有助于改善关于某些分析物的选择性属性。

更一般地，过滤层22、23在热、化学、机械和电稳定性方面应该表现出良好的性能。在实施例中，透气过滤器22、23包括一层或多层材料，该一层或多层材料包括含氟聚合物层23，如图1D中所看到的。含氟聚合物层23的平均厚度优选地在10nm和50μm之间，这对于大多数应用是足够的。更优选地，它在10nm和2μm之间，例如，以降低设备的高度并且易于集成。2μm的厚度仍然使得能够在实践中获得令人满意的选择性属性。

此外，贴片的感测材料的平均厚度优选地在0.1μm和50μm之间，并且更优选地在0.5μm和5μm之间。含氟聚合物层和/或感测材料的厚度以及不存在间隔或间隙使得减小了传感器的高度，这又使其易于集成到更大的设备中(例如，CMOS电路系统、用于集成到消费电子产品、智能电话或其它移动设备中)。此外，浅的传感器还优选地用于批量生产。

如本发明人进一步认识到的，使用厚度大于300nm的含氟聚合物层将基本防止诸如O₃或NO₂的反应性气体到达感测材料。因此，在实施例中，含氟聚合物层23的平均厚度在300nm和50μm之间，以阻止这种反应性气体的进入。这又使得即使在低浓度下也可以改善小分子(诸如H₂、CO、CH₄和C₂H₅OH)的检测。

相反，可以为含氟聚合物层23寻求10nm至300nm之间的厚度，以便特别地感测这种反应性气体。因此，在其它实施例中，含氟聚合物层23的平均厚度在10nm和300nm之间。例如，图7表示在感测臭氧时涂覆有各种厚度的AF含氟聚合物层的贴片(SnO₂，掺杂有1Wt％Pd)的测量电阻。贴片受臭氧的浓度脉冲的影响。如图7所示，与如在20:00:00和00:00:00时间戳之间所见的具有较薄的含氟聚合物层(小于300nm厚)的贴片相反，具有厚度大于300nm的过滤层23的贴片对气体性臭氧浓度的单个脉冲的反应刚好几乎是可辨别的。较厚的过滤器进一步使得难以感测逐渐增加的臭氧浓度(时间戳在00:00:00和06:00:00时间戳之间)，而更可辨别的逐步信号用更薄的(即，70和187nm)过滤层23观察。用其它材料的组成和维度进行的附加的实验表明300nm的厚度通常提供可以如实地感测反应性气体(例如，O₃、NO₂)的极限。

例如，特别有利的是使用其平均厚度在50nm和250nm之间的含氟聚合物层23，以及包含掺杂有0.01-1.0Wt％铂的SnO₂的MOX材料21，其对于感测臭氧产生特别良好的结果。以上掺杂剂的范围(以Wt％表示)表示掺杂剂的质量百分比(也称为重量百分比)的范围。例如，范围0.01-1.0Wt％是Pt掺杂剂与总混合物(掺杂SnO₂)的质量的比率乘以100的范围并且具有0.005的准确度。更一般地，铂和/或钯可以用作掺杂剂。

如前所述，在实施例中，除了含氟聚合物层23之外，透气性过滤器可以包括中间层22。在这种情况下，贴片21的外表面的剩余部分S2被中间层22涂覆，中间层22本身被含氟聚合物层23涂覆。中间层22通常是薄的，例如，在300nm和50μm之间。它优选地包含化学惰性材料。在变体中，它还可以包括催化惰性层，或者至少包括催化活性低于含氟聚合物23的层。催化活性可以例如通过热重分析进行测量。在其它变体中，它可以包含聚合物(例如，PTFE)。在实践中，应该优选地使用诸如SiO₂、MnO₂、Al₂O₃或PTFE的材料。

现在参考图2，并且根据另一方面，本发明可以被实施为多像素状气体传感器1a。即，传感器1a现在包括一组涂覆贴片2a-2c，其中每个贴片包括布置在支撑结构6a上或部分地容纳在支撑结构6a中，或者在其子结构27、29上并且由含氟聚合物层23涂覆的MOX材料(图2中不可见)。如图2所示，贴片可以布置在支撑结构6a的不同子结构27、29上。在变体中，贴片可以布置在支撑结构的相同上表面上(就像若干贴片平行地布置在图1的支撑结构上一样)。

此外，贴片2a-2c中的每一个的MOX材料与电极的子集电连通，这在图2中也是不可见的。由于在最顶部的介电层(在贴片2a-2c下方)中适当放置的窗口，电极可以例如电气地暴露于贴片2a-2c。此外，一个或多个加热器(在图2中不可见)与感测材料的贴片热连通。加热器可以例如由电极下面的金属层形成。

与图1的传感器一致，一个或多个透气过滤器22、23涂覆贴片2a-2c的MOX材料，其中过滤器22、23各自包含含氟聚合物23。每个贴片2a-2c的构造在其它方面类似于图1的贴片2。即，对于每个贴片2a-2c，其MOX材料的外表面的第一部分S1覆盖或涂覆支撑结构6、6a、27、29的一部分(例如，其子结构的一部分)，而外表面的其余部分S2由透气过滤器22、23涂覆。

以这种方式，获得感测材料的不同的涂覆贴片2a-2c。虽然可以并行使用类似的贴片，但是例如为了确定或细化感测值，贴片优选地在功能上不同。它们可能特别地在以下方面不同：(i)在它们各自的透气过滤器22、23的维度和/或组成方面；和/或(ii)在它们各自的MOX材料的维度和/或组成方面。此外，或者在变体中，由于电极的构造可能从一个贴片到另一个贴片不同，因此贴片可以在功能上不同。附带地，除了涂覆贴片2a-2c之外，多像素气体传感器还可以包括未涂覆贴片。

目的是能够伴随地和选择性地感测各种类型的气体分子。为了该目的，并且可以认识到的是，可以确实从一个贴片2a-2c到另一个贴片改变电极构造、MOX材料和/或过滤材料。

但是，最简单的是仅改变过滤器。即，气体传感器1a可以包括若干个不同的透气过滤器22、23，例如，每个都涂覆贴片的MOX材料的顶表面。以这种方式，获得完全不同的感测材料涂覆贴片2a-2c，其各自的透气过滤器22、23在维度和/或组成方面不同。因此，电极和加热器的制造不受影响。

可以预期用于贴片的各种构造。

-例如，可以依赖于一个或多个支持结构。

ο贴片可以例如布置成跨不同的子结构27、29，例如，假设桥接构造，如上面关于图2所讨论的，还参见下面的部分2.2。

ο在变体中，加热器、电极和贴片可以布置在支撑结构的同一表面上，即，为所有贴片形成共同的热板。

-而且，并且如图2中所假设的，不同的过滤层部分可以覆盖相应的MOX材料。过滤层部分和MOX材料中的一个或每个可以在维度和/或组成方面不同。

-在变体中，相同的过滤层可以覆盖MOX材料的两个或更多个(不同的)贴片，以形成部分不同的涂覆贴片。这种涂覆贴片在它们各自的MOX的维度和/或组成方面可能仍然不同。由于不同的电极构造，它们的功能可以进一步被区分。

-一些贴片可以例如包括中间层22，而其它贴片不包括，等等。

因此，可以预期使得能够选择感测到的分子的若干种构造。

本发明还可以被实施为例如包括以下中的一个或多个的装置：家庭自动化设备、消费电子设备、移动电子设备，特别是移动电话10(参见图3)、平板计算机或(智能)手表10a(图4)，包括根据上述任何实施例的电阻MOX气体传感器1、1a。针对移动设备的示例性实施例在部分2.3中更详细地讨论。

接下来，根据另一方面，本发明还可以被实施为操作电阻MOX气体传感器1、1a的方法(根据实施例)。这种方法的主要方面已经在前面描述过，并且在这里参考图10简要讨论。基本上，在该方法中，感测材料的涂覆贴片2、2a-2c被加热到操作温度，步骤S10，图10。同时，例如，由于评估单元4、4a、118、120，并且基于从电极接收到的信号S40，确定指示贴片的感测材料21的电导率的值(步骤S50)。步骤S40、S50可以在加热涂覆贴片的同时连续(即，重复)执行。

如前面所讨论的，贴片21优选地被加热到100C至300C之间的温度。特别地，可能想要在加热涂覆贴片的同时将涂覆贴片的温度维持在期望的值，例如，低于含氟聚合物的玻璃化转变温度。由于如前所述的反馈回路机制，这尤其可以实现。当然，这并不排除偶尔将传感器在较短时间内加热到高于含氟聚合物的玻璃化温度的温度例如以清洁传感器的可能性。此外，如前所述，间歇性加热是可能的。

最后，如果使用“多像素”气体传感器1a，则可以基于接收到的与不同类型的分子有关的信号S40来确定指示贴片的感测材料的电导率的值。不同类型的分子被一个或多个透气过滤器22、23过滤，并经由感测材料的不同的涂覆贴片2a-2c感测，如先前参考图2所述。

本方案使得可以清楚地区分传感器所暴露的(由过滤器22、23允许的)气体的浓度。例如，图6表示在暴露于硅氧烷之后，并且在感测到不同类型的气体分子(即，二氢和乙醇)时，感测材料的不同贴片(其可以用或不用氟聚合物涂覆)的电阻。每条曲线表示在200C下进行的测量。在测量之前，贴片已经暴露于硅氧烷。已知硅氧烷或更一般地挥发性Si化合物可能损坏MOX传感器，由此传感器的响应时间通常增加并且传感器信号减小。但是，这可以通过用含氟聚合物涂覆MOX材料来防止或至少减轻，如图6所示。如图6中看到的，从涂覆贴片获得的传感器信号基本不受影响，并且即使在暴露于硅氧烷几天之后也是如此。特别地，虚线曲线(对应于涂覆有含氟聚合物的MOX材料)显示出明确的逐步结构，反映了分析物(H₂，然后是乙醇)的浓度的逐渐增加，而响应时间没有明显影响。但是，未涂覆的传感器在暴露于硅氧烷之后显示出显著减少的传感器信号。此外，分析物的浓度的逐渐增加并未得到如实反映。因此，如从图6所理解的，使用直接涂覆MOX材料的含氟聚合物可以既改善传感器的性能又提高传感器的寿命。

图8和9图示了当感测不同类型的气体分子(即，二氢和乙醇)时温度对涂覆和未涂覆的MOX贴片的测量电阻的影响。在每种情况下，对于未涂覆贴片获得的信号的幅度小于为涂覆有含氟聚合物的贴片测得的信号的幅度(在每种情况下都使用Teflon AF)。虽然在200C下用未涂覆贴片获得的信号显示出逐步结构(再次反映分析物的浓度的逐渐增加)，但是与用涂覆贴片获得的信号的幅度不同，用未涂覆贴片获得的信号的幅度在较低温度(175C，图8)处崩溃。实际上，在低至100C的温度下仍然可以用涂覆贴片测量有意义的信号。MOX传感器的响应时间不受含氟聚合物涂覆的可测量影响。

上述实施例已经简洁地参考附图进行了描述，并且可以适应许多变体。可以预期上述特征的若干种组合。下一部分给出了示例。

2.具体实施例/技术实现细节

2.1膜构造中的传感器

本气体传感器可以被设计成使得具有通过膜的低热损失。为此目的，传感器可以包括半导体基板(诸如形成支撑结构6的主要部分的硅基板)，其具有顶表面和底表面以及在顶表面和底表面之间延伸的开口12，如图1中看到的。例如包括结构化介电层和金属或半导电层的一批材料层3、5可以设置在基板的顶表面上，例如，以便形成设备的导电引线和其它电气和电子组件。一些材料层在半导体基板的开口12上延伸，从而形成膜。此外，加热器5布置在膜上或膜中。可以相对于该暴露表面在与加热器相对的一侧上的膜的暴露表面上图案化感测材料的贴片。

此外，设备包括凹槽，该凹槽在基板中的开口延续并且在膜的位置处从下方延伸到该批材料层中，从而进一步减小膜的厚度并因此减少通过膜的热损失。

可以通过提供具有顶表面和底表面的半导体基板来制造这种类型的设备。将上述一批材料层施加到顶表面，并通过合适的结构化技术在该批材料层中形成加热器。此外，开口被蚀刻通过基板，从而形成由加热器的位置处的材料层形成的膜。此外，即，通过利用基板中的开口施加蚀刻剂，凹槽被蚀刻到该批材料层的底侧中。以这种方式，膜的厚度可以被进一步减小。

当与其中通常非常大批的材料层被施加到半导体基板上的现代CMOS工艺结合时，这种设计是特别有利的。即使在去除金属层的位置处，该批材料层也可具有10μm或更大的厚度。通过在膜中形成所述凹槽，可以优化膜的厚度。

2.2桥式构造中的传感器

本气体传感器可以以其它方式具有桥式构造，由此可以在低操作功率处获得高灵敏度。这种气体传感器1a包括：

-基板：该基板是例如形成支撑结构6a的主要部分的硅基板，参见图2，并为传感器提供机械框架。它可以可选地包括集成在其上的电路系统4a，特别是CMOS电路系统，更特别地，CMOS电路系统适于控制加热器并基于从电极接收到的信号从气体传感器读出。

-布置在所述基板中的凹槽或开口28：该凹槽或开口位于形成热板26的薄结构下方，从而使热板与基板热分离。

-在所述凹槽或开口上延伸并固定在所述基板中的桥29：该桥与热板形成薄结构，即，该桥包括具有热板的薄结构。通过借助于桥而不是连续的薄膜盖跨越凹槽或开口，热板和基板之间的热传导减小，从而允许在低操作功率处实现高温。另外，热质量减少，这允许快速改变热板的温度。该桥包括至少第一和第二金属层，该第一和第二金属层由至少一个介电层分离。介电层有利地是选自包括氧化硅、氮化硅、Al₂O₃和Ta₂O₅的组的至少一种材料。例如，该桥可以例如被锚固在凹槽的相对侧。

-布置在所述热板上的感测材料(MOX)的贴片2a-2c，其中每个MOX材料由相应的含氟聚合物层部分23涂覆，如图2中所假设的。即，不同的层部分23覆盖MOX中的每一个，以形成完全不同的贴片2a-2c。

-位于所述热板中的加热器(图2中不可见)，用于将热板加热到感测材料的操作温度。它由桥的第一金属层形成。

-位于所述热板中的电极(图2中不可见)，用于测量所述感测材料贴片的电属性，即，取决于待检测的至少一种气体分析物的电属性。电极至少部分地由桥的第二金属层形成。有利地，所有所述电极由第二金属层形成。

-布置在热板中的温度传感器(图2中未显示)。该温度传感器适于测量热板的温度，并且其信号可以用于细化测量和/或控制热板温度。在变体中，温度传感器功能可以由加热器提供，如前所述。

例如，图2示出了具有支撑结构6a的气体传感器1a，支撑结构6a包括赋予其机械属性的基板，特别是硅的基板。基板具有布置在其中的开口或凹槽28。桥29跨越该开口或凹槽。此外，基板承载集成的CMOS电路系统4a，例如，包括用于驱动加热器和处理来自电极和温度传感器的信号的电路系统。有利地，处理电路系统4a被集成在CMOS技术中，因为本部分中描述的整个设备与当前的CMOS制造工艺兼容。在结构6a的板上具有CMOS电路系统允许减少与基板的键合数量并增加信噪比。

每个桥29包括形成热板26的中心区域25和在中心区域26和基板之间延伸的两个臂27，从而将热板26悬挂在凹槽或开口28上方。

如在图2中可以看到的，对于每个桥29，有利地恰好有两个臂27，其中臂彼此共线地延伸并且中心区域25布置在它们之间。中心区域25否则是不稳定的，并且因此可能具有绕臂27的纵向轴线倾斜的趋势。因此，在变体中，中心区域25也可以由多于两个臂悬挂，从而以增加中心区域25和基板之间的热传导为代价更可靠地防止中心区域25相对于基板的倾斜。

感测材料的贴片2a-2c布置在每个热板26上。如果顶上的含氟聚合物过滤器允许，则MOX感测材料根据到达它的气体的组成改变至少一个电属性(特别是其电阻抗的实部或虚部)。可以测量属性的变化以便获得关于所述组成的信息。

2.3移动设备中的实现

根据实施例的气体传感器可以被集成在消费品中，诸如布、织物、手提包或移动设备10、10a(图3、4)。在下文中，假设气体传感器是集成在移动设备10、10a中的硬件组件的一部分。移动设备10、10a特别地可以是智能伴侣设备、移动电话10(如图3中所示)或智能手表10a(图4)。

在图3A中，移动电话的壳体包括具有屏幕11的前侧和如按钮12的其它接口元件，以供用户与电话10交互。在前侧还示出了用于扬声器的开口13。另外的开口14、15位于壳体的下侧壁处。在这些开口后面安装如麦克风和扬声器之类的组件是已知的。另一个开口16位于下侧壁处。如图3B中所示，开口16通向穿过壳体的内部的管状导管。

如图5中更好地看到的，气体传感器1优选地沿着导管安装，使得传感器的感测侧暴露于形成在导管内部的腔体中的空气24，导管与开口16外部的空气连通，从而气体传感器能够感测从开口16外部扩散并在导管内传播的气体分子。导管的实际尺寸和形状可取决于移动设备中可用于其的体积和传感器1的性质。但是，考虑到便携式移动设备的物理约束，开口的直径通常小于2或甚至1mm。

气体传感器1可以被实施为具有膜或桥构造的任何合适的气体传感器，例如，化学电阻器类型的气体传感器。可能涉及敏感元件(MOX层)和分析物之间的任何类型的相互作用，包括化学(例如，共价相互作用)、氢键、范德华力等。

由于开口的维度和导管的内部容积可能影响到达传感器1的气体分子的量，因此评估单元4、118、120可以配备有对该效应进行补偿的算法，或者以其它方式被配置为对这种效应进行补偿。

传感器可以安装在PCB(图中未示出)上，以进一步承载其它组件，诸如芯片(图中未示出)。此外，该芯片可操作地连接到移动设备10的一个或多个处理器120和/或传感器集线器118，以便执行步骤S10-S40(图10)的部分或全部，从而卸载处理器120和/或传感器集线器118中的处理。在有利的变体中，评估单元和温度控制器的功能可以直接在传感器1处实现，作为CMOS电路系统4。特别地，评估单元和温度控制器可以被实现为一个且同一个逻辑模块，例如，可以由主要专用于唯一气体传感器的芯片实现，或者直接由所述CMOS电路系统4实现，以便它执行步骤S10-S40的部分或全部，从而卸载该芯片或远程组件118、120中的处理。

2.2计算机化设备和计算机程序产品

可以适当地设计计算机化设备以实现如本文所述的本发明的实施例。在这方面，可以认识的的是，本文描述的方法基本是非交互的，即，自动化的。本文描述的方法可以被实现为软件(或更一般地，特别是可编程组件118、120所依赖的可编程指令，和/或逻辑操作)和硬件的组合，或仅用硬件实现。在示例性实施例中，本文描述的方法使用由合适的数字处理设备执行的软件或更一般地可执行程序或可编程指令。

例如，典型的电子设备10可以包括处理器120(图3B)和耦合到存储器控制器的存储器。处理器120是用于执行如例如加载在设备的主存储器中的软件的硬件设备。处理器120可以是任何定制的或商业上可用的处理器。上述CMOS电路系统、芯片和传感器集线器还可以被配置为执行计算机化指令或/和/或逻辑操作(其可以至少部分地被硬编码)。

存储器通常包括易失性存储器元件(例如，随机存取存储器)和非易失性存储器元件(例如，固态存储器)的组合。存储器中的软件可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令。存储器中的软件包括根据示例性实施例的本文描述的方法，并且如果需要，包括合适的操作系统(OS)。OS基本控制其它计算机(应用)程序的执行并提供调度、输入-输出控制、文件和数据管理、存储器管理以及通信控制和相关服务。它还可以控制由单元118和120以及CMOS电路系统4或专用于气体传感器1的芯片执行的任务的分配，如且如果这些部件需要的话。

本文描述的方法通常可以使用可执行程序、脚本，或更一般地，任何形式的可执行指令。

当设备10在操作中时，处理元件118、120中的一个或多个被配置为执行存储在设备10的存储器内的软件(可能单独的存储器元件可以专用于每个处理元件118、120)，以向存储器传送数据和从存储器传送数据，并且通常根据软件指令控制操作。本文描述的方法和OS由一个或多个处理元件读取，通常在其中缓冲并且然后执行。

设备10还可以包括耦合到显示器11的显示控制器。在示例性实施例中，设备10还可以包括用于耦合到网络的网络接口或收发器。

本文特别参考流程图(图10)描述了本发明的各方面。应该理解的是，表示步骤的至少一些方框、箭头或其组合可以通过计算机可读程序指令或者以其它方式通过逻辑操作来实现。

注意的是，流程图中的每个方框可以表示模块或指令的一部分，其包括用于实现其中指定的功能或动作的可执行指令。在变体中，方框中提到的功能或动作可以不按图中指定的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能和保留的算法优化，连续示出的两个方框实际上可以并行、同时或仍然以相反的顺序执行。每个方框及其组合可以充分地分布在诸如硬件加速器之类的专用硬件组件当中。

虽然已经参考有限数量的实施例、变体和附图描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，在给定实施例、变体中所述的或附图中示出的特征(类似设备或类似方法)可以与另一个实施例、变体或附图中的另一个特征组合或替换。因此可以预期关于任何上述实施例或变体描述的特征的各种组合，这些组合仍然在所附权利要求的范围内。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多微小的修改以使特定情况或材料适于本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。此外，可以预期除上面明确触及的许多其它变体。例如，可以预期除明确提到的那些之外的其它MOX材料。

Claims (20)

1.一种电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，包括

支撑结构(6，6a，27，29)；

感测材料的贴片(21)，包括金属氧化物材料(21)，所述贴片(21)布置在支撑结构(6，6a，27，29)上或部分容纳在其中；

电极(3)，与贴片(21)电连通；

加热器(5)，与贴片(21)热连通；以及

选择性透气过滤器(22，23)，

其中：

选择性透气过滤器(22，23)包括含氟聚合物(23)；

贴片(21)的外表面的第一部分(S1)覆盖支撑结构(6，6a，27，29)的一部分；以及

所述外表面的剩余部分(S2)由选择性透气过滤器(22，23)涂覆，以便形成感测材料的涂覆贴片(2，2a-2c)。

2.根据权利要求1所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，还包括：

温度控制器(4，4a，118，120)，

其中温度控制器(4，4a，118，120)

是连接到加热器(5)的电子电路或处理单元，并且

被编程、设计、调配或配置为防止加热器(5)将涂覆贴片(2，2a-2c)加热到超过300C的温度。

3.根据权利要求1所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，还包括：

温度传感器(5)，布置在电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)中，用于估计涂覆贴片(2，2a-2c)的温度，其中温度传感器优选地形成加热器(5)的一部分；以及

温度控制器(4，4a，118，120)，连接到加热器(5)并且如果需要，连接到温度传感器(5)，

其中温度控制器(4，4a，118，120)

是电子电路或处理单元，并且

被编程、设计、调配或配置为与所述加热器(5)并且在必要时与所述温度传感器一起形成反馈回路，以便在操作中将所述涂覆贴片(2，2a-2c)的温度维持在低于含氟聚合物的玻璃化转变温度的基本恒定的值。

4.根据权利要求3所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，其中，

所述反馈回路是为了在操作中将所述涂覆贴片(2，2a-2c)的温度维持在100C和240C之间，并且优选地在150C和200C之间的基本恒定的值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，其中所述含氟聚合物(23)包括Teflon，优选地为无定形氟塑料Teflon，并且更优选地为Teflon AF1600或Teflon AF 2400。

6.根据权利要求1或5所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，其中：

所述选择性透气过滤器(22，23)包括一层或多层材料，该一层或多层包括含氟聚合物层(23)，含氟聚合物层(23)包含所述含氟聚合物；以及

含氟聚合物层(23)的平均厚度在10nm和50μm之间，并且优选地在10nm和2μm之间。

7.根据权利要求6所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，其中，

含氟聚合物层(23)的平均厚度在300nm和50μm之间。

8.根据权利要求6所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，其中，

含氟聚合物层(23)的平均厚度在10nm和300nm之间。

9.根据权利要求8所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，其中，

含氟聚合物层(23)的平均厚度在50nm和250nm之间，并且

所述金属氧化物材料(21)包括掺杂有0.01-1.0Wt％铂和/或钯的SnO₂。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，还包括评估单元(4，4a，118，120)，

其中，

评估单元(4，4a，118，120)是连接到所述电极(3)以从中接收信号的电子电路或处理单元，并且被编程、设计、调配或配置为基于从电极接收到的信号确定指示金属氧化物材料(21)的电导率的值。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，其中贴片(21)的感测材料的平均厚度在0.1μm和50μm之间，并且优选地在0.5μm和5μm之间。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，其中所述选择性透气过滤器包括所述含氟聚合物层(23)和中间层(22)，其中贴片(21)的外表面的所述剩余部分(S2)由中间层(22)涂覆，中间层(22)由含氟聚合物层(23)涂覆。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，其中外表面的第一部分(S1)涂覆支撑结构(6，6a，27，29)的所述部分。

14.一种电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，包括：

一个或多个支撑结构(1，27，29)；

感测材料的一组贴片(21)，其中每个贴片包括金属氧化物材料(21)并且布置在所述一个或多个支撑结构之一上或部分地容纳在所述一个或多个支撑结构之一中；

一组电极(3)，每个贴片与电极(3)的子集电连通；

一个或多个加热器(5)，与感测材料的贴片(21)热连通；以及

一个或多个选择性透气过滤器(22，23)，

其中：

所述一个或多个选择性透气过滤器(22，23)各自包含含氟聚合物(23)；

贴片中的每个贴片的外表面的第一部分(S1)覆盖所述一个或多个支撑结构(1，27，29)中的相应一个的一部分；

贴片(21)中的每个贴片的外表面的剩余部分(S2)由所述一个或多个选择性透气过滤器(22，23)中的一个涂覆，以便形成感测材料的不同的涂覆贴片(2a-2c)；以及

所述不同的涂覆贴片在各自选择性透气过滤器(22，23)和/或各自金属氧化物材料的维度和/或组成方面不同，或者所述不同的涂覆贴片与电极的具有不同构造的各个子集电连通。

15.根据权利要求14所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，包括若干不同的选择性透气过滤器(22，23)，其中

贴片中的两个或更多个贴片的外表面的剩余部分(S2)由若干不同的选择性透气过滤器(22，23)中的相应一个涂覆，以形成感测材料的不同的涂覆贴片(2，2a-2c)，这些贴片(2，2a-2c)各自的选择性透气过滤器(22，23)在维度和/或组成方面不同。

16.一种电子设备，诸如家庭自动化设备、消费电子设备、移动电话、平板计算机或手表，包括根据权利要求1至15中任一项所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)。

17.一种操作根据权利要求1至15中任一项所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)的方法，所述方法包括：

加热感测材料的涂覆贴片(2，2a-2c)；以及

在加热涂覆贴片的同时，基于从电极(3)接收到的信号确定指示贴片的感测材料(21)的电导率的值。

18.根据权利要求17所述的方法，其中

贴片(21)被加热到在100C至300C之间的温度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中

加热感测材料的涂覆贴片还包括将所述涂覆贴片的温度维持在低于含氟聚合物的玻璃化转变温度的期望值。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，用于操作根据权利要求14或15所述的电阻金属氧化物气体传感器(1，1a)，所述方法包括：

接收(S40)与如由所述一个或多个选择性透气过滤器(22，23)过滤并经由感测材料的不同的涂覆贴片(2，2a-2c)感测到的不同类型的分子有关的信号。