CN111896494A - 传感器设备和检测气体中的成分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传感器设备和检测气体中的成分的方法，传感器设备包括限定基底平面(4)的平面基底(3)和用于引导电磁波的波导(2)。波导(2)在平行于基底平面(4)的波导平面(4’)中在长度方向上延伸，并具有宽度(W，w)和高度(h)，其中宽度(W，w)与高度(h)的比大于5。波导(2)的高度(h)小于电磁波的波长。波导(2)由沿着波导(2)的长度方向从基底(3)延伸到波导(2)的支撑结构(5)支撑在基底(3)上，支撑结构(5)具有的宽度(Ws)小于波导(2)的宽度(W，w)。本发明还涉及检测气体中的成分的方法和制造传感器设备(1)的方法。
Description
本申请是申请日为2016年6月27日，申请号为201680037187.X，发明名称为“传感器设备和检测气体中的成分的方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及包括用于引导电磁波的波导的传感器设备，并且涉及检测诸如气体的流体中的成分的方法。
背景
使用在可见或红外(IR)波长范围内的各种气体的吸收带的光学感测是已建立的方法。可以用反射镜在空腔中测量吸收，以便实现比空腔的物理尺寸更长的有效相互作用长度。这种方法受到反射镜中的光损耗的限制。对于IR，源常常是宽带白炽灯。为了获得光谱分辨率，于是需要光谱分析。检测器可以是基于热或半导体的光子检测器。
为了制造具有长光路长度的敏感设备，必须使用高质量的反射镜，或者物理路径且因此设备尺寸必须长。对于许多应用来说，低气体流量和气室的大体积限制了传感器的响应速度。
US 2014/0264030 A1描述了用于中红外感测的方法和装置。
WO 2008/125797 A1描述了使用在波导和凹槽之间的倏逝波耦合的波导设备。
发明概述
本发明的目的是减少现有技术的缺点。特别是，其目的是提供一种传感器设备，该传感器设备在维持足够的灵敏度以检测气体中的成分的同时可以较小。
因此，本发明涉及一种传感器设备，其包括：
限定基底平面的平面基底，
用于引导电磁波的波导，该波导在平行于基底平面的波导平面中在长度方向上延伸，该波导具有在垂直于长度方向的方向上的在波导平面中的宽度和在垂直于长度方向的方向上的从波导平面出来的高度，其中宽度与高度的比大于5，
其中，波导的高度小于电磁波的波长，以及
其中，波导在波导的支撑点处由沿着波导的长度方向从基底延伸到波导的支撑结构支撑在基底上，支撑结构具有比波导的宽度小的宽度，并且其中波导的宽度沿着波导的长度方向变化，并且其中支撑结构的宽度沿着波导的长度方向相应地变化。
因此，提供了一种改变支撑结构的尺寸的简单方式，其也能够将支撑结构的宽度减小到支撑结构被移除时的程度。因此，支撑物可以沿着波导的长度定制。支撑结构的宽度的逐渐变化还具有减少在波导中传播的电磁波的反射的优点。
由此提供传感器设备，其可以小型化，同时维持良好的灵敏度以检测气体中的成分。波导的特征规定引导具有在波导核心外的倏逝场的电磁波。由于波导和支撑物的尺寸特征，该设备可以用平面微制造技术以减少的光损耗被制造。光损耗可以减少，因为波导的上表面的平面性可以被很好地控制，而横侧表面上的损耗可由于高的宽度与高度的比而减小。
宽度与高度的比可以大于10或大于20。支撑结构在波导的支撑点处的宽度可以小于波导的宽度的一半、小于波导的宽度的1/4或小于波导的宽度的1/10。优选地，支撑结构在波导的支撑点处的宽度小，以减少通过支撑结构的光损耗。支撑结构可以有具有从支撑物到波导减小的横截面宽度的形状，以使支撑结构在机械上更加刚性。
波导可以沿着长度方向的至少第一部分被支撑，其中波导和因此支撑结构的宽度减小，使得波导沿着长度方向的至少第二部分自由悬挂。
因此，波导的较大部分可能受到周围气体的影响，并且通过支撑物的任何光损耗可能减少。
用于制造波导和支撑结构的有用方法是使用蚀刻。当使用蚀刻时的重复性受到限制。因此，存在对在蚀刻方向上支撑结构的最小可能的尺寸的限制。作为减小在支撑结构与波导之间的接触面积的方法，传感器设备可以在波导沿长度方向的多个部分自由悬挂的情况下被布置，使得多个支撑柱被形成，其中从支撑柱的中心到相邻支撑柱的中心的距离沿长度方向变化。通过使中心到中心距离变化，可以避免在传播的波与在支撑物处反射的波之间的不需要的相长或相消干涉。支撑物的中心到中心距离可以是随机化的。
该设备可以包括将力施加到波导的自由悬挂部分以便使波导偏转的装置。
因此，可以通过波导的偏转来调制通过波导传播的电磁波。可以通过在基底和波导之间至少在波导的自由悬挂的第二部分处施加电势来提供力，以便相对于基底使波导偏转。可选地，可以通过热致动、压电致动等来施加力。
波导可以包括沿着波导的长度方向的至少一个间隙，该至少一个间隙小于电磁波的波长，优选地小于电磁波的波长的1/5或1/10。
因此，波导可以设置有热阻碍和/或电阻碍，其仍允许电磁辐射以低损耗透射。这可以用来阻止从波导的一部分到波导的另一部分的热或电干扰的传播。
该设备可以包括辐射热源，该辐射热源被定位成将来自辐射热源的电磁波耦合到波导中，辐射热源具有小于电磁波的波长的1/5的延伸。
这种小的辐射热源具有能够位于波导的倏逝场内的优点，在发射器的近场与波导模之间产生强烈的重叠。由于相对于波长的小的延伸，它也充当部分偏振的辐射源。这可以用来激发波导中的优选传播模式。
在波导的横截面中，辐射热源可以定位为与波导的距离在所述电磁波的一个波长内，以便激发在波导中的优选传播模式，优选地与波导的距离在电磁波的波长的1/5内。
辐射热源可以邻接波导或者其中辐射热源与波导间隔开。
使辐射热源邻接波导的优点在于波导将起作用来传导来自辐射源的热。因此，激发热源的激发频率可能很高。另一方面，使辐射热源与波导间隔开可以减小热质量并因此提高能量效率。
传感器设备可以包括检测元件，该检测元件被定位成将来自波导的电磁波耦合到检测元件。检测元件可以是基于热或半导体的光子检测器。
因此，通过波导传播的电磁波可以从波导耦合到检测元件，以检测由波导周围的气体成分的任何吸收。
在波导的横截面中，检测元件可以定位为与波导的距离在电磁波的一个波长内，以便检测在波导中的优选传播模式，优选地与波导的距离在电磁波的波长的1/10内。
因此可以改善在波导中的优选传播模式与检测元件之间的耦合。
检测元件可以邻接波导，从而增加了检测的频率范围。可选地，检测元件可以与波导间隔开，从而减小元件的热质量。
波导可以包括周期性结构，优选地在波导的长度方向上是周期性的结构。
因此，该结构可以充当光栅以在期望方向上引导传播的电磁波。例如，光栅可用于当将来自激发热源的电磁能耦合到波导中时将电磁波引导到波导的方向。光栅可用于例如当将来自波导的电磁能耦合到检测元件时将电磁波从波导引导出。
周期性结构可以包括衍射元件，诸如波导中的凹槽或开口、波导尺寸的变化、波导的材料变化或沉积到波导上的结构。
周期性结构可以通过向后引导特定波长的光或从波导中引导特定波长的光而用作波长滤波器，同时选择性地允许其他波长的透射。
辐射热源和/或检测元件可以被包括在周期性结构中。检测元件可以具有小于电磁波的波长的1/5的延伸。因此检测元件可以合并在周期性结构中。
这可以用于增加在辐射热源和/或检测元件与波导之间的电磁耦合。
波导可以是具有在0.4-10μm的波长范围内的高折射率和低光损耗或者在1.2-7μm下甚至更小的光损耗的单晶硅。可选地，波导可以包括其他材料，例如锗、硅锗、氮化硅、蓝宝石和金刚石。
波导可以由第一组分的材料制成，并且支撑物可以由第二组分的材料制成。在电磁波的波长处，第一材料中的折射率可以高于第二材料中的折射率。第一组分的材料可以是例如单晶硅，并且第二组分的材料可以是二氧化硅。
第一组分的材料可以独立于第二组分的材料来选择。
如上所述，第一组分的材料可以选自锗、硅锗、氮化硅、蓝宝石和金刚石。
因此，在波导和支撑物之间的光损耗可以减小。
基底、支撑物和波导可以由包括硅基底、二氧化硅层和硅设备层的SOI晶片形成，其中SOI晶片的硅基底形成设备的基底，SOI晶片的二氧化硅层形成设备的支撑物，并且SOI晶片的硅设备层形成设备的波导。
波导和支撑物可以形成T形横截面结构。
因此，波导在减小在波导与支撑物之间的光损耗的同时可以被支撑。
电磁波的波长可以在0.4-10μm的范围内，优选地在1.2-7μm的范围内。更优选地，电磁波的波长在3-7μm的范围内。在3-7μm的波长范围内，使支撑物的影响最小化很重要。
因此，可以使用电磁波来检测波导周围的材料中的一个或更多个成分。波导周围的材料可以是例如气体或液体。
本发明还涉及一种气体传感器设备，其包括如本文所公开的用于检测与波导接触的气体中的至少一个成分的传感器设备。气体中的至少一个成分包括一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮、水蒸气、碳氢化合物、氨、含氯氟烃和/或CFS:s。传感器设备可以可选地是包括如本文所公开的传感器设备的液体传感器设备，用于检测与波导接触的液体中的至少一个成分。
本发明还涉及一种检测气体中的成分的方法，其包括：
提供如本申请上述的传感器设备，
提供与波导接触的气体，
将电磁波传输到波导的第一部分中，
允许电磁波与波导周围的电磁波的倏逝波的区中的气体相互作用，
在波导的第二部分处检测电磁波，以及
基于检测到的电磁波来检测气体中的成分。
因此，甚至在低气体体积和/或低气体流量下也可以检测到气体中的成分。
可选地，本发明涉及检测与波导接触的液体中的成分的相应方法。
传感器设备可以包括辐射热源，其定位成使得将来自源的电磁波耦合到波导中，该源具有小于电磁波的波长的1/5的延伸，其中通过用交流电激发辐射热源来提供电磁波，其中交流电具有高于从源到检测器的热传导和/或对流路径的热截止频率的频率，从而防止热波从源到检测器的传播，同时允许电磁辐射的传播。热可以不仅通过波导而且还通过基底和甚至空气被传导和/或对流。
本发明还涉及一种制造如本文所公开的传感器设备的方法，其包括：
提供晶片，
在晶片中制造波导，以及
在晶片中制造支撑结构。
通过使用材料的平面晶片，传感器设备可以小型化并且在晶片中被批量制造。因此，通过同时制造具有几个设备的晶片，可以降低制造成本。
该方法可包括：
提供包括基底层、中间层和设备层的晶片，
在设备层中制造波导，以及
在中间层中制造支撑结构，
其中该基底层形成该设备的基底。
因此，不同的层提供设备的不同部件(即，波导、支撑结构和基底)的简单制造。为了制造和/或操作传感器设备的目的，可以优化不同层，例如可以选择具有合适的光学性质的设备层的材料，可以选择具有减少通过支撑物的光损耗的光学性质的在中间层中的材料。在设备层和中间层中的材料可以被选择为有具有合适的制造选择性的材料性质，例如，如果设备通过湿法或干法蚀刻制造则是合适的蚀刻选择性。
波导可以通过蚀刻在设备层中形成，并且其中通过对波导欠蚀刻(under-etching)来在中间层中形成支撑结构。
因此，可以通过适合于批量处理的相对简单的制造技术来制造传感器设备。通过沉积保护层等，可以通过材料的蚀刻选择性来保护波导免受欠蚀刻。
晶片可以是包括硅基底、二氧化硅层和硅设备层的SOI晶片，其中SOI晶片的硅基底对应于基底层，SOI晶片的二氧化硅层对应于中间层，以及SOI晶片的硅设备层对应于设备层。
因此，晶片的材料适合于如本文所公开的传感器设备的批量制造和操作。硅设备层具有在红外区中的合适的光学性质，中间二氧化硅层具有合适的光学性质以减少光损耗，并且材料例如通过由缓冲氢氟酸(BHF)蚀刻二氧化硅来提供蚀刻选择性，其中蚀刻选择性非常高。
波导可以被保护免受蚀刻，并且其中在制造波导之后支撑结构被蚀刻。通过蚀刻停止材料或通过掺杂，可以保护波导免受蚀刻。
附图简述
现在将参考附图描述本发明的各种实施方式，其中：
图1示出了由基底支撑的波导的横截面视图。
图2示出了自由悬挂在基底之上的波导的横截面视图。
图3示出了显示具有支撑和自由悬挂的部分的波导的一部分的顶视图。
图4是由基底支撑的另一波导的横截面视图；
图5示出了辐射热源和检测元件。
图6示出了具有周期性结构和辐射源的波导的一部分。
图7(a)和图7(b)示出了包括波导、辐射热源和至少一个检测元件的气体传感器设备的两个示例。
图8示出了检测气体中的成分的方法。
图9示出了制造传感器设备的方法。
实施方式的详细描述
本发明涉及一种传感器设备，其包括用于引导具有波长λ的电磁波的波导。电磁波的波长在0.4-10μm的范围内，优选地在1.2-7μm的范围内。在图1中示出了根据一个实施方式的传感器设备1的波导2的一部分的横截面。该设备包括形成用于传感器设备的支撑物的基底3。基底为材料的平面晶片的形式并限定基底平面4。波导在平行于基底平面4、即垂直于图1的横截面视图的波导平面4’中在长度方向上延伸。
波导具有在垂直于长度方向的方向上在波导平面中的宽度W和在垂直于长度方向的方向上从波导平面出来的高度h。波导的重要特征在于宽度和高度的比W/h大于5。由于这些尺寸特征，可以用平面制造技术从材料(诸如硅)的晶片制波导造。因此波导的主要表面(即，在波导的宽度上延伸的)可以被制造得非常平滑。由于波导的尺寸特征，波导的次要表面(即，在波导的高度上延伸的)对波导的光学性能有较小的影响。由于制造问题，这些次要表面比主要表面更不规则。
波导2由沿着波导的长度方向从基底延伸到波导的支撑结构5支撑在基底3上。支撑结构5在波导的支撑点处具有宽度Ws，其小于波导的宽度W。因此可以减少通过支撑结构5的光损耗。在所示的实施方式中，支撑物的宽度朝着基底逐渐增加，这提供了机械上更坚固的结构。
波导的高度h小于波导被设计来引导的电磁波的波长λ。因此，提供了可用于引导电磁波的波导，能量的大部分作为倏逝波传播，在波导中存在低水平的光损耗。
波导的宽度可以沿着波导的长度方向变化。这在图2中示出，其中波导从上方示出。图1中所示的横截面对应于具有波导的宽度W的平面A---A。通过使用用于制造设备的微制造技术，例如材料的湿法蚀刻或干法蚀刻，支撑物的宽度相应地沿着波导的长度方向变化。因此，在波导的另一部分处，在B---B处，波导的宽度是w，其小于W。然后，支撑结构5的宽度Ws减小，以使波导自由悬挂。波导沿长度方向的多个部分自由悬挂，使得形成多个支撑柱21。因此，支撑结构5包括多个支撑柱21。从支撑柱的中心到相邻的支撑柱21的中心的距离d(即，中心到中心距离)沿长度方向变化。通过使中心到中心距离d变化，可以避免在传播的波与在支撑物处反射的波之间的不需要的相长或相消干涉。在支撑柱之间的中心到中心距离d可以是随机化的。
在图3中，示出了对应于图2中的截面B-B的传感器设备的波导2的一部分的横截面。波导2的宽度是w，且高度是h。当与图1相比时，从基底3延伸的支撑结构5通过减小波导的宽度而减小。因此，可以提供沿着长度方向的至少第一部分被支撑的波导，并且波导沿长度方向的至少第二部分自由悬挂。
此外，在图3中示出了传感器设备，该设备可以包括对波导的自由悬挂部分施加力的装置。这被示为在基底和波导的自由悬挂部分之间施加电压电势的装置。可以使用这种力来使波导偏转，这可以用于调制通过波导传播的电磁波。
如图2中进一步所示的，波导可以包括沿着波导的长度方向的一个或更多个间隙7。间隙小于电磁波的波长，优选地小于电磁波的波长的1/5。间隙可以用作热或电的障碍物，同时仍然提供电磁波的传播。
如图1所示，波导和支撑物形成T形横截面结构。根据一个实施方式，支撑结构5具有在波导的横截面中的均匀的宽度，形成如图4所示的T形。
在图5中，集成在波导2的部段上的辐射热源10的示例。辐射热源包括越过波导延伸并连接到用于连接电流源的一对电连接垫11的电线源。电线具有越过波导延伸的长度和小于电磁波的波长的1/5的宽度。辐射热源定位在波导的表面上，使得将来自源的电磁波耦合到波导中。因此，源被定位为与波导的距离在电磁波的一个波长内，以便激发波导中的优选传播模式。
以类似的方式，传感器设备包括检测元件，该检测元件被定位成将来自波导的电磁波耦合到检测元件。图5可用于说明辐射热检测元件，因为结构类似于辐射热源。在波导的横截面中，检测元件定位为与波导的距离在电磁波的一个波长内，以便检测在波导中的优选传播模式，优选地与波导的距离在电磁波的波长的1/5内。检测元件邻接波导或者与波导间隔开。
如图6所示，波导2可以包括在波导的长度方向上是周期性的结构8，如被示为具有周期为p的以切口(cut-out opening)9的形式的多个衍射元件。可选地，衍射元件可以包括波导中的凹槽或开口、波导尺寸的变化、波导的材料变化或沉积到波导上的结构。周期性结构8可以包括辐射源10，并且周期性结构可以用作具有周期的光栅，其可以被配置为在波导的长度方向上引导电磁能量。类似地，检测元件可以被包括在周期性结构中。
波导2的材料可以是单晶硅，其具有在0.4-10μm的波长范围内的良好的光学性质，或在1.2-7μm的波长范围处的甚至更好的光学性质。设想波导由第一组分的材料制成并且支撑结构5由第二组分的材料制成。优选地，在电磁波的波长处，第一材料中的折射率高于第二材料中的折射率。因此，支撑结构5可以例如由二氧化硅制成，其由于折射率的差异将减少从波导到支撑结构的光损耗。
根据一个示例，传感器设备的基底3、支撑结构5和波导2由包括硅基底、二氧化硅层和硅设备层的绝缘体上硅(SOI)晶片形成。SOI晶片的硅基底形成设备的基底，SOI晶片的二氧化硅层形成设备的支撑结构5，以及SOI晶片的硅设备层形成设备的波导。
在图7(a)和图7(b)中，示出了包括用于检测气体中的至少一种成分的传感器设备的气体传感器设备的两个示例。在图7(a)中，气体传感器设备用于检测气体中的一种成分。传感器设备包括在如前文公开的支撑结构5上的波导2，其形成为双螺旋并因此在小区域上提供非常长的波导。作为可选方案，波导可以具有曲折形状或其他螺旋形状。传感器设备还包括在波导的第一部分处的辐射热源10和在波导的第二部分上的检测元件13。辐射源由电流源12驱动以生成耦合到波导中的特定频率的电磁波。电磁波沿着波导传播，具有在波导周围的空间中作为倏逝波传播的大部分的能量。在这个空间中以及在沿着波导的倏逝波的区中，具有对应于电磁波的波长的吸收的峰值的气体的任何成分将吸收来自传播的波的能量。在选定频率下的电磁波中的能量的量将由检测元件检测，并且将是气体的成分的量和/或存在的度量。
在图7(b)中，示出了用于检测气体(气体1、气体2和气体3)的三种不同成分的类似的气体传感器设备。气体传感器设备与图7(a)所示的设备不同之处在于，辐射热源被配置为发射对应于气体的多于一个成分的吸收峰值的几个波长的电磁波。在沿着波导的电磁波的倏逝波的区中的气体(气体1、气体2和气体3)的三个成分中的任何一个的存在(和量)将被检测为能量的吸收。气体的每个成分可以由专用检测元件13、13'、13”检测。检测元件可以由波长选择设备(诸如，光栅)耦合到波导，以分接(tap off)传播的电磁波的选定波长。
有如所公开的传感器设备后，在图8中示出了检测气体中的成分的方法。方法800包括提供如本文所公开的传感器801、提供与波导接触的气体802以及将电磁波传输到波导的第一部分中803的步骤。电磁波通过波导传播，具有沿着波导作为倏逝波传播的大部分的电磁能。该倏逝波与波导周围的区中的气体相互作用804，其吸收在电磁波的特定频率处的能量。此后，由在波导的第二部分处的检测元件检测电磁波805。从特定的吸收谱可以检测到气体中的成分806。
传感器设备1包括如图5所示的辐射热源10，其定位成将来自源的电磁波耦合到波导中。该源具有小于电磁波波长的1/5的延伸。通过用交流电激发辐射热源来提供电磁波，其中交流电具有高于从源到检测器的热传导和/或对流路径的热截止频率的频率，从而防止从源到检测器的热波的传播，同时允许电磁辐射的传播。
气体中的成分可以例如包括一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮、水蒸气、碳氢化合物、氨和/或含氯氟烃。
在图9中公开了一种制造传感器设备(a)的方法。该方法包括提供包括基底层、中间层和设备层的晶片的步骤(b)。晶片可以是包括硅基底、二氧化硅层和硅设备层的SOI晶片。用光刻胶作为刻蚀掩模通过光刻法和干法刻蚀在设备层中制造波导，(c)和(d)。通过湿法各向同性蚀刻(即，波导的欠蚀刻)在中间层中制造支撑结构5(e)。最后，去除光刻胶蚀刻掩模(f)。根据波导的宽度，可以控制支撑结构5的宽度，如图的左手侧和右手侧所示，并且波导可以自由悬挂在沿着波导的部分处。晶片的基底层形成设备的基底。SOI晶片的硅基底对应于基底层，SOI晶片的二氧化硅层对应于中间层，以及SOI晶片的硅设备层对应于设备层。
可选地，可以通过制造波导并通过沉积蚀刻停止材料保护波导免受蚀刻来制造波导和支撑结构5。之后，可以蚀刻支撑结构5。作为另一可选方案，用于在晶片中形成波导的材料可以被掺杂，以便为波导和周围材料的蚀刻提供蚀刻选择性。
Claims (18)
1.一种传感器设备，包括：
限定基底平面(4)的基底(3)和用于引导电磁波的波导(2)，
所述波导(2)在平行于所述基底平面(4)的波导平面(4’)中在长度方向上延伸，
所述波导(2)具有在垂直于所述长度方向的方向上的在所述波导平面(4’)中的宽度(W，w)和在垂直于所述长度方向的方向上的从所述波导平面(4’)出来的高度(h)，
其中，所述传感器设备包括在所述基底(3)上支撑所述波导(2)的支撑结构(5)，
其中，所述波导(2)的高度(h)小于所述电磁波的波长，
其中，所述波导(2)沿着其长度方向上的至少第一部分由所述支撑结构(5)支撑在所述基底(3)上，所述波导(2)沿着其长度方向上的至少第二部分自由悬挂，以及
其中，所述波导(2)由第一组分的材料制成，并且所述支撑结构(5)由第二组分的材料制成。
2.根据权利要求1所述的传感器设备，其中，所述波导(2)的宽度(W，w)的至少一部分与高度(h)的比大于5。
3.根据权利要求1或2所述的传感器设备，其中，所述支撑结构的至少一部分在所述波导(2)的支撑点处具有比所述波导(2)的宽度(W，w)小的宽度(Ws)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的传感器设备，其中，所述波导(2)的至少一部分的宽度(W，w)沿着所述波导(2)的所述长度方向变化。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的传感器设备，其中，所述支撑结构(5)的宽度(Ws)沿着所述波导(2)的所述长度方向的至少一部分相应于所述波导(2)的宽度而变化。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的传感器设备，其中，所述波导(2)的至少一部分的横截面形状为矩形。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的传感器设备，其中，所述支撑结构(5)的一部分沿着所述波导(2)的所述长度方向上的至少所述第二部分存在，以此方式使得所述波导(2)自由悬挂。
8.根据权利要求6或7所述的传感器设备，其中，所述基底(3)由所述第一组分的材料制成。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的传感器设备，其中，所述支撑结构(5)包括多个支撑柱(21)，使得所述波导(2)沿着所述长度方向上的多个部分自由悬挂，并且从一个支撑柱(21)的中心到相邻的支撑柱(21)的中心的距离沿着所述长度方向而变化。
10.根据权利要求9所述的传感器设备，其中，所述支撑结构(5)的一部分存在于所述多个支撑柱(21)的相邻支撑柱(21)之间，以便使所述波导(2)沿着所述长度方向上的多个部分自由悬挂。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的传感器设备，其中，所述传感器设备包括辐射热源(10)，所述辐射热源被定位成使得将来自所述辐射热源(10)的电磁波耦合到所述波导(2)中，所述辐射热源(10)的宽度小于所述电磁波的一个波长的1/5。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的传感器设备，其中，所述传感器设备包括检测元件(13，13’，13”)，所述检测元件被定位成使得将来自所述波导(2)的电磁波耦合到所述检测元件。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的传感器设备，其中，所述波导(2)包括周期性结构(8)，所述周期性结构(8)包括衍射元件(9)。
14.根据权利要求13所述的传感器设备，其中，所述传感器设备包括所述辐射热源(10)和所述检测元件(13，13’，13”)，所述辐射热源(10)被定位成使得将来自所述辐射热源(10)的所述电磁波耦合到所述波导(2)中，并且所述检测元件(13，13’，13”)被定位成使得将来自所述波导的电磁波耦合到所述检测元件，并且其中，所述辐射热源(10)和/或所述检测元件被包括在所述周期性结构(8)中。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的传感器设备，其中，在所述电磁波的波长处，所述第一组分的材料中的折射率高于所述第二组分的材料中的折射率。
16.根据权利要求1至15中的任一项所述的传感器设备，其中，所述基底(3)、所述支撑结构(5)和所述波导(2)由包括硅基底、二氧化硅层和硅设备层的SOI晶片形成，其中，所述SOI晶片的所述硅基底形成所述传感器设备的所述基底(3)，所述SOI晶片的所述二氧化硅层形成所述传感器设备的所述支撑结构(5)，并且所述SOI晶片的所述硅设备层形成所述传感器设备的所述波导(2)。
17.一种气体传感器设备，包括根据权利要求1至16中任一项所述的传感器设备，用于检测流体中的至少一个成分，其中，所述流体中的所述至少一个成分包括一氧化碳、二氧化碳、一氧化二氮、水蒸气、碳氢化合物、氨、含氯氟烃和/或CFS:s。
18.一种检测流体中的成分的方法，包括：
提供(801)根据权利要求1至16中的任一项所述的传感器设备，
提供(802)与所述波导(2)接触的流体，
将电磁波传输(803)到所述波导(2)的第一部分，
允许所述电磁波与所述波导(2)周围的电磁波的倏逝波的区中的流体相互作用(804)，
在所述波导(2)的第二部分处检测(805)所述电磁波，并基于所检测到的电磁波来检测(806)所述流体中的成分。
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