CN115435909A - 利用被引导的热辐射执行参考测量的传感器和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于执行参考测量的流体传感器，流体传感器包括具有顶部主表面区域的支撑结构，其中，支撑结构的顶部主表面区域构成传感器的公共系统平面。此外，流体传感器包括在支撑结构的顶部主表面区域上的热发射器，其中，热发射器被配置为发射热辐射。流体传感器还包括支撑结构的顶部主表面区域上的第一波导部段、和支撑结构的顶部主表面区域上的第一热辐射检测器、以及第一波导部段的至少一部分上的盖结构，其中，盖结构被配置为密封第一波导部段的至少一部分。此外，第一波导部段被配置为将由热发射器发射的热辐射的第一部分引导到第一热辐射检测器，并且第一热辐射检测器被配置为检测被引导的热辐射的第一部分以执行参考测量。

Description

利用被引导的热辐射执行参考测量的传感器和方法
技术领域
本公开的示例包括用于利用被引导的热辐射执行参考测量的传感器和方法。
背景技术
为了测量周围空气中的单个气体浓度，信号评估是一种挑战。一种可能性是将实际测量与参考测量进行比较。以这种方式，可以更容易地考虑背景噪声。参考测量必须满足各种要求才能被视为参考。参考测量和测量本身必须对于外部影响的变化(例如，温度变化)表现出相同行为。此外，诸如电源电压的波动之类的影响必须相同地影响两个测量。
为了克服这种挑战，需要一种用于流体传感器的参考测量的改进概念。
这种需要可以通过根据本发明的流体传感器解决。此外，在以下中限定了流体传感器的具体实施方式。
发明内容
本公开的示例包括用于执行参考测量的流体传感器，流体传感器包括具有顶部主表面区域的支撑结构，其中支撑结构的顶部主表面区域构成传感器的公共系统平面。此外，流体传感器包括在支撑结构的顶部主表面区域上的热发射器，其中热发射器被配置为发射热辐射。流体传感器还包括支撑结构的顶部主表面区域上的第一波导部段和支撑结构的顶部主表面区域上的第一热辐射检测器以及第一波导部段的至少一部分上的盖结构，其中盖结构被配置为密封第一波导部段的至少一部分。此外，第一波导部段被配置为将由热发射器发射的热辐射的第一部分引导到第一热辐射检测器，并且第一热辐射检测器被配置为检测被引导的第一部分热辐射以执行参考测量。
本公开的其他示例包括用于执行参考测量的方法。该方法包括通过热发射器发射热辐射，其中热发射器布置在支撑结构的顶部主表面区域上，并且其中支撑结构的顶部主表面区域构成公共系统平面。该方法还包括通过第一波导部段将由热发射器发射的热辐射的第一部分引导到第一热辐射检测器，其中第一波导部段和第一热辐射检测器被布置在支撑结构的顶部主表面区域上，并且其中第一波导部段的至少一部分由盖结构密封。此外，该方法包括检测被引导的第一部分热辐射以执行参考测量。
本公开的示例基于通过将由热发射器发射的热辐射经由第一波导部段引导到第一热辐射检测器来执行参考测量的思想。为了抑制对测量的特定环境作用，盖结构被配置为密封第一波导部段的至少一部分。例如，周围流体对被引导辐射的影响，例如可以通过用盖结构物理地阻挡来自第一波导部段的流体，抑制或减小被引导热辐射的消逝场的影响。其它环境作用，例如温度可能仍然影响测量。
可以使用具有减少的环境作用的被引导辐射的测量，以便确定关于未被抑制的环境效应(例如，温度或湿度)的信息，或者所述效应对被引导辐射的作用，该作用不受盖结构影响或者仅在有线程度上受盖结构影响。该信息可以用于校正以与参考测量相同的方式或几乎相同的方式受环境作用的其他测量。例如，流体传感器可以被配置为确定关于周围流体的信息。简单地测量所述流体可能导致显著的测量误差，因为测量依赖于其它环境效应，例如温度和湿度。因此，可以通过抑制周围流体作用的方式执行参考测量，以获得检测器在没有流体的情况下可以测量到的参考。因此，可以使用相似设置的发射器、波导部段以及检测器但无盖，来执行第二测量，并且可以利用参考测量的信息来校正其结果。
此外，不仅可以以这种方式确定或补偿环境效应。利用参考测量，并且例如对随时间变化的测量趋势的评估可以确定或考虑传感器参数或传感器状态，例如传感器的老化和/或电源电压的波动，以补偿或改进传感器的其它测量。通过减少盖结构对测量的影响，可以实现用于监测的参考测量。因此，可以调整传感器增益和/或测量特性，以提高测量精度。可以执行适配以补偿环境效应的影响，例如温度、湿度、和/或诸如由于老化引起的灵敏度下降的效应，和/ 或取决于或根据测量周期数的传感器变化的影响，例如尤其是对于发射器或加热器。
此外，使用波导允许实现电效率的增加。利用波导，由热发射器发射的大量辐射可以被引导到检测器，例如与没有波导的方案相比明显更大量的辐射可以被引导到检测器，这归因于没有被朝向检测器导向的辐射的热辐射损耗。此外，波导的使用允许发射器与检测器之间的明确限定的传输路径，因此其可以容易地建模。根据这种模型，可以在第二测量中校正环境效应的作用，例如，用于确定周围流体的特性。
此外，使用波导部段允许发射器与检测器之间的传输路径具有多种形状。因此，根据本公开的流体传感器可以容易地安置在电路中，即使电路具有有限空间或奇怪形状的空间。
简单地说，根据本发明的示例基于使用封装波导作为例如，用于气体感测应用的参考路径的理念。
附图说明
附图不一定是按比例绘制的，而是将重点普遍地放在了说明本公开的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述本公开的各种示例，其中：
图1示出了根据本公开的示例的流体传感器的示意图；
图2示出了根据本公开的示例的具有密封腔的流体传感器的示意图；
图3示出了根据本公开的示例的具有第二波导部段和检测器的流体传感器的示意图；
图4示出了根据本公开的示例的具有带有限定气体的腔的流体传感器的示意性侧视图；
图5包括图5a和图5b，图5a示出了根据本公开的示例的流体传感器的示意图、流体传感器的示意性截面，图5b示出了流体传感器的传感器原理；
图6示出了根据本公开的示例的第一波导部段和/或第二波导部段的可能实施方式的示意图；
图7示出了作为根据本公开的示例的热发射器和滤波器结构的组合的示例的光子晶体发射器的示意图；
图8示出了根据本公开的示例的光子晶体发射器的发射在波长上的曲线图的示例；
图9示出了根据本公开的示例的具有pn结温度传感器和可选的压电检测器的流体传感器的测量路径的示意图；
图10示出了图9的pn结温度传感器的示意性俯视图；
图11示出了图9的压电检测器的示意性侧视图；以及
图12示出了根据本公开的示例的用于执行参考测量的方法。
具体实施方式
即使出现在不同的附图中，相同或等同的元件或具有相同或等同功能的元件在以下描述中由相同或等同的附图标记表示。
在以下描述中，阐述多个细节以提供对本公开的示例的更全面的说明。然而，将对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本公开的示例。在其它情况下，以框图形式示出了公知的结构和设备，而没有详细示出它们，以避免混淆本公开的示例。此外，除非另外特别指出，否则本文描述的不同示例的特征可以彼此组合。
图1示出了根据本公开的示例的流体传感器的示意图。图1示出了流体传感器100，包括：支撑结构110，具有顶部主表面区域112；以及热发射器120和第一热辐射检测器130，布置在顶部主表面区域112上；以及第一波导部段140，布置在发射器120与检测器130之间。传感器100还包括盖结构150，其中盖结构布置在第一波导部段140上，密封第一波导部段140的一部分。
热发射器120辐射耦合到第一波导部段140中的热辐射。第一波导部段140将热辐射引导到第一热辐射检测器130。第一波导部段140的一部分被盖结构150密封。因此，周围流体(未示出)不能或仅能在有限的范围内与在第一波导结构140中被引导的辐射、例如辐射的消逝场相互作用。通常，盖结构阻碍某些环境作用，诸如周围流体、例如气体对被引导辐射的影响。然后在检测器130中检测辐射。通过抑制特定的环境效应，并且通过允许其他环境效应对被引导热辐射进行作用，检测器130对被引导热辐射的检测可以提供参考测量。
在图1中，盖结构150表示为围绕第一波导部段140的一部分的外壳。然而，盖结构150可以具有适于阻碍或阻挡特定环境效应的任何结构或形状。在流体传感器的示例中，要被阻挡的所述作用可以是要由第二测量检测的流体，以便主要测量或者甚至仅仅测量其它环境参数，以便校正第二测量。在这种情况下，盖结构不会妨碍环境温度对被引导辐射的作用。另一方面，在其他应用中，盖结构可以被配置为通过具有隔离特性来减少温度的作用以便确定其他环境效应。
盖结构150可以覆盖整个第一波导部段140，以便抑制来自特定环境效应的任何衰减。然而，通过仅覆盖第一波导部段140的一部分，可以实现限定的衰减。例如，通过先验测试，可以使用具有限定衰减的参考测量以便校正第二测量，例如确定周围流体特性的测量。
根据本公开的其他示例，流体传感器100包括密封腔，并且该密封腔布置在盖结构150与第一波导部段140的至少一部分之间。盖结构150可以直接布置在第一波导部段140上，或者在盖结构150 与第一波导部段140之间具有间隙或间隔地布置。为了抑制特定环境效应，间隙或间隔可以被密封，形成密封腔。通过密封，例如周围气体可以不与在波导部段140的密封部分中、在盖结构150下面的被引导辐射相互作用。附加的密封腔可以增加周围流体与第一波导部段140的覆盖部分之间的距离，并且因此可以减小所述流体对被引导辐射的影响。
根据本公开的其他示例，密封腔包括限定气氛和/或限定流体，并且第一波导部段140被配置为使被引导的第一部分热辐射的消逝场能够以预定方式与限定气氛和/或限定流体相互作用，以使被引导的第一部分热辐射包括关于流体传感器100的测量条件的信息。限定气氛可以(至少在技术意义上)是真空或特定气体。腔可以包括或可以填充有流体。对于已知的特定气氛或流体，可以基于由第一检测器130检测到的被引导辐射来计算环境效应的作用，例如因为存在关于所述效应对与限定气氛和/或限定流体相互作用的被引导辐射的影响的先验确定信息。然而，利用这种参考测量，不仅可以补偿环境效应，而且还可以确定测量作用，诸如传感器本身的老化。换句话说，流体传感器的测量条件可以包括环境参数和/或对传感器测量的作用，以及传感器参数或传感器条件信息。简单地说，本公开的示例的测量原理可以基于“限定气体”对“周围气体”的概念，其中腔中的限定气体通过与辐射的第一部分的相互作用提供信息，用于校正周围气体的测量。
根据本公开的其他示例，流体传感器100包括第一滤波器结构，并且第一滤波器结构被配置为对由热发射器120发射的热辐射的第一部分进行滤波。并且，第一波导部段140包括第一滤波器结构，和/或热发射器120包括第一滤波器结构，和/或第一热辐射检测器130包括第一滤波器结构140，和/或第一滤波器结构在支撑结构110 的顶部主表面区域112上布置在热发射器120与第一波导部段140 之间、和/或第一热辐射检测器130与第一波导部段140之间。
为了允许使用参考测量以便于校正第二测量、例如具有无盖结构150的第二波导部段的第二测量以确定流体的特性，除了要校正的环境作用之外，两个测量都应该尽可能相同地执行。通过滤波热辐射，可以在具有消逝场的光谱中提供被滤波的热辐射，该消逝场对于待检测、例如要被第二测量检测的特定周围流体是敏感的。因此，可以实现低廉的热发射器120，例如发射宽带热辐射的发射器 120，其中通过针对特定应用，例如检测或确定特定流体的浓度的滤波来调整或容易地“调谐”热辐射。流体可以是例如CO2和/或 CO和/或任何其它气体或液体。因此，相同光谱的辐射可以用于执行参考测量以准确地或精确地或至少尽可能精确地评估环境作用。
根据本公开的其他示例，热发射器120包括半导体条带；并且该半导体条带被配置为发射宽带热辐射作为热辐射。此外，第一滤波器结构是包括半导体材料的光学滤波器结构，并且该光学滤波器结构具有窄透射带。并且，光学滤波器结构被配置对由热发射器发射的宽带热辐射的第一部分进行滤波。
作为热发射器120的半导体条带是便宜且易于制造的半导体元件。由于通过波导140从发射器120采集和引导的热辐射，利用根据本公开的示例的第一波导部段140可以低成本但效率良好地生产流体传感器100。对应的第一光学滤波器结构也可以低成本且大量地生产，并且可以被配置为提供窄带热辐射，该窄带热辐射适于确定关于周围流体的信息或提供用于参考测量的相同窄带热辐射。
根据本公开的其他示例，流体传感器包括在支撑结构110的顶部主表面区域112上的第二波导部段和第二热辐射检测器。此外，第二波导部段被配置为将由热发射器120发射的热辐射的第二部分引导到第二热辐射检测器；并且该第二波导部段被配置为使被引导的热辐射的第二部分的消逝场能够与周围流体相互作用。此外，第二热辐射检测器被配置为检测被引导的第二部分热辐射，以便基于被引导的第二部分热辐射与周围流体的消逝场的相互作用并且基于由第一热辐射检测器130检测的被引导的第一部分热辐射来确定关于周围流体的信息。
利用第二热辐射检测器可以执行用于确定周围流体的特性的例如“实际”流体测量，例如前述第二测量。通过将第二波导和第二热辐射检测器放置在相同的支撑结构上，除了第一波导部段140 的由盖结构150覆盖和密封部分中的影响、诸如待检测流体的影响之外，两个测量路径可以以相同的方式受到环境效应，例如温度的作用。因此，与对被引导的第二部分热辐射的检测一起，通过评估由第一热辐射检测器130检测的第一部分热辐射，可以确定和校正关于对周围流体的信息的确定，或者换句话说，其可以通过减去或补偿(用于流体的测量的)不希望的环境效应(即不被或仅有限范围地被盖结构150阻碍或抑制的效应)的作用被调节。因此，可以提供对周围流体的信息或特性的改进的确定。
根据本公开的其他示例，流体传感器包括第二滤波器结构，并且第二滤波器结构被配置为滤波由热发射器120发射的热辐射的第二部分。此外，第二波导部段包括第二滤波器结构和/或热发射器 120包括第二滤波器结构，和/或第二热辐射检测器包括第二滤波器结构和/或第二滤波器结构在支撑结构110的顶部主表面区域上布置在热发射器120与第二波导部段之间和/或第二热辐射检测器与第二波导部段之间。
如前所述，通过滤波热辐射，可以以具有消逝场的光谱提供滤波的热辐射，该消逝场对要检测的特定周围流体敏感。热辐射可以通过滤波而适于或变得容易“调谐”特定应用，例如对特定流体浓度的检测或确定。
根据本公开的其他示例，第一波导部段和/或第二波导部段包括平板波导、条带波导、狭槽波导、狭槽阵列波导以及多狭槽波导中的至少一个，和/或第一热辐射检测器和/或第二热辐射检测器包括热电温度传感器、压电温度传感器、pn结温度传感器以及电阻温度传感器中的至少一个。
根据特定应用，对波导的选择可以实现高消逝场比率，并因此实现改进的流体检测效率。对检测器的选择可以基于生产成本和所需的检测准确度。
根据本公开的其他示例，热发射器120被配置为在平行于系统平面的至少两个不同的辐射发射方向上发射热辐射，并且该至少两个不同的辐射发射方向中的第一和第二辐射发射方向彼此相对。此外，该热发射器被配置为在第一辐射发射方向上发射热辐射的第一部分；并且热发射器被配置为在第二辐射发射方向上发射热辐射的第二部分。
在发射器120沿两个相对的热辐射方向发射热辐射的情况下，第一热辐射检测器130可以被布置为面向第一辐射方向，而第二热辐射检测器可以被布置为与第一辐射检测器130相对、面向第二辐射方向，其中发射器120在两个检测器之间。由于需要的晶片空间有限，这种布置可以包括小横向占用空间，并因此具有低生产成本。然而，辐射发射方向也可以包括任意角度，例如，第一检测器130、发射器120以及第二检测器的布置可以具有三角形形状，其中发射器120与第一检测器130之间的边缘以及发射器120与第二检测器之间的边缘成为第一热辐射发射方向和第二热辐射发射方向。无论如何，应当注意的是，可以定位成任何任意的布置，因为第一波导部段和第二波导部段可以被配置为将发射器发射的辐射引导到安置有第一检测器和/或第二检测器的任何地方。
根据本公开的其他示例，第一波导部段和/或第二波导部段被配置为提供至少5％且至多90％的被引导的第一部分和/或第二部分热辐射的渐逝场比率。渐逝场比率可以是例如大约43％，例如至少30％且至多60％。然而，根据本公开的示例的流体传感器，并且例如特别是第一波导部段和/或第二波导部段，被配置为提供高渐逝场比率，或者换句话说，提供尽可能的或“尽最大可能的”高渐逝场比率。根据本公开的示例的一个理念是例如经由滤波器结构 (第一和/或第二)将热辐射滤波为适合的波长(小带宽)，并且呈现为渐逝场，以便例如尽可能多地观察到通过与周围流体、例如周围气体的相互作用而衰减，并且校正对所述观察到的与参考测量的相互作用的评估，所述参考测量以相同的辐射特性、例如消逝场比率执行。此外，关于低渐逝场比率，根据本公开的示例，面积，例如公共系统平面中的第二波导部段的占用空间以及可选的第一波导部段的占用空间可以被增加或最大化或可以很大，以便补偿小渐逝场对确定周围流体的效应。另一方面，第一波导部段和/或第二波导部段可以被配置为提供最多90％的被引导的第一部分和/或第二部分热辐射的渐逝场比率。
根据本公开的其他示例，第一波导部段和/或第二波导部段可以被配置为提供低渐逝场比率。例如，这种布置可以以较低成本生产。本发明的此类示例可以用于低成本应用。然而，由于低渐逝场比率导致的准确度损失可以通过参考测量来补偿或甚至过度补偿或至少减轻。可以通过执行参考测量和通过增加基于此的第二检测器的测量准确度，执行对周围流体特性的良好估算。
根据本发明的其它实施例，第一波导部段和第二波导部段可以被配置为提供不同的渐逝场比率。例如，第二波导部段可以被配置为提供高渐逝场比率，以便实现辐射与周围气体的强相互作用。另一方面，第一波导部段可以例如被配置为提供较低的渐逝场比率。即使第一检测器和第二检测器中的测量不能以相同条件、例如相同渐逝场比率执行，仍然可以基于参考测量执行对周围流体特性的确定准确度的改进。
换句话说，用于参考、例如参考测量的波导、例如第一波导部段也可以处理低渐逝场比率；对于是否具有限定气体的高渐逝场或具有低渐逝场比率的参考测量可能没有区别；关于“尽最大可能的”渐逝场比率，对于例如实际测量波导路径、例如第二波导部段，可以是非常真实的，但对于参考路径不是必须的。根据本公开的示例，可以使用例如，用于第一波导部段和第二波导部段的相同波导，并且可以仅覆盖用作参考的一部分，但这不是必须的。例如，平板波导可以更容易被覆盖，并且根据示例，用于测量的多狭槽波导和用作参考的被覆盖或被封装的平板波导可以被组合，例如导致第一波导部段和第二波导部段的渐逝场比率不同。
作为另一示例，例如包括多狭槽波导的第二波导部段可以被配置为提供20％以上的消逝场比率，例如以便提供决定性测量，其中例如包括平板波导的第一波导部段可以被配置为提供较低的消逝场比率，例如5％以上的场比率。例如简单地说，基于渐逝场感测例如具有未知特性的周围流体可以在20％以上的情况下有意义，例如，消逝场比率为20％以上；参考路径还可以处理渐逝场比率较低的波导，例如仅具有5％的渐逝场比率或至少5％的渐逝场比率的平板波导。因此，例如，参考路径可以被配置为容易被覆盖，以便提供参考测量路径。
根据本公开的其他示例，支撑结构110包括刚性结构、和在刚性结构的底部表面上的衬底，并且与底部表面相对的刚性结构顶部表面是顶部主表面区域。此外，刚性结构被配置为限制由热发射器辐射的热辐射。
布置流体传感器的目的在于例如，将由热发射器120辐射的热辐射尽量多地引导到第二热辐射检测器，其中，被引导热辐射的渐逝场与周围流体在两者之间相互作用，以便确定关于流体的信息。因此，为了补偿不希望的环境效应、诸如环境温度依赖性，热发射器120和第一热辐射检测器130也是如此设置。因此，刚性结构被配置为限制热辐射，以使热辐射不会通过支撑结构110泄漏或被其吸收。因此，根据本公开的示例，刚性结构可以实现为具有镜像性能。在一些情况下，最好是刚性结构对于被引导穿过第一波导部段和/或第二波导部段的辐射会像镜子一样起作用。因此，刚性结构可以被配置为具有特定的，例如“正确的”厚度，并且可以由特定的、例如“正确的”材料制成，例如以便完成这个任务。附加地或替代地，刚性结构可以满足两个方面：
1)刚性结构可以被配置为使刚性结构内部可以发生被引导穿过第一波导部段和/或第二波导部段的电场指数式衰减。因此，与衬底的接触可能很少或者例如甚至没有接触。
2)由于刚性结构的顶部与第一波导部段和/或第二波导部段的底部形成界面，错误选择材料(或材料厚度)可能增加第一波导部段和 /或第二波导部段的损耗。因此，刚性结构可以由被配置为减小波导损耗的材料或特定厚度的材料制成。
支撑结构110的支撑结构或刚性结构可以包括氮化物和SiO2或甚至由氮化物和SiO2制成。然而，这些材料可以根据特定应用而变化，换句话说，这可以是材料的特定组合。
SiO2可以用作背面腔蚀刻，例如衬底腔蚀刻的蚀刻停止层，并且可以使传感器与衬底分离(例如，热分离和漏电流)。例如氮化物可以提供或赋予膜一些强度(添加氮化物可以使得提供与SiO2结合的良好膜)，并且可以充当对第一波导部段和/或第二波导部段贡献低损耗的层。如果在背面蚀刻之后将SiO2蚀刻掉以最终形成仅由氮化物形成的膜，则可以改善发射器120，例如加热器和/或第一检测器和/或第二检测器的状况或例如性能。
通常，本公开的示例不限于在第一波导和/或第二波导下面的特定材料或用于形成膜的特定层。根据本公开的示例，可以应用被配置为减小或帮助减小膜厚度并向波导引入低损耗的材料。
根据本公开的示例的一个方面，氮化物和SiO2可以是合适的，但是本领域技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下可能地限定保持传感器系统相同或等同的其他层组成。
根据本公开的其他示例，衬底包括至少一个衬底腔；并且所述至少一个衬底腔相对于所述系统平面垂直地布置在所述热发射器 120和/或所述第一热辐射检测器和/或第二热辐射检测器和/或所述第一波导部段和/或第二波导部段下方，以用于所述热发射器120 和/或第一热辐射检测器和/或第二热辐射检测器和/或第一波导部段和/或第二波导部段与衬底的热绝缘。腔可以在衬底中被蚀刻。因此，由于对衬底的热辐射损失较小，在流体传感器增加腔可能是提高电效率的廉价可能性。
根据本公开的另一示例，流体传感器在该系统平面中具有小于45mm2、小于30mm2、或小于25mm2、或小于15mm2的占用空间，和/或小于1000μm、或小于950μm、或小于800μm的高度，其中该高度与该系统平面正交。由于可以减小芯片间的间隔，减小流体传感器的厚度可以增加晶片上的芯片数量。因此，可以以降低的成本生产流体传感器。随着长度的减小，可以在单个晶片上布置更多的流体传感器，降低了生产成本。
根据本公开的其他示例，第一热辐射检测器和/或第二热辐射检测器、第一波导部段和/或第二波导部段、第一滤波器结构和/或第二滤波器结构和/或热发射器中的至少一个被单片地布置在支撑结构上。单片制造允许流体传感器100的小尺寸，因此节省晶片上的空间并从而节省成本。此外，可以使用沉积工艺以生产这种布置。这样的工艺可以以低成本进行，并且可以用于大量生产。
图2示出了根据本公开的示例的具有密封腔的流体传感器的示意图。图2可以示出根据本公开的示例的具有多狭槽波导的流体传感器的参考路径的细节。图2在右手侧示出了流体传感器200的示意性俯视图，该流体传感器包括：支撑结构110，具有顶部主表面区域；热发射器120，布置在顶部主表面区域上；第一热辐射检测器130；以及第一波导部段140，在发射器120与检测器130之间。传感器200还包括盖结构150，其中盖结构布置在第一波导部段140上，密封第一波导部段140的一部分。盖结构150可以是粘合的(玻璃)盖。因此，本公开的示例可以包括或者甚至需要(例如，用于生产根据本公开的示例的流体传感器的)接合工艺，例如阳极键合、玻璃料接合、共晶接合等。
流体传感器200还包括第一滤波器结构210。第一滤波器结构 210布置在发射器120与第一波导部段140之间。然而，应当注意的是，第一波导部段140可以包括第一滤波器结构210，和/或热发射器120可以包括第一滤波器结构210，和/或第一热辐射检测器130 可以包括第一滤波器结构210，和/或第一滤波器结构210可以在支撑结构110的顶部主表面区域上布置在热发射器120与第一波导部段140之间和/或第一热辐射检测器130与第一波导部段140之间。滤波器结构210可以布置在流体传感器200中的任何适当位置。滤波器结构210可以包括蚀刻孔以提供滤波特性。
通过滤波，可以提供具有可以由第二波导引导的波长或波长间隔的辐射，使得具有特定波长的被引导辐射的消逝场可以与待确定的流体相互作用。因此，如在图2中示出，为了提供有意义的参考测量，可以对由第一波导部段140引导的辐射的第一部分应用相同的滤波，以被环境效应、或者例如被可能随时间变化的传感器特性同样影响，以便补偿用于流体的测量、例如前述的第二测量的所述影响或特性。
作为可选特征，支撑结构110包括衬底116和刚性结构114，该刚性结构可选地包括包含SiO2的第一层114a和包含氮化物的第二层114b。衬底116布置在刚性结构114的底部表面上，其中与底部表面相对的刚性结构顶部表面是顶部主表面区域。刚性结构114 被配置为限制由热发射器120辐射的热辐射。换句话说，刚性结构 114被配置为提供热屏障，以防止辐射被衬底116吸收，从而提高传感器200的效率。简单地说，刚性结构114可以将辐射或至少相当量的辐射保持在衬底上方、以及第一波导部段140中和第一检测器130中，并且刚性结构114可以抑制在衬底116中被定向的发射器的辐射方向。
图2在左手侧示出了沿流体传感器200的所示部分的两个切面的示意性侧视图。如在截面B-B的侧视图中示出，传感器100包括盖结构150与第一波导部段140的一部分之间的密封腔220。
作为可选的特征，如在图2中示出，腔可以填充有参考气体。通常，这种腔可以包括限定气氛，例如具有特定压力的特定浓度的气体，和/或流体，例如液体或液体和气体。气体或流体可以被配置为与在第一波导部段140中被引导辐射的消逝场相互作用，以使关于环境作用或环境参数的信息可以被确定。可以如下方式选择气体或流体，即，使被选择的气体或流体与被引导辐射的相互作用可以对特定环境参数或若干个环境参数、例如温度变化高度敏感。因此，可以通过在第一热辐射检测器130中检测辐射的第一部分来确定信息，该信息可以用于校正也受环境参数影响的第二测量。如前所述，传感器的测量条件可以通过参考测量来确定，测量条件不仅包括环境条件，而且还包括例如关于传感器本身的硬件信息，例如老化作用。
作为另一可选特征，第一波导部段140包括多狭槽波导650。
通过传感器200的第二截面C-C示出了第一波导部段140没有腔的一部分。如图所示，波导部段140可以包括平板波导610。作为另一可选特征，如图所示，波导的平板和/或狭槽可以包括多晶硅 (Poly-Silicon)240。在从波导到发射器或检测器的过渡附近，可以实现更简单的波导的几何形状，以更容易地制造或改进辐射耦合。
如在图2中示出，发射器120和第一检测器130可以包括包含 AlSiCu的支撑部分和/或接触部分250。如图所示，发射器120可以可选地包括包含掺杂的多晶硅260的半导体条带。第一检测器130 可以可选地包括例如在配置为检测热辐射的检测器的区域中的硅辐射吸收层(例如，包括掺杂多晶硅260)以及另外的检测层，例如包括AlN/AlScN材料的压电层270。此外，如图所示，第一检测器130可以包括支撑部分和/或接触部分250之间的另一区域，该另一区域由与支撑部分和/或接触部分250相同的材料制成，例如 AlSiCu，例如用于使支撑部分和/或接触部分250与检测器130的配置成检测热辐射的区域接触，以便提供电信号。通常，第一检测器 130可以是压电温度传感器。相应的支撑部分和/或接触部分250可以用于接触例如，提供用于加热发射器120的半导体条带的电流和 /或用于检测由检测器130的掺杂多晶硅260的加热引起的电压。然而，流体传感器200既不限于特定的滤波器210，也不限于所使用的特定材料。此外，加热器120、(多个)波导WG 140、滤波器 210、以及检测器130可以形成流体传感器200的子系统。
发射器可以可选地被配置为例如具有半导体条带，以发射宽带热辐射。因此，可以以低成本和简单的方式生产发射器的发射部分，例如可以包括多晶硅的半导体条带260，例如具有注入有多晶硅 (poly silicon)的条带。可选地，根据本公开的示例，一旦例如传感器的可靠性变得必要，半导体条带可以在例如在某种情况下例如由金属条代替。例如，对于需要传感器的高可靠性的应用，根据本公开的示例的发射器可以包括经由电流加热以提供热辐射的金属条带。为了提供对与待检测流体的相互作用有益的波长周围的辐射，第一滤波器结构210可以是包括半导体材料并具有窄透射带的光学滤波器结构。例如，在将滤波器结构布置在检测器与用于确定周围流体的第二测量路径的波导部段之间的情况下，滤波器可以抑制如下辐射：其与一种或多种对于测量可能没有益处的流体相互作用，或者更具体地，抑制消逝场与一种或多种对于测量可能没有益处的流体相互作用的特定辐射。如图所示，为了提供参考测量，可以分别地在发射器120、第一波导部段140以及第一检测器130之间布置等效设置。
围绕发射器120的半导体条带和第一检测器130的区域的虚线表示可选地使用了背面波希工艺(backside Bosch Process)280，以便生产前述元件。然而，该过程仅仅是可选的，并且因此可以以任何合适的方式制造在图1和图2中示出的流体传感器。例如，可以使用其它深反应离子蚀刻工艺或其修改以便制造发射器120和/或第一检测器130。一般来说，根据本发明的示例，发射器120和/ 或第一检测器130可以包括具有经由蚀刻制造的陡峭侧沟槽的几何形状。因此，发射器120和第一检测器130可以包括高纵横比。
图3示出了根据本公开的示例的具有第二波导部段和检测器的流体传感器的示意图。在图3中示出的流体传感器300可以是集成传感器系统。图3示出了与图2类似的示意性俯视图和通过截面 C-C和B-B的示意性切面。此外，图3示出了示意性俯视图下方的通过截面A-A剖切的截面。除了在图1和图2的上下文中已经解释的元件之外，流体传感器300包括第二滤波器结构310、第二波导部段340以及第二热辐射检测器330。此外，示出了支撑结构110 的顶部主表面区域112。第二滤波器结构310和第二热辐射检测器 330可以根据第一滤波器结构210和第一热辐射检测器130、或根据以上解释的任何方面构建和/或提供功能。因此，关于第一滤波器结构210和第一热辐射检测器130的说明可以类似地应用于第二滤波器结构310和第二热辐射检测器330。区别可能是使用第二滤波器结构310和第二热辐射检测器330以确定关于周围流体的信息，以及使用第一滤波器结构210和第一热辐射检测器130以确定参考测量，以便校正关于周围流体的信息。
第二波导部段340可以将由热发射器120辐射的热辐射的第二部分引导到第二热辐射检测器330。被引导的第二部分辐射的消逝场可以与周围流体相互作用。通过检测被引导的第二部分热辐射，可以确定关于周围流体的信息。然而，由于环境效应，例如环境温度的未知作用，由第二检测器330的测量确定的信息可能不精确。因此，如前所述，由发射器120发射的热辐射的第一部分可以由第一波导部段140引导到第一检测器130。由于盖结构150，可以抑制或阻碍被引导的第一部分热辐射与周围流体的相互作用。因此，可以使用由第一检测器130提供的测量来校正或补偿关于周围流体的信息。
在图3中，如图所示，可选地将第二滤波器结构310布置在第二检测器330与第二波导部段340之间。然而通常，第二波导部段 340可以包括第二滤波器结构，和/或热发射器120可以包括第二滤波器结构310，和/或第二热辐射检测器330可以包括第二滤波器结构310，和/或第二滤波器结构310在支撑结构110的顶部主表面区域上布置在热发射器120与第二波导部段340之间和/或第二热辐射检测器330与第二波导部段340之间。
对比流体传感器200，流体传感器300在由盖结构150密封的第一波导部段140的部分中包括平板波导610，如在截面B-B中示出。第一波导部段140以及第二波导部段340可以包括任何适当结构的波导或其组合。波导的其它示例将在图6中展示。
作为另一可选特征，如在图3中示出，热发射器120被配置为在两个不同的辐射发射方向上发射热辐射，第一辐射发射方向朝向第一检测器130，而第二辐射发射方向朝向第二检测器330。在该示例中，第一辐射发射方向和第二辐射发射方向彼此相对。因此，热发射的第一部分耦合到第一波导部段140中，而热发射的第二部分耦合到第二波导部段340中。
如通过在传感器300的俯视图下方的截面A-A中示出，传感器300可以包括衬底腔320。可选地，如图所示，衬底腔320可以相对于系统平面垂直地布置在热发射器120和/或第一热辐射检测器130和/或第二热辐射检测器330和/或第一波导部段140和/或第二波导部段1340(未示出)下方，用于使热发射器120和/或第一热辐射检测器130和/或第二热辐射检测器330和/或第一波导部段波导部段140和/或第二波导部段340与衬底116热绝缘和/或热隔离。
换言之，根据本公开的示例的传感器系统或集成传感器系统，例如流体传感器包括或采用例如，用作基础的热发射器120(例如，包括波长滤波器210、310)、波导(WG，例如第一波导部段和/ 或第二波导部段140、340)以及第一检测器和/或第二检测器130、 330，例如热检测器(例如热敏二极管、压电检测器)。被路由或被引导的辐射与周围流体，例如周围空气之间的相互作用可以沿着 WG发生。具有合适波长的辐射(例如，经由窄带波长滤波)可以用于再次确认例如周围空气中存在CO2，或者例如通过光谱学确定浓度。
为了实现参考路径，发射器120可以耦合到两个WG中，例如第一波导部段和第二波导部段140、340，并且可以在两个检测器、例如第一检测器和第二检测器130、330上进行评估。这些路径之一可以用于测量，第二路径可以表示参考。为此可能是有益的或甚至是必要的是，抑制与参考路径上的周围空气的任何相互作用。一个挑战在于为WG找到合适的“盖”。根据本公开的示例，利用流体传感器100、200、300的前述布置，并且例如尤其是利用盖150解决了该问题。
在图3的上下文中，图2的传感器200可以是具有多狭槽波导的参考路径的详细示意图。
图4示出了根据本公开的示例的流体传感器的示意性侧视图。图4示出了流体传感器500的概念或传感器原理的示意图，该流体传感器可以是根据本公开的示例的集成传感器系统。除了在图1、图2以及图3的上下文中已经解释的元件之外，在图4中示出了传感器500的第一辐射发射方向和第二辐射发射方向122、124。此外，盖结构150与第一波导部段140之间的传感器500的腔220包括限定气体410，例如参考气体，其可以被配置为对环境效应敏感。例如，由发射器120发射的热辐射的第一部分的消逝场可以与限定气体相互作用，使得第一检测器130可以确定关于环境效应的信息。同样地，气体可以对传感器的测量条件敏感，与消逝场的相互作用可能由于老化而变化。利用所收集的信息，可以利用检测器330确定周围气体420的特性的测量。
换句话说，从发射器120经由第一波导部段140到第一检测器 130的辐射路径可以形成参考路径，例如没有或具有限定的(例如第一部分辐射的)衰减。另一方面，从发射器120经由第二波导部段340到第二检测器330的辐射路径可以形成传感器路径，例如具有第二部分辐射由于周围气体(例如CO2)而产生的衰减。
图5包括图5a和图5b，图5a示出了根据本公开的示例的流体传感器的示意图、流体传感器的示意性截面，图5b示出了流体传感器的传感器原理。如在流体传感器500的示意性俯视图中示出，除了在图1、图2、图3、图4以及图5(包括图5a和图5b)的上下文中已经解释的元件之外，传感器可以包括在第一横向方向上小于5mm的长度和在第二横向方向上小于3mm的宽度。如在以下相应截面中示出，传感器500垂直于顶部表面区域112的高度可以小于450μm。
此外，第一热辐射检测器和/或第二热辐射检测器130、330，第一波导部段和/或第二波导部段140、340、第一滤波器结构和/或第二滤波器结构210、310以及热发射器120中的至少一个可以单片地布置在支撑结构上。
此外，流体传感器500在系统平面中可以具有小于45mm2、小于30mm2或小于25mm2的占用空间，和/或小于1000μm或小于 950μm或小于800μm的高度，其中该高度与该系统平面正交。
流体传感器的单片结构可以实现低高度，从而生成小型设备。此外，如在图5中示出的布置可以包括协同效应，这是因为通过使用向不同辐射方向发射的辐射、通过使用波导提高效率、以及通过利用发射器周围的第一检测器和第二检测器的对称设置来最小化占用空间提高了发射器效率。然而，三角形设置也是可能的。通常，通过使用波导，流体传感器500可以形成适于特定应用的任何结构或形状。
此外，图5b示出了流体传感器500(在图5a的底部的流体传感器500的截面中示出)的传感器原理的一个示例。这与图4的流体传感器400的原理一致，除了传感器500不包括在盖结构150与第一波导部段140之间的腔，并且因此不包括参考气体、或流体、或限定气氛。
图6示出了根据本公开的示例的第一波导部段和/或第二波导部段140、340的可能实施方式的示意图。图6从左到右示出了平板波导610、条带波导620、狭槽波导630、狭槽阵列波导640以及多狭槽波导650。作为示例，波导可以包括绝缘体660，其上布置有包括Si670的平板、条带和/或狭槽。换句话说，波导可以是硅波导。作为示例，图6示出了条带波导622，狭槽波导632以及多狭槽波导652的热辐射渐逝场的示意性电场分布622、632、652。颜色表示场强的对应值，红色是高值，蓝色是低值。
作为示例，多狭槽波导650可以提供～40％的渐逝场比，具有～2cm-1-4cm-1的衰减。然而，可以实现其它渐逝场比率。例如，第一波导部段和/或第二波导部段140、340可以被配置为提供至少5 ％且至多90％的被引导的第一部分和/或第二部分热辐射的渐逝场比率。虽然增加渐逝场比率可以提高流体传感器的电效率，但是在某些情况下不可能使用提供高比率的波导。因此，根据本公开的示例，可以增大第一波导部段和/或第二波导部段140、340的面积，以便允许被引导辐射的渐逝场与周围流体420之间的充分相互作用，例如以便确定关于周围流体的信息。然而，这两种效应可以用于提供高效的流体传感器，该流体传感器具有第一波导结构和/或第二波导结构140、340，该第一和/或第二波导结构具有大消逝场比率和与周围流体420接触的大面积，或者分别提供参考测量。
图7示出了作为根据本公开的示例的热发射器和滤波器结构的组合的示例的光子晶体发射器的示意图。光子晶体发射器700包括热发射器120和滤波器结构710。因此，光子晶体发射器700可以被配置为发射经滤波辐射。热发射器120可以是注入条带，电流可以流过该注入条带，因此该特定条带可以变热并发射辐射。因此，热发射器120可以是光子晶体热发射器的驱动和/或有意加热/发射部分。滤波器结构710可以是第一滤波器结构和/或第二滤波器结构 210、310。作为可选特征，例如为了将辐射聚焦在一个方向上，例如聚焦在多个辐射发射方向中的第一辐射发射方向上，光子晶体发射器700可选地包括镜720。镜720可以提高发射器的效率。作为示例，例如为了更好地理解，如果认为镜部分720与注入区域120具有一定距离，并且滤波器710也与例如注入区域和/或镜具有一定距离，则其将被清楚地分隔，或者例如因此光子晶体发射器700可以被清楚地分隔为光子晶体镜720、热发射器120、以及光子晶体滤波器710。作为示例，光子晶体发射器700、例如光子晶体热发射器可以包括：注入区域或注入条带形式的热发射器120、光子晶体滤波器710以及可选的光子晶体镜720。
可以利用具有两个或更多辐射发射方向的热发射器120实现如先前所解释的布置，其中在图7中示出的辐射发射方向是第一辐射发射方向，该第一辐射发射方向与同一平面中的其它辐射发射方向之一不相对。具有镜的设置可以实现为具有不平行于系统平面的辐射方向的三维设置。然而，第二辐射发射方向可以指向系统平面，但是与所示的第一辐射发射方向不相对，例如在系统平面中具有90 °的角度。然而为了方便起见，在图7中仅示出了一个辐射发射方向(用箭头表示)。另一方面，光子晶体发射器700可以用作图2 的流体传感器200的发射器120，该发射器仅具有朝向第一检测器 130的一个辐射发射方向。因此，镜710可以提高电效率。光子 (phonic)晶体发射器700包括用于滤波和提供镜像特性的蚀刻孔。光子晶体发射器的输入功率可以是～100mW(例如具有500μm的长度，并且在@～750K)。辐射发射的带宽可以是～800nm。
对于包括光子晶体结构(例如在图7中示出的)、滤波器结构 710(例如第一滤波器结构和/或部分滤波器结构210、310)附加或可替代地，可以包括布拉格(Bragg)滤波器结构作为波长选择光学元件。
图8示出了根据本公开的示例的光子晶体发射器的发射在波长上的曲线图的示例。图7可以示出如在图7中示出的具有或不具有镜720的光子晶体发射器700的发射。三个发射曲线全部在大约 3.75μm附近以任意单位(a.u.)显示出不同的峰。周围流体可以与所述波长附近的被引导热辐射的消逝场相互作用。因此，通过检测引导滤波热发射，可以确定关于周围流体的信息，例如其浓度。
图9示出了根据本公开的示例的具有pn结温度传感器和可选的压电检测器的流体传感器的测量路径的示意图。图9可以示出例如完全集成的系统或流体传感器系统。图9示出了包括发射器120 和第二滤波器结构310的光子晶体发射器700。热发射器120包括支撑部分和/或接触部分250、半导体条带、以及掺杂多晶硅材料260。第二滤波器结构310可选地包括镜720。或者，第一滤波器结构210 可以代替镜720而被布置在镜位置处，并且发射器120可以被配置为在另一个辐射发射方向上辐射发射，其中另一个辐射方向被布置在镜720的当前位置处或指向镜720的当前位置。换句话说，前述参考路径可以布置在该方向上，其中第一波导部段耦合到第一滤波器结构210。光子晶体发射器700包括用于滤波和提供镜像特性的蚀刻孔。图9仅示出了具有提供测量路径的多狭槽波导650的第二波导部段340。流体传感器还包括第二检测器330，可选地为pn结温度传感器332。检测器120还包括支撑部分和/或接触部分250。作为示例，发射器120与检测器332之间的距离可以是6mm。作为另一示例，平行于公共系统平面的波导部段340的宽度可以是2mm。
在图9的右手侧，示出了可选的检测器334，其可以代替pn 结温度传感器332。检测器334是压电检测器或压电温度传感器。压电检测器可以是pn结检测器的1：1替换。可选地，检测器334 可以是热检测器。压电检测器334可选地包括支撑部分和/或接触部分250、掺杂多晶硅材料260以及AlN/AlScN(压电层)材料270。发射器120和检测器332或334可以通过背面波希工艺280形成。为了增加根据本发明的流体传感器的分辨率，可以增加传感器尺寸(例如，另外或相应地增加波导部段的面积)。此外，加热器120、 (多个)WG 340、滤波器310以及检测器332可以形成根据本公开的示例的流体传感器的子系统。
图10示出了图9的pn结温度传感器332，例如二极管的示意性俯视图，其中波导1010、例如第一波导部分和/或第二波导部分的一部分将辐射(由箭头表示)引导到检测器332中。例如，传感器可以具有1.7e-7W/Hz1/2的噪声等效功率(NEP)。pn结温度传感器、例如二极管可以通过简单的方式以低工作量和成本进行处理。
图11示出了图9的压电检测器的示意性侧视图。图11示出，波导1110、例如第一波导部分和/或第二波导部分的一部分将辐射 (由箭头表示)引导到检测器334中。辐射可以加热例如包括掺杂多晶硅材料(未示出)的吸收层。经由加热例如包括AlN/AlScN材料270的吸收层和检测层，可以测量支撑部分和/或接触部分250 之间的电压。上部和下部支撑部分和/或接触部段表示图9的压电检测器334的支撑部分。压电检测器可以具有优于pn结传感器的性能。例如，该传感器可以具有5e－9W/Hz1/2的噪声等效功率。可选地，在图11中示出的布置可以提供高温检测器。
然而，应当注意的是，第一检测器130也可以包括或者可以是压电检测器或pn结温度传感器。
图12示出了根据本公开的示例的用于执行参考测量的方法。方法1200包括通过热发射器发射1210热辐射，其中热发射器布置在支撑结构的顶部主表面区域上，并且其中支撑结构的顶部主表面区域构成公共系统平面。方法1200还包括通过第一波导部段将由热发射器发射的热辐射的第一部分引导1220到第一热辐射检测器，其中第一波导部段和第一热辐射检测器布置在支撑结构的顶部主表面区域上，并且其中第一波导部段的至少一部分由盖结构密封。此外，该方法包括检测1230被引导的第一部分热辐射以执行参考测量。
根据本公开的其他示例，流体传感器可以包括作为部件的发射器120、波导(WG)140、340、滤波器210、340以及检测器130、 330，并且可以根据以下原理来实现：
将宽带辐射耦合到WG 140、340；
使用光子晶体作为特定波长的滤波器(例如包括蚀刻孔)；
当非色散光谱与周围流体、例如气体相互作用时，针对非色散光谱使用渐逝场；
利用检测器130、330(例如压电二极管结构的检测器)将热转换成电信号。
根据本公开的其他示例，流体传感器可以在～500ppm的分辨率时实现～300ppm的准确度，其中第一波导部段和/或第二波导部段140、340或WG具有500μm的宽度和5mm的长度。
本公开的另外的示例包括例如用于改进以下各项中的一项或多项的性能：
-具有大面积的波导部段，例如相对于公共系统平面的面积，或者换句话说，具有大波导。较大的波导可以产生更优异的值(准确度和分辨率)
-具有良好耦合效率的波导部段。改进的耦合效率可以减少损耗(例如在辐射路径中：加热器→波导；波导→检测器、例如发射器->第一波导部段->第一检测器和/或发射器->第二波导部段->第二检测器)
-具有高消逝场比率和低损耗或至少较低损耗的波导部段或波导。
附加地或替代地，本公开的示例可以包括以下优点中的一个或多个：
-形状因数(例如具体为厚度<500μm)
由于能够指定经由波导部段的特定辐射路径，根据本公开的流体传感器可以被制造成任何合适的形状。因此，流体传感器可以集成在例如晶片上的其它布置之间的紧密或扭曲的空间中。此外，根据本发明可以实现小占用空间和厚度。此外，利用单片制造，仅少量晶片空间可用于传感器，并且包括传感器的封装可以纤薄。
-可以实现8”和12”制造
流体传感器可以形成在8”和/或12”晶片上。大晶片上的生产可以降低每个流体传感器的成本。
-单片方法
单片制造能够实现根据本发明的流体传感器的低成本和高产出生产。
-电位液体传感器
周围流体可以是液体。通常，流体传感器可以被配置为感测多种气体，或者换句话说，传感器可以被配置为执行多气体感测。
–潜在地较稳定
根据本发明的流体传感器可以是稳定的。例如，对于周围流体或操作时间是稳定的。
此外，根据本公开的流体传感器可以需要少量功率，例如相比同等性能流体传感器减小的功率，并且可以提供参考路径。
此外，根据本公开的示例的流体传感器可能较少受到环境效应、例如湿度和/或温度的影响。增加的电效率能够补偿由环境效应引起的效率损失。此外，所述流体传感器可以提供改进的可靠性和较低的由于老化导致的灵敏度下降。此外，根据本公开的示例的传感器布置可以具有长寿命，例如大量的测量周期-尤其是对于加热器。
本公开的示例的另一优点可以是例如，相对于没有参考的情况，关于周围流体的信息的测量改进的简单性。在这种情况下，可以使用算法来准确地解释测量结果。这可能更复杂且相当麻烦。因此，根据本公开的示例可避免使用用于解释测量数据的算法。然而，根据本公开的示例，除了基于参考测量的校正之外，可以采用算法的使用以改进流体确定。
根据本公开的其它实施例，参考路径的波导(例如，第一波导部段)可以以平面方式覆盖，例如以平面盖结构覆盖。然而，以非平面方式覆盖波导可能对波导本身显示较弱影响，并且因此，对对测量或测量系统也是如此。使用非平面盖或非平面盖结构可以例如，特别简化一些结构的波导(例如，狭槽阵列或多狭槽)的使用。甚至不可能在平面盖中实现这种波导。
虽然已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是清楚的是，这些方面还表示对应方法的描述，其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对对应装置的对应块或元件或特征的描述。
以上描述的示例仅用于说明本公开的原理。应当理解的是，对本文描述的布置和细节的修改和变更对于本领域的其他技术人员将是显而易见的。因此，其意图仅由即将示出的专利权利要求书的范围限制，而不是由通过对本文中的示例进行描述和解释的方式呈现的具体细节限制。

Claims (15)

1.一种用于执行参考测量的流体传感器(100、200、300、400、500)，所述流体传感器包括：
支撑结构(110)，具有顶部主表面区域(112)，其中，所述支撑结构的所述顶部主表面区域构成所述传感器的公共系统平面；以及
热发射器(120)，在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上，其中，所述热发射器(120)被配置为发射热辐射；以及
第一波导部段(140)，在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上；以及
第一热辐射检测器(130、332、334)，在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上；以及
盖结构(150)，在所述第一波导部段(140)的至少一部分上，其中，所述盖结构(150)被配置为密封所述第一波导部段的所述至少一部分；以及
其中所述第一波导部段(140)被配置为将由所述热发射器(120)发射的所述热辐射的第一部分引导到所述第一热辐射检测器(130、332、334)；以及
其中所述第一热辐射检测器(130、332、334)被配置为检测所述热辐射的被引导的所述第一部分以执行所述参考测量。
2.根据权利要求1所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述流体传感器包括密封腔(220)，并且其中，所述密封腔被布置在所述盖结构(150)与所述第一波导部段(140)的至少一部分之间。
3.根据权利要求2所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述密封腔(220)包括限定气氛和/或限定流体(410)；以及
其中所述第一波导部段(140)被配置为：使所述热辐射的被引导的所述第一部分的消逝场能够以确定方式与所述限定气氛和/或所述限定流体(410)相互作用，以使所述热辐射的被引导的所述第一部分包括关于所述流体传感器的所述测量条件的信息。
4.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述流体传感器包括第一滤波器结构(210)，并且其中所述第一滤波器结构(210)被配置为对由所述热发射器(120)发射的所述热辐射的所述第一部分进行滤波，以及
其中，所述第一波导部段(140)包括所述第一滤波器结构(210)；和/或
其中，所述热发射器(120)包括所述第一滤波器结构(210)；和/或
其中，所述第一热辐射检测器(130、332、334)包括所述第一滤波器结构(210)；和/或
其中，所述第一滤波器结构(210)在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上被布置在所述热发射器(120)与所述第一波导部段(140)之间、和/或被布置在所述第一热辐射检测器(130、332、334)与所述第一波导部段(140)之间。
5.根据权利要求4所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述热发射器(120)包括半导体条带；以及
其中所述半导体条带被配置为发射作为所述热辐射的宽带热辐射；以及
其中所述第一滤波器结构(210)是包括半导体材料的光学滤波器结构；以及
其中所述滤光片结构具有窄透射带；以及
其中所述光学滤波器结构被配置为对由所述热发射器(120)发射的所述宽带热辐射的所述第一部分进行滤波。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述流体传感器包括所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上的第二波导部段(340)和所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上的第二热辐射检测器(330、332、334)；以及
其中所述第二波导部段(340)被配置为将由所述热发射器(120)发射的所述热辐射的第二部分引导到所述第二热辐射检测器(330、332、334)；以及
其中所述第二波导部段(340)被配置为使所述热辐射的被引导的所述第二部分的消逝场能够与周围流体(420)相互作用；以及
其中所述第二热辐射检测器(330、332、334)被配置为检测所述热辐射的被引导的所述第二部分，以便确定关于所述周围流体(420)的信息，
基于所述热辐射的被引导的所述第二部分的消逝场与所述周围流体(420)的相互作用，以及
基于所述热辐射的被引导的所述第一部分，由所述第一热辐射检测器(130、332、334)进行检测。
7.根据权利要求6所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述流体传感器包括所述第二滤波器结构(340)，并且其中所述第二滤波器结构被配置为对由所述热发射器(120)发射的所述热辐射的所述第二部分进行滤波；以及
其中所述第二波导部段(340)包括所述第二滤波器结构(340)；和/或
其中所述热发射器(120)包括所述第二滤波器结构(340)；和/或
其中所述第二热辐射检测器(330、332、334)包括所述第二滤波器结构(340)；和/或
其中所述第二滤波器结构(340)在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上被布置在所述热发射器(120)与所述第二波导部段(340)之间、和/或被布置在所述第二热辐射检测器(330、332、334)与所述第二波导部段(340)之间。
8.根据权利要求7所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述第一波导部段和/或第二波导部段(140、340)包括平板波导(610)、条带波导(620)、狭槽波导(630)、狭槽阵列波导(640)、以及多狭槽波导(650)中的至少一个波导；和/或
其中所述第一热辐射检测器和/或第二热辐射检测器(130、330)包括热电温度传感器、压电温度传感器(334)、pn结温度传感器(332)、以及电阻温度传感器中的至少一个温度传感器。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述热发射器(120)被配置为在平行于所述系统平面的至少两个不同的辐射发射方向(122、124)上发射所述热辐射，并且其中所述至少两个不同的辐射发射方向中的第一辐射发射方向和第二辐射发射方向彼此相对；以及
其中所述热发射器(120)被配置为在所述第一辐射发射方向(122)上发射所述热辐射的所述第一部分；以及
其中所述热发射器(120)被配置为在所述第二辐射发射(124)方向上发射所述热辐射的所述第二部分。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述第一波导部段和/或第二波导部段(140、340)被配置为提供至少5％且至多90％的所述热辐射的被引导的所述第一部分和所述第二部分的渐逝场比率。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述支撑结构(110)包括刚性结构(114)和所述刚性结构的底部表面上的衬底(116)；以及
其中所述刚性结构(114)的与所述底部表面相对的顶部表面是所述顶部主表面区域(112)；以及
其中所述刚性结构(114)被配置为限制由所述热发射器(120)辐射的所述热辐射。
12.根据权利要求11所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述衬底(116)包括至少一个衬底腔(320)；以及
其中所述至少一个衬底腔(320)相对于所述系统平面垂直地被布置在所述热发射器(120)和/或所述第一热辐射检测器和/或所述第二热辐射检测器(130、330、332、334)和/或所述第一波导部段和/或所述第二波导部段(140、340)下方，用于所述热发射器(120)和/或所述第一热辐射检测器和/或所述第二热辐射检测器(130、330、332、334)和/或所述第一波导部段和/或第二波导部段(140、340)与所述衬底(116)的热绝缘。
13.根据前述权利要求中任一项所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中所述流体传感器在所述系统平面中具有小于45mm2、小于30mm2或小于25mm2的占用空间，和/或所述流体传感器在所述系统平面中具有小于1000μm或小于950μm或小于800μm的高度，其中所述高度与所述系统平面正交。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的流体传感器(100、200、300、400、500)，其中以下至少一项被单片地布置在所述支撑结构(110)上：所述第一热辐射检测器和/或所述第二热辐射检测器(130、330、332、334)、所述第一波导部段和/或所述第二波导部段(140、340)、所述第一滤波器结构和/或所述第二滤波器结构(210、310)和/或所述热发射器(120)。
15.一种用于执行参考测量的方法，所述方法包括：
由热发射器(120)发射(1210)热辐射，
其中所述热发射器(120)被布置在支撑结构(110)的顶部主表面区域(112)上，以及
其中所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)构成公共系统平面；以及
通过第一波导部段(140)将由所述热发射器(120)发射的所述热辐射的第一部分引导(1220)到第一热辐射检测器(130、332、334)；
其中所述第一波导部段(140)和所述第一热辐射检测器(130、332、334)被布置在所述支撑结构(110)的所述顶部主表面区域(112)上；以及
其中所述第一波导部段(140)的至少一部分被盖结构(150)密封；以及
检测(1230)所述热辐射的被引导的所述第一部分以执行所述参考测量。
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