DE102005002963A1 - Infrarot-Gassensor - Google Patents

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DE102005002963A1
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Hisanori Kariya Yokura
Yasutoshi Kariya Suzuki
Takahiko Nishio Yoshida
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Abstract

Ein Infrarot-Gassensor umfasst: Eine Infrarotlichtquelle (31), die ein Widerstandselement (60) zur Aussendung eines Infrarotlichts durch Erwärmen des Widerstandselements (60) umfasst, einen Infrarotlichtsensor (32) mit einer Erfassungsvorrichtung (70), um in einem Fall, in dem der Sensor (32) das Infrarotlicht empfängt, ein elektrisches Signal in Übereinstimmung mit einer Temperaturänderung der Erfassungsvorrichtung (70) zu erzeugen, die dem Infrarotlicht entspricht, einem Reflexionselement (12b) zur Reflexion des von der Lichtquelle (31) ausgesendeten Infrarotlichts zu dem Sensor (32), einem Gehäuse (12) zur Unterbringung der Lichtquelle (31), des Lichtsensors (32), dem Reflexionselement (12b) und einem Substrat (40). Das Reflexionselement (12b) liegt der Lichtquelle (31) gegenüber. Das Widerstandselement (60) und die Erfassungesvorrichtung (70) sind auf dem Substrat (40) angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Infrarot-Gassensor.
  • Aus der japanischen Patentanmeldung Nr. H9-184803 ist ein Infrarot-Gassensor bekannt, der eine Infrarotquelle, einen Infrarotsensor zur Erfassung von Infrarotlicht und ein Reflexionselement, das gegenüber der Infrarotquelle angeordnet ist, um das Infrarotlicht zu dem Infrarotsensor zu reflektieren, enthält.
  • Der Infrarot-Gassensor (im Folgenden als Gassensor bezeichnet) umfasst eine Lichtquelle (Infrarotquelle), die gegenüber einem konkaven Reflexionsspiegel (Reflexionselement) angeordnet ist. Ein Lichtempfänger (Infrarotsensor) ist an oder in der Nähe einer Position vorgesehen, um einen Fluss reflektierten Infrarotlichts, das von der Lichtquelle ausgesendet wird, in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Ein Gas, das das zu testende Gas enthält, wird in Räume zwischen der Lichtquelle, dem Lichtempfänger und dem konkaven Reflexionsspiegel gefüllt, um die Absorptionsverhältnisse des Infrarotlichts durch das Gas zu messen.
  • Bei dem Gassensor der japanischen Patentanmeldung Nr. H9-1874803 ist jedoch die Lichtquelle und der Lichtempfänger getrennt (auf verschiedenen Chips) vorgesehen. Daher ist es schwierig, den Gassensor zu verkleinern.
  • In einem solchen Gassensor hat eine Erhöhung der Energiemenge des Infrarotlichts, die dem Infrarotsensor zugeführt wird, auch eine Erhöhung der Änderung des Aus gangssignals des Infrarotsensors zur Folge. Daher ist die Empfindlichkeit des Gassensors verbessert. Es ist jedoch bei diesem Gassensor erforderlich, die Lichtquelle und den Lichtempfänger bezüglich des konkaven Reflexionsspiegels zu positionieren. Die Einbaupositionen unterliegen leicht Fehlern. Folglich ändern Abweichungen der Einbaupositionen die Energiemenge des Infrarotlichts, das dem Lichtempfänger zugeführt wird, so dass sich die Sensorempfindlichkeit ändern kann.
  • Angesichts des oben beschriebenen Problems ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Infrarot-Gassensor geringer Größe und stabiler Empfindlichkeit bereitzustellen.
  • Ein Infrarot-Gassensor umfasst: Eine Infrarotlichtquelle mit einem Widerstandselement, das Infrarotlicht aussendet, wenn es erwärmt wird, einen Infrarotlichtsensor mit einer Erfassungsvorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Übereinstimmung mit einer Temperaturänderung der Erfassungsvorrichtung, die dem Infrarotlicht entspricht, wenn der Sensor das Infrarotlicht empfängt, ein Reflexionselement zur Reflexion des von der Lichtquelle ausgesendeten Infrarotlichts, um dem Sensor das Infrarotlicht zuzuführen, ein Gehäuse zur Unterbringung des Lichtquelle, des Lichtsensors und des Reflexionselements, und ein Substrat. Das Reflexionselement liegt der Lichtquelle gegenüber. Das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung sind auf dem Substrat angeordnet.
  • In dem oben genannten Sensor sind das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung auf demselben Substrat angeordnet, d.h. sie sind auf demselben Substrat integriert. Demzufolge kann die Anordnung des Widerstandselements (d.h. die Lichtquelle) und der Erfassungsvorrich tung (d.h. der Lichtsensor) kompakt ausgelegt werden, so dass die Größe des Gassensors verringert werden kann.
  • Ferner, da das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung auf demselben Substrat angeordnet sind, so dass ihre relative Position vorbestimmt ist, kann die relative Positionierungsgenauigkeit zwischen der Lichtquelle und dem Lichtsensor im Vergleich zu einem Sensor, bei dem die Lichtquelle und der Sensorchip getrennt auf unterschiedlichen Substraten angeordnet sind, verbessert werden. Somit sind die Schwankungen der Sensorempfindlichkeit reduziert.
  • Das Reflexionselement ist vorzugsweise ein konkaver Spiegel. In diesem Fall wird die Lichtmenge des Infrarotlichts, das den Lichtsensor erreicht, d.h. ein Koeffizient eines empfangenen Infrarotlichts, durch Verwendung des konkaven Spiegels größer, so das die Sensorempfindlichkeit verbessert ist. Ferner ist die Schwankung der Sensorempfindlichkeit verbessert.
  • Das Substrat umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Membranen als einen dünnen Abschnitt des Substrats. Das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung sind auf unterschiedlichen Membranen angeordnet. In diesem Fall sind das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung von dem Substrat thermisch isoliert. Daher kann die Infrarotlichtquelle das Infrarotlicht wirksam aussenden, und ferner hat der Infrarotlichtsensor eine hohe Ausgangsleistung.
  • Die Erfassungsvorrichtung ist vorzugsweise ein Thermoelement, das einen Messpunkt und einen Referenzpunkt aufweist. Der Messpunkt ist auf einer Membran angeordnet, und der Referenzpunkt ist auf dem Substrat, jedoch nicht auf der Membran angeordnet.
  • Die Erfassungsvorrichtung enthält vorzugsweise einen Teil, der aus dem gleichen Material wie das Widerstandselement hergestellt ist. Die Erfassungsvorrichtung enthält ferner einen Teil, der in der gleichen Ebene wie das Widerstandselement angeordnet ist. In diesem Fall kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden. Insbesondere, wenn die Erfassungsvorrichtung und das Widerstandselement aus dem gleichen Material gebildet sind, um in der gleichen Ebene angeordnet zu werden, werden das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung zeitgleich in demselben Prozess hergestellt, so dass der Herstellungsprozess vereinfacht ist. Somit sind die Herstellungskosten des Sensors verringert.
  • Das Substrat ist vorzugsweise ein Halbleitersubstrat, und das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung sind durch einen Isolierungsfilm getrennt auf dem Halbleitersubstrat angeordnet. In diesem Fall werden das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung mit hoher Positionierungsgenauigkeit durch ein herkömmliches Halbleiterverarbeitungsverfahren ausgebildet. Somit kann der Gassensor mit einer hohen Sensorempfindlichkeit und kostengünstig hergestellt werden.
  • Der Sensor umfasst vorzugsweise ferner einen Schaltungschip. Das Substrat mit dem Widerstandselement und der Erfassungsvorrichtung ist so auf den Schaltungschip montiert, dass der Schaltungschip mit dem Substrat innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Insbesondere, wenn das Widerstandselement und die Erfassungsvorrichtung auf demselben Substrat angeordnet sind, werden die Anordnungsbereiche der Infrarotlichtquelle und des Infrarotlichtsensors kleiner. Daher können der Schaltungschip zum Betrieb der Infrarotlichtquelle und des Infrarotlichtsensors in einem Raum des Gehäuses untergebracht werden.
  • Die oben aufgeführten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen sind:
  • 1 eine schematische Ansicht, die einen Gassensor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2A eine Draufsicht, die einen Sensorchip gemäß der bevorzugten Ausführungsform zeigt, und 2B eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIB-IIB in 2A des Sensorchips;
  • 3 eine Querschnittsansicht, die einen Sensorchip eines Gassensors gemäß einer Modifikation der bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
  • 4 eine schematische Ansicht, die einen Gassensor gemäß einer weiteren Modifikation der bevorzugten Ausführungsform zeigt.
  • Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird in einem Infrarot-Gassensor mit einer sogenannten Reflexionsstruktur angewendet. In einem solchen Infrarot-Gassensor strahlt eine Infrarotquelle Infrarotlicht aus. Ein Reflexionselement ist gegenüber der Infrarotquelle angeordnet und reflektiert das Infrarotlicht. Ein Infrarotsensor erfasst das reflektierte Licht.
  • 1 zeigt schematisch die Konfiguration eines Infrarot-Gassensors (im Folgenden als Gassensor bezeichnet) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Gassensor 100 ein Reflexionselement, um Infrarotlicht zu reflektieren, und umfasst ein Gehäuse 10, eine Kappe 20 und einen Sensorchip 30. Das Gehäuse 10 ist so gestaltet, dass ein zu untersuchendes Gas eindringen kann. Die Kappe 20 ist in dem Gehäuse 10 angeordnet und begrenzt das Infrarotlicht. Der Sensorchip 30 ist in dem Gehäuse 10 angeordnet. Der Sensorchip 30 ist als eine Integration einer Infrarotquelle zur Aussendung von Infrarotlicht und eines Infrarotsensors zur Erfassung von Infrarotlicht ausgelegt.
  • Das Gehäuse 10 umfasst einen Sockel 11 als Basis und einen zylindrischen Behälter 12, der auf dem Sockel 11 befestigt ist.
  • Der Behälter 12 weist auf der Seite eine Mehrzahl von Gaseintritt- bzw. Austrittöffnungen 12a (zwei in 1) auf. Der Gaseintritt- bzw. Austrittöffnung 12a ermöglicht einem Gas, das das zu untersuchende Gas enthält, in das Gehäuse 10 zu strömen. Das Gehäuse 10 enthält einen konkaven Spiegel 12b auf der inneren, oberen Oberfläche gegenüber dem Sockel 11. Der konkave Spiegel 12b fungiert als Reflexionselement, um Infrarotstrahlung zu reflektieren. Der konkave Spiegel 12b ist so gestaltet, dass er einen bestimmten Radius hat. Dies hat den Zweck, von der Infrarotquelle des Sensorchips 30 ausgesendetes Infrarotlicht zu reflektieren und das Infrarotlichts auf den Infrarotsensor des Sensorchips 30 zu richten. Die Infrarotquelle und der Infrarotsensor sind nachstehend beschrieben.
  • Die Kappe 20 begrenzt die Richtungen des von der Infrarotquelle ausgesendeten Infrarotlichts. Darüber hinaus begrenzt die Kappe 20 einen Einfallsbereich des Sensorchips 30 für das von dem konkaven Spiegel 12b reflektierte Infrarotlicht. Die Kappe 20 ist so ausgelegt, dass sie Infrarotstrahlung bis auf ein Strahlungsfenster 21 und ein Eintrittsfenster 22 blockiert. Das Strahlungsfenster 21 ist in Übereinstimmung mit der Infrarotquelle positioniert. Das Eintrittsfenster 22 ist in Übereinstimmung mit dem Infrarotsensor positioniert. Das Strahlungsfenster 21 umfasst einen Infrarottransmissionsfilter 21a. Das Eintrittsfenster 22 umfasst ein Bandpassfilter 22a, um selektiv nur das Infrarotlicht hindurch zu lassen, welches eine spezifische Wellenlänge aufweist. Die Kappe 23 weist eine Trennwand 23 auf, die sich von oben in 1 in Richtung der Oberfläche des Sensorchips 30 erstreckt. Wenn die Infrarotquelle isotrop das Infrarotlich aussendet, verhindert die Trennwand 23, dass das Infrarotlicht direkt auf den in der Kappe 20 angeordneten Infrarotsensor auftrifft.
  • Der Sensorchip 30 ist auf dem Sockel 11 in dem Gehäuse 10 befestigt und umfasst einen Lichtquellenabschnitt 31 und einen Lichtempfangsabschnitt 32 auf einem einzigen Chip. Der Lichtquellenabschnitt 31 fungiert als Infrarotquelle, die Infrarotlicht aussendet. Der Lichtempfangsabschnitt 32 fungiert als Infrarotsensor, um das Infrarotlicht zu empfangen, das von dem Lichtquellenabschnitt 31 ausgesendet und an dem konkaven Spiegel 12b reflektiert wird. Das heißt, der Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 sind auf dem Sensorchip 30 als einzigem Chip integriert. Dies ermöglicht es, den Raum zur Montage des Lichtquellenabschnitts 31 und des Lichtempfangsabschnitts 32 in dem Gehäuse 10 zu verringern, so dass die Größe des Gassensors 100 minimiert werden kann.
  • Wie oben erwähnt sind der Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 auf dem Sensorchip 30 als einem einzigen Chip integriert. Dies legt die relative Position des Lichtquellenabschnitts 31 und des Lichtempfangsabschnitts 32 fest. Demzufolge können der Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 auf dem Sockel 11 in dem Gehäuse 10 angeordnet werden, indem lediglich der Sensorchip 30 relativ zu dem konkaven Spiegel 12b positioniert wird. Dies verbessert die Positionierungsgenauigkeit des Lichtquellenabschnitts 31 und des Lichtempfangsabschnitts gegenüber dem konkaven Spiegel 12b. Das heißt, dies verringert Schwankungen bzw. Veränderungen der dem Lichtempfangsabschnitt 32 zugeführten Energie an infraroter Strahlung. Folglich ist es möglich, die Veränderungen der Sensorempfindlichkeit für jeden Gassensor 100 zu reduzieren.
  • Insbesondere kann als Reflexionselement der konkave Spiegel 12b, der einen bestimmten Radius aufweist, verwendet werden, um die dem Lichtempfangsabschnitt 32 zugeführte Energiemenge an infraroter Strahlung (d.h. den Infrarotlicht-Empfangswirkungsgrad) zu erhöhen. Die Genauigkeit in der Position des Lichtquellenabschnitts 31 und des Lichtempfangsabschnitts 32 hat einen starken Einfluss auf Veränderungen in der Sensorempfindlichkeit. Gemäß dem in dieser Ausführungsform gezeigten Aufbau kann die Verwendung des konkaven Spiegels 12b den Infrarotlicht-Empfangswirkungsgrad (d.h. die Sensorempfindlichkeit) erhöhen und Veränderungen in der Sensorempfindlichkeit verringern. Der Sensorchip 30 ist nachstehend ausführlicher beschrieben.
  • Der Sensorchip 30 ist über einen Verbindungsdraht 33 elektrisch mit einem Anschluss 34 verbunden. Der Anschluss 34 fungiert als festgelegte externe Ausgangsanschlussklemme, die durch den Sockel 11 geführt ist.
  • Somit umfasst der Gassensor 100 gemäß der Ausführungsform auf der oberen inneren Oberfläche des Gehäuses 10 den konkaven Spiegel 12b. Der Sensorchip 30 umfasst den Lichtquellenabschnitt 31 und den Lichtempfangsabschnitt 32. Der Sensorchip 30 ist auf dem Sockel 11 für das Gehäuse 10 mit hoher Positionsgenauigkeit gegenüber dem konkaven Spiegel 12b angeordnet. Das Infrarotlicht wird von dem Lichtquellenabschnitt 31 ausgesendet, tritt durch den Infrarotlicht-Transmissionsfilter 21a, der an dem Strahlungsfenster 21 angebracht ist, und wird an dem konkaven Spiegel 12b reflektiert. Das Bandpassfilter 22a ist an dem Eintrittsfenster 22 der Kappe 20 angebracht und lässt nur das Infrarotlicht des gesamten reflektierten Lichts hindurch, das eine bestimmte Wellenlänge besitzt. Das transmittierte Infrarotlicht erreicht wirksam den Lichtempfangsabschnitt 32.
  • Die Infrarotlichtstrahlen durchlaufen das zu untersuchende Gas, das durch die Gaseintritts- bzw. Austrittsöffnung 12a in das Gehäuse eintritt, zweimal. Das Infrarotlicht, das die bestimmte Wellenlänge aufweist, wird dabei absorbiert, und das restliche Infrarotlicht erreicht den Lichtempfangsabschnitt 32, wobei eine Änderung der Dichte des zu untersuchenden Gases die Intensität des Infrarotlichts, das den Lichtempfangsabschnitt 32 erreicht, ändert. Ein Ausgangssignal von dem Lichtempfangsabschnitt 32 ändert sich entsprechend, um so das zu untersuchende Gas zu messen. Da die Konstruktion mit Reflexion den Strahlungsweg des Infrarotlichts durch das Gas verlängert, wird die Sensorempfindlichkeit verbessert.
  • Der Aufbau des Sensorchips 30 ist mit Bezug auf die 2A und 2B erläutert. 2A und 2B zeigen vergrößerte Einzelheiten des Sensorchips 30 von 1. 2A ist eine Draufsicht. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIB-IIB von 2A. 2A zeigt ein Widerstandselement 60, einen Verdrahtungsabschnitt zur Verbindung des Widerstandselements 60 mit einer Elektrode, eine Erfassungsvorrichtung 70 und einen Verdrahtungsabschnitt zur Verbindung der Erfassungsvorrichtung 70 mit der Elektrode. In 2A zeigen zwei rechteckige Bereiche, die durch gestrichelte Linien umschlossen sind, Bereiche, wo Hohlräume 41a, 41b auf der oberen Oberfläche des Substrats 40 ausgebildet sind. Ein rechteckiger Bereich, der durch eine gepunktet-gestrichelte Linie begrenzt ist, zeigt einen Bereich, in dem eine Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 ausgebildet ist.
  • Wie in 2B gezeigt ist, umfasst der Sensorchip 30 ein Substrat 40, eine Membran 50, ein Widerstandelement 60, eine Erfassungsvorrichtung 70 und eine Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80. Eine Mehrzahl von Membranen 50 sind als dünne Abschnitte auf dem Substrat 40 angeordnet. An das Widerstandselement 60 wird eine Spannung angelegt, um Wärme zu erzeugen. Die Erfassungsvorrichtung 70 erfasst Infrarotlicht. Gemäß der Ausführungsform umfasst das Substrat 40 eine Membran 50a und eine Membran 50b als die Membranen 50. Die Membran 50a enthält das Widerstandselement 60. Die Membran 50b enthält das Erfassungelement 70 und die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80.
  • Das Substrat 40 ist ein Siliziumhalbleitersubstrat. Das Substrat 40 hat Hohlräume 41a und 41b, die Bereichen zur Ausbildung der Membrane 50a bzw. 50b entsprechen. Gemäß der Ausführungsform sind die Hohlräume 41a und 41b offen und im Querschnitt in einer Ebene parallel zur Zeichenebene der 1A rechteckig. Die Querschnittsflächen werden von der Unterseite zur Oberseite des Substrats 40 kleiner. Auf der oberen Oberfläche des Substrats 40 sind die rechteckigen Bereiche so ausgebildet, wie es durch die gstrichelten Linien in 2A angedeutet ist. Die Membran 50a enthält das Widerstandselement 60. Die Membran 50b enthält die Erfassungsvorrichtung 70. Die Membranen 50a und 50b sind so ausgebildet, dass sie über dem Substrat 40 angeordnet sind. Die Membrane sind dünner als die anderen Teile auf dem Sensorchip 40. Auf diese Weise ist das Widerstandselement 60 von dem Substrat 40 thermisch isoliert. Wenn an das Widerstandelement 60 zur Erzeugung von Wärme eine Spannung angelegt wird, kann der Lichtquellenabschnitt 31 wirksam Infrarotwärme aussenden. Die rechteckigen Bereiche 41a und 41b, die durch gestrichelte Linien in 2A angezeigt sind, entsprechen Bereichen zur Ausbildung der Membrane 50a und 50b in dem Lichtquellenabschnitt 31 bzw. dem Lichtempfangsabschnitt 32.
  • Eine Siliziumnitridschicht 42 ist unter dem Substrat 40 angeordnet. Eine Isolierungsschicht 43 (z.B. eine Siliziumnitridschicht) ist auf dem Substrat 40 angeordnet. Eine Siliziumoxidschicht 44 ist auf der Isolierungsschicht 43 angeordnet.
  • Eine Polysiliziumschicht 45 ist auf der Siliziumoxidschicht 44 angeordnet. Die Polysiliziumschicht 45 umfasst eine Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt und eine Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt. Die Polysiliziumschicht 45a ist in dem Bereich zur Ausbildung der Membran 50a vorgesehen. Die Polysiliziumschicht 45b ist von der Membran 50b bis zu einem bestimmten Bereich eines dicken Abschnitts des Substrats 40 außerhalb der Membran 50b vorgesehen. Die Polysiliziumschicht 45a und 45b sind zu bestimmten Formen gemustert. Von der Polysiliziumschicht 45 ist die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt das Widerstandselement 60, das den Lichtquellenabschnitt 31 bildet. Die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt ist Teil der Erfassungsvorrichtung 70, das den Lichtempfangsabschnitt 32 bildet. Da das Widerstandselement 60 und wenigstens ein Teil der Erfassungsvorrichtung 70 aus dem gleichen Material, in derselben Ebene gebildet sind, können sie zeitgleich in demselben Prozess erzeugt werden.
  • Die Polysiliziumschicht 45 ist über eine Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 aus BPSG (Bor-dotiertes Phosphor-Silikat-Glas) mit einem Aluminiumverdrahtungsabschnitt 47 verbunden. Der Verdrahtungsabschnitt 47 umfasst ferner einen Verdrahtungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt und einen Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt. Der Verdrahtungsabschnitt 47a ist mit der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt verbunden. Der Verdrahtungsabschnitt 47 ist mit der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt verbunden. Der Verdrahtungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt verbindet das Widerstandselement 60 (die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt) mit der Elektrode. Der Verdrahtungsabschnitt 47 für den Lichtempfangsabschnitt verbindet Ränder der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt über ein in der Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 ausgebildetes Loch. Zusammen mit der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt bildet der Verdrahtungsabschnitt 47b ein Thermoelement, das als die Erfassungsvorrichtung 70 fungiert. Der Verdrahtungsabschnitt 47b verbindet die Erfassungsvorrichtung 70 mit der Elektrode.
  • Wie in 2A gezeigt ist, umfasst das Thermoelement als die Erfassungsvorrichtung 70 unterschiedliche Materialien für die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt und für den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt. Eine Mehrzahl von Sätzen aus der Polysiliziumschicht 45b und dem Verdrahtungsabschnitt 47b sind im Wechsel und seriell angeordnet (Thermosäule), um das Thermoelement zu bilden. Ein heißer Verbindungsabschnitt und ein kalter Verbindungsabschnitt sind abwechselnd angeordnet. Der heiße Verbindungsabschnitt ist auf der Membran 50b, die eine geringe Wärmekapazität besitzt, ausgebildet. Der kalte Verbindungsabschnitt ist auf dem Substrat 40, das eine große Wärmekapazität besitzt, außerhalb der Membran 50b, ausgebildet. Folglich arbeitet das Substrat 40 als Wärmesenke.
  • Die verwendete Erfassungsvorrichtung 70 ist wie folgt aufgebaut. Wenigstens ein Teil der Erfassungsvorrichtung 70 ist auf der Membran 50b ausgebildet. Die Infrarotlicht-Absorptionschicht 80 bedeckt wenigstens teilweise auf der Membran 50b ausgebildete Teile. Die Erfassungsvorrichtung 70 erzeugt elektrische Signale auf der Grundlage von Temperaturänderungen, die erzeugt werden, wenn Infrarotlicht empfangen wird. Zusätzlich zu dem oben genannten Thermoelement kann die Erfassungsvorrichtung 70 ein bolometrisches Erfassungselement sein, das ein Widerstandselement umfasst, oder ein pyroelektrisches Erfassungselement sein, das pyroelektrische Elemente umfasst.
  • Der Verdrahtungsabschnitt 47 umfasst an seinem Ende eine Kontaktierungsstelle 48 als die Elektrode. Eine Schutzschicht 49 (z.B. eine Siliziumnitridschicht) ist auf dem Verdrahtungsabschnitt 47, jedoch nicht auf der Kontaktierungsstelle 48 angeodnet. Von der Kontaktierungsstelle 48 in 2A und 2B bezeichnet das Bezugszeichen 48a eine Lichtquellenabschnitt-Kontaktierungsstelle, die mit dem Verdrahtungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt 31 verbunden ist. Das Bezugszeichen 48b bezeichnet eine Lichtempfangsabschnitt-Kontaktierungsstelle, die mit dem Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt verbunden ist.
  • Die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 ist auf der Schutzschicht 49, in dem Membranbildungsbereich für die Membran 50b, so ausgebildet, dass sie wengstens einen Teil der Erfassungsvorrichtung 70 überdeckt. Die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 gemäß der Ausführungsform wird durch Sintern des Polyesterharz, das Kohlenstoff enthält, hergestellt. Die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 ist auf der Membran 50b gebildet, wobei sie die heißen Verbindungsstellen abdeckt, um das Infrarotlicht zu absorbieren und die Temperatur der heißen Verbindungsstellen für die Erfassungsvorrichtung 70 wirksam zu erhöhen. Die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 ist mit einer vorbestimmten Lücke mit Bezug auf das Ende des Bereichs zur Ausbildung der Membran 50b ausgebildet. Die Anmelderin offenbart diese Lücke (ein Verhältnis zwischen der Breite der Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 und der Breite der Membran 50b) in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-365140. Auf eine weitere Beschreibung in dieser Ausführungsform wird daher verzichtet.
  • Der Sensorchip 30 mit dem oben beschriebenen Aufbau wird in das Gehäuse 10 platziert. An das Widerstandselement 60 des Lichtquellenabschnitts 31 wird eine Spannung angelegt, so dass es sich erwärmt und Infrarotlicht aussendet. Der konkave Spiegel 12b reflektiert das Infrarotlicht. Das reflektierte Licht erreicht den Lichtempfangsabschnitt 32. Die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 absorbiert das Infrarotlicht, um die Temperatur zu erhöhen. Als Folge davon erhöht sich die Temperatur an der heißen Verbindungsstelle für die Erfassungsvorrichtung 70, das unter der Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 angeordnet ist. Im Gegensatz dazu zeigt die kalte Verbindungsstelle einen geringeren Temperaturanstieg als die heiße Verbindungsstelle, da das Substrat 40 als die Wärmesenke wirkt. Wenn die Erfassungsvorrichtung 70 das Infrarotlicht empfängt, tritt zwischen der heißen Verbindungsstelle und der kalten Verbindungsstelle eine Temperaturdifferenz auf. Entsprechend dieser Temperaturdifferenz ändert sich eine elektromotorische Kraft für die Erfassungsvorrichtung 70 (Seebeck-Effekt). Auf der Grundlage der geänderten elektromotorischen Kraft erfasst die Erfassungsvorrichtung 70 die Infrarotlichtintensität, d.h. die Gasdichte. Das Thermoelement in 2A bildet eine Thermosäule. Die Ausgangsspannung Vout der Erfassungsvorrichtung 70 ist gleich der Summe aus elektromotorischen Kräften, die von dem Satz aus der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt und dem Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt erzeugt wird.
  • Nachfolgend ist das Verfahren zur Herstellung des Gassensors 100 mit Bezug auf 1 und 2B beschrieben.
  • Zuerst ist das Verfahren zur Herstellung des Sensorchips 30 mit Bezug auf 2B beschrieben.
  • Die Siliziumnitrid-Isolierungsschicht 43 wird zum Beispiel mittels CVD über dem gesamten Siliziumsubstrat 40 ausgebildet. Die Isolierungsschicht 43 wird eine Ätzstoppschicht zum Ätzen des Substrats 40, wie nachstehend beschrieben ist. Die Isolierungsschicht 43 ist ein die Membrane 50a und 50b bildende Element. Demzufolge ist es wichtig, die Isolierungsschicht 43 zu bilden, indem die mechanische Spannung der Membran kontrolliert wird. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, die Isolierungsschicht 43 als eine zusammengesetzte Schicht zu bilden, die die Siliziumnitridschicht und die Siliziumoxidschicht enthält.
  • Die Siliziumoxidschicht 44 wird zum Beispiel mittels CVD so gebildet, dass sie die Isolierungsschicht 43 überdeckt. Die Siliziumoxidschicht 44 erhöht das Haftvermögen zwischen der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtemp fangsabschnitt und der Polysiliziumschicht 45b für die Lichtempfangsschicht, die direkt auf der Siliziumoxidschicht 44 ausgebildet werden. Die Siliziumoxidschicht 44 wird als Ätzstoppschicht verwendet, wenn die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt und die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt durch Ätzen gebildet werden.
  • Eine Polysiliziumschicht wird zum Beispiel mittels CVD auf der Siliziumoxidschicht 44 ausgebildet. Verunreinigungen wie etwa Phosphor werden implantiert, um so den Widerstandswert einzustellen. Zur Musterbildung, um die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt und die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt in bestimmter Gestalt auszubilden, wird ein Fotolithografieprozess ausgeführt. Dabei wird eine (nicht gezeigte) thermische Oxidation angewendet, um auf den Oberflächen der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt und der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt eine Siliziumoxidschicht auszubilden. Die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt wird das Widerstandselement 60, das den Lichtquellenabschnitt 31 bildet. Die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt wird Teil der Erfassungsvorrichtung 70, die den Lichtempfangsabschnitt 32 bildet. Daher kann derselbe Prozess verwendet werden, um zeitgleich das Widerstandselement 60 und wenigstens einen Teil der Erfassungselements 70 zu bilden. Des ermöglicht es, den Herstellungsprozess des Sensorchips 30 zu vereinfachen und die Positionierungsgenauigkeit des Widerstandselements 60 und der Erfassungsvorrichtung 70 zu verbessern. Polysilizium ist nicht das einzige Konstruktionsmaterial für das Widerstandselement 60 und die Erfassungsvorrichtung 70. Andere Konstruktionsmaterialien wie etwa einkristallines Silizium, das mit Verunreinigungen dotiert ist, und metallische Materialien wie etwa Gold oder Platin können zur Herstellung des Widerstandselements 60 und der Erfassungsvorrichtung 70 verwendet werden. Es ist nicht notwendig, den gleichen Prozess zu verwenden, um die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt und die Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt zeitgleich zu bilden. Unterschiedliche Prozesse können verwendet werden, um diese Polysiliziumschichten zu bilden, um entsprechende Verunreinigungsdichten zu erhalten.
  • Nach Ausbilden der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt 31 und der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt 32 wird die CVD-Methode dazu verwendet, auf der Siliziumoxidschicht 44, die diese Polysiliziumschichten enthält, eine BPSG-Schicht zu bilden. Die BPSG-Schicht fungiert als die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46. Die BPSG-Schicht wird anschließend einer Wärmebehandlung bei zum Beispiel 900°C bis 1000°C unterzogen. Die Wärmebehandlung der BPSG-Schicht als die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 bei einer hohen Temperatur glättet Stufen an den Rändern der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt und der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt. Die Stufenform kann sanft abfallend gemacht werden. Folglich ist es möglich, das Problem zu lösen, das darin besteht, dass der Verdrahtungsabschnitt 47 ungenügend überdeckt ist. Nach der Wärmebehandlung wird die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 lithografisch bearbeitet. Ein Kontaktloch zur Verbindung wird in den Bereichen zur Ausbildung der Membranen 50a und 50b, an einer Position ausgebildet, an der die Polysiliziumschichten 45a und 45b die Verdrahtungsabschnitte 47a und 47b in Richtung der Schichtfolge überlappen. Wie oben erwähnt wird für den Lichtquellenabschnitt die Polysiliziumschicht 45a verwendet. Die Polysiliziumschicht 45b wird für den Lichtempfangsabschnitt verwendet. Der Verdrahtungsabschnitt 47a wird für den Lichtquellenabschnitt verwendet. Der Verdrahtungsabschnitt 47b wird für den Lichtempfangsabschnitt verwendet. Die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 ist nicht auf die BPSG-Schicht begrenzt. Die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 kann eine Siliziumnitridschicht, eine Siliziumoxidschicht oder eine aus der Siliziumoxidschicht und der Siliziumnitridschicht zusammegesetzte Schicht sein.
  • Als metallisches Material mit geringem elektrischen Widerstand wird in dem Kontaktloch und auf der Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 eine Aluminiumschicht ausgebildet. Muster werden fotolithografisch gebildet. Dieser Prozess bildet den Verkabelungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt und den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt. Die Verdrahtungsabchnitte 47a und 47b werden elektrisch mit der Polysiliziumschicht 45a für den Lichtqullenabschnitt und der Polysilizumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt verbunden. Als Elektroden werden zusammen mit der Ausbildung des Verdrahtungsabschnitts 47a für den Lichtquellenabschnitt und den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt Kontaktierungsstellen ausgebildet. Das heißt, Kontaktierungsstellen 48a und 48b werden an den Rändern der Verdrahtungsabschnitte 47a und 47b ausgebildet. Die Kontaktierungsstelle 48a wird für den Lichtquellenabschnitt verwendet. Der Konaktierungsabschnitt 48b wird für den Lichtempfangsabschnitt verwendet. Außer Aluminium können die anderen Metalle mit geringem elektrischen Widerstand wie etwas Gold oder Kupfer als Materialien zur Bildung des Verdrahtungsabschnitts 47a für den Lichtquellenabschnitt und den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt gebildet.
  • Der Verdrahtungsabschnitt 47a für den Lichtquellenabschnitt wird als Verbindung zwischen dem Widerstandsele ment 60 (die Polysiliziumschicht 45a für den Lichtquellenabschnitt) und der Kontaktierungsstelle 48a für den Lichtquellenabschnitt verwendet. Der Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt verbindet Ränder der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt über das in der Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 ausgebildete Kontaktloch. Zusammen mit der Polysiliziumschicht 45b für den Lichtempfangsabschnitt bildet der Verdrahtungsabschnitt 47b die Erfassungsvorrichtung 70 (Thermoelement) des Lichtempfangsabschnitts 32. Der Verdrahtungsabschnitt 47b verbindet die Erfassungsvorrichtung 70 mit der Kontaktierungsstelle 48b.
  • Zur Bildung der aus Siliziumnitrid hergestellten Schutzschicht 49 wird zum Beispiel das CVD-Verfahren verwendet. Zur Musterbildung, um Öffnungen zur Bildung der Kontaktierungsstelle 48a für den Lichtquellenabschnitt und der Kontaktierungsstelle 48b für den Lichtempfangsabschnitt herzustellen, wird die Fotolithografie verwendet. Die Öffnungen legen die Kontaktierungsstellen 48a und 48b von der Schutzschicht 49 frei. Die Kontaktierungsstelle 48a für den Lichtquellenabschnitt und die Kontaktierungsstelle 48b für den Lichtempfangsabschnitt sind an den Rändern des Verdrahtungsabschnitts 47a für den Lichtquellenabschnitt und den Verdrahtungsabschnitt 47b für den Lichtempfangsabschnitt vorgesehen.
  • Nach der Bildung der Schutzschicht 49 wird eine Paste durch Siebdruck auf der Schutzschicht 49, in dem Bildungsbereich für die Membran 52 derart aufgebracht, dass die heiße Verbindungsstelle der Erfassungsvorrichtung 70 bedeckt ist. Die Paste besteht aus Polyesterharz, das Kohlenstoff enthält. Die gebildete Schicht wird gesintert, um so die Infrarotlicht-Absorptionsschicht zu bilden.
  • Schließlich wird unter Verwendung von zum Beispiel einem CVD-Verfahren die Siliziumnitridschicht 42 für eine Ätzmaske auf der gesamten Unterseite des Substrats 40 gebildet. Hohlräume, die den Bereichen zur Bildung der Membrane 50a und 50b entsprechen, werden auf der Siliziumnitridschicht 42 fotolithografisch hergestellt. Unter Verwendung von zum Beispiel wässriger Kalumhydroxidlösung wird das Siliziumsubstrat 40 anisotrop geätzt. Der Ätzvorgang wird solange ausgeführt, bis die auf der oberen Oberfläche des Substrats 40 sich befindende Isolierungsschicht 43 offengelegt ist. Die Membrane 50a und 50b werden auf den Hohlräumen 41a und 41b gebildet, die in das Substrat 40 geätzt sind.
  • Der oben beschriebene Prozess bildet den Sensorchip 30, der den Lichtquellenabschnitt 31 und den Lichtempfangsabschnitt 32 umfasst. Der Lichtquellenabschnitt 31 umfasst das Widerstandselement 60 auf der Membran 50a des Substrats 40. Der Lichtempfangsabschnitt 32 umfasst wenigstens einen Teil der Erfassungsvorrichtung 70 auf der Membran 50b des Substrats 40. Das Herstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform kann denselben Prozess verwenden, um zeitgleich alle Elemente mit Ausnahme der Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 des Lichtempfangsabschnitts 32 zu bilden. Daher kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Genauigkeit der relativen Position zwischen dem Lichtquellenabschnitt 31 und dem Lichtempfangsabschnitt 32 zu verbessern.
  • Der allgemeine Halbleiterprozess kann verwendet werden, um den Sensorchip 30 gemäß der Ausführungsform zu bilden, so dass es möglich ist, die Herstellungskosten zu reduzieren. Die Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 kann nach der Ausbildung des Hohlraums 11 gebildet werden, anstatt nach der Ausbildung des Schutzschicht 49. Der oben beschriebene Herstellungsprozess kann die Bildung von Feuchtigkeit absorbierenden Schichten wie etwa die Siliziumoxidschicht 44 enthalten. In diesem Fall kann die Wärmebehandlung je nach Erfordernis nach der Schichtbildung ausgeführt werden, um die Schwankungen der mechanischen Spannungen der Membrane durch Absorption von Feuchtigkeit zu verhindern.
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird der gebildete Sensorchip 30 an einer bestimmten Position auf dem Sockel 11 befestigt, so dass der konkave Spiegel 12b der oberen Oberfläche des Substrats 40, wo das Widerstandselement 60 und die Erfassungsvorrichtung 70 ausgebildet sind, gegenüberliegt. Die Position sollten so festgelegt werden, dass eine möglichst große Energiemenge des Infrarotlichts den Lichtempfangsabschnitt 32 erreicht. Die festgelegte Position wird durch den Abstand zwischen dem Sensorchip 30 und einem reflektierenden Abschnitt des konkaven Spiegels 12b, der Form (Radius) des konkaven Spiegels 12b und der relativen Position des Lichtquellenabschnitts 31 (Widerstandselement 60) und des Lichtempfangsabschnitts 32 (Erfassungsvorrichtung 70) bestimmt. Gemäß der Ausführungsform sind der Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 in dem Sensorchip 30 in einem einzigen Chip integriert. Dies bestimmt die relative Position des Widerstandselements 60 und der Erfassungsvorrichtung 70. Der Sensorchip 30 kann mit der festgelegten Position exakt ausgerichtet werden. Folglich ist es möglich, Schwankungen der Sensorempfindlichkeit zu verringern.
  • Ist der Sensorchip 30 auf dem Sockel 11 befestigt, wird der Verbindungsdraht 33 (Bondingdraht) verwendet, um die Kontaktierungsstellen 48a und 48b mit dem Anschluss 34 zu verbinden. Die Kontaktierungsstellen 48a und 48b werden für den Lichtquellenabschnitt bzw. den Lichtemp fangsabschnitt auf dem Sensorchip 30 verwendet. Durch zum Beispiel Laserschweißen wird die Kappe 20 auf dem Sockel 11 angebracht, so dass der Sensorchip 30 in der Kappe enthalten ist. Die Kappe wird zuvor mit dem Infrarotlicht-Transmissionsfilter 21a, dem Bandpassfilter 22a und der Trennwand 23 versehen. Nachdem die Kappe 20 befestigt ist, wird der Behälter 12 auf dem Sockel 11 angebracht. Der konkave Spiegel 12b wird auf der oberen inneren Seite des Behälters 12 angeordnet. Auf diese Weise wird der Gassensor 100 mit dem Gehäuse 10, das den Sensorschip 30 enthält, gebildet.
  • Das Substrat 40 weist einen dicken Abschnitt (als mittlerer dicker Abschnitt definiert) zwischen den Hohlräumen 41a und 41b, d.h. zwischen dem Lichtquellenabschnitt 31 und dem Lichtempfangsabschnitt 32 auf. Wenn das Widerstandselement 60 des Lichtquellenabschnitts 31 Wärme erzeugt, kann der mittlere dicke Abschnitt die direkte Übertragung der erzeugten Wärme zu dem Erfassungselement 70 des Lichtempfangsabschnitts 32 über das Substrat 40 selbst oder über verschiedene Schichten seiner Oberfläche unterdrücken (d.h. schwächen). Das heißt, eine von dem Widerstandselement 60 erzeugte Wärmemenge kann über den Abschnitt mittlerer Dicke in die Luft oder den Sockel 11 abgeführt werden.
  • Obwohl oben bestimmte bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Vielmehr können diese verschiedentlich modifiziert werden.
  • Gemäß der Ausführungsform ist der konkave Spiegel 12b ein Beispiel für das Reflexionselement, das gegenüber des Lichtquellenabschnitts 31 angeordnet ist und Infrarotlicht zu dem Lichtempfangsabschnitt 32 reflektiert. Jedoch ist das Reflexionselement nicht auf den konkaven Spiegel 12b, der einen bestimmten Radius aufweist, begrenzt. Das Reflexionselement kann zum Beispiel auch als flacher Spiegel ausgebildet sein.
  • Die Position, an der der konkave Spiegel 12b ausgebildet ist, ist nicht auf die obere innere Seite des Behälters 12 begrenzt, der das Gehäuse 10 bildet. Der konkave Spiegel 12b kann an jeder Position gebildet werden, die das von dem Lichtquellenabschnitt 31 ausgesendete Infrarotlicht zu dem Lichtempfangsabschnitt 32 in dem Gehäuse 10 reflektiert (mit Ausnahme des Raums in der Kappe 20).
  • In dem Beispiel der Ausführungsform weist der Sensorchip 30 Hohlräume 41a und 41b auf, die auf der Unterseite des Substrats 40, unterhalb der Membrane 50a und 50b auf dem Substrat 40, geöffnet sind. Wie in 3 gezeigt ist, kann der Sensorchip 30 so aufgebaut sein, dass er auf der Unterseite des Substrats 40, unterhalb der Membrane 50a und 50b auf dem Substrat 40 Hohlräume 41a und 41b aufweist, die geschlossen sind. In diesem Fall werden zerst fotolithografisch (nicht gezeigte) Ätzlöcher zum Ätzen in die Isolierungsschicht 43, die Siliziumoxidschicht 44, die Zwischenlage-Isolierungsschicht 46 und die Schutzschicht 49 ausgebildet. Die Schutzschicht 49 wird als Ätzmaske verwendet, um das Substrat 40 unterhalb der Membrane 50a und 50b durch die Ätzlöcher selektiv zu ätzen. Auf diese Weise können die geschlossenen Hohlräume 41a und 41b auf der Unterseite des Substrats 40 gebildet werden. In diesem Fall werden jedoch die Ätzlöcher zum Ätzen in den Bereichen zum Ausbilden der Membrane 50a und 50b gebildet. Dieses Verfahren schränkt die Formen und Bereiche (in Richtung der Schichtebene) des Widerstandselements 60, der Erfassungsvorrichtung 70 und der Infrarotlicht-Absorptionsschicht 80 stärker ein als bei der Bildung der Hohlräume 41a und 41b durch selektives Ätzen von der Unterseite des Substrats 40. 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Modifikation des Sensorchips 30 gemäß der Ausführungsform zeigt.
  • Gemäß der Ausführungsform sind zwei Membrane 50a und 50b auf einem Substrat 40 gebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben genannte Anzahl von auf dem Substrat 40 gebildeter Membrane beschränkt. Zum Beispiel kann auch keine Membran auf dem Substrat 40 ausgebildet sein. Der Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 können auf einer einzigen Membran ausgebildet sein. Es können eine Mehrzahl von Lichtquellenabschnitten 31 und Lichtempfangsabschnitten 32 und die entsprechende Anzahl von Membrane 50a und 50b vorgesehen sein.
  • Die Ausführungsform zeigt das Beispiel, in dem der Sensorchip 30 auf dem Sockel 11 befestigt ist. Andererseits sind der Lichtquellenabschnitt 31 und der Lichtempfangsabschnitt 32 in dem Sensorchip 30 als einzigem Chip integriert. Im Vergleich zu dem Stand der Technik (andere Chips) kann der Sensorchip 30 den Einbauraum für den Lichtquellenabschnitt 31 und den Lichtempfangsabschnitt 32 in dem Gehäuse 10 verringern. Wie in 4 gezeigt ist, ist es möglich, einen Schaltungschip 90 für den Lichtquellenabschnitt 31 und den Lichtempfangsabschnitt 32 in einem freien Raum in dem Gehäuse 10 anzuordnen, ohne das Gehäuse 10 zu vergrößern. Der Schaltungschip 90 kann mit dem Gassensor 100 integriert sein. Der Schaltungschip 90 enthält eine Konstantstromschaltung zur Stromversorgung des Widerstandselements 90 des Lichtquellenabschnitts 31, eine Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Lichtempfangsabschnitts 31 und dergleichen. Insbesondere ist der Schaltungschip 90 auf dem Sockel 11 befestigt, wie es in 4 gezeigt ist. Der Sensorchip 30 ist auf dem Schaltungschip 4 ge stapelt. Der Bondingdraht 33 kann dann verwendet werden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorchip 30 und dem Schaltungschip 90 als ein Schaltungssubstrat und zwischen dem Schaltungschip 90 als das Schaltungssubstrat und dem Anschluss 34 herzustellen. 4 zeigt eine Modifikation des Gassensors 100 gemäß der Ausführungsform und zeigt aus Gründen der Klarheit nur Teile des Bondingdrahts 33.
  • Die Ausführungsform zeigt das Beispiel, in dem das aus Silizium hergestellte Halbleitersubstrat als das Substrat 40, das den Sensorchip 30 bildet, verwendet wird. Das Substrat 40 ist jedoch nicht auf Halbleitersubstrat begrenzt. Es können darüber hinaus ein Glassubstrat oder dergleichen für das Substrat 40 verwendet werden.
  • Solche Veränderungen und Modifikationen liegen im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (7)

  1. Infrarot-Gassensor, mit: – einer Infrarotlichtquelle (31), die ein Widerstandselement (60) zur Aussendung eines Infrarotlichts durch Erwärmen des Widerstandselements (60); – einem Infrarotlichtsensor (32), der eine Erfassungsvorrichtung (70) umfasst, um in einem Fall, in dem der Sensor (32) das Infrarotlicht empfängt, ein elektrisches Signal in Übereinstimmung mit einer Temperaturänderung der Erfassungsvorrichtung (70) zu erzeugen, die dem Infrarotlicht entspricht; – einem Reflexionselement (12b), um das von der Lichtquelle (31) ausgesendete Infrarotlicht zu dem Sensor (32) zu lenken; – einem Gehäuse (12) zur Unterbringung der Lichtquelle (31), des Lichtsensors (32) und des Reflexionselements (12b); und – einem Substrat (40); – wobei das Reflexionselement (12b) der Lichtquelle (31) gegenüberliegt; und – wobei das Widerstandselement (60) und die Erfassungsvorrichtung auf dem Substrat (40) angeordnet sind.
  2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionselement (12b) ein konkaver Spiegel (12b) ist.
  3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Substrat (40) eine Mehrzahl von Membranen (50, 50a, 50b) als einen dünnen Abschnitt des Substrats (40) umfasst; und – das Widerstandselement (60) und die Erfassungsvorrichtung (70) auf unterschiedlichen Membranen (50, 50a, 50b) angeordnet sind.
  4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – die Erfassungsvorrichtung (70) ein Thermoelement ist, das einen Messpunkt und einen Referenzpunkt aufweist; – der Messpunkt auf einer Membran (50b) angeordnet ist; und – der Referenzpunkt auf dem Substrat (40), jedoch nicht auf der Membran angeordnet ist.
  5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (70) einen Teil aufweist, der aus dem gleichen Material wie das Widerstandselement (60) hergestellt ist.
  6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (70) einen Teil aufweist, der in der gleichen Ebene wie das Widerstandselement (60) angeordnet ist.
  7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Substrat (40) ein Halbleitersubstrat (40) ist; und – das Widerstandselement (60) und die Erfassungsvorrichtung (70) durch einen Isolierungsfilm (43) getrennt auf dem Halbleitersubstrat (40) angeordnet sind.
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