DE102005033226A1 - Verfahren zur gleichzeitigen Detektion mehrerer unterschiedlicher Luftbelastungen - Google Patents

Abstract

Gassensoranordnung zur Detektion von Luftbelastungen insbesondere für die Erkennung von Luftbelastungen in der Luftzufuhr für eine Fahrgastkabine, bestehend aus mindestens einem in Mikrostrukturtechnik dargestellten Siliziumchip mit mehreren gassensitiven Feldeffekttransistoren, die Gasreaktionen an sensitiven Schichten bei vorhandenem Zielgas auslesen zur Detektion eines oder mehrerer für jeweils eine bestimmte Luftbelastung kennzeichnende Zielgase, die jeweils stellvertretend für eine Luftbelastung sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion unterschiedlicher Luftbelastungen, die meist durch Gase oder Gasgruppen definiert werden, insbesondere zur Beurteilung der einer Fahrgastkabine eines Kraftfahrzeugs zugeführten Luft.
• Moderne Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen verfügen über Merkmale, mit denen die Luftqualität in der Fahrgastkabine im Mittel besser als die Luftqualität der Umgebungsatmosphäre gehalten werden kann. Dazu wird mit einem Gassensor die Qualität der für die Belüftung der Fahrgastkabine angesaugten Frischluft bestimmt. Wenn diese zeitweise schlechter wird, werden Maßnahmen eingeleitet, damit diese schlechte Luft nicht die Fahrgastkabine belastet. Diesbezüglich sind eine Belüftung, evtl. zeitweise mit Umluft, eine Drosselung der Luftzufuhr auf das benötigte Minimum oder die Reinigung angesaugter Frischluft temporär über einen Filter denkbar, bevor diese in die Fahrgastkabine zugeführt wird.
• Bisherige Sensoren bestimmen hauptsächlich die Luftqualität durch Detektion der Emission vorausfahrender Fahrzeuge. Bei dieser Luftbelastung kann mindestens ein vorher festgelegtes Leitgas detektiert werden. Die Abgase von Benzinmotoren werden beispielsweise durch die Detektion des Leitgases Kohlenmonoxid (CO) und in Einzelfällen durch die Detektion von Kohlenwasserstoffen (HC) im Volumenkonzentrationsbereich von 1–200 ppm erkannt. Die Abgase von Dieselmotoren werden durch die Detektion von Stickoxid (NOx) erkannt, wobei eigentlich Stickstoffdioxid (NO₂) gemessen wird, speziell im Bereich von ca. 0,05–10 ppm Volumenanteil. Durch die kontinuierlich sinkende Emission der Kraftfahrzeuge sinkt jedoch auch die aktuelle Belastung der korrespondierenden Luftqualität durch die Emission vorausfahrender Fahrzeuge. Gleichzeitig wird die Belastung der Luftqualität durch Geruchsquellen wie Gülle, Teerarbeiten, Petrochemie, Kläranlagen etc. mit einhergehendem stark subjektivem Geruchseindruck immer wichtiger. Weiterhin können auch atmosphärisches bodennahes Ozon (O₃) und Smog, ebenfalls subjektiv sehr stark wahrnehmbar, eine genaue sensorische Erfassung der Luftqualität erfordern.
• Eine Lösung zur Detektion der Luftqualität durch die oben angegebenen Geruchsquellen oder durch Ozon/Smog ist im Moment nicht bekannt. Im Kraftfahrzeugverkehr werden hauptsächlich die Abgasbestandteile anderer Kraftfahrzeuge als Maß zur Beurteilung der Luftqualität herangezogen. Aus Kostengründen sowie aufgrund der benötigten Haltbarkeit im Langzeitbetrieb bei Kraftfahrzeug-Umgebungsbedingungen werden ausschließlich Festkörper-Gassensoren verwendet.
• Aus der EP 0448681 B1 geht beispielsweise eine Gasdetektion hervor, die anhand der Kombination eines auf mehrere 100°C aufgeheizten keramischen Zinnoxid-Leitfähigkeitssensors zur CO-Detektion mit einem bei Temperaturen um 100°C betriebenen Phthalocyanin-Leitfähigkeitssensor zur NO₂-Detektion durchgeführt wird. Diese Kombination ist ausschließlich auf die Detektion von Kohlenmonoxid und Stickoxiden beschränkt und bedarf einer leistungsfähigen Heizung, die wiederum die Kosten erhöht.
• Eine weitere Variante zur Detektion von Luftschadstoffen besteht darin, einen einzelnen geheizten keramischen Zinnoxid-Leitfähigkeitssensor entweder auf keramischen oder mikromechanisch hergestellten Substraten einzusetzen. An dieser Stelle tritt das Problem auf, dass derartige Sensoren auf zwei oder mehr Zielgase reagieren sollten, wobei die Reaktionen, d. h. die Signalverläufe in entgegen gesetzte Richtungen zeigen. Somit ist ein am Sensor generiertes Signal nicht eindeutig zu bewerten. Es kann auf eine Reaktion auf eines der Zielgase oder auf das Nachlassen der Reaktion auf das andere Zielgas bezogen sein. Dieses Problem wurde durch eine intelligente, Zeit transiente Signalauswertung behoben. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Ansprechverhalten schneller ist als der Rückgang einer Sensorreaktion; siehe hierzu die internationale Patentanmeldung WO 95/29435.
• Ein weiteres System, mit dem die Luftgüte in Kraftfahrzeugsystemen behandelt werden kann, besteht aus zwei beheizten oxidkeramischen Leitfähigkeitssensoren. Der eine Leitfähigkeitssensor soll möglichst selektiv auf das eine Zielgas reagieren, wohingegen der andere möglichst selektiv auf andere Zielgase eine Reaktion zeigt.
• Bisher verwendete Sensoren sind jedoch trotz guter Sensitivität auf die Abgase anderer Fahrzeuge, insbesondere auf die oben angegebenen Luft belastenden Stoffe lediglich schwach sensitiv und erfassen im Wesentlichen nur die Belastung der Luftqualität durch andere Fahrzeuge. Diese schwache Reaktion tritt zudem nur als Überlagerung der bisherigen Sensorsignale auf und ist daher nur schwach auswertbar. Der zusätzliche, separate dritte und vierte Sensor ist insgesamt aus Kosten- und Platzgründen unwirtschaftlich.
• Weiterhin benötigen Sensoren, die auf der Basis halbleitender Metalloxide arbeiten, eine spezielle Ansteuerelektronik, die zum Einen aus einer Heizungsregelung und zum Anderen aus einer Ausleseelektronik für das Sensorsignal besteht. Auch diese Sensoren sind mit wesentlichen Betriebskosten verbunden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Sensor zur Beurteilung der Qualität von angesaugter Frischluft beim Betrieb von Kraftfahrzeugen bereitzustellen.
• Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombination von Anspruch 1 bzw. Anspruch 19.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Verbesserung der Bedingungen bei der Gasdetektion durch den Ein satz von Silizium-Mikrostruktur-Technik bei der Herstellung einer Gassensoranordnung erzielbar ist. Diese Gassensoranordnung mehrerer Sensoren steht in Kontakt mit der Außenluft und kann in vorteilhafter Weise in einem korrosionsbeständigen Gehäuse untergebracht werden, das insbesondere automobiltauglich ist. Zur Gasmessung muss dieses Gehäuse eine gaspermeable Membran aufweisen, so dass ein Messgas zu den gassensitiven Feldeffekttransistoren gelangen kann. Die umfassende Integration und Miniaturisierung ermöglicht eine Vielzahl von gleichzeitigen Detektions-Möglichkeiten, so dass beispielsweise eine Luftzufuhr-Regelung für eine Fahrgastkabine, die u. U. noch zusätzlich mit einer Klimaanlage gekoppelt werden soll, einfach steuerbar ist.
• Zur Stabilisierung der einzelnen gassensitiven Transistoren, insbesondere zur reproduzierbaren Messung von Gasen werden die Gassensoren mit einer elektrischen Heizung auf konstanter, gleicher oder auch unterschiedlicher Temperatur gehalten.
• Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Art der Feldeffekttransistoren zur Gasdetektion zu verwenden, die als so genannte Suspended-Gate-Feldeffekttransistoren (SGFET), Capacitively-Coupled-Feldeffekttransistoren (CCFET) oder Floating-Gate Feldeffekttransistoren (FGFET) ausgebildet sind. Diese sind durch einen Luftspalt zwischen gassensitiver Schicht und dem Signal aufnehmenden Si-Transducer gekennzeichnet. Es können jedoch auch FET-Gassensoren verwendet werden, die eine poröse gassensitive Schicht aufweisen, welche sich unmittelbar auf dem Signal aufnehmenden Si-Transducer befindet.
• Durch die in einer Anordnung vorhandene größere Zahl von gassensitiven Feldeffekttransistoren lässt sich die Detektion von mehreren bestimmten Zielgasen vornehmen. Weiterhin können Querempfindlichkeiten zusätzlich erkannt werden. Dabei ist zu beachten, dass unterschiedliche Zielgase sich ebenfalls gegenseitig beeinflussen können, was in der elektronischen Steuervorrichtung der Gassensoranordnung berücksichtigt werden kann.
• Ausgewählte Luftbelastungen werden durch entsprechende Zielgase stellvertretend erkannt. Ein Auftreten bestimmter unterschiedlichster Zielgase kann variable Auswirkungen auf die Luftzufuhr zur Fahrgastkabine anstoßen.
• Im Folgenden werden anhand von schematischen, die Erfindung nicht einschränkenden Figuren, Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
• 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Gassensoranordnung mit unterschiedlichen gassensitiven Schichten,
• 2 zeigt eine Gassensoranordnung entsprechend 1 in räumlicher Darstellung, wobei lediglich die gemeinsame Gate-Elektrode mit drei unterschiedlichen sensitiven Schichten dargestellt ist,
• 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau von Feldeffekttransistoren, die mit gassensitiven Schichten kombiniert sind,
• 4 zeigt eine Ausführungsform eines Gassensors als Suspended-Gate-Feldeffekttransistor,
• 5 zeigt eine Ausführung eines gassensitiven Feldeffekttransistors als Floating-Gate-Feldeffekttransistor,
• 6, 7, 8 und 9 zeigen jeweils aufgenommene Gasbelastungen als Gassensorsignale in Abhängigkeit von der Zeit, wobei teilweise der Einfluss variierender Luftfeuchte angegeben wird,
• 6 zeigt hauptsächlich ein Sensorsignal bei der Detektion von NO₂ mit Phthalocyanin als sensitives Material,
• 7 zeigt ein Ergebnisdiagramm für die Kohlenmonoxid-Detektion mit einer sensitiven Schicht aus Pd/SnO₂,
• 8 zeigt zur Ammoniak-Detektion ein Ergebnisdiagramm mit einer gassensitiven Schicht aus TiN,
• 9 zeigt ein Ergebnisdiagramm bei der Ozon-Detektion mit einer gassensitiven Schicht aus KI.
• Die Miniaturisierung unter Einsatz von Silizium-Mikrostruktur-Technik ergibt eine Gassensoranordnung, die, wenn sie in Kontakt mit der Zuluft zu einem Fahrgastraum steht, durch eine vielfältige Gasmessung Zielgase ermitteln kann, die jeweils stellvertretend für bestimmte Umweltbelastungen sind. Die eingesetzten Feldeffekttransistoren sind vorzugsweise Feldeffekttransistoren mit abgehobener Gate-Elektrode oder Feldeffekttransistoren mit zusätzlichem floatendem bzw. gleitendem Potential, oder Feldeffekttransistoren, auf die ohne Luftspalt eine poröse gassensitive Schicht aufgebracht ist. Zur Erzielung besonderer Vorteile ist in dem Silizium basierten Sensor eine Elektronik integriert, die Teile der Ansteuerung der Sensoren vollzieht. Dazu gehören insbesondere die Ansteuerung der Sensorheizung mit einer entsprechenden Regelung, die Auslesung und die Verstärkung des Sensorsignals sowie die Signalverarbeitung des Sensorsignals hinsichtlich beispielsweise einer Linearisierung, Driftkompensation, Eliminierung von Querempfindlichkeiten u.Ä.
• Neben den allgemeinen Vorteilen ergeben sich in Verbindung mit dem Einsatz einer Gassensoranordnung in der Luftansaugung für eine Fahrgastkabine folgende Möglichkeiten:
  Die Verwendung verschiedener gassensitiver Feldeffekttransistoren in der Sensoranordnung ermöglicht die gleichzeitige Detektion verschiedener Gase. Bei bestimmten Gruppen von beim Autoverkehr und in der Umwelt vorkommenden Luftverschmutzungen oder Luftbelastungen wird jeweils in der Regel ein charakteristisches Leit- oder Zielgas zugeordnet, womit sich durch Detektion dieses einen Gases des Vorhandensein der entsprechenden Luftbelastung erkennen lässt. Fahrzeugabgase werden beispielsweise in Zusammenhang mit dem Zielgas NOx oder NO₂ detektiert. Für die Abgase von Otto-Motoren gilt, dass diese Gruppe von Abgasen durch das Zielgas Kohlenmonoxid oder Wasserstoff detektierbar ist, wobei auch die Summe der Kohlenwasserstoffe (HC) verwendbar ist. Gerüche wie Gülle kann beispielsweise über organische Leitgase oder über Ammoniak (NH₃) detektiert werden. Die so genannte Smog-Belastung lässt sich über das Leitgas oder Zielgas Ozon (O3) detektieren. Teergerüche sowie petrochemische oder Faulgerüche können ebenfalls detektiert werden. In der Nähe von Kläranlagen sind dies insbesondere das Leitgas Schwefelwasserstoff (H₂S) oder Thiole.
• Durch die Verwendung eines Gasdetektion-Arrays können neben der Belastung der Luft durch andere Fahrzeuge auch weitere Belastungen der Umwelt insbesondere der Umgebungsluft detektiert werden. Diese Belastungen können separat erfasst werden und somit der jeweiligen Situation entsprechende Maßnahmen ergriffen werden. So könnten beispielsweise Belastungen vorwiegend durch andere Fahrzeuge durch die Belüftung eines Kraftfahrzeuginnenraums in den dazwischen liegenden Phasen geschehen, wobei genau detektiert wird, wann keine Abgasfahne vorliegt.
• Bei einer Luftbelastung durch Ozon kann beispielsweise eine kontinuierliche geringe Lüftung eingestellt werden, welche die Belastung im Innenraum durch den natürlichen Ozonabbau reduziert oder es können geeignete Ozon zersetzende Filter angewandt werden. Ähnliches gilt für Gerüche und Geruchsfilter.
• Die Erfindung ist mit generellen Vorteilen verbunden, wobei im Wesentlichen zu nennen ist, dass die Bauteile klein und kostengünstig herstellbar sind. Somit können gassensitive Feldeffekttransistoren mit unterschiedlichsten gassensitiven Eigenschaften durch die Auswahl der sensitiven Schicht realisiert werden. Dies ermöglicht in einer integrierten Form entsprechend der erfindungsgemäßen Anordnung, dass eine Vielzahl von interessierenden Gasen realisierbar ist. Eine Integration der Auswerte-Elektronik bzw. eines Teiles dieser Elektronik in den Gassensor ist ohne Schwierigkeiten möglich und kann Kosten des Gesamtsystems einsparen. Aufgrund der kleinen Bauform können ohne Probleme Sensoranordnungen mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Einzelsensoren unterschiedlichster Sensitivität realisiert werden und auf einem gemeinsamen Sensorchip integriert werden. Daraus resultiert, dass Querempfindlichkeiten eliminiert werden, die Messgenauigkeit verbessert wird und/oder der Messbereich vergrößert wird, um die Zuverlässigkeit des Sensors insgesamt zu verbessern. Der grundlegende Aufbau von gassensitiven Feldeffekttransistoren wird in 3 wiedergegeben. Eine gassensitive Schicht ist auf einem leitfähigen Gate-Element aufgebracht, wobei die Adsorption des zu detektierenden Gases ein elektrisches Potential an der sensitiven Schicht erzeugt, welches über einen Luftspalt direkt auf den Bereich eines Feldeffekttransistors zur Signal Auslesung wirkt.
• 4 zeigt eine Ausführungsform von einem einzelnen Gassensor, der als SGFET ausgeführt ist. Dargestellt sind insbesondere die Gate-Elektrode auf deren dem Luftspalt 2, 3, 4 zugewandten Seite die sensitive Schicht 5, 6, 7 aufgebracht ist. In der Darstellung nach 4 ist zusätzlich ein so genannter Guard Ring (Schutzring-Elektrode) zur Verbesserung der Signalauswertung vorgesehen. Der gassensitiven Schicht 5, 6, 7 auf der anderen Seite des Luftspaltes 2, 3, 4 gegenüber liegendes Element ist ein Feldeffekttransistor, der aus einer so genannten Gate-Isolierung besteht, wobei im Silizium-Grundkörper 11 drei wesentliche Bereiche des Halbleiter-Bauelementes vorgesehen sind, Source, Kanal und Drain. Der Feldeffekttransistor ist ein Signal-Ausleseelement.
• 5 zeigt eine Ausführungsform eines einzelnen Gassensors, dargestellt als so genannter FGFET mit unterschiedlichem Aufbau im Verhältnis zum Gassensor nach 4. Der Auslesetransistor 8, 9, 10 ist in diesem Fall nicht unmittelbar am oder unter dem Luftspalt angeordnet. Es existiert eine Elektrode, deren Potential nicht festgelegt ist, die den Bereich von Luftspalt und gassensitiver Schicht mit dem Bereich des Auslesesignals verbindet. Diese wird auch als Floating Gate bezeichnet.
• Eine Sensoranordnung wird erstellt, indem mehrere von einzelnen gassensitiven Feldeffekttransistoren auf einem Chip platziert werden. Die Basis ist in der Regel ein Siliziumchip. Dabei wird dieser Siliziumchip jeweils mit einem separaten Gate, welches mit der jeweiligen sensitiven Schicht versehen ist, bestückt. Eine sehr vorteilhafte Variante sieht vor, dass ein gemeinsames Gate, bzw. eine gemeinsame Gate-Elektrode eingesetzt wird, wobei Vertiefungen zur Aufnahme der sensitiven Schichten vorgesehen sind. Diese in der gemeinsamen Gate-Elektrode eingebrachten Vertiefungen werden mit den Materialien der sensitiven Schichten aufgefüllt, wie es in 2 dargestellt ist. Diese sensitiven Schichten 5, 6, 7 sind in diesem Fall gassensitiv und weisen zur Oberkante der Abstandshalter 12 meist einen einheitlichen Abstand auf, so dass der darzustellende Luftspalt 2, 3, 4 für in 2 dargestellte drei Bereiche jeweils die gleiche Dicke annimmt. Das gemeinsame Gate 1 wird anschließend auf einem Auslesechip montiert, bei dem im Abstand der sensitiven Schicht die Ausleseelemente angebracht sind. Die Ausleseelemente sind, wie beschrieben, die Feldeffekttransistoren.
• Eine Verbesserung der Ansprechzeit der Sensoren kann erreicht werden, wenn in dem Gate ein oder mehrere Gaszutrittslöcher vorgesehen sind. Diese können bei keramischen Gateträgern z.B. mittels mechanischer Bearbeitung oder mittels Laser-Material Abtragung erzeugt werden.
• Bei Silizium werden Abtragungen mittels mikromechanischer Siliziumbearbeitung durchgeführt. Grundsätzlich ist zu beachten, dass Messgas selbstverständlich mit den gassensitiven Schichten in Berührung kommen muss.
• Eine mit einer Vielzahl von gassensitiven Feldeffekttransistoren ausgestattete Anordnung von Gassensoren, bei der jedem Feldeffekttransistor eine korrespondierende gassensitive Schicht zugeordnet ist, wird in 1 dargestellt. Der Siliziumchip 11 enthält drei Auslesetransistoren 8, 9, 10, wobei über entsprechende meistens gleich große Luftspalte eine Signalübertragung von den gassensitiven Schichten 5, 6, 7 her geschieht.
• Die 6 bis 9 stellen Diagramme mit Messungen anhand der die Erfindung beinhaltenden Sensoranordnungen mit zugehörigem Verfahren bei entsprechender Verwendung dar. Direkt über der jeweiligen Abszisse in den 6 bis 9 sind pulsförmige bzw. stufig ausgebildete Zielgasbelastungen dargestellt. Für 6 wird eine NO₂-Konzentration vorgegeben, für 7 eine Kohlenmonoxid/CO-Konzentration, für 8 eine Ammoniak/NH₃-Konzentration und für 9 eine stufenweise ansteigende Ozon/O₃-Konzentration.
• 6 zeigt, dass entsprechend der pulsartig auftretenden Stickoxidkonzentration der Sensor jeweils eine unmittelbar mit dem Erscheinen des Zielgases verknüpfte Sensorfunktion anzeigt. Die Auswertung entsprechend 6 sind an gassensitiven Schichten aus Phthalocyanin vorgenommen worden zur Detektion von Stickoxid.
• 7 zeigt die Detektion von Kohlenmonoxid, wobei ebenfalls erkennbar ist, dass ein Anstieg eines Zielgases bzw. einer Zielgaskonzentration unmittelbar den Anstieg des Sensorsignals zur Folge hat. Größere Konzentrationen bewirken größere Zielgasamplituden. In diesem Fall ist Pd/SnO2 als gassensitive Schicht benutzt worden.
• 8 zeigt die Kurvenverläufe bei der Detektion von Ammoniak an sensitiven Schichten aus TiN. Auch hier folgt das Sensorsignal unmittelbar dem Auftreten einer Konzentration an Zielgas.
• 9 zeigt unter Verwendung einer gassensitiven Schicht aus Kaliumiodid (KI) die Detektion von Ozon. Über die Zeit ist auch hier eine enge Korrelation zwischen dem Auftreten eines Zielgases und dem entsprechenden Sensorsignal zu erkennen.
• Zumindest die Darstellungen entsprechend den 6 und 8 gelten für Gassensoren, die auf ca. 95 bzw. 60°C geheizt sind.
• Als gassensitive Schichten kommen somit insgesamt Metalle, Nitride, organische Schichten, Metalloxide oder ionische Salze in Frage. Zu verwenden sind insbesondere für die Kraftfahrzeuganwendung:
  Zur Detektion von Stickoxiden Porphyrin-Farbstoffe oder Phthalocyanine oder Zinnoxid-Schichten mit Edelmetalldispersion.
• Zur Detektion von Kohlenmonoxid sind einzusetzen Metalloxide mit Edelmetalldispersion, bevorzugt Pd.
• Zur Detektion von Ammoniak sind einzusetzen Nitride, vorzugsweise Titannitrid TiN.
• Zur Detektion von Ozon sind einzusetzen sensitive Schichten aus Au oder KI.
• Die Detektion von Schwefelwasserstoff oder Thiolen wird mit sensitiven Schichten wie Silberschichten erzielt.
• Falls die Eigenstabilität der sensitiven Schichten für den Normalbetrieb nicht ausreichend ist, kann zur Stabilisierung das gassensitive Material in einer Matrix eines stabilen, inerten Körpers untergebracht werden. Geeignete Materialien sind beispielsweise Glas oder Polymer. Typische Betriebstemperaturen der Schichten liegen zwischen 40 und 100°C. Vorzugsweise jedoch 85°C.
• Die Gassensoranordnung wird durch gaspermeable Filter vor Umgebungseinflüssen wie Staub und Spritzwasser geschützt. Einzusetzen sind hier offenporige Polymerfilter, vorzugsweise aus hydrophoben, also Wasser abstoßenden, Polymeren wie Teflon mit einem typischen Porendurchmesser zwischen 1 und 10 μm. Wenn Störgase unterdrückt werden sollen, können einzelne Gaskanäle noch mit selektiv die Störgase filternden Schichten, z.B. auf Basis von Aktivkohle versehen werden. Starke Änderungen der Umgebungsfeuchte, welche auch Störsignale bewirken, können mit Feuchtstabilisierenden Filtern, z.B. auf der Basis von Silikat-Gel, eliminiert werden.

Claims (20)

1. Gassensoranordnung zur Detektion von Luftbelastungen insbesondere für die Erkennung von Luftbelastungen in der Luftzufuhr für eine Fahrgastkabine bestehend aus mindestens einem in Mikrostrukturtechnik dargestellten Siliziumchip mit mehreren gassensitiven Feldeffekttransistoren, die Gasreaktionen an sensitiven Schichten bei vorhandenem Zielgas auslesen zur Detektion eines oder mehrerer für jeweils eine bestimmte Luftbelastung kennzeichnende Zielgase, die jeweils stellvertretend für eine Luftbelastung sind.
2. Gassensoranordnung nach Anspruch 1, die in ein Schutzgehäuse mit einer gaspermeablen Membran eingebaut ist.
3. Gassensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer elektrisch geregelten Heizung.
4. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Feldeffekttransistoren als SGFET, CCFET oder FGFET ausgebildet sind.
5. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der in einem Siliziumchip eine Ansteuerelektronik integriert ist.
6. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der eine Mehrzahl von Detektionskanälen verwendet wird, so dass neben der Luftbelastung durch vorausfahrende Fahrzeuge auch die Luftbelastung durch andere Quellen erfasst wird.
7. Gassensoranordnung nach Anspruch 6, wobei die Luftbelastung durch andere Quellen die Erfassung einer oder mehrere Gerüche wie Gülle, Straßenarbeiten, Teer/Asphaltgeruch, Petrochemie, Ozonbelastung oder SMOG beinhaltet.
8. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der ein Teil der Sensoren auf Störsignale sensitiv ist, die Querempfindlichkeiten für die Detektion ausgewählter Zielgase darstellen.
9. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der mindestens ein gassensitiver Feldeffekttransistor zur NO₂-Detektion vorhanden ist, der eine gassensitive Schicht aus einem Porphyrinfarbstoff oder Phthalocyanin oder SnO₂ mit Edelmetalldispersion aufweist.
10. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der mindestens ein gassensitiver Feldeffekttransistor zur Detektion von Kohlenmonoxid vorhanden ist, der eine gassensitive Schicht aus einem Metalloxid mit einer Edelmetalldispersion, insbesondere Pd aufweist.
11. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der mindestens ein gassensitiver Feldeffekttransistor zur Detektion von Ammoniak vorhanden ist, der eine gassensitive Schicht aus einem Nitrid aufweist, insbesondere TiN.
12. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der mindestens ein gassensitiver Feldeffekttransistor zur Ozon-Detektion vorhanden ist, der eine gassensitive Schicht aus Gold oder Kaliumiodid (KI) aufweist.
13. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der mindestens ein gassensitiver Feldeffekttransistor zur Detektion von Schwefelwasserstoff oder von Thiolen vorhanden ist, der eine gassensitive Schicht aus Silber aufweist.
14. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gaspermeable Membran aus einem offenporigen hydrophoben Polymer besteht.
15. Gassensor nach Anspruch 14, bei dem das Polymer Teflon ist.
16. Gassensor nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei dem der Porendurchmesser zwischen 1 und 10 μm liegt.
17. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Teil der gassensitiven Kanäle durch einen Filter auf der Basis von Aktivkohle geschützt ist, um unerwünschte Querempfindlichkeiten des Gaskanals zu eliminieren.
18. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem alle oder einzelne Kanäle durch einen Schwankungen der Luftfeuchte ausgleichenden Filter auf der Basis von Silikat-Gel geschützt ist.
19. Verwendung einer Gassensorvorrichtung, die nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufgebaut ist, zur Detektion von Luftbelastungen in einem Fahrgastraum, wobei stellvertretend für Dieselabgase das Zielgas NOx bzw. NO₂, oder stellvertretend für Otto-Motor-Abgase das Zielgas Kohlenmonoxid oder Wasserstoff oder die Menge von Kohlenwasserstoffen detektiert wird, oder stellvertretend für Güllegeruch das Zielgas Ammoniak detektiert wird oder stellvertretend für eine Smog-Belastung das Zielgas Ozon (O₃) detektiert wird, oder stellvertretend für Teergeruch aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol oder stellvertretend für petrochemische Gerüche ungesättigte und aromatische Kohlenwasserstoffe oder stellvertretend für Faulgeruch entweder das Leitgas Schwefelwasserstoff oder Thiolen detektiert wird, oder eine Kombination daraus.
20. Verwendung nach Anspruch 19, wobei ausgewählte Störgase zusätzlich detektiert werden, um Querempfindlichkeiten auszugleichen.