DE102015200217A1 - Sensor device and method for detecting at least one gaseous analyte and method for producing a sensor device - Google Patents

Sensor device and method for detecting at least one gaseous analyte and method for producing a sensor device Download PDF

Info

Publication number
DE102015200217A1
DE102015200217A1 DE102015200217.9A DE102015200217A DE102015200217A1 DE 102015200217 A1 DE102015200217 A1 DE 102015200217A1 DE 102015200217 A DE102015200217 A DE 102015200217A DE 102015200217 A1 DE102015200217 A1 DE 102015200217A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
chemiresistorschicht
sensor device
electrode
temperature
gaseous analyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015200217.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Philipp Nolte
Richard Fix
Denis Kunz
Katrin Luckert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102015200217.9A priority Critical patent/DE102015200217A1/en
Priority to CN201610010520.XA priority patent/CN105784786A/en
Publication of DE102015200217A1 publication Critical patent/DE102015200217A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
    • G01N27/123—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (300) zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten. Dabei weist die Sensorvorrichtung (300) eine Chemiresistorschicht (310) aus einem chemiresistiven Material auf, dessen elektrischer Widerstand von einer Betriebstemperatur und von einem Kontakt mit dem zumindest einen gasförmigen Analyten abhängig ist. Hierbei ist die Chemiresistorschicht (310) mittels elektrischen Stromflusses durch dieselbe auf eine definierbare Betriebstemperatur temperierbar. Auch weist die Sensorvorrichtung (300) ein Elektrodenpaar (320, 330) auf, das elektrisch leitfähig mit der Chemiresistorschicht (310) verbunden ist. Dabei ist unter Verwendung des Elektrodenpaars (320, 330) eine Heizleistung zum Temperieren der Chemiresistorschicht (310) auf die definierbare Betriebstemperatur in die Chemiresistorschicht (310) einprägbar und ist der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht (310) messbar.The invention relates to a sensor device (300) for detecting at least one gaseous analyte. In this case, the sensor device (300) has a Chemiresistorschicht (310) of a chemiresistiven material whose electrical resistance of an operating temperature and of a contact with the at least one gaseous analyte is dependent. Here, the Chemiresistorschicht (310) by means of electrical current flow through the same to a definable operating temperature can be controlled. Also, the sensor device (300) has a pair of electrodes (320, 330), which is electrically conductively connected to the Chemiresistorschicht (310). In this case, using the electrode pair (320, 330), a heating power for tempering the Chemiresistorschicht (310) to the definable operating temperature in the Chemiresistorschicht (310) can be imprinted and the electrical resistance of Chemiresistorschicht (310) can be measured.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten, auf ein Verfahren zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten, auf ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.The present invention relates to a sensor device for detecting at least one gaseous analyte, to a method for detecting at least one gaseous analyte, to a method for producing a sensor device for detecting at least one gaseous analyte, to a corresponding device and to a corresponding computer program.

Chemiresistoren sind eine Klasse von chemischen Sensoren, bei denen sich eine elektrische Leitfähigkeit bzw. ein elektrischer Widerstand in Abhängigkeit eines Zusammensetzung eines Messgases ändern kann. Ein Verhalten solcher Chemiresistoren ist auch temperaturabhängig. In der Regel kann daher ein chemiresistiver Sensor auch ein Heizelement aufweisen, z. B. Micro-Hotplate, um eine definierte Temperatur einzustellen.Chemical resistors are a class of chemical sensors in which an electrical conductivity or an electrical resistance can change depending on a composition of a measuring gas. A behavior of such chemical resistors is also temperature-dependent. In general, therefore, a chemiresistiver sensor may also have a heating element, for. B. Micro-hotplate to set a defined temperature.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Sensorvorrichtung zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten, ein Verfahren zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten, ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten, weiterhin eine Vorrichtung, die eines dieser Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, with the approach presented here, a sensor device for detecting at least one gaseous analyte, a method for detecting at least one gaseous analyte, a method for producing a sensor device for detecting at least one gaseous analyte, furthermore a device that uses one of these methods, and finally a corresponding computer program according to the main claims presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere ein Gassensor bzw. eine Sensorvorrichtung mit einer eigenbeheizten chemiresistiven Schicht bzw. einem eigenbeheizten Chemiresistor bereitgestellt bzw. eingesetzt werden. Chemiresistoren sind eine Klasse von chemischen Sensorelementen, deren elektrische Leitfähigkeit bzw. elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von einem gasförmigen Analyten bzw. einer Zusammensetzung eines Messgases ändern kann. Anhand des elektrischen Widerstands kann zumindest ein Gas erfasst bzw. charakterisiert werden. Eine solche Änderung der elektrischen Leitfähigkeit bzw. des elektrischen Widerstands kann hierbei temperaturabhängig sein. Um eine definierte Betriebstemperatur zu erreichen und beizubehalten, repräsentiert gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die chemiresistive Schicht selbst ihren eigenen Heizer. Die chemiresistive Schicht kann dazu beispielsweise leistungsgeregelt beschaltet sein oder werden.According to embodiments of the present invention, in particular a gas sensor or a sensor device can be provided or used with a self-heated chemoresistive layer or a self-heated chemical resistor. Chemical resistors are a class of chemical sensor elements whose electrical conductivity or electrical resistance can change as a function of a gaseous analyte or a composition of a measuring gas. On the basis of the electrical resistance, at least one gas can be detected or characterized. Such a change in the electrical conductivity or the electrical resistance may be temperature-dependent. In order to achieve and maintain a defined operating temperature, in accordance with embodiments of the present invention, the chemoresistive layer itself represents its own heater. The chemiresistive layer can be connected for this purpose, for example, power-controlled.

Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung insbesondere auf einen gesonderten Heizer bzw. auf eine gesonderte Heizeinrichtung zum Temperieren der chemiresistiven Schicht bzw. des Chemiresistors verzichtet werden. Durch den Entfall eines zusätzlichen Heizers kann die Sensorvorrichtung kostengünstig hergestellt werden. Ferner ist eine solche Sensorvorrichtung konstruktiv einfach und unaufwendig sowie besonders Platz sparend.Advantageously, according to embodiments of the present invention, it is possible in particular to dispense with a separate heater or with a separate heating device for controlling the temperature of the chemoresistive layer or of the chemical resistance. By eliminating an additional heater, the sensor device can be produced inexpensively. Furthermore, such a sensor device is structurally simple and inexpensive and particularly space-saving.

Es wird eine Sensorvorrichtung zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten vorgestellt, wobei die Sensorvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
eine Chemiresistorschicht aus einem chemiresistiven Material, dessen elektrischer Widerstand von einer Betriebstemperatur und von einem Kontakt mit dem zumindest einen gasförmigen Analyten abhängig ist, wobei die Chemiresistorschicht mittels elektrischen Stromflusses (beispielsweise durch dieselbe) auf eine (vor)definierbare Betriebstemperatur temperierbar ist;
ein Elektrodenpaar, das elektrisch leitfähig mit der Chemiresistorschicht verbunden ist, wobei unter Verwendung des Elektrodenpaars eine Heizleistung zum Temperieren der Chemiresistorschicht auf die definierbare Betriebstemperatur in die Chemiresistorschicht einprägbar ist und der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht messbar ist.A sensor device for detecting at least one gaseous analyte is presented, wherein the sensor device has the following features:
a Chemiresistorschicht of a chemiresistiven material whose electrical resistance of an operating temperature and from a contact with the at least one gaseous analyte is dependent, wherein the Chemiresistorschicht by means of electrical current flow (for example by the same) to a (pre) definable operating temperature is temperature controlled;
a pair of electrodes, which is electrically conductively connected to the Chemiresistorschicht, wherein using the pair of electrodes, a heating power for tempering the Chemiresistorschicht on the definable operating temperature in the Chemiresistorschicht can be imprinted and the electrical resistance of Chemiresistorschicht is measurable.

Die Sensorvorrichtung oder Gassensorvorrichtung kann ausgebildet sein, um den zumindest einen gasförmigen Analyten qualitativ und zusätzlich oder alternativ quantitativ zu erfassen. Dabei kann die Sensorvorrichtung beispielsweise im Bereich Consumer Electronics, z. B. im Rahmen von Raumluftüberwachung oder im Außenbereich, beispielsweise für eine Gassensorik in mobilen elektronischen Geräten, wie beispielsweise Mobiltelefonen bzw. Smartphones oder dergleichen, für eine Abgassensorik, für Brandmeldesysteme, für eine Atemgasanalyse, für eine industrielle Prozessüberwachung etc. eingesetzt werden. Die Sensorvorrichtung kann ausgebildet sein, um an eine Spannungsquelle anschließbar zu sein. Anders ausgedrückt kann die Sensorvorrichtung ausgebildet sein, um ein Anlegen einer elektrischen Spannung an das Elektrodenpaar zu ermöglichen. Auch kann die Sensorvorrichtung eine Regeleinrichtung zum Regeln der Heizleistung aufweisen oder mit einer Regeleinrichtung zum Regeln der Heizleistung verbindbar sein. Die Sensorvorrichtung kann eine Strommesseinrichtung zum Messen eines durch die Chemiresistorschicht fleißenden, elektrischen Stroms aufweisen. Dabei kann eine solche Strommesseinrichtung beispielsweise mit einer Zuleitung zu einer Elektrode des Elektrodenpaars verschaltet sein. Die Strommesseinrichtung kann ausgebildet sein, um einen elektrischen Strom durch die Chemiresistorschicht zu messen, aus dem der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht berechnet werden kann. Ferner kann die Sensorvorrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Detektieren einer Temperatur der Chemiresistorschicht aufweisen. Zudem kann die Sensorvorrichtung mit einem Temperatursensor für eine Umgebungstemperatur und zusätzlich oder alternativ einem Feuchtigkeitssensor für eine Umgebungsfeuchte datenübertragungsfähig verbindbar sein oder einen Temperatursensor für eine Umgebungstemperatur und zusätzlich oder alternativ einem Feuchtigkeitssensor für eine Umgebungsfeuchte aufweisen.The sensor device or gas sensor device can be designed to qualitatively and additionally or alternatively quantitatively detect the at least one gaseous analyte. In this case, the sensor device, for example, in the field of consumer electronics, z. B. in the context of indoor air monitoring or outdoor use, for example, for a gas sensor in mobile electronic devices, such as mobile phones or smartphones or the like, for exhaust gas sensors, fire detection systems, for a respiratory gas analysis, for industrial process monitoring, etc. The sensor device can be designed to be connectable to a voltage source. In other words, the sensor device can be designed to enable the application of an electrical voltage to the pair of electrodes. Also, the sensor device may have a control device for controlling the heating power or be connectable to a control device for controlling the heating power. The sensor device may include current measuring means for measuring an electric current flowing through the chemical resist layer. In this case, such a current measuring device can be connected, for example, with a supply line to an electrode of the electrode pair. The current measuring device may be configured to measure an electric current through the Chemiresistorschicht, from which the electrical resistance of the Chemiresistorschicht can be calculated. Furthermore, the sensor device may comprise a detection device for detecting a temperature of the chemical resist layer. In addition, the sensor device can be connectable to a temperature sensor for an ambient temperature and additionally or alternatively to a moisture sensor for ambient humidity, or can have a temperature sensor for an ambient temperature and additionally or alternatively a humidity sensor for an ambient humidity.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine erste Elektrode des Elektrodenpaars elektrisch leitfähig mit einer ersten Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine zweite Elektrode des Elektrodenpaars elektrisch leitfähig mit einer zweiten Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht verbunden sein. Die erste Elektrode des Elektrodenpaars kann dabei die erste Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht zumindest teilflächig überdecken und zusätzlich oder alternativ kann die zweite Elektrode des Elektrodenpaars dabei die zweite Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht zumindest teilflächig überdecken. Insbesondere können dabei die Chemiresistorschicht und das Elektrodenpaar als ein Schichtstapel ausgeformt sein, wobei die Chemiresistorschicht zwischen einem ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode des Elektrodenpaars angeordnet sein kann. Hierbei kann die erste Elektrode und zusätzlich oder alternativ die zweite Elektrode plattenförmig ausgeformt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Sensorvorrichtung noch Platz sparender ausgeführt werden kann, wobei auch eine Widerstandsmessung noch genauer und einfacher erfolgen kann.According to one embodiment, a first electrode of the electrode pair may be electrically conductively connected to a first main surface of the chemical resist layer. Additionally or alternatively, a second electrode of the electrode pair may be electrically conductively connected to a second main surface of the chemical resist layer. The first electrode of the electrode pair may cover the first main surface of the Chemiresistorschicht at least part of the surface and additionally or alternatively, the second electrode of the pair of electrodes thereby cover the second main surface of the Chemiresistorschicht at least part of the area. In particular, the chemical resist layer and the electrode pair may be formed as a layer stack, wherein the Chemiresistorschicht may be disposed between a first electrode and a second electrode of the electrode pair. In this case, the first electrode and additionally or alternatively the second electrode can be formed plate-shaped. Such an embodiment has the advantage that the sensor device can be made even more space-saving, with a resistance measurement can be made even more accurate and easier.

Insbesondere kann zumindest eine Elektrode des Elektrodenpaars elektrisch leitfähig mit einer Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht verbunden sein. Hierbei kann in der Elektrode zumindest ein Aussparungsabschnitt ausgeformt sein, in dem die Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht freiliegt. Unter dem Aussparungsabschnitt kann vorliegend beispielsweise eine Durchgangsöffnung in der betreffenden Elektrode, die plattenförmig ausgeformt sein kann, verstanden werden. Der zumindest eine Aussparungsabschnitt kann als ein Schlitz, eine Fingerstruktur, ein Durchgangsloch oder dergleichen ausgeformt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Zutritt des zumindest einen gasförmigen Analyten zu der Chemiresistorschicht und somit auch eine Erfassung desselben erleichtert werden kann.In particular, at least one electrode of the electrode pair may be electrically conductively connected to a main surface of the chemical resist layer. Here, at least one recess portion in which the main surface of the chemical resist layer is exposed may be formed in the electrode. In the present case, for example, a passage opening in the relevant electrode, which may be plate-shaped, can be understood as the recess section. The at least one recess portion may be formed as a slit, a finger structure, a through hole or the like. Such an embodiment offers the advantage that an access of the at least one gaseous analyte to the chemical resist layer and thus also a detection of the same can be facilitated.

Dabei kann die Elektrode an einem Trägersubstrat zum Tragen der Sensorvorrichtung anordenbar sein. Somit kann in einem an dem Trägersubstrat angeordneten Zustand die Elektrode zwischen der Chemiresistorschicht und dem Trägersubstrat angeordnet sein. Insbesondere kann die Elektrode des Elektrodenpaars eine Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht vollflächig überdecken. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine stabile mechanische Verbindung zwischen der Elektrode und der Chemiresistorschicht ermöglicht werden kann sowie ein elektrischer Widerstand gesenkt werden kann.In this case, the electrode can be arranged on a carrier substrate for supporting the sensor device. Thus, in a state arranged on the carrier substrate, the electrode may be arranged between the chemical resist layer and the carrier substrate. In particular, the electrode of the electrode pair can completely cover a main surface of the chemical resist layer. Such an embodiment offers the advantage that a stable mechanical connection between the electrode and the Chemiresistorschicht can be made possible and an electrical resistance can be reduced.

Es wird ein Verfahren zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten mittels einer Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Einprägen der Heizleistung in die Chemiresistorschicht unter Verwendung des Elektrodenpaars, um die Chemiresistorschicht auf die definierbare Betriebstemperatur zu temperieren; und
Messen des elektrischen Widerstands der Chemiresistorschicht unter Verwendung des Elektrodenpaars, um den zumindest einen gasförmigen Analyten zu erfassen.A method for detecting at least one gaseous analyte by means of an embodiment of the abovementioned sensor device is presented, the method comprising the following steps:
Impressing the heating power into the chemical resist layer using the electrode pair to temper the chemical resist layer to the definable operating temperature; and
Measuring the electrical resistance of the chemical resist layer using the pair of electrodes to detect the at least one gaseous analyte.

Das Verfahren ist in Verbindung mit bzw. unter Verwendung einer Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung vorteilhaft ausführbar, um den zumindest einen gasförmigen Analyten zu erfassen. Im Schritt des Einprägens kann eine elektrische Spannung an das Elektrodenpaar angelegt werden. Im Schritt des Messens kann ein durch die Chemiresistorschicht fließender, elektrischer Strom gemessen werden.The method can be advantageously carried out in conjunction with or using an embodiment of the abovementioned sensor device in order to detect the at least one gaseous analyte. In the step of embossing, an electrical voltage can be applied to the pair of electrodes. In the step of measuring, an electric current flowing through the chemical resist layer can be measured.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Einprägens die Heizleistung in Abhängigkeit von einer Temperaturinformation über eine Temperatur der Chemiresistorschicht und zusätzlich oder alternativ einer Umgebung der Sensorvorrichtung eingeprägt werden. Zusätzlich oder alternativ kann im Schritt des Einprägens die Heizleistung in Abhängigkeit von einer Feuchtigkeitsinformation über eine Feuchtigkeit einer Umgebung der Sensorvorrichtung eingeprägt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Betriebstemperatur besonders genau eingestellt werden kann, um eine Erfassungswirkung der Sensorvorrichtung zu optimieren.According to one embodiment, in the stamping step, the heating power may be impressed as a function of temperature information about a temperature of the chemical resist layer and additionally or alternatively an environment of the sensor device. Additionally or alternatively, in the step of embossing, the heating power can be impressed in dependence on moisture information about a humidity of an environment of the sensor device. Such an embodiment offers the advantage that the operating temperature can be set particularly precisely in order to optimize a detection effect of the sensor device.

Ferner kann im Schritt des Einprägens die Heizleistung in Abhängigkeit von einer Strömungsinformation über mindestens eine Strömungseigenschaft des gasförmigen Analyten eingeprägt werden. Die mindestens eine Strömungseigenschaft kann hierbei eine Strömungsgeschwindigkeit, ein Massenstrom oder dergleichen sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine besonders präzise Einstellung der Betriebstemperatur ermöglicht werden kann, wobei auch durch den zumindest einen gasförmigen Analyten strömungsmechanisch bedingte Anforderungen und/oder Auswirkungen bei der Erfassung berücksichtigt werden können.Furthermore, in the stamping step, the heating power can be impressed as a function of flow information via at least one flow property of the gaseous analyte. The at least one flow property may be a flow velocity, a mass flow or the like. Such an embodiment offers the advantage that a particularly precise adjustment of the operating temperature can be made possible, with flow mechanics also being achieved by the at least one gaseous analyte conditional requirements and / or effects may be taken into account.

Auch kann im Schritt des Einprägens die Heizleistung mit einem (vor-)definierbaren Verlauf über der Zeit eingeprägt werden. Hierbei kann der Verlauf konstant und zusätzlich oder alternativ veränderlich sein. Insbesondere kann im Schritt des Einprägens ein konstanter Wert der Heizleistung eingeprägt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein definiertes Leistungsprofil gefahren werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Widerstandsmessung erleichtert wird und eine Gaserfassung zuverlässiger und genauer erfolgen kann.Also, in the step of impressing the heating power can be impressed with a (pre-) definable course over time. Here, the course may be constant and additionally or alternatively variable. In particular, in the step of impressing a constant value of the heating power can be impressed. Additionally or alternatively, a defined power profile can also be run. Such an embodiment offers the advantage that a resistance measurement is facilitated and a gas detection can be made more reliable and accurate.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten vorgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Chemiresistorschicht aus einem chemiresistiven Material, dessen elektrischer Widerstand von einer Betriebstemperatur und von einem Kontakt mit dem zumindest einen gasförmigen Analyten abhängig ist, wobei die Chemiresistorschicht mittels elektrischen Stromflusses durch dieselbe auf eine definierbare Betriebstemperatur temperierbar ist; und
Verbinden eines Elektrodenpaars elektrisch leitfähig mit der Chemiresistorschicht, wobei unter Verwendung des Elektrodenpaars eine Heizleistung zum Temperieren der Chemiresistorschicht auf die definierbare Betriebstemperatur in die Chemiresistorschicht einprägbar ist und der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht messbar ist.A method for producing a sensor device for detecting at least one gaseous analyte is presented, the method comprising the following steps:
Providing a chemoresistor layer of a chemoresistive material whose electrical resistance is dependent on an operating temperature and on contact with the at least one gaseous analyte, wherein the chemiresistor layer is temperature controllable by electrical current flow therethrough to a definable operating temperature; and
Connecting a pair of electrodes electrically conductive with the Chemiresistorschicht, wherein using the pair of electrodes, a heating power for tempering the Chemiresistorschicht to the definable operating temperature in the Chemiresistorschicht can be imprinted and the electrical resistance of Chemiresistorschicht is measurable.

Durch Ausführen des Verfahrens kann eine Ausführungsform der vorstehend genannten Sensorvorrichtung hergestellt werden.By executing the method, an embodiment of the above sensor device can be manufactured.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Ausformens der Chemiresistorschicht aufweisen. Hierbei kann zumindest eine Abmessung der Chemiresistorschicht an mindestens eine Charakteristik eines zur Verwendung mit der Sensorvorrichtung vorgesehenen Systems angepasst werden. Die Charakteristik des zur Verwendung mit der Sensorvorrichtung vorgesehenen Systems kann zumindest eine geometrische Charakteristik, zumindest eine elektrische Charakteristik, beispielsweise eine typische elektrische Spannung im System, einen typischen elektrischen Strom im System oder dergleichen, zumindest eine strömungsmechanische Charakteristik hinsichtlich des zumindest einen gasförmigen Analyten in dem System oder dergleichen sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auch für spezielle Anwendungsszenarien eine geeignet dimensionierte Sensorvorrichtung bereitgestellt werden kann. So kann eine Gaserfassung vorteilhaft an das jeweilige System angepasst erfolgen, wobei Systemparameter berücksichtigt werden können und somit eine Erfassung besonders kompatibel und präzise realisiert werden kann.In one embodiment, the method may include a step of forming the chemical resist layer. In this case, at least one dimension of the chemical resist layer can be adapted to at least one characteristic of a system provided for use with the sensor device. The characteristic of the system provided for use with the sensor device may have at least one geometric characteristic, at least one electrical characteristic, for example a typical electrical voltage in the system, a typical electrical current in the system or the like, at least one fluidic characteristic with respect to the at least one gaseous analyte in the system System or the like. Such an embodiment offers the advantage that a suitably dimensioned sensor device can also be provided for special application scenarios. Thus, a gas detection can be carried out advantageously adapted to the respective system, wherein system parameters can be taken into account and thus a detection can be particularly compatible and realized precisely.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The approach presented here also creates a device that is designed to perform the steps of a variant of a method presented here in appropriate facilities to drive or implement. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Ausführungsform der vorstehend genannten Gassensorvorrichtung in Mikrosystemtechnik als Plattform bzw. Grundbaustein verwendet werden, um weitere Sensorfunktionen, wie beispielsweise Druckerfassung, Partikelerfassung, Lambda-Sensorik, Kohlenwasserstofferfassung etc. auf einem einzigen Chip zu integrieren und kombiniert auszuwerten.According to embodiments of the present invention, an embodiment of the aforementioned gas sensor device in microsystem technology can be used as a platform to integrate and evaluate combined sensor functions such as pressure detection, particle detection, lambda sensors, hydrocarbon detection, etc., on a single chip.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The approach presented here will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 und 2 schematische Darstellungen von Sensorvorrichtungen; 1 and 2 schematic representations of sensor devices;

3 bis 5 schematische Darstellungen von Sensorvorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; 3 to 5 schematic representations of sensor devices according to embodiments of the present invention;

6 ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Einstellung einer Heizleistung und Ermittlung eines Messsignals gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 a flowchart of a process for adjusting a heating power and detection of a measurement signal according to an embodiment of the present invention;

7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 7 a flowchart of a method for detecting according to an embodiment of the present invention; and

8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 8th a flowchart of a method of manufacturing according to an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 100. Die Sensorvorrichtung 100 weist einen Chemiresistor 110 auf, der ein chemiresistives Material 112 und zwei Elektroden 114 und 116 umfasst, über welche das chemiresistive Material 112 elektrisch kontaktiert ist. Der Chemiresistor 110 ist ausgebildet, um eine Widerstandsmessung bzw. eine Messung eines elektrischen Widerstandes R des chemiresistiven Materials 112 zu ermöglichen. Die Sensorvorrichtung 100 weist ferner einen symbolhaft durch Windungen dargestellten Heizer 120 zum Temperieren des chemiresistiven Materials 112 bzw. des Chemiresistors 110 auf. Der Heizer 120 ist dabei benachbart zu dem chemiresistiven Material 112 bzw. dem Chemiresistor 110 angeordnet. An den Heizer 120 ist eine Heizspannung UH anlegbar. 1 shows a schematic representation of a sensor device 100 , The sensor device 100 has a chemical resistor 110 on, which is a chemoresistive material 112 and two electrodes 114 and 116 includes over which the chemiresistive material 112 electrically contacted. The Chemistoristor 110 is designed to be a resistance measurement or a measurement of an electrical resistance R of the chemiresistiven material 112 to enable. The sensor device 100 also has a symbolically represented by turns heater 120 for tempering the chemoresistive material 112 or the Chemiresistors 110 on. The heater 120 is adjacent to the chemoresistive material 112 or the Chemiresistor 110 arranged. To the heater 120 is a heating voltage U H can be applied.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 100. Die Sensorvorrichtung 100 entspricht hierbei der in 1 dargestellten Sensorvorrichtung mit Ausnahme dessen, dass die Sensorvorrichtung 100 zusätzlich einen Temperaturmessfühler 230 aufweist. Dabei ist der Temperatur Messfühler 230 benachbart zu dem chemiresistiven Material 112 bzw. dem Chemiresistor 110 angeordnet bzw. direkt an demselben angebracht. 2 shows a schematic representation of a sensor device 100 , The sensor device 100 corresponds to the in 1 shown sensor device with the exception that the sensor device 100 additionally a temperature sensor 230 having. The temperature is the sensor 230 adjacent to the chemoresistive material 112 or the Chemiresistor 110 arranged or attached directly to the same.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung 300 bzw. Gassensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Sensorvorrichtung 300 ist ausgebildet, um zumindest einen gasförmigen Analyten zu erfassen. Insbesondere ist die Sensorvorrichtung 300 ist ausgebildet, um den zumindest einen gasförmigen Analyten qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen. 3 shows a schematic representation of a sensor device 300 or gas sensor device according to an embodiment of the present invention. The sensor device 300 is designed to detect at least one gaseous analyte. In particular, the sensor device 300 is designed to qualitatively and / or quantitatively detect the at least one gaseous analyte.

Die Sensorvorrichtung 300 weist eine Chemiresistorschicht 310 aus einem chemiresistiven Material auf. Dabei repräsentiert die Chemiresistorschicht 310 ein Sensorelement der Sensorvorrichtung 300. Die Chemiresistorschicht 310 weist hierbei einen Körper aus dem chemiresistiven Material auf. Das chemiresistive Material der Chemiresistorschicht 310 ist ausgebildet, um bei einem Kontakt mit dem zumindest einen gasförmigen Analyten eine Änderung eines elektrischen Widerstandes zu zeigen. Anders ausgedrückt ist ein elektrischer Widerstand des chemiresistiven Materials der Chemiresistorschicht 310 von einem Kontakt mit dem zumindest einen gasförmigen Analyten und von einer Betriebstemperatur der Chemiresistorschicht 310 abhängig. Ferner ist die Chemiresistorschicht 310 mittels elektrischen Stromflusses durch dieselbe hindurch auf eine definierbare Betriebstemperatur temperierbar.The sensor device 300 has a chemical resist layer 310 from a chemoresistive material. The chemical resist layer represents this 310 a sensor element of the sensor device 300 , The chemical resist layer 310 in this case has a body of the chemiresistiven material. The chemiresistive material of the chemiresistor layer 310 is configured to exhibit a change in electrical resistance upon contact with the at least one gaseous analyte. In other words, an electrical resistance of the chemiresistive material of the chemical resist layer 310 from contact with the at least one gaseous analyte and from an operating temperature of the chemical resist layer 310 dependent. Further, the chemical resist layer is 310 by means of electrical current flow through the same temperature to a definable operating temperature.

Auch weist die Sensorvorrichtung 300 ein Elektrodenpaar auf, das eine erste Elektrode 320 und eine zweite Elektrode 330 umfasst. Dabei ist die erste Elektrode 320 elektrisch leitfähig mit der Chemiresistorschicht 310 verbunden und ist die zweite Elektrode 330 elektrisch leitfähig mit der Chemiresistorschicht 310 verbunden. Somit ist das Elektrodenpaar aus erster Elektrode 320 und zweiter Elektrode 330 auf elektrisch leitfähige Weise mit der Chemiresistorschicht 310 verbunden. Hierbei ist gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Chemiresistorschicht 310 zwischen der ersten Elektrode 320 und der zweiten Elektrode 330 angeordnet.Also, the sensor device 300 a pair of electrodes comprising a first electrode 320 and a second electrode 330 includes. Here is the first electrode 320 electrically conductive with the Chemiresistorschicht 310 connected and is the second electrode 330 electrically conductive with the Chemiresistorschicht 310 connected. Thus, the electrode pair is of the first electrode 320 and second electrode 330 in an electrically conductive manner with the Chemiresistorschicht 310 connected. Here, according to the in 3 illustrated embodiment of the present invention, the Chemiresistorschicht 310 between the first electrode 320 and the second electrode 330 arranged.

Das Elektrodenpaar aus erster Elektrode 320 und zweiter Elektrode 330 ist verwendbar, um eine Heizleistung zum Temperieren der Chemiresistorschicht 310 auf die definierbare Betriebstemperatur in die Chemiresistorschicht 310 einzuprägen. Auch ist das Elektrodenpaar aus erster Elektrode 320 und zweiter Elektrode 330 verwendbar, um den elektrischen Widerstand der Chemiresistorschicht 310 zu messen.The pair of electrodes from the first electrode 320 and second electrode 330 is useful to provide a heating power for controlling the temperature of the chemical resist layer 310 to the definable operating temperature in the Chemiresistorschicht 310 memorize. Also, the electrode pair is the first electrode 320 and second electrode 330 usable to reduce the electrical resistance of the chemical resist layer 310 to eat.

Dazu ist an die erste Elektrode 320 und die zweite Elektrode 330 eine elektrische Spannung U anlegbar, um die Heizleistung in die Chemiresistorschicht 310 einzuprägen. Gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist an die erste Elektrode 320 eine erste elektrische Leitung angeschlossen und ist an die zweite Elektrode 330 eine zweite elektrische Leitung angeschlossen. Mit der zweiten elektrischen Leitung ist eine Messeinrichtung zum Messen des elektrischen Stroms I verschaltet. Die Messeinrichtung ist hierbei in 3 symbolhaft dargestellt. Somit ist aus der angelegten elektrische Spannung U und dem gemessenen elektrischen Strom I der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht 310 bestimmbar.This is to the first electrode 320 and the second electrode 330 an electrical voltage U can be applied to the heating power in the Chemiresistorschicht 310 memorize. According to the in 3 illustrated embodiment of the present invention is to the first electrode 320 a first electrical line is connected and is connected to the second electrode 330 a second electrical line connected. With the second electrical line, a measuring device for measuring the electric current I is connected. The measuring device is here in 3 represented symbolically. Thus, from the applied electrical voltage U and the measured electric current I, the electrical resistance of the Chemiresistorschicht 310 determinable.

Gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung überdeckt die erste Elektrode 320 eine erste Oberfläche der Chemiresistorschicht 310 teilflächig und überdeckt die zweite Elektrode 330 eine zweite Oberfläche der Chemiresistorschicht 310 teilflächig.According to the in 3 illustrated embodiment of the present invention covers the first electrode 320 a first surface of the chemical resist layer 310 partial area and covers the second electrode 330 a second surface of the chemical resist layer 310 part of the area.

Zusammenfassend gesagt und anders ausgedrückt umfasst die Sensorvorrichtung 300 ein chemiresistives Material, das mittels der ersten Elektrode 320 und der zweiten Elektrode 330 elektrisch kontaktiert ist, z. B. ähnlich einer Interdigitalelektrode. Das chemiresistive Material der Chemiresistorschicht 310 weist beispielsweise ein Oxid auf. Durch Anlegen der elektrischen Spannung U ist eine bestimmte, vorgegebene Betriebstemperatur einstellbar. Hierzu ist die elektrische Spannung U anlegbar, damit durch die Chemiresistorschicht 310 ein elektrischer Strom fließt, um eine Beheizung bzw. Temperierung der Chemiresistorschicht 310 zu bewirken. Eine erforderliche Heizleistung, um eine Zieltemperatur zu erreichen, ist beispielsweise von einer Umgebungstemperatur und von einer Luftfeuchte in einer Umgebung der Sensorvorrichtung 300 abhängig. Aktuelle Werte einer Umgebungstemperatur und/oder einer Luftfeuchte in einer Umgebung der Sensorvorrichtung 300 können durch ein System, in dem die Sensorvorrichtung 300 verwendbar ist, der Sensorvorrichtung 300 bereitgestellt werden. Somit kann ein solches System oder Gesamtgerät auch Sensoren für die Umgebungstemperatur und für die Luftfeuchte aufweisen. Insbesondere kann die Sensorvorrichtung 300 oder eine mit der Sensorvorrichtung 300 datenübertragungsfähig verbundene Steuereinrichtung ausgebildet sein, um Heizleistung unter Verwendung eines hinterlegten Kennfeldes von Temperatur und Feuchte so zu wählen, dass eine definierte Betriebstemperatur der Chemiresistorschicht 310 eingestellt wird. Mit anderen Worten ist in das chemiresistive Material der Chemiresistorschicht 310 eine definierte Heizleistung einbringbar. Dies kann beispielsweise durch Anlegen der elektrischen Spannung U und Messen des elektrischen Stromes I erfolgen. Daraus kann auch die Messgröße elektrischer Widerstand erhalten werden.In summary, and in other words, the sensor device comprises 300 a chemoresistive material by means of the first electrode 320 and the second electrode 330 electrically contacted, z. B. similar to an interdigital electrode. The chemiresistive material of the chemiresistor layer 310 has, for example, an oxide. By applying the electrical voltage U is a certain, predetermined operating temperature adjustable. For this purpose, the electrical voltage U can be applied, so that through the Chemiresistorschicht 310 an electric current flows to heat or temper the Chemiresistorschicht 310 to effect. A required heating power to reach a target temperature is, for example, an ambient temperature and a humidity in an environment of the sensor device 300 dependent. Current values of ambient temperature and / or humidity in an environment of the sensor device 300 can through a system in which the sensor device 300 is usable, the sensor device 300 to be provided. Thus, such a system or overall device can also have sensors for the ambient temperature and for the air humidity. In particular, the sensor device 300 or one with the sensor device 300 Dätübertragungsfähig connected control device may be configured to select heating power using a stored characteristic of temperature and humidity so that a defined operating temperature of the Chemiresistorschicht 310 is set. In other words, the chemiresistive material of the chemoresistor layer is in the chemiresistive material 310 a defined heating power can be introduced. This can be done for example by applying the electrical voltage U and measuring the electric current I. From this, the measured variable electrical resistance can be obtained.

Bei Anwendungen im Bereich Consumer Electronics handelt es sich bei einem Messgas insbesondere um Luft, welche den zumindest einen gasförmigen Analyten bzw. eine zu messende Substanz beispielsweise lediglich in Spuren enthält. In einem Fall, in dem der zumindest eine gasförmige Analyt die Sensorvorrichtung 300 ohne aktive Durchströmung, sondern durch Diffusionsprozesse erreicht, ist eine Heizleistung zum erreichen und Halten einer Ziel-Betriebstemperatur unter Verwendung von Temperatur und Luftfeuchte ermittelbar. Bei einer eingestellten Betriebstemperatur repräsentiert der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht 310 die Messgröße für den zumindest einen gasförmigen Analyten bzw. für ein zu detektierendes Gas. Durch eine Änderung einer Eigenschaft des zumindest einen gasförmigen Analyten ändert sich der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht 310. Eine angelegte elektrische Spannung U ist insbesondere so nachregelbar, dass die Heizleistung konstant bleibt.In applications in the field of consumer electronics, a measurement gas is, in particular, air, which contains the at least one gaseous analyte or a substance to be measured, for example only in traces. In a case where the at least one gaseous analyte is the sensor device 300 achieved without active flow, but by diffusion processes, a heating power for achieving and maintaining a target operating temperature using temperature and humidity can be determined. At a set operating temperature, the electrical resistance represents the chemical resist layer 310 the measured variable for the at least one gaseous analyte or for a gas to be detected. By changing a property of the at least one gaseous analyte, the electrical resistance of the Chemiresistorschicht changes 310 , An applied electrical voltage U is in particular nachregelbar so that the heating power remains constant.

4 zeigt eine schematische Teilansicht einer Sensorvorrichtung 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Sensorvorrichtung 300 entspricht hierbei der in 3 dargestellten Sensorvorrichtung mit Ausnahme dessen, dass in 4 lediglich die Chemiresistorschicht 310, die erste Elektrode 320, die zweite Elektrode 330 und Teilabschnitte von elektrischen Leitungen zu den Elektroden 320 und 330 dargestellt sind und dass die erste Elektrode 320 eine erste Oberfläche der Chemiresistorschicht 310 vollflächig überdeckt und die zweite Elektrode 330 eine zweite Oberfläche der Chemiresistorschicht 310 vollflächig überdeckt. In 4 sind ferner Abmessungen der Chemiresistorschicht 310 bzw. des Körpers aus chemiresistivem Material gezeigt. So sind symbolhaft eine Breitenabmessung bzw. Breite B, eine Dickenabmessung bzw. Dicke D und eine Längenabmessung bzw. Länge L der Chemiresistorschicht 310 eingezeichnet. 4 shows a schematic partial view of a sensor device 300 according to an embodiment of the present invention. The sensor device 300 corresponds to the in 3 shown sensor device with the exception that in 4 only the chemical resist layer 310 , the first electrode 320 , the second electrode 330 and sections of electrical leads to the electrodes 320 and 330 are shown and that the first electrode 320 a first surface of the chemical resist layer 310 completely covered and the second electrode 330 a second surface of the chemical resist layer 310 completely covered. In 4 are also dimensions of the chemical resist layer 310 or body of chemoresistive material. Thus, a width dimension or width B, a thickness dimension or thickness D and a length dimension or length L of the chemical resist layer are symbolized 310 located.

Anders ausgedrückt zeigt 4 eine schematische Darstellung des chemiresistiven Materials der Chemiresistorschicht 310, das als ein Quader mit den Dimensionen L, B und D zwischen den zwei Elektroden 320 und 330 bzw. elektrischen Kontaktierungen ausgeformt ist, die an zwei gegenüberliegenden Enden bzw. Oberflächen der Chemiresistorschicht 310 in einem vollflächigen Kontakt mit der Chemiresistorschicht 310 angeordnet sind. Zur Minimierung der Heizleistung und zur Erhöhung des Verhältnisses von Heizleistung zu Masse ist können die Abmessungen bzw. Dimensionen L, B und D minimiert werden, insbesondere die Länge L. Die Breite B und die Dicke D der Chemiresistorschicht 310 können so dimensioniert werden, dass ein elektrischer Strom bzw. der elektrische Widerstand hinsichtlich in einem System, in dem die Sensorvorrichtung 300 verwendet werden soll, vorhandener Spannungen und Messbereiche für Strom und/oder Widerstand kompatibel angelegt und gemessen werden kann. Hierbei kann das chemiresistive Material der Chemiresistorschicht 310 ausgeformt sein, um ein minimales Volumen auszufüllen. Dies kann mittels einer Abschätzung für ein Quader aus chemiresistivem Material, das an seinen Enden vollflächig kontaktiert ist, erreicht werden. Eine elektrische Leistung bzw. Heizleistung kann unter Verwendung von P = c1·U2·B·H/L berechnet werden und das Verhältnis von Heizleistung zu Masse kann unter Verwendung von P/m = c2·U2/L2 berechnet werden, wobei c1 und c2 Materialkonstanten repräsentieren. Eine kleine Heizleistung und ein hohes Heizleistung/Masse-Verhältnis können erreicht werden durch einen minimalen Wert von L, B und H. Auch wenn sich ein kleines L im Nenner der Gleichung für die Heizleistung P befindet, kann es durch kleines H und/oder B kompensiert werden.In other words, shows 4 a schematic representation of the chemiresistive material of Chemiresistorschicht 310 as a cuboid with the dimensions L, B and D between the two electrodes 320 and 330 or electrical contacts formed on two opposite ends or surfaces of the Chemiresistorschicht 310 in full surface contact with the chemical resist layer 310 are arranged. To minimize the heating power and increase the ratio of heating power to ground, the dimensions or dimensions L, B and D can be minimized, in particular the length L. The width B and the thickness D of the Chemiresistorschicht 310 can be dimensioned such that an electrical current or the electrical resistance with respect to in a system in which the sensor device 300 should be used, existing voltages and ranges of current and / or resistance can be designed and measured compatible. Here, the chemiresistive material of the Chemiresistorschicht 310 be shaped to fill a minimum volume. This can be achieved by means of an estimate for a cuboid of chemoresistive material which is contacted over its entire surface at its ends. An electric power can be calculated using P = c 1 .U 2 .B .H / L, and the ratio of heating power to ground can be calculated using P / m = c 2 .U 2 / L 2 . where c 1 and c 2 are material constants represent. A small heating power and a high heating power / mass ratio can be achieved by a minimum value of L, B and H. Even if a small L is in the denominator of the equation for the heating power P, it can be represented by small H and / or B be compensated.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Herstellungszuständen. Die Sensorvorrichtung ist ausgebildet, um zumindest einen gasförmigen Analyten zu erfassen. Die Sensorvorrichtung ist hierbei der Sensorvorrichtung aus 3 bzw. 4 ähnlich. Anders ausgedrückt entspricht die in 5 gezeigte Sensorvorrichtung der Sensorvorrichtung aus 3 bzw. 4 mit Ausnahme dessen, dass die Sendervorrichtung in 5 als ein Schichtstapel aus Dünnschichten ausgeführt ist. In 5 ist in beispielhaft vier Teildarstellungen I, II, III und IV ein Schichtstapelaufbau der Sensorvorrichtung veranschaulicht. 5 shows a schematic representation of a sensor device according to an embodiment of the present invention in different manufacturing conditions. The sensor device is designed to detect at least one gaseous analyte. The sensor device is in this case the sensor device 3 respectively. 4 similar. In other words, the equivalent in 5 shown sensor device of the sensor device 3 respectively. 4 with the exception that the transmitter device in 5 is designed as a layer stack of thin films. In 5 is illustrated in exemplary four partial views I, II, III and IV, a layer stack construction of the sensor device.

In der ersten Teildarstellung I ist ein Trägersubstrat 540 bzw. Substrat der Sensorvorrichtung gezeigt. In der zweiten Teildarstellung II ist die erste Elektrode 320 auf dem Trägersubstrat 540 angeordnet. Die erste Elektrode 320 repräsentiert hierbei eine untere Kontaktfläche der Sensorvorrichtung. Die erste Elektrode 320 weist eine Zuleitung bzw. ein Kontaktpad auf. In der dritten Teildarstellung III ist die Chemiresistorschicht 310 vollflächig auf der ersten Elektrode 320 aufgebracht. Von der ersten Elektrode 320 liegen dabei lediglich die Zuleitung bzw. das Kontaktpad frei. Somit ist die Chemiresistorschicht 310 an einer ersten Hauptoberfläche derselben mittels der ersten Elektrode 320 vollflächig kontaktiert. Anders ausgedrückt ist die erste Elektrode 320 des Elektrodenpaars elektrisch leitfähig mit einer ersten Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht 310 verbunden.In the first partial illustration I is a carrier substrate 540 or substrate of the sensor device shown. In the second partial view II is the first electrode 320 on the carrier substrate 540 arranged. The first electrode 320 in this case represents a lower contact surface of the sensor device. The first electrode 320 has a supply line or a contact pad. In the third partial representation III is the Chemiresistorschicht 310 over the entire surface on the first electrode 320 applied. From the first electrode 320 lie only the supply line or the contact pad free. Thus, the chemoresistor layer is 310 at a first main surface thereof by means of the first electrode 320 contacted over the entire surface. In other words, the first electrode 320 of the electrode pair is electrically conductive with a first major surface of the chemical resist layer 310 connected.

In der vierten Teildarstellung IV ist die zweite Elektrode 330 auf der Chemiresistorschicht 310 aufgebracht. Die zweite Elektrode 330 ist somit elektrisch leitfähig mit einer zweiten Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht 310 verbunden. Die zweite Elektrode 330 repräsentiert hierbei eine strukturierte obere Kontaktfläche der Sensorvorrichtung. Die zweite Elektrode 330 weist ebenfalls eine Zuleitung bzw. ein Kontaktpad auf. In der zweiten Elektrode 330 sind eine Mehrzahl von Aussparungsabschnitten 550 ausgeformt. Gemäß dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die zweite Elektrode 330 beispielhaft lediglich fünf Aussparungsabschnitte 550 auf. Bei den Aussparungsabschnitten 550 handelt es sich beispielsweise um Durchgangsöffnungen. In den Aussparungsabschnitten 550 liegt die zweite Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht 310 frei.In the fourth partial view IV, the second electrode 330 on the chemical resist layer 310 applied. The second electrode 330 is thus electrically conductive with a second main surface of the Chemiresistorschicht 310 connected. The second electrode 330 in this case represents a structured upper contact surface of the sensor device. The second electrode 330 also has a supply line or a contact pad. In the second electrode 330 are a plurality of recess portions 550 formed. According to the in 5 illustrated embodiment of the present invention has the second electrode 330 by way of example only five recess sections 550 on. At the recess sections 550 For example, they are through holes. In the recess sections 550 is the second major surface of the chemical resist layer 310 free.

Anders ausgedrückt ist in 5 gezeigt, dass zum Realisieren eines geringen Elektrodenabstandes zwischen der ersten Elektrode 320 und der zweiten Elektrode 330 die Sensorvorrichtung mit einer Elektrodenanordnung bzw. einem Elektrodendesign ausgeformt wird, das die Elektroden 320 und 330 sowie die Chemiresistorschicht 310 als Schichten auf Dünnschichtbasis aufweist. Ein solcher geringer Elektrodenabstand ermöglicht eine von Systemseite bzw. messtechnisch gute Erfassung von Widerstandsänderungen. Eine elektrische Kontaktierung des sensitiven Materials der Chemiresistorschicht 310 ist, anders als bei Interdigitalelektrodenaufbauten, unter Verwendung der unterschiedlichen Ebenen angeordneten Elektroden 320 und 330 realisiert. Um einen Zutritt des zumindest einen gasförmigen Analyten zu der Chemiresistorschicht 310 zu ermöglichen, ist die zweite Elektrode 330 strukturiert bzw. weist die Aussparungsabschnitte 550 auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Aussparungsabschnitte 550 als Schlitze, Fingerstrukturen oder dergleichen ausgeformt sein.In other words, in 5 shown to realize a small electrode spacing between the first electrode 320 and the second electrode 330 the sensor device is formed with an electrode arrangement or an electrode design, which forms the electrodes 320 and 330 and the chemical resist layer 310 having thin-film layers. Such a small electrode spacing allows a system side or metrologically good detection of resistance changes. An electrical contacting of the sensitive material of the Chemiresistorschicht 310 is unlike interdigital electrode assemblies using electrodes arranged at different levels 320 and 330 realized. To allow access of the at least one gaseous analyte to the Chemiresistorschicht 310 to enable is the second electrode 330 structured or has the recess sections 550 on. According to one embodiment, the recess sections 550 be formed as slots, finger structures or the like.

Eine Anzahl und/oder Fläche der Aussparungsabschnitte 550 kann insbesondere so bemessen sein oder werden, dass als Richtwert zwischen 20 Prozent und 80 Prozent einer Fläche der zweiten Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht 310 freiliegen. Auf diese Weise kann ein vorteilhafter Ausgleich zwischen einem erleichterten Gaszutritt zu der Chemiresistorschicht 310 und einem reduzierten elektrischen Widerstand in der Chemiresistorschicht 310 erreicht werden.A number and / or area of the recess sections 550 In particular, this may be or may be such that as a guide between 20 Percent and 80 Percent of area of the second major surface of the chemical resist layer 310 exposed. In this way, an advantageous balance between facilitated gas access to the Chemiresistorschicht 310 and a reduced electrical resistance in the chemical resist layer 310 be achieved.

6 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses 600 zur Einstellung einer Heizleistung und Ermittlung eines Messsignals gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Prozess 600 ist dabei in Verbindung mit einer Sensorvorrichtung aus 3 bis 5 ausführbar. 6 shows a flowchart of a process 600 for adjusting a heating power and determining a measuring signal according to an embodiment of the present invention. The process 600 is in connection with a sensor device 3 to 5 executable.

In einem Block 610 wird zumindest eine vorhandene Systeminformation, beispielsweise eine Umgebungstemperatur und/oder eine Luftfeuchtigkeit eingelesen. Nachfolgend wird in einem Block 620 eine benötige Heizleistung beispielsweise aus einem Kennfeld, einer Nachschlagtabelle oder dergleichen bestimmt. In einem darauf folgenden Block 630 wird die Heizleistung eingestellt. Danach wird in einem Block 640 ein elektrischer Widerstand des chemiresistiven Materials bzw. der Chemiresistorschicht ermittelt. In einem Block 650 wird schließlich der elektrische Widerstand ausgeben. Optional wird ferner eine Konzentration des zumindest einen gasförmigen Analyten ermittelt, beispielsweise aus einem weiteren Kennfeld oder dergleichen.In a block 610 At least one existing system information, for example an ambient temperature and / or a humidity, is read in. Below is in a block 620 a required heating power, for example, determined from a map, a look-up table or the like. In a subsequent block 630 the heating power is adjusted. After that, in a block 640 an electrical resistance of the chemiresistiven material or the Chemiresistorschicht determined. In a block 650 will eventually output the electrical resistance. Optionally, a concentration of the at least one gaseous analyte is further determined, for example from a further characteristic diagram or the like.

7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Erfassen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Verfahren 700 handelt es sich um Verfahren zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten. Somit ist das Verfahren 700 ausführbar, um zumindest einen gasförmigen Analyten quantitativ und/oder qualitativ zu erfassen. Dabei ist das Verfahren 700 in Verbindung mit einer Sensorvorrichtung aus 3 bis 5 ausführbar. 7 shows a flowchart of a method 700 for detecting according to an embodiment of the present invention. In which method 700 These are methods for detecting at least one gaseous analyte. Thus, the procedure 700 executable to quantitatively and / or qualitatively detect at least one gaseous analyte. Here is the procedure 700 in conjunction with a sensor device 3 to 5 executable.

Das Verfahren 700 weist einen Schritt 710 des Bereitstellens einer Sensorvorrichtung auf. Bei der Sensorvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine der Sensorvorrichtungen aus 3 bis 5. Anders ausgedrückt weist die Sensorvorrichtung eine Chemiresistorschicht aus einem chemiresistiven Material und ein Elektrodenpaar auf.The procedure 700 has a step 710 the provision of a sensor device. The sensor device is, for example, one of the sensor devices 3 to 5 , In other words, the sensor device has a chemical resist layer of a chemoresistive material and a pair of electrodes.

Dabei ist die Chemiresistorschicht aus dem chemiresistiven Material ausgeformt. Ein elektrischer Widerstand des chemiresistiven Materials ist von einer Betriebstemperatur und von einem Kontakt mit dem zumindest einen gasförmigen Analyten abhängig. Hierbei ist die Chemiresistorschicht mittels elektrischen Stromflusses durch dieselbe auf eine definierbare Betriebstemperatur temperierbar. Das Elektrodenpaar ist elektrisch leitfähig mit der Chemiresistorschicht verbunden. Dabei ist unter Verwendung des Elektrodenpaars eine Heizleistung zum Temperieren der Chemiresistorschicht auf die definierbare Betriebstemperatur in die Chemiresistorschicht einprägbar und ist der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht messbar.In this case, the Chemiresistorschicht is formed from the chemiresistiven material. An electrical resistance of the chemoresistive material is dependent on an operating temperature and on contact with the at least one gaseous analyte. Here, the Chemiresistorschicht by means of electrical current flow through the same to a definable operating temperature can be controlled. The electrode pair is electrically conductively connected to the Chemiresistorschicht. In this case, a heating power for controlling the temperature of the Chemiresistorschicht to the definable operating temperature in the Chemiresistorschicht can be impressed using the electrode pair and the electrical resistance of Chemiresistorschicht can be measured.

Das Verfahren 700 weist ferner einen Schritt 720 des Einprägens der Heizleistung in die Chemiresistorschicht unter Verwendung des Elektrodenpaars auf, um die Chemiresistorschicht auf die definierbare Betriebstemperatur zu temperieren. Auch weist das Verfahren 700 einen Schritt 730 des Messens des elektrischen Widerstands der Chemiresistorschicht unter Verwendung des Elektrodenpaars auf, um den zumindest einen gasförmigen Analyten zu erfassen.The procedure 700 also has a step 720 impressing the heating power into the chemical resist layer using the electrode pair to temper the chemical resist layer to the definable operating temperature. Also, the procedure assigns 700 one step 730 measuring the electrical resistance of the chemical resist layer using the pair of electrodes to detect the at least one gaseous analyte.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 720 des Einprägens die Heizleistung in Abhängigkeit von einer Temperaturinformation über eine Temperatur der Chemiresistorschicht und/oder einer Umgebung der Sensorvorrichtung eingeprägt. Zusätzlich oder alternativ wird dabei im Schritt 720 des Einprägens die Heizleistung in Abhängigkeit von einer Feuchtigkeitsinformation über eine Feuchtigkeit einer Umgebung der Sensorvorrichtung eingeprägt. Auch wird gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Schritt 720 des Einprägens die Heizleistung in Abhängigkeit von einer Strömungsinformation über mindestens eine Strömungseigenschaft des gasförmigen Analyten eingeprägt. Optional wird im Schritt 720 des Einprägens die Heizleistung mit einem definierbaren Verlauf über der Zeit eingeprägt. Der definierbare Verlauf weist dabei einen konstanten Wert auf und/oder ist veränderlich bzw. weist eine definierbare zeitliche Wertänderung auf.According to one embodiment, in step 720 impressing the heating power in response to a temperature information on a temperature of the Chemiresistorschicht and / or an environment of the sensor device impressed. Additionally or alternatively, in step 720 impressing the heating power as a function of moisture information about a moisture environment of the sensor device impressed. Also, according to another embodiment in step 720 impressing the heating power as a function of a flow information on at least one flow characteristic of the gaseous analyte impressed. Optionally, in step 720 impressing the heat output with a definable course over time impressed. The definable profile has a constant value and / or is variable or has a definable temporal change in value.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird für den Schritt 720 des Einprägens die Heizleistung so eingestellt, dass je nach externen Temperaturbedingungen und Feuchte eine definierte Betriebstemperatur erreicht werden kann. Erforderliche Werte hierfür können beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegt sein. Sind in einem Gesamtsystem, in dem die Sensorvorrichtung zur Anwendung kommen soll oder verwendet wird, Sensoren für Temperatur und Feuchte angeordnet, kann beispielsweise unter Verwendung von Sensordaten bzw. Messdaten und einem Kennfeld eine Ziel-Heizleistung ermittelt werden. Dies ist insbesondere für Systeme anwendbar, die nicht aktiv durchströmt werden bzw. bei denen im Fall von aktiver Durchströmung ein Massenstrom konstant ist. Ist ein Massenstrom jedoch variabel, kann beispielsweise ein Kennfeld verwendet werden, das in drei Dimensionen ausgelegt ist. Es können auch dynamische Betriebsweisen verwendet werden, wenn zum Beispiel die Chemiresistorschicht in einer bestimmten Zeit ein vorgesehenes zeitabhängiges Temperaturprofil durchlaufen soll. Entsprechend kann eine Heizleistung P(t) zusätzlich in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und Luftfeuchte verwendet werden.According to one embodiment, for the step 720 of impressing the heating power adjusted so that depending on external temperature conditions and humidity, a defined operating temperature can be achieved. Required values for this can, for example, be stored in a map. If sensors for temperature and humidity are arranged in an overall system in which the sensor device is to be used or is used, a target heating power can be determined, for example, using sensor data or measurement data and a characteristic diagram. This is particularly applicable to systems that are not actively flowed through or in which, in the case of active flow, a mass flow is constant. However, if a mass flow is variable, it is possible, for example, to use a characteristic map which is designed in three dimensions. Dynamic modes of operation may also be used if, for example, the chemoresistor layer is to undergo a designated time-dependent temperature profile in a given time. Accordingly, a heating power P (t) can additionally be used as a function of the ambient temperature and air humidity.

8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zum Herstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Verfahren 800 handelt es sich um ein Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten. Somit ist das Verfahren 800 ausführbar, um eine Sensorvorrichtung zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten herzustellen. Durch Ausführen des Verfahrens 800 ist eine Sensorvorrichtung wie eine Sensorvorrichtung aus 3 bis 5 herstellbar. Insbesondere können beim Ausführen des Verfahrens 800 Herstellungszustände durchlaufen werden, wie sie 5 dargestellt sind. 8th shows a flowchart of a method 800 for manufacturing according to an embodiment of the present invention. In the process 800 it is a method for producing a sensor device for detecting at least one gaseous analyte. Thus, the procedure 800 executable to produce a sensor device for detecting at least one gaseous analyte. By performing the procedure 800 is a sensor device such as a sensor device 3 to 5 produced. In particular, when performing the method 800 Undergo manufacturing conditions as they do 5 are shown.

Das Verfahren 800 weist einen optionalen Schritt 810 des Bereitstellens einer Chemiresistorschicht aus einem chemiresistiven Material auf. Ein elektrischer Widerstand des chemiresistiven Materials ist dabei von einer Betriebstemperatur und von einem Kontakt mit dem zumindest einen gasförmigen Analyten abhängig. Die Chemiresistorschicht ist mittels elektrischen Stromflusses durch dieselbe auf eine definierbare Betriebstemperatur temperierbar. Auch weist das Verfahren 800 einen Schritt 820 des Verbindens eines Elektrodenpaars auf elektrisch leitfähige Weise mit der Chemiresistorschicht auf. Unter Verwendung des Elektrodenpaars ist eine Heizleistung zum Temperieren der Chemiresistorschicht auf die (vor-)definierbare Betriebstemperatur in die Chemiresistorschicht einprägbar und ist der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht messbar.The procedure 800 indicates an optional step 810 providing a chemoresistor layer of a chemoresistive material. An electrical resistance of the chemiresistive material is dependent on an operating temperature and on contact with the at least one gaseous analyte. The chemical resist layer can be tempered by means of electrical current flow through the same to a definable operating temperature. Also, the procedure assigns 800 one step 820 connecting a pair of electrodes in an electrically conductive manner to the chemical resist layer. Using the pair of electrodes, a heating power for tempering the Chemiresistorschicht to the (pre-) definable operating temperature in the Chemiresistorschicht einprägbar and the electrical resistance of Chemiresistorschicht is measurable.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 800 ferner einen Schritt 830 des Ausformens der Chemiresistorschicht auf. In dem Schritt 830 des Ausformens wird zumindest eine Abmessung der Chemiresistorschicht an mindestens eine Charakteristik eines zur Verwendung mit der Sensorvorrichtung vorgesehenen Systems angepasst. Der Schritt 830 des Ausformens ist vor dem Schritt 810 des Bereitstellens und/oder vor dem Schritt 820 des Verbindens ausführbar.According to one embodiment, the method 800 a further step 830 forming the chemical resist layer. In the step 830 at least one dimension of the chemoresistor layer is adapted to at least one characteristic of a system for use with the sensor device. The step 830 the shaping is before the step 810 the provision and / or before the step 820 of joining executable.

Dabei kann im Schritt 830 des Ausformens die Chemiresistorschicht als kombinierter Chemiresistor und Heizer geometrisch so ausgelegt werden, dass eine Verträglichkeit mit systemseitigen Parametern, insbesondere Strömen und/oder Spannungen, erreicht werden kann. Für eine Dimensionierung der Chemiresistorschicht kann eine Abschätzung beispielhaft für Zinndioxid (SnO2) als chemiresistives Material durchgeführt werden. Ferner kann beispielsweise angenommen werden, dass eine maximale Spannung von 1 Volt gegeben ist und die geometrischen Abmessungen der Chemiresistorschicht variieren können. Ein solches Abschätzungsbeispiel ergibt sich, dass eine Dicke bzw. Schichtdicke der Chemiresistorschicht kleiner 1 Mikrometer, z. B. 100 Nanometer, sein kann, um ein ausreichendes Heizen zu realisieren. Bei einer Fläche von 100 Mikrometer mal 100 Mikrometer kann ein elektrischer Widerstand erreicht werden, der messtechnisch einfach zu erfassen ist, selbst wenn der Widerstand je nach gasförmigem Analyten steigt oder absinkt. Bei einer Dicke bzw. Schichtdicke der Chemiresistorschicht von 1 Mikrometer kann eine Heizdauer bei Raumtemperatur etwa 2 Sekunden betragen, um die Betriebstemperatur um 1 Kelvin zu erhöhen. Dagegen kann die gleiche Temperaturerhöhung bei einer Reduzierung der Schichtdicke auf 100 Nanometer in einer das zusammen von etwa 20 Millisekunden erfolgen. Der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht kann bei einer Fläche von 100 Mikrometer mal 100 Mikrometer in etwa 10 Megaohm betragen, was messtechnisch bereits erfasst werden kann. Bei einer Temperatur von 100 Grad Celsius kann der elektrische Widerstand in etwa 10 Kiloohm betragen und somit noch leichter erfassbar sein, wobei Spielraum nach oben und nach unten ist, um eine gasinduzierte Widerstandsänderung zu erfassen. Bei noch höheren Temperaturen ist es auch denkbar, weiter reduzierte Elektrodenflächen zu verwenden.It can in step 830 the shaping of the Chemiresistorschicht be designed as a combined Chemiresistor and heater geometrically so that compatibility with system-side parameters, in particular currents and / or voltages can be achieved. For a dimensioning of the chemical resist layer, an estimate of tin dioxide (SnO 2 ) as a chemoresistive material can be exemplified. Further, for example, assume that a maximum voltage of 1 volt is present and the geometric dimensions of the chemical resist layer can vary. Such an estimation example implies that a thickness of the chemical resist layer is less than 1 micron, e.g. B. 100 nanometers, can be to realize sufficient heating. With an area of 100 microns by 100 microns, an electrical resistance can be achieved that is easy to measure, even if the resistance increases or decreases depending on the gaseous analyte. At a thickness of 1 micron of the chemical resist layer, a heating time at room temperature may be about 2 seconds to increase the operating temperature by 1 Kelvin. On the other hand, the same temperature increase can be achieved with a reduction in the layer thickness to 100 nanometers in a total of approximately 20 milliseconds. The electrical resistance of the Chemiresistorschicht can be in an area of 100 microns by 100 microns in about 10 megohms, which can already be detected by metrology. At a temperature of 100 degrees Celsius, the electrical resistance in about 10 kilohms and thus be more easily detectable, with room up and down to capture a gas-induced resistance change. At even higher temperatures, it is also conceivable to use further reduced electrode surfaces.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt und/oder in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.Furthermore, the method steps presented here can be repeated and / or executed in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims (13)

Sensorvorrichtung (300) zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten, wobei die Sensorvorrichtung (300) folgende Merkmale aufweist: eine Chemiresistorschicht (310) aus einem chemiresistiven Material, dessen elektrischer Widerstand von einer Betriebstemperatur und von einem Kontakt mit dem zumindest einen gasförmigen Analyten abhängig ist, wobei die Chemiresistorschicht (310) mittels elektrischen Stromflusses (I) durch dieselbe auf eine definierbare Betriebstemperatur temperierbar ist; ein Elektrodenpaar (320, 330), das elektrisch leitfähig mit der Chemiresistorschicht (310) verbunden ist, wobei unter Verwendung des Elektrodenpaars (320, 330) eine Heizleistung zum Temperieren der Chemiresistorschicht (310) auf die definierbare Betriebstemperatur in die Chemiresistorschicht (310) einprägbar ist und der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht (310) messbar ist.Sensor device ( 300 ) for detecting at least one gaseous analyte, wherein the sensor device ( 300 ) has the following features: a chemical resist layer ( 310 ) of a chemoresistive material, the electrical resistance of which depends on an operating temperature and on contact with the at least one gaseous analyte, wherein the chemical resist layer ( 310 ) is temperature controlled by the same to a definable operating temperature by means of electrical current flow (I); a pair of electrodes ( 320 . 330 ), which is electrically conductive with the Chemiresistorschicht ( 310 ), using the pair of electrodes ( 320 . 330 ) a heating power for controlling the temperature of the Chemiresistorschicht ( 310 ) to the definable operating temperature in the Chemiresistorschicht ( 310 ) can be impressed and the electrical resistance of the Chemiresistorschicht ( 310 ) is measurable. Sensorvorrichtung (300) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode (320) des Elektrodenpaars (320, 330) elektrisch leitfähig mit einer ersten Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht (310) verbunden ist und/oder eine zweite Elektrode (330) des Elektrodenpaars (320, 330) elektrisch leitfähig mit einer zweiten Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht (310) verbunden ist.Sensor device ( 300 ) according to claim 1, characterized in that a first electrode ( 320 ) of the electrode pair ( 320 . 330 ) is electrically conductive with a first major surface of the chemiresistor layer ( 310 ) and / or a second electrode ( 330 ) of the electrode pair ( 320 . 330 ) is electrically conductive with a second major surface of the chemiresistor layer ( 310 ) connected is. Sensorvorrichtung (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Elektrode (330) des Elektrodenpaars (320, 330) elektrisch leitfähig mit einer Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht (310) verbunden ist, wobei in der Elektrode (330) zumindest ein Aussparungsabschnitt (550) ausgeformt ist, in dem die Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht (310) freiliegt.Sensor device ( 300 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electrode ( 330 ) of the electrode pair ( 320 . 330 ) is electrically conductive with a main surface of the chemiresistor layer ( 310 ), wherein in the electrode ( 330 ) at least one recess section ( 550 ) is formed in which the main surface of the Chemiresistorschicht ( 310 ) is exposed. Sensorvorrichtung (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (320) des Elektrodenpaars (320, 330) eine Hauptoberfläche der Chemiresistorschicht (310) zumindest teilflächig überdeckt, wobei die Elektrode (320) an einem Trägersubstrat (540) zum Tragen der Sensorvorrichtung (300) anordenbar oder angeordnet ist.Sensor device ( 300 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an electrode ( 320 ) of the electrode pair ( 320 . 330 ) a main surface of the Chemiresistorschicht ( 310 ) at least partially covered, wherein the electrode ( 320 ) on a carrier substrate ( 540 ) for supporting the sensor device ( 300 ) can be arranged or arranged. Verfahren (700) zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten mittels iner Sensorvorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (700) folgende Schritte aufweist: Einprägen (720) der Heizleistung in die Chemiresistorschicht (310) unter Verwendung des Elektrodenpaars (320, 330), um die Chemiresistorschicht (310) auf die definierbare Betriebstemperatur zu temperieren; und Messen (730) des elektrischen Widerstands der Chemiresistorschicht (310) unter Verwendung des Elektrodenpaars (320, 330), um den zumindest einen gasförmigen Analyten zu erfassen.Procedure ( 700 ) for detecting at least one gaseous analyte by means of a sensor device according to one of the preceding claims, wherein the method ( 700 ) comprises the following steps: memorizing ( 720 ) of the heating power in the Chemiresistorschicht ( 310 ) using the electrode pair ( 320 . 330 ) to the Chemiresistorschicht ( 310 ) to temperature to the definable operating temperature; and measuring ( 730 ) of the electrical resistance of the chemiresistor layer ( 310 ) using the electrode pair ( 320 . 330 ) to detect the at least one gaseous analyte. Verfahren (700) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (720) des Einprägens die Heizleistung in Abhängigkeit von einer Temperaturinformation über eine Temperatur der Chemiresistorschicht (310) und/oder einer Umgebung der Sensorvorrichtung (300) und/oder in Abhängigkeit von einer Feuchtigkeitsinformation über eine Feuchtigkeit einer Umgebung der Sensorvorrichtung (300) eingeprägt wird.Procedure ( 700 ) according to claim 5, characterized in that in step ( 720 ) of impressing the heating power in dependence on a temperature information on a temperature of the Chemiresistorschicht ( 310 ) and / or an environment of the sensor device ( 300 ) and / or in dependence on moisture information about a humidity of an environment of the sensor device ( 300 ) is impressed. Verfahren (700) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (720) des Einprägens die Heizleistung in Abhängigkeit von einer Strömungsinformation über mindestens eine Strömungseigenschaft des gasförmigen Analyten eingeprägt wird.Procedure ( 700 ) according to one of claims 5 to 6, characterized in that in step ( 720 ) of impressing the heating power is impressed in dependence on a flow information on at least one flow property of the gaseous analyte. Verfahren (700) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (720) des Einprägens die Heizleistung mit einem definierbaren Verlauf über der Zeit eingeprägt wird, wobei der Verlauf konstant und/oder veränderlich ist.Procedure ( 700 ) according to one of claims 5 to 7, characterized in that in step ( 720 ) of impressing the heating power is impressed with a definable course over time, the course is constant and / or variable. Verfahren (800) zum Herstellen einer Sensorvorrichtung (300) zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten, wobei das Verfahren (800) folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (810) einer Chemiresistorschicht (310) aus einem chemiresistiven Material, dessen elektrischer Widerstand von einer Betriebstemperatur und von einem Kontakt mit dem zumindest einen gasförmigen Analyten abhängig ist, wobei die Chemiresistorschicht (310) mittels elektrischen Stromflusses (I) durch dieselbe auf eine definierbare Betriebstemperatur temperierbar ist; und Verbinden (820) eines Elektrodenpaars (320, 330) elektrisch leitfähig mit der Chemiresistorschicht (310), wobei unter Verwendung des Elektrodenpaars (320, 330) eine Heizleistung zum Temperieren der Chemiresistorschicht (310) auf die definierbare Betriebstemperatur in die Chemiresistorschicht (310) einprägbar ist und der elektrische Widerstand der Chemiresistorschicht (310) messbar ist.Procedure ( 800 ) for producing a sensor device ( 300 ) for detecting at least one gaseous analyte, the method ( 800 ) comprises the following steps: providing ( 810 ) a Chemiresistorschicht ( 310 ) of a chemoresistive material, the electrical resistance of which depends on an operating temperature and on contact with the at least one gaseous analyte, wherein the chemical resist layer ( 310 ) is temperature controlled by the same to a definable operating temperature by means of electrical current flow (I); and connect ( 820 ) of a pair of electrodes ( 320 . 330 ) electrically conductive with the Chemiresistorschicht ( 310 ), using the pair of electrodes ( 320 . 330 ) a heating power for controlling the temperature of the Chemiresistorschicht ( 310 ) to the definable operating temperature in the Chemiresistorschicht ( 310 ) can be impressed and the electrical resistance of the Chemiresistorschicht ( 310 ) is measurable. Verfahren (800) gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Schritt (830) des Ausformens der Chemiresistorschicht (310), wobei zumindest eine Abmessung (B, D, L) der Chemiresistorschicht (310) an mindestens eine Charakteristik eines zur Verwendung mit der Sensorvorrichtung (300) vorgesehenen Systems angepasst wird.Procedure ( 800 ) according to claim 9, characterized by a step ( 830 ) of forming the chemiresistor layer ( 310 ), wherein at least one dimension (B, D, L) of the Chemiresistorschicht ( 310 ) to at least one characteristic of one for use with the sensor device ( 300 ) is adjusted. Vorrichtung, die ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens (700; 800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen und/oder anzusteuern. Device designed to handle all the steps of a method ( 700 ; 800 ) according to any one of the preceding claims and / or to control. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (700; 800) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen und/oder anzusteuern.Computer program adapted to perform all steps of a procedure ( 700 ; 800 ) according to any one of the preceding claims and / or to control. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12.A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 12.
DE102015200217.9A 2015-01-09 2015-01-09 Sensor device and method for detecting at least one gaseous analyte and method for producing a sensor device Pending DE102015200217A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015200217.9A DE102015200217A1 (en) 2015-01-09 2015-01-09 Sensor device and method for detecting at least one gaseous analyte and method for producing a sensor device
CN201610010520.XA CN105784786A (en) 2015-01-09 2016-01-08 Sensor Device Used For Detecting Gas State Analytes And Manufacture Method Thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015200217.9A DE102015200217A1 (en) 2015-01-09 2015-01-09 Sensor device and method for detecting at least one gaseous analyte and method for producing a sensor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015200217A1 true DE102015200217A1 (en) 2016-07-14

Family

ID=56233371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015200217.9A Pending DE102015200217A1 (en) 2015-01-09 2015-01-09 Sensor device and method for detecting at least one gaseous analyte and method for producing a sensor device

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN105784786A (en)
DE (1) DE102015200217A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101839809B1 (en) * 2016-08-12 2018-03-19 (주)포인트엔지니어링 Micro sensor
DE102017206124A1 (en) * 2017-04-10 2018-10-11 Infineon Technologies Ag A fluid sensor, method of providing the same, and method of determining a component of a fluid
CN111024777B (en) * 2019-12-25 2022-07-12 广州钰芯传感科技有限公司 Tin oxide modified sensor, preparation method thereof and application thereof in gas-sensitive detection of nitric oxide

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56160649A (en) * 1980-05-14 1981-12-10 Marcon Electronics Co Ltd Regeneration and regenerative circuit of ceramic moisture sensitive resistor
JPS62134549A (en) * 1985-12-06 1987-06-17 Nippon Sheet Glass Co Ltd Ceramics sensor
JPS62214337A (en) * 1986-03-15 1987-09-21 Matsushita Electric Works Ltd Production of gaseous carbon monoxide sensor
JPS62261948A (en) * 1986-05-08 1987-11-14 Figaro Eng Inc Production of self-exothermic type gas sensor
JPS6347902A (en) * 1986-08-18 1988-02-29 品川白煉瓦株式会社 Moisture-sensitive element
JP2925347B2 (en) * 1991-01-25 1999-07-28 株式会社クラベ Manufacturing method of humidity sensing element
JPH0518920A (en) * 1991-07-15 1993-01-26 Shinagawa Refract Co Ltd Moisture sensitive body
KR960031987A (en) * 1995-02-24 1996-09-17 구자홍 Structure and manufacturing method of gas sensing element
JPH1073549A (en) * 1996-08-30 1998-03-17 Tokyo Gas Co Ltd Self-heating type oxygen sensor
JPH11142358A (en) * 1997-11-10 1999-05-28 Tokyo Gas Co Ltd Self-heating type oxygen sensor and its manufacture
US7193187B2 (en) * 2004-02-09 2007-03-20 Advanced Technology Materials, Inc. Feedback control system and method for maintaining constant resistance operation of electrically heated elements
GB2464516A (en) * 2008-10-17 2010-04-21 Alireza Salehi Self heated carbon monoxide sensor
US9285332B2 (en) * 2011-12-12 2016-03-15 Korea Institute Of Science And Technology Low power consumption type gas sensor and method for manufacturing the same
US20140260545A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Infineon Technologies Ag Sensor and sensing method

Also Published As

Publication number Publication date
CN105784786A (en) 2016-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2105732B1 (en) Method for measuring the concentration of a gas
EP1505387B1 (en) Humidity measuring device and method
WO2018224373A1 (en) Method and apparatus for measuring an air quality
DE102010001624A1 (en) Method for the detection of two or more gas species
DE102015200217A1 (en) Sensor device and method for detecting at least one gaseous analyte and method for producing a sensor device
DE102018122860A1 (en) Method for operating a sensor device
EP2725350A2 (en) Method for gas detection and corresponding gas sensor device
DE102019113539B9 (en) Method and device for operating a multi-gas sensor
DE19644290C2 (en) Sensor element for the simultaneous measurement of two different properties of a chemically sensitive substance in a fluid
DE102019002274A1 (en) GAS SENSOR AND METHOD FOR CONTROLLING A GAS SENSOR
DE102016202537B4 (en) Method and device for determining the concentration of gas components in a gas mixture
DE102007057519A1 (en) Gas sensor with low power consumption
DE102017206124A1 (en) A fluid sensor, method of providing the same, and method of determining a component of a fluid
EP2012092A1 (en) Measuring device with at least two sensors
EP1602924B1 (en) Apparatus and Method for detecting volatile organic compounds
DE102007057520A1 (en) Measurement of the ambient temperature with a gas sensor element
DE102013206637A1 (en) Method for analyzing a gas
DE102017209300A1 (en) Method for determining a state of at least one component of a sensor for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space
DE102015121866A1 (en) Method for determining a flow rate or flow rate of a medium
EP2795274A1 (en) Infrared light sensor chip with high measurement accuracy and method for producing the infrared light sensor chip
EP0861419B1 (en) Method and device for simultaneous measurement of a volume flow and of at least one partial pressure
EP1141687A1 (en) Measuring probe and method for measuring the concentration of agents in gases and/or liquids
DE60033036T2 (en) GAS SENSOR
EP3729009B1 (en) Thermal flow sensor for determining the temperature and the flow speed of a flowing measurement medium
EP4303577A1 (en) Sensor assembly comprising an electrochemical sensor and a temperature sensor and method using such a sensor assembly

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed