DE102017208611A1

DE102017208611A1 - Exhaust gas sensor for detecting particles in an exhaust gas and method for producing an exhaust gas sensor

Info

Publication number: DE102017208611A1
Application number: DE102017208611.4A
Authority: DE
Inventors: Simon Genter; Franziska Rohlfing; Daniel Krebs; Radoslav Rusanov; Niels Bode; Christoph Daniel Kraemmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-11-22

Abstract

Es wird ein Abgassensor (110) zur Erfassung von Partikeln (112) in einem Abgas (116) einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei der Abgassensor (110) mindestens ein mikromechanisches Sensorelement (120) umfasst. Das mikromechanische Sensorelement (120) umfasst mindestens ein Halbleitersubstrat (122) und mindestens ein Schwingelement (124), wobei das Schwingelement (124) mindestens eine Resonanzfrequenz (126) aufweist. Mindestens eine Sensorfläche (128) des Schwingelements (124) ist dem Abgas (116) aussetzbar. Weiterhin umfasst das mikromechanische Sensorelement (120) mindestens ein Antriebselement (130), wobei das Schwingelement (124) mithilfe des Antriebselements (130) in Schwingung versetzbar ist. Der Abgassensor (110) weist weiterhin mindestens eine Steuereinheit (132) auf, wobei die Steuereinheit (132) eingerichtet ist, um die Resonanzfrequenz (126) zu erfassen und daraus auf eine Partikelkonzentration in dem Abgas (116) zu schließen.

An exhaust gas sensor 110 for detecting particles 112 in an exhaust gas 116 of an internal combustion engine is proposed, wherein the exhaust gas sensor 110 comprises at least one micromechanical sensor element 120. The micromechanical sensor element (120) comprises at least one semiconductor substrate (122) and at least one vibration element (124), wherein the vibration element (124) has at least one resonance frequency (126). At least one sensor surface (128) of the oscillating element (124) can be exposed to the exhaust gas (116). Furthermore, the micromechanical sensor element (120) comprises at least one drive element (130), wherein the oscillating element (124) can be set into oscillation by means of the drive element (130). The exhaust gas sensor (110) further comprises at least one control unit (132), wherein the control unit (132) is arranged to detect the resonance frequency (126) and to deduce therefrom a particle concentration in the exhaust gas (116).

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Abgassensoren zur Erfassung von Partikeln in einem Abgas einer Brennkraftmaschine bekannt. Insbesondere kann es sich bei den Partikeln um Ruß- oder Staubpartikel handeln. Die Erfindung wird im Folgenden ohne Beschränkung weiterer Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Abgassensoren zur Detektion von Rußpartikeln beschrieben.From the prior art, a plurality of exhaust gas sensors for detecting particles in an exhaust gas of an internal combustion engine is known. In particular, the particles may be soot or dust particles. The invention will be described below without limiting further embodiments and applications, in particular with reference to exhaust gas sensors for detecting soot particles.

Zwei oder mehrere metallische Elektroden können auf einem elektrisch isolierenden Träger angebracht sein. Die sich unter Einwirkung einer Spannung anlagernden Teilchen, insbesondere die Rußpartikel, bilden in einer sammelnden Phase des Abgassensors elektrisch leitfähige Brücken zwischen den beispielsweise als kammartig ineinandergreifende Interdigitalelektroden ausgestalteten Elektroden und schließen diese dadurch kurz. In einer regenerierenden Phase werden die Elektroden üblicherweise mit Hilfe eines integrierten Heizelementes freigebrannt. In der Regel werten die Partikelsensoren die aufgrund der Partikelanlagerung geänderten elektrischen Eigenschaften einer Elektrodenstruktur aus. Es kann beispielsweise ein abnehmender Widerstand oder ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung gemessen werden.Two or more metallic electrodes may be mounted on an electrically insulating support. The accumulating under the action of a voltage particles, in particular the soot particles form in a collecting phase of the exhaust gas sensor electrically conductive bridges between, for example, as a comb-like interdigitated interdigital electrodes electrodes and close this short. In a regenerating phase, the electrodes are usually baked by means of an integrated heating element. In general, the particle sensors evaluate the changed due to the particle accumulation electrical properties of an electrode structure. For example, a decreasing resistance or current at constant applied voltage can be measured.

Nach diesem Prinzip arbeitende Partikelsensoren werden im Allgemeinen als resistive Sensoren bezeichnet und werden beispielsweise in Ochs et al. (Ochs, T., Schittenhelm, H., Genssle, A., and Kamp, B., „Particulate Matter Sensor for On Board Diagnostics (OBD) of Diesel Particulate Filters (DPF)“, SAE Int. J. Fuels Lubr. 3(1):61-69, 2010, doi:10.4271/2010-01-0307) genauer beschrieben. Weiterhin existieren resistive Sensoren in einer Vielzahl von Ausführungsformen, wie z.B. aus DE 101 49 333 A1 und WO 2003/006976 A2 bekannt. Die als Rußsensoren ausgestalteten Partikelsensoren werden üblicherweise zur Überwachung von Diesel-Partikelfiltern eingesetzt. Im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine sind die Partikelsensoren der beschriebenen Art in der Regel in ein Schutzrohr aufgenommen, das gleichzeitig beispielsweise die Durchströmung des Partikelsensors mit dem Abgas erlaubt.Particle sensors operating according to this principle are generally referred to as resistive sensors and are used, for example, in US Pat Ochs et al. (Ochs, T., Schittenhelm, H., Genssle, A., and Kamp, B., "Particulate Matter Sensor for On-Board Diagnostics (OBD) of Diesel Particulate Filters (DPF)", SAE Int. J. Fuels Lubr. 3 (1): 61-69, 2010, doi: 10.4271 / 2010-01-0307) described in more detail. Furthermore, resistive sensors exist in a variety of embodiments, such as DE 101 49 333 A1 and WO 2003/006976 A2 known. The particulate sensors designed as soot sensors are usually used for monitoring diesel particulate filters. In the exhaust system of an internal combustion engine, the particle sensors of the type described are usually accommodated in a protective tube which simultaneously allows, for example, the flow through the particle sensor with the exhaust gas.

Hitoshi Habuka und Yurie Tanaka offenbaren eine Messmethode unter Benutzung einer Langasitkristall-Mikrowaage zur Überwachung einer chemischen Beschichtung aus der Gasphase (ECS Journal of Solid State Science and Technology, 1(2) P62-P65 (2012), „Langasite Crystal Microbalance Used for In-Situ Monitoring of Amorphous Silicon Carbide Film Deposition“). Nach diesem Prinzip arbeitende Mikrowaagen werden im Allgemeinen als resonante Mikrowaagen bezeichnet. Üblicherweise umfasst die Mikrowaage einen Quarzkristall und wird daher häufig auch als Quarzmikrowaage bezeichnet. Das Funktionsprinzip basiert auf einer masseabhängigen Frequenzänderung eines Quarzkristalls, welcher in der Regel als Schwingquarz bezeichnet wird. Anstelle von Quarz kann jedoch auch, wie beispielsweise von Habuka und Tanaka beschrieben, Langasit eingesetzt werden. Weiterhin zeigen Hajjam et al. (Arash Hajjam, James C. Wilson, Siavash Pourkamali, IEEE Sensors Journal, Volume: 11, Issue: 11, Nov. 2011, Pages: 2883 - 2890, Date of Publication: 25 April 2011, „Individual Air-Borne Particle Mass Measurement Using High-Frequency Micromechanical Resonators“) , dass nach dem genannten Prinzip arbeitende Mikrowaagen einzelne, luftgetragene Partikel messen können und schlagen beispielsweise eine Verwendung in Reinräumen vor.Hitoshi Habuka and Yurie Tanaka disclose a measuring method using a langasite crystal microbalance to monitor chemical vapor deposition (ECS Journal of Solid State Science and Technology, 1 (2) P62-P65 (2012), Langasite Crystal Microbalance Used for In -Situ Monitoring of Amorphous Silicon Carbide Film Deposition "). Microbalances operating on this principle are generally referred to as resonant microbalances. Usually, the microbalance comprises a quartz crystal and is therefore often referred to as a quartz microbalance. The operating principle is based on a mass-dependent frequency change of a quartz crystal, which is usually referred to as quartz crystal. However, instead of quartz, langasite can also be used, as described, for example, by Habuka and Tanaka. Continue to show Hajjam et al. (Arash Hajjam, James C. Wilson, Siavash Pourkamali, IEEE Sensors Journal, Volume: 11, Issue: 11, Nov. 2011, Pages: 2883 - 2890, Date of Publication: April 25, 2011, "Individual Air-Borne Particle Mass Measurement Using High-Frequency Micromechanical Resonators ") in that microbalances operating according to the said principle can measure individual, airborne particles and, for example, suggest use in cleanrooms.

Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten, als resistive Sensoren ausgestalteten Abgassensoren zur Erfassung von Partikeln beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So spielt beispielsweise die Exposition von elektrischen Kontakten gegenüber dem Abgas eine große Rolle. Üblicherweise verdichten sich bei der thermischen Regeneration des, als resistiver Sensor ausgestalteten Abgassensors zur Erfassung von Partikeln anorganische Anteile im Ruß und bleiben auf der Sensoroberfläche haften. Ein solcher, üblicherweise als Verglasung bezeichneter Effekt führt in der Regel zu einer über die Lebensdauer des Abgassensors zunehmend sinkenden Empfindlichkeit, da die isolierende Verglasung die effektive Sensorfläche häufig verkleinert und zuletzt meist zum Ausfall des Abgassensors führt.Despite the advantages of known from the prior art, designed as a resistive sensors exhaust gas sensors for detecting particles still contain potential for improvement. For example, the exposure of electrical contacts to the exhaust gas plays a major role. In the thermal regeneration of the exhaust gas sensor designed as a resistive sensor for detecting particles, inorganic components usually accumulate in the soot and remain adhered to the sensor surface. Such, usually referred to as glazing effect usually leads to an over the life of the exhaust gas sensor increasingly decreasing sensitivity, since the insulating glazing often reduces the effective sensor surface and most recently leads to failure of the exhaust gas sensor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Abgassensor zur Erfassung von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, in einem Abgas einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Unter einem „Abgassensor“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Messgröße eines Abgases zu erfassen. Unter einem „Abgassensor zur Erfassung von Partikeln eines Abgases“ kann dementsprechend im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche geeignet ist, die Partikel in dem Abgas qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen und welche beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten Ansteuereinheit und geeignet ausgestalteten Elektroden mindestens ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Partikel erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Bei den erfassten Partikeln kann es sich insbesondere um Rußpartikel und/oder Staubpartikel handeln. Hierbei können DC-Signale und/oder AC-Signale verwendet werden. Des Weiteren kann beispielsweise zur Signalauswertung aus der Impedanz ein resistiver Anteil und/oder ein kapazitiver Anteil verwendet werden.In the context of the present invention, therefore, an exhaust gas sensor for detecting particles, in particular soot particles, in an exhaust gas of an internal combustion engine is proposed. In the context of the present invention, an "exhaust gas sensor" can in principle be understood to mean any device which is set up to detect at least one measured variable of an exhaust gas. Accordingly, in the context of the present invention, an "exhaust gas sensor for detecting particles of an exhaust gas" can basically be understood to mean any device which is suitable for qualitatively and / or quantitatively detecting the particles in the exhaust gas and which, for example, with the aid of a suitable drive unit and suitably designed electrodes can generate at least one electrical measurement signal corresponding to the detected particles, such as a voltage or a current. The detected particles may in particular be soot particles and / or dust particles. This can be DC signals and / or AC signals are used. Furthermore, for example, a resistive component and / or a capacitive component can be used for signal evaluation from the impedance.

Der Abgassensor kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein und verwendet werden, insbesondere in einem Abgastrakt. Weiterhin kann der Abgassensor insbesondere zum Einsatz in einem Abgastrakt eines Verbrennungsmotors eingerichtet sein.The exhaust gas sensor can be set up and used in particular for use in a motor vehicle, in particular in an exhaust gas tract. Furthermore, the exhaust gas sensor can be set up in particular for use in an exhaust gas tract of an internal combustion engine.

Der Abgassensor umfasst mindestens ein mikromechanisches Sensorelement. Das mikromechanische Sensorelement umfasst mindestens ein Halbleitersubstrat sowie mindestens ein Schwingelement. Das Schwingelement weist mindestens eine Resonanzfrequenz auf. Mindestens eine Sensorfläche des Schwingelements ist dem Abgas aussetzbar. Weiterhin umfasst das mikromechanische Sensorelement mindestens ein Antriebselement, wobei das Schwingelement mithilfe des Antriebselements in Schwingung versetzbar ist. Weiterhin weist der Abgassensor mindestens eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, um die Resonanzfrequenz zu erfassen und daraus auf eine Partikelkonzentration in dem Abgas zu schließen.The exhaust gas sensor comprises at least one micromechanical sensor element. The micromechanical sensor element comprises at least one semiconductor substrate and at least one vibrating element. The vibrating element has at least one resonant frequency. At least one sensor surface of the vibrating element can be exposed to the exhaust gas. Furthermore, the micromechanical sensor element comprises at least one drive element, wherein the oscillating element can be set into oscillation with the aid of the drive element. Furthermore, the exhaust gas sensor has at least one control unit, wherein the control unit is set up to detect the resonance frequency and to deduce therefrom a particle concentration in the exhaust gas.

Unter einem „Sensorelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche als Funktionseinheit, beispielsweise für einen Abgassensor, dienen kann und als solche mindestens ein Messsignal erzeugen kann, beispielsweise das mindestens eine elektrische Messsignal entsprechend der erfassten Partikel. Unter einem „mikromechanischen Sensorelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Sensorelement verstanden werden, welches zumindest teilweise mit Verfahren und Technologien der Mikrosystemtechnik hergestellt wurde, wie beispielsweise mit galvanische Verfahren, Ätzverfahren, Lasertechnik, Photolithographie, Dünnschicht- und Siebdruck-Technik. Das mikromechanische Sensorelement kann hierbei insbesondere eine Größe von 100 µm² bis 5 cm² aufweisen. Unter einem „Halbleitersubstrat“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Träger verstanden werden, der mindestens ein Halbleitermaterial umfasst, und der geeignet ist, das Schwingelement oder mindestens ein weiteres weiter unten noch näher beschriebenes Funktionselement des Abgassensors, wie beispielsweise eine isolierende Schicht oder eine Elektrodeneinrichtung direkt oder indirekt zu tragen oder auf welchen das Schwingelement oder mindestens ein weiteres weiter unten noch näher beschriebenes Funktionselement des Abgassensors zumindest teilweise aufgebracht werden kann. Das Halbleitersubstrat kann insbesondere mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silizium; Siliziumoxid, insbesondere Siliziumdioxid, insbesondere SiO₂; GaN; SiC; Aluminiumoxid. Insbesondere kann das Halbleitersubstrat einen Glas-Wafer umfassen. Weiterhin kann auf das Halbleitersubstrat insbesondere eine elektrisch isolierende Trägerschicht aufgebracht sein.In the context of the present invention, a "sensor element" can basically be understood as any device which can serve as a functional unit, for example for an exhaust gas sensor, and as such can generate at least one measuring signal, for example the at least one electrical measuring signal corresponding to the detected particles. In the context of the present invention, a "micromechanical sensor element" can be understood to be a sensor element which has been produced at least partially by methods and technologies of microsystem technology, such as galvanic methods, etching methods, laser technology, photolithography, thin-film and screen printing techniques. The micromechanical sensor element can in this case in particular have a size of 100 μm ² to 5 cm ² . In the context of the present invention, a "semiconductor substrate" may in principle be understood as any carrier which comprises at least one semiconductor material and which is suitable for the oscillating element or at least one further functional element of the exhaust gas sensor described in more detail below, for example an insulating layer or to carry an electrode device directly or indirectly or on which the vibrating element or at least one further below further described functional element of the exhaust gas sensor can be at least partially applied. In particular, the semiconductor substrate may comprise at least one material selected from the group consisting of: silicon; Silicon oxide, in particular silicon dioxide, in particular SiO ₂ ; GaN; SiC; Alumina. In particular, the semiconductor substrate may comprise a glass wafer. Furthermore, in particular an electrically insulating carrier layer can be applied to the semiconductor substrate.

Unter einem „Schwingelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiges Element verstanden werden, das in Schwingung versetzbar ist und welches insbesondere mindestens eine Resonanzfrequenz aufweisen kann. Unter einer „Resonanzfrequenz“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Frequenz eines schwingenden Systems verstanden werden, bei der das Einwirken einer äußeren Antriebskraft, beispielsweise einer periodischen Antriebskraft, auf das schwingende System zu einer Schwingungsamplitude des schwingenden Systems führt, welche größer ist als bei benachbarten Frequenzen. Bei Schwingung des schwingenden Systems mit der Resonanzfrequenz oder einer der Resonanzfrequenzen des schwingenden Systems kann die Schwingungsamplitude ein relatives Maximum aufweisen. Unter einer „Sensorfläche“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Oberfläche des Schwingelements verstanden werden, an welche sich die Partikel direkt oder indirekt anlagern können. Unter einem „Antriebselement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, auf eine weitere Vorrichtung, beispielsweise auf ein schwingfähiges System, insbesondere auf das Schwingelement, eine Kraft auszuüben, beispielsweise um das schwingfähiges System, insbesondere das Schwingelement, in Schwingung zu versetzen oder seine Schwingung aufrechtzuerhalten oder seine Schwingung zu verstärken. Unter einer „Steuereinheit“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige elektronische Vorrichtung verstanden werden, welche mindestens eine Funktion des Abgassensors ausführen ansteuern oder auswerten kann.In the context of the present invention, a "vibrating element" can be understood as meaning any element which can be set in oscillation and which, in particular, can have at least one resonance frequency. In the context of the present invention, a "resonance frequency" can basically be understood to mean a frequency of a vibrating system in which the action of an external driving force, for example a periodic driving force, on the oscillating system leads to a vibration amplitude of the oscillating system which is greater than at neighboring frequencies. Upon oscillation of the oscillating system with the resonant frequency or one of the resonant frequencies of the oscillating system, the oscillation amplitude may have a relative maximum. In the context of the present invention, a "sensor surface" can basically be understood to mean any surface of the vibrating element to which the particles can attach directly or indirectly. In the context of the present invention, a "drive element" can in principle be understood as any device which is set up to exert a force on a further device, for example a vibratory system, in particular on the oscillating element, for example the oscillatory system, in particular the Vibrating element to vibrate or maintain its vibration or amplify its vibration. In the context of the present invention, a "control unit" can basically be understood to mean any electronic device which can execute or evaluate at least one function of the exhaust gas sensor.

Die Steuereinheit kann insbesondere mindestens eine Messvorrichtung und/oder mindestens eine elektrische Energiequelle aufweisen. Weiterhin kann die Steuereinheit mindestens einen Prozessor oder Schaltkreis aufweisen, welcher eine Steuerungsfunktion und/oder Auswertungsfunktion mindestens eines mit dem Abgassensor, insbesondere mit dem mikromechanischen Sensorelement, erzeugten Messsignals ausüben kann. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, um die absolute Resonanzfrequenz zu erfassen und daraus auf die Partikelkonzentration in dem Abgas zu schließen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit eingerichtet sein, eine Änderung der Resonanzfrequenz, beispielsweise die Änderung in einer vorgegebenen Zeiteinheit oder eine Änderungsrate, zu erfassen und daraus auf die Partikelkonzentration in dem Abgas zu schließen.The control unit may in particular comprise at least one measuring device and / or at least one electrical energy source. Furthermore, the control unit can have at least one processor or circuit which can exert a control function and / or evaluation function of at least one measurement signal generated with the exhaust gas sensor, in particular with the micromechanical sensor element. In particular, the control unit may be configured to increase the absolute resonance frequency and to deduce therefrom the particle concentration in the exhaust gas. Alternatively or additionally, the control unit may be configured to detect a change in the resonance frequency, for example the change in a predetermined time unit or a rate of change, and to deduce therefrom the particle concentration in the exhaust gas.

Insbesondere kann der Abgassensor mindestens eine Koppelvorrichtung zur Kopplung des mikromechanischen Sensorelements an einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine aufweisen. Weiterhin kann der Abgassensor insbesondere ein Mittel zur Montage in dem Abgasstrang eines Brenners oder der Brennkraftmaschine aufweisen, beispielsweise ein Gewinde, insbesondere ein Außengewinde und/oder eine Montageprofil, beispielsweise ein Außensechskantprofil. Ferner kann das mikromechanische Sensorelement insbesondere ganz oder teilweise als Steckfühler ausgebildet sein oder in einem Steckfühler aufgenommen sein, wobei der Steckfühler in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine einsteckbar sein kann. Ferner kann der Abgassensor ein Rohrstück des Abgasstrangs der Brennkraftmaschine umfassen, wobei der Steckfühler in einen Rohrquerschnitt des Rohrstücks hineinragen kann.In particular, the exhaust gas sensor may have at least one coupling device for coupling the micromechanical sensor element to an exhaust gas line of the internal combustion engine. Furthermore, the exhaust gas sensor may in particular comprise means for mounting in the exhaust gas line of a burner or the internal combustion engine, for example a thread, in particular an external thread and / or a mounting profile, for example an external hexagonal profile. Furthermore, the micromechanical sensor element can in particular be wholly or partially designed as a plug-in sensor or accommodated in a plug-in sensor, wherein the plug-in sensor can be plugged into an exhaust gas line of the internal combustion engine. Furthermore, the exhaust gas sensor may comprise a pipe section of the exhaust line of the internal combustion engine, wherein the plug-in sensor may protrude into a pipe cross-section of the pipe section.

Das Schwingelement kann mindestens eine Membran umfassen. Unter einer „Membran“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Schicht verstanden werden, deren Abmessung in mindestens einer Dimension einer Ausbreitungsebene eine Abmessung in mindestens einer weiteren Dimension senkrecht zu der Ausbreitungsebene deutlich überschreitet, beispielsweise um mindestens einen Faktor zwei, vorzugsweise um mindestens einen Faktor fünf, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor zehn. Weiterhin kann die Membran in Schwingung versetzbar sein und mindestens eine Resonanzfrequenz aufweisen, insbesondere die mindestens eine Resonanzfrequenz des Schwingelements. Weiterhin kann die Membran insbesondere ausgestaltet sein, um mindestens eine Biegeschwingung durchzuführen. Insbesondere kann die Biegeschwingung die Resonanzfrequenz der Membran aufweisen. Insbesondere kann die Membran mithilfe des Antriebselements in die Biegeschwingung versetzbar sein. Die Membran kann insbesondere kreisförmig ausgestaltet sein. Weitere Ausgestaltungsformen, wie beispielsweise eine elliptische Ausgestaltung oder eine polygonale Ausgestaltung, sind möglich. Insbesondere kann die Membran einen Radius R_M oder einen Äquivalentradius von 1 µm bis 10 mm aufweisen, bevorzugt von 10 µm bis 100 µm. Weiterhin kann die Membran eine Dicke D_M von 10 nm bis 20 µm aufweisen, bevorzugt von 50 nm bis 2 µm, besonders bevorzugt von 700 nm bis 1500 nm. Ferner kann die Membran insbesondere freigestellt sein. Unter einer „freigestellten Membran“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Membran verstanden werden, die in beide Richtungen senkrecht zu einer Ausbreitungsebene der Membran in einer Abmessung frei schwingen kann, wobei die Abmessung mindestens das zehnfache, vorzugsweise mindestens das 25-fache, besonders bevorzugt mindestens das 50-fache des Radius R_M oder des Äquivalentradius der Membran beträgt. Weiterhin kann das Schwingelement, insbesondere die Membran, mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: SiC; dotiertes SiC; Germanium; ein Metall; AlN; TiN. Insbesondere kann das dotierte SiC einen spezifischen Widerstand von 1 mΩcm bis 1000 mΩcm aufweisen. Insbesondere kann das Schwingelement, insbesondere die Membran, eine Mehrzahl von Schwingelementschichten umfassen, wobei mindestens eine der Schwingelementschichten elektrisch leitfähig sein kann.The vibrating element may comprise at least one membrane. In the context of the present invention, a "membrane" may in principle be understood as any layer whose dimension in at least one dimension of a propagation plane significantly exceeds a dimension in at least one further dimension perpendicular to the propagation plane, for example by at least a factor of two, preferably by at least a factor of five, more preferably at least a factor of ten. Furthermore, the membrane may be vibratable and have at least one resonant frequency, in particular the at least one resonant frequency of the vibrating element. Furthermore, the membrane may in particular be designed to perform at least one bending vibration. In particular, the bending vibration may have the resonance frequency of the membrane. In particular, the membrane can be displaceable by means of the drive element in the bending vibration. The membrane may in particular be designed circular. Further embodiments, such as an elliptical configuration or a polygonal configuration, are possible. In particular, the membrane may have a radius R _M or an equivalent radius of 1 μm to 10 mm, preferably from 10 μm to 100 μm. Furthermore, the membrane may have a thickness D _M of 10 nm to 20 microns, preferably from 50 nm to 2 microns, more preferably from 700 nm to 1500 nm. Furthermore, the membrane may be particularly free. In the context of the present invention, a "release membrane" can basically be understood to mean a membrane which can oscillate freely in both dimensions perpendicular to a propagation plane of the membrane in one dimension, the dimension being at least ten times, preferably at least 25 times, especially preferably at least 50 times the radius R _M or the equivalent radius of the membrane. Furthermore, the vibrating element, in particular the membrane, comprise at least one material selected from the group consisting of: SiC; doped SiC; germanium; a metal; AlN; TiN. In particular, the doped SiC may have a resistivity of 1 mΩcm to 1000 mΩcm. In particular, the vibrating element, in particular the membrane, comprise a plurality of vibrating element layers, wherein at least one of the vibrating element layers can be electrically conductive.

Ferner kann das mikromechanische Sensorelement mindestens eine Kavität aufweisen. Unter einer „Kavität“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger, teilweise offener oder vollständig geschlossener Hohlraum verstanden werden. Unter einem „vollständig geschlossenen Hohlraum“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein Hohlraum verstanden werden, der nach allen Seiten abgegrenzt oder begrenzt ist, beispielsweise durch eine oder mehrere Schichten, wobei die Schichten dicht oder auch durchlässig sein können, beispielsweise gegenüber dem Abgas und/oder gegenüber den Partikeln, insbesondere den Rußpartikeln. Insbesondere kann die Membran die Kavität gegen die Partikel, insbesondere gegen die Rußpartikel, vollständig abschließen. Unter dem Begriff „vollständig abschließen“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden werden, dass die Membran ein Eintreten der Partikel, insbesondere der Rußpartikel, durch die Membran in die Kavität ganz oder zumindest größtenteils verhindert. Die Membran kann, insbesondere über einen Membranrand, mit dem mikromechanischen Sensorelement in allen Ausbreitungsrichtungen der Membran, insbesondere ringsum, in Kontakt stehen.Furthermore, the micromechanical sensor element can have at least one cavity. In the context of the present invention, a "cavity" can be understood in principle to mean any, partially open or completely closed cavity. In the context of the present invention, a "completely closed cavity" can basically be understood to mean a cavity which is delimited or delimited on all sides, for example by one or more layers, wherein the layers can be dense or permeable, for example to the exhaust gas and / or to the particles, in particular the soot particles. In particular, the membrane can completely close the cavity against the particles, in particular against the soot particles. In the context of the present invention, the term "completely complete" can basically be understood to mean that the membrane completely or at least largely prevents the particles, in particular the soot particles, from entering the cavity through the membrane. The membrane may, in particular via a membrane edge, be in contact with the micromechanical sensor element in all propagation directions of the membrane, in particular all the way around.

In der Kavität kann grundsätzlich ein beliebiger Druck herrschen, beispielsweise ein Umgebungsdruck. Insbesondere kann innerhalb der Kavität jedoch auch ein Unterdruck gegenüber dem Abgas herrschen.In principle, any pressure can prevail in the cavity, for example an ambient pressure. In particular, however, a negative pressure with respect to the exhaust gas can prevail within the cavity.

Das Antriebselement kann mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung und mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung umfassen. Unter einer „Elektrodeneinrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger elektrischer Leiter verstanden werden, der für eine Strommessung und/oder eine Spannungsmessung geeignet ist, und/oder welcher mindestens ein mit der Elektrodeneinrichtung in Kontakt stehendes Element mit einer Spannung und/oder einem Strom beaufschlagen kann. The drive element may comprise at least a first electrode device and at least one second electrode device. In the context of the present invention, an "electrode device" can basically be understood as meaning any electrical conductor which is suitable for current measurement and / or voltage measurement, and / or which has at least one element in contact with the electrode device with a voltage and / or can apply a current.

Insbesondere kann die erste Elektrodeneinrichtung mit dem Schwingelement in elektrischem Kontakt stehen und die zweite Elektrodeneinrichtung kann von dem Schwingelement elektrisch isoliert sein. Insbesondere kann die zweite Elektrodeneinrichtung auf dem Halbleitersubstrat aufgebracht sein. Weiterhin kann die zweite Elektrodeneinrichtung von einer elektrisch isolierenden Schicht zumindest teilweise umgeben sein. Ferner kann das Schwingelement ganz oder teilweise Bestandteil des Antriebselements sein. Insbesondere kann das Schwingelement die erste Elektrodeneinrichtung umfassen. Weiterhin kann die erste Elektrodeneinrichtung mindestens eine erste elektrische Kontaktierung aufweisen und die zweite Elektrodeneinrichtung kann ebenfalls mindestens eine erste elektrische Kontaktierung aufweisen. Ferner können die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung eingerichtet sein, das Schwingelement durch Beaufschlagung der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung mit einer Spannung, insbesondere mit einer Wechselspannung, in Schwingung, insbesondere in eine Schwingung mit der Resonanzfrequenz des Schwingelements, zu versetzen. Insbesondere kann das Schwingelement über elektrostatische Wirkung ausgelenkt oder in Schwingung versetzt werden. Weiterhin können die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung eingerichtet sein, die Schwingung des Schwingelementes zu detektieren. Insbesondere können die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung eingerichtet sein, die Schwingung des Schwingelements, insbesondere die Auslenkung des Schwingelements, über eine kapazitiv induzierte Spannung zu messen.In particular, the first electrode device with the vibrating element in electrical Contact and the second electrode means may be electrically isolated from the vibrating element. In particular, the second electrode device can be applied to the semiconductor substrate. Furthermore, the second electrode device may be at least partially surrounded by an electrically insulating layer. Furthermore, the oscillating element may be wholly or partially part of the drive element. In particular, the vibrating element may comprise the first electrode device. Furthermore, the first electrode device can have at least one first electrical contact and the second electrode device can also have at least one first electrical contact. Furthermore, the first electrode device and the second electrode device can be set up to vibrate the vibrating element by applying a voltage, in particular an alternating voltage, to the resonant frequency of the vibrating element by applying the first electrode device and the second electrode device. In particular, the vibrating element can be deflected via electrostatic action or vibrated. Furthermore, the first electrode device and the second electrode device can be set up to detect the oscillation of the vibrating element. In particular, the first electrode device and the second electrode device can be set up to measure the oscillation of the oscillating element, in particular the deflection of the oscillating element, via a capacitively induced voltage.

Weiterhin kann das Antriebselement mindestens ein piezoelektrisches Element umfassen. Dabei kann das piezoelektrische Element mit dem Schwingelement in Kontakt stehen. Insbesondere kann das piezoelektrische Element mit einer dem Halbleitersubstrat zugewandten Seite des Schwingelements in Kontakt stehen. Das piezoelektrische Element kann aber auch mit einer dem Halbleitersubstrat abgewandten Seite des Schwingelements in Kontakt stehen. Unter einem „piezoelektrischen Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung umfassend mindestens einen piezoelektrisches Material verstanden werden, welche unter Verformung durch eine äußere Kraft eine Ladungstrennung zeigt. So kann das piezoelektrische Element unter Verformung Bereiche mit entgegengesetzter elektrischer Ladung an gegenüberliegenden Mantelflächen ausbilden. Umgekehrt kann es möglich sein, das piezoelektrische Element durch Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung zu verformen. Das piezoelektrische Element kann insbesondere eingerichtet sein, das Schwingelement durch Beaufschlagung des piezoelektrischen Elements mit einer Spannung, insbesondere einer Wechselspannung, in Schwingung zu versetzen, insbesondere in eine Schwingung mit der Resonanzfrequenz des Schwingelements. Weiterhin kann das piezoelektrische Element insbesondere als piezoelektrische Schicht ausgeformt sein. Das piezoelektrische Element, insbesondere die piezoelektrische Schicht kann Das piezoelektrische Element kann ferner mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Langasit, insbesondere La₃Ga₅SiO₁₄; Aluminiumnitrid, insbesondere AIN; Blei-Zirkonat-Titan (PZT); Quarz.Furthermore, the drive element may comprise at least one piezoelectric element. In this case, the piezoelectric element may be in contact with the vibrating element. In particular, the piezoelectric element may be in contact with a side of the oscillating element facing the semiconductor substrate. However, the piezoelectric element can also be in contact with a side facing away from the semiconductor substrate of the vibrating element. In the context of the present invention, a "piezoelectric element" can be understood to mean any device comprising at least one piezoelectric material which shows charge separation when deformed by an external force. Thus, under deformation, the piezoelectric element can form regions of opposite electrical charge on opposite lateral surfaces. Conversely, it may be possible to deform the piezoelectric element by applying an electrical voltage. In particular, the piezoelectric element may be set up to vibrate the vibrating element by applying a voltage, in particular an alternating voltage, to the piezoelectric element, in particular into a vibration at the resonant frequency of the vibrating element. Furthermore, the piezoelectric element may be formed in particular as a piezoelectric layer. The piezoelectric element, in particular the piezoelectric layer, may also comprise at least one material selected from the group consisting of: langasite, in particular La ₃ Ga ₅ SiO ₁₄ ; Aluminum nitride, in particular AIN; Lead zirconate titanium (PZT); Quartz.

Der Abgassensor kann weiterhin mindestens ein piezoresistives Element umfassen. Unter einem „piezoresistiven Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung umfassend mindestens ein piezoresistives Material verstanden werden, welche ihren elektrischen Widerstand unter Einfluss einer äußeren Kraft, insbesondere einer Zugkraft oder einer Druckkraft, verändert. Das piezoresistive Element kann insbesondere mit dem Schwingelement in Kontakt stehen. Insbesondere kann das piezoresistive Element mit einer dem Halbleitersubstrat zugewandten Seite des Schwingelements in Kontakt stehen. Das piezoresistive Element kann aber auch mit einer dem Halbleitersubstrat abgewandten Seite des Schwingelements in Kontakt stehen. Weiterhin kann der Abgassensor, insbesondere die Steuereinheit, eingerichtet sein, mithilfe des piezoresistiven Elements die Schwingung des Schwingelements, insbesondere die Auslenkung des Schwingelements, zu detektieren, insbesondere über eine durch die Schwingung des Schwingelements hervorgerufene, beispielsweise periodische, Widerstandsänderung des piezoresistiven Elements. Das piezoresistive Element kann ferner mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Blei-Zirkonat-Titan (PZT); Quarz; Langasit; Aluminiumnitrid, insbesondere AlN; einem Metall, insbesondere Platin, Gold, Kupfer oder Titan.The exhaust gas sensor may further comprise at least one piezoresistive element. In the context of the present invention, a "piezoresistive element" can basically be understood to mean any device comprising at least one piezoresistive material which changes its electrical resistance under the influence of an external force, in particular a tensile force or a compressive force. The piezoresistive element may in particular be in contact with the vibrating element. In particular, the piezoresistive element can be in contact with a side of the oscillating element facing the semiconductor substrate. However, the piezoresistive element can also be in contact with a side facing away from the semiconductor substrate of the vibrating element. Furthermore, the exhaust gas sensor, in particular the control unit, can be set up to detect the oscillation of the oscillation element, in particular the deflection of the oscillation element, in particular via a, for example periodic, change in resistance of the piezoresistive element caused by the oscillation of the oscillation element. The piezoresistive element may further comprise at least one material selected from the group consisting of lead zirconate titanium (PZT); Quartz; langasite; Aluminum nitride, especially AlN; a metal, in particular platinum, gold, copper or titanium.

Das Schwingelement kann elektrisch leitfähig sein. Insbesondere kann das Schwingelement mindestens eine erste elektrische Kontaktierung und mindestens eine zweite elektrische Kontaktierung aufweisen. Ferner kann das Schwingelement über die erste elektrische Kontaktierung und die zweite elektrische Kontaktierung mit einem Strom, insbesondere einem Gleichstrom oder einem Wechselstrom, und/oder einer Spannung beaufschlagbar sein.The vibrating element may be electrically conductive. In particular, the oscillating element may have at least one first electrical contact and at least one second electrical contact. Furthermore, the oscillating element can be acted upon by the first electrical contacting and the second electrical contacting with a current, in particular a direct current or an alternating current, and / or a voltage.

Weiterhin kann das mikromechanische Sensorelement mindestens ein Heizelement umfassen, wobei das Schwingelement mithilfe des Heizelements beheizbar sein kann. Insbesondere kann das Schwingelement mithilfe des Heizelements auf eine Temperatur von 550 °C bis 900 °C beheizbar sein, vorzugsweise von 600 °C bis 850 °C, besonders bevorzugt von 650 °C bis 750 °C. Weiterhin kann das Heizelement eingerichtet sein, um eine Temperatur des mikromechanischen Sensorelements, insbesondere des Schwingelement, auf einem konstanten Wert zu halten oder auf einen konstanten Wert zu regeln, beispielsweise mithilfe der Steuereinheit. Das Heizelement kann mindestens einen Heizwiderstand umfassen. Weiterhin kann das Heizelement mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Platin; Palladium; Iridium; Gold; Titan; Tantal; einer Legierung; SiC; dotiertem Silizium. Das Heizelement kann insbesondere als ringförmig ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Schwingelement insbesondere ganz oder teilweise Bestandteil des Heizelements sein. Insbesondere kann das Schwingelement durch Beaufschlagung mit dem Strom oder der Spannung über die erste elektrische Kontaktierung und die zweite elektrische Kontaktierung, wie oben beschrieben, beheizbar sein. Weiterhin kann auch das Heizelement mindestens eine erste elektrische Kontaktierung und mindestens eine zweite elektrische Kontaktierung aufweisen. Insbesondere kann die erste elektrische Kontaktierung des Heizelements die erste elektrische Kontaktierung des Schwingelements umfassen und die zweite elektrische Kontaktierung des Heizelements kann die zweite elektrische Kontaktierung des Schwingelements umfassen, insbesondere in Ausführungsformen, in denen das Schwingelement ganz oder teilweise Bestandteil des Heizelementes ist.Furthermore, the micromechanical sensor element may comprise at least one heating element, wherein the vibrating element may be heatable by means of the heating element. In particular, the vibrating element can be heated by means of the heating element to a temperature of 550 ° C to 900 ° C, preferably from 600 ° C to 850 ° C, more preferably from 650 ° C to 750 ° C. Furthermore, the heating element can be set up to a Temperature of the micromechanical sensor element, in particular of the vibrating element to hold at a constant value or to regulate to a constant value, for example by means of the control unit. The heating element may comprise at least one heating resistor. Furthermore, the heating element may comprise at least one material selected from the group consisting of: platinum; Palladium; Iridium; Gold; Titanium; tantalum; an alloy; SiC; doped silicon. The heating element may in particular be designed as a ring. Furthermore, the oscillating element may in particular be wholly or partially part of the heating element. In particular, the oscillating element can be heated by being exposed to the current or the voltage via the first electrical contacting and the second electrical contacting, as described above. Furthermore, the heating element may also have at least one first electrical contact and at least one second electrical contact. In particular, the first electrical contacting of the heating element may comprise the first electrical contacting of the vibrating element and the second electrical contacting of the heating element may comprise the second electrical contacting of the vibrating element, in particular in embodiments in which the vibrating element is wholly or partly part of the heating element.

Das mikromechanische Sensorelement kann zumindest teilweise von mindestens einer Schutzschicht umgeben sein. Weiterhin können auch weitere Elemente des Abgassensors ganz oder teilweise mit der mindestens einen Schutzschicht umgeben sein, insbesondere mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus: dem Halbleitersubstrat; der ersten Elektrodeneinrichtung; der zweiten Elektrodeneinrichtung; dem piezoelektrischen Element; dem piezoresistiven Element; dem Heizelement.The micromechanical sensor element can be at least partially surrounded by at least one protective layer. Furthermore, other elements of the exhaust gas sensor may be wholly or partially surrounded by the at least one protective layer, in particular at least one element from the group consisting of: the semiconductor substrate; the first electrode means; the second electrode means; the piezoelectric element; the piezoresistive element; the heating element.

Weiterhin kann das mikromechanische Sensorelement mindestens zwei Schwingelemente umfassen. Insbesondere können die mindestens zwei Schwingelemente jeweils mindestens eine Resonanzfrequenz aufweisen. Hierbei können sich die mindestens zwei Schwingelemente in ihrer jeweils mindestens einen Resonanzfrequenz unterscheiden. Die jeweils mindestens eine Resonanzfrequenz der mindestens zwei Schwingelemente können jedoch auch identisch sein. Insbesondere können die mindestens zwei Schwingelemente elektrisch parallel geschaltet sein. Weiterhin kann der Abgassensor mindestens zwei Gruppen von Schwingelementen aufweisen, wobei jede Gruppe mindestens zwei Schwingelemente umfasst, insbesondere mindestens zwei Membranen. Hierbei können die Schwingelemente, insbesondere die Membranen, innerhalb mindestens einer der mindestens zwei Gruppen identisch sein, insbesondere dieselbe mindestens eine Resonanzfrequenz aufweisen. Ferner können die Schwingelemente, insbesondere die Membranen, innerhalb mindestens einer der mindestens zwei Gruppen auch in weiteren Merkmalen übereinstimmen, wie beispielsweise in dem Radius R_M, dem Äquivalentradius, der Dicke, dem Material und einer Form. Weiterhin können sich die Schwingelemente, insbesondere die Membranen, verschiedener Gruppen unterscheiden, beispielsweise in mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: der mindestens eine Resonanzfrequenz; dem Radius R_M; dem Äquivalentradius; der Dicke; dem Material; der Form.Furthermore, the micromechanical sensor element may comprise at least two oscillating elements. In particular, the at least two oscillating elements may each have at least one resonant frequency. In this case, the at least two oscillating elements may differ in their respective at least one resonant frequency. However, the respective at least one resonance frequency of the at least two oscillating elements can also be identical. In particular, the at least two oscillating elements can be electrically connected in parallel. Furthermore, the exhaust gas sensor may have at least two groups of oscillation elements, each group comprising at least two oscillation elements, in particular at least two membranes. In this case, the oscillating elements, in particular the membranes, can be identical within at least one of the at least two groups, in particular have the same at least one resonant frequency. Furthermore, the oscillating elements, in particular the membranes, within at least one of the at least two groups can also agree in further features, such as in the radius R _M , the equivalent radius, the thickness, the material and a shape. Furthermore, the oscillating elements, in particular the membranes, of different groups may differ, for example in at least one element selected from the group consisting of: the at least one resonant frequency; the radius R _M ; the equivalent radius; the thick; the material; the form.

Weiterhin kann das mikromechanische Sensorelement in ein Schutzrohr aufgenommen sein. Das Schutzrohr kann insbesondere eine Pumpe umfassen, wobei das mikromechanische Sensorelement durch die Pumpe mit dem Abgas beaufschlagbar sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Schutzrohr mindestens einen Strömungskanal umfassen. Das mikromechanische Sensorelement kann durch den Strömungskanal mit dem Messgas beaufschlagbar sein, besondere passiv, beispielsweise unter Ausnutzung des Venturi-Effekts.Furthermore, the micromechanical sensor element can be accommodated in a protective tube. The protective tube can in particular comprise a pump, wherein the micromechanical sensor element can be acted upon by the pump with the exhaust gas. Alternatively or additionally, the protective tube may comprise at least one flow channel. The micromechanical sensor element can be acted upon by the flow channel with the measurement gas, particularly passively, for example by utilizing the Venturi effect.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Abgassensors zur Erfassung von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, in einem Abgas einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgendenIn a further aspect of the present invention, a method is proposed for producing an exhaust gas sensor for detecting particles, in particular soot particles, in an exhaust gas of an internal combustion engine, the method comprising the following

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Abgassensors zur Erfassung von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, in einem Abgas einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Der Abgassensor kann insbesondere gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen oder auch gemäß einer der nachfolgend noch näher dargestellten Ausführungsformen gestaltet sein. Das Verfahren umfasst folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.In a further aspect of the present invention, a method for producing an exhaust gas sensor for detecting particles, in particular soot particles, in an exhaust gas of an internal combustion engine is proposed. The exhaust gas sensor may in particular be designed according to one of the embodiments described above or according to one of the embodiments shown in more detail below. The method comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.

Die Verfahrensschritte sind:

a) Bereitstellen des mindestens einen Halbleitersubstrats;
b) Aufbringen mindestens einer ersten leitfähigen Schicht auf das Halbleitersubstrat;
c) Strukturieren der ersten leitfähigen Schicht zu mindestens einer zweiten Elektrodeneinrichtung;
d) Aufbringen einer elektrisch isolierenden Schicht auf die zweite Elektrodeneinrichtung;
e) Teilweises Entfernen der elektrisch isolierenden Schicht zur Vorbereitung mindestens eines elektrischen Kontaktes der zweiten Elektrodeneinrichtung;
f) Aufbringen mindestens einer Opferschicht auf die elektrisch isolierende Schicht;
g) Strukturieren der Opferschicht;
h) Aufbringen mindestens einer zweiten leitfähigen Schicht auf die Opferschicht;
i) Strukturieren der zweiten leitfähigen Schicht zu mindestens einer ersten Elektrodeneinrichtung; und
j) Zumindest teilweises Entfernen der Opferschicht.

The process steps are:

a) providing the at least one semiconductor substrate;
b) applying at least one first conductive layer to the semiconductor substrate;
c) structuring the first conductive layer to at least one second electrode device;
d) applying an electrically insulating layer to the second electrode device;
e) partially removing the electrically insulating layer in preparation for at least one electrical contact of the second electrode device;
f) applying at least one sacrificial layer to the electrically insulating layer;
g) structuring the sacrificial layer;
h) applying at least one second conductive layer to the sacrificial layer;
i) structuring the second conductive layer to at least one first electrode device; and
j) At least partial removal of the sacrificial layer.

Insbesondere kann Schritt a) ein Aufbringen einer elektrisch isolierenden Trägerschicht auf das Halbleitersubstrat umfassen.In particular, step a) may comprise applying an electrically insulating carrier layer to the semiconductor substrate.

Insbesondere kann die Opferschicht SiGe und/oder amorphes Silizium (a-Si) umfassen. Weiterhin kann in Schritt g) die Opferschicht beispielsweise zu mindestens einem kreisförmigen und/oder elliptischen Element und/oder einem flachen, zylinderförmigen Element strukturiert werden. Das mindestens eine kreisförmige oder elliptische oder flache, zylinderförmige Element kann nach der zumindest teilweisen Entfernung der Opferschicht in Schritt j) zu einer Formgebung der ersten Elektrodeneinrichtung, insbesondere des Schwingelements, beitragen. Insbesondere kann das mindestens eine kreisförmige oder elliptische Elemente zu einer Formung der mindestens einen Kavität in der ersten Elektrodeneinrichtung beitragen und damit insbesondere zur Formung von dem Schwingelement, insbesondere der Membran. Die mindestens eine Kavität kann insbesondere zu einer Bereitstellung von mindestens einer Membran beitragen.In particular, the sacrificial layer may comprise SiGe and / or amorphous silicon (a-Si). Furthermore, in step g), the sacrificial layer can be structured, for example, to form at least one circular and / or elliptical element and / or a flat, cylindrical element. The at least one circular or elliptical or flat, cylindrical element can, after the at least partial removal of the sacrificial layer in step j), contribute to a shaping of the first electrode device, in particular of the oscillating element. In particular, the at least one circular or elliptical elements can contribute to a shaping of the at least one cavity in the first electrode device and thus, in particular, to the shaping of the oscillating element, in particular of the membrane. The at least one cavity can in particular contribute to the provision of at least one membrane.

Insbesondere kann die zweite leitfähige Schicht polymorphes Siliziumcarbid (poly-SiC) umfassen. Das Entfernen der Opferschicht kann insbesondere über mindestens eine Öffnung in dem Halbleitersubstrat erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Entfernen der Opferschicht über mindestens eine Öffnung in der zweiten leitfähigen Schicht erfolgen, insbesondere über mindestens eine Öffnung an mindestens einem Rand der zweiten leitfähigen Schicht. Insbesondere kann Schritt j) ferner das Aufbringen einer weiteren elektrisch isolierenden Schicht auf die zweite leitfähige Schicht umfassen, insbesondere um die mindestens eine Öffnung in der zweiten leitfähigen Schicht zu schließen. Weiterhin kann Schritt j) ein teilweises Entfernen der weiteren elektrisch isolierenden Schicht umfassen, insbesondere zur Vorbereitung mindestens eines elektrischen Kontaktes der ersten Elektrodeneinrichtung. Das zumindest teilweise Entfernen der Opferschicht kann insbesondere zu einer zumindest teilweisen Freistellung der ersten Elektrodeneinrichtung und damit zu einer Bereitstellung des Schwingelements, insbesondere der Membran, beitragen. Bei dem zumindest teilweisen Entfernen der Opferschicht kann in Schritt j) kann insbesondere ein Ätzverfahren zum Einsatz kommen. Bei dem Ätzverfahren kann insbesondere Chlortrifluorid, insbesondere ClF₃, und/oder Xenodifluorid, insbesondere XeF₂, zum Einsatz kommen.In particular, the second conductive layer may comprise polymorphous silicon carbide (poly-SiC). The removal of the sacrificial layer can be effected in particular via at least one opening in the semiconductor substrate. Alternatively or additionally, the removal of the sacrificial layer can take place via at least one opening in the second conductive layer, in particular via at least one opening on at least one edge of the second conductive layer. In particular, step j) may further comprise applying a further electrically insulating layer to the second conductive layer, in particular to close the at least one opening in the second conductive layer. Furthermore, step j) may comprise a partial removal of the further electrically insulating layer, in particular for the preparation of at least one electrical contact of the first electrode device. The at least partial removal of the sacrificial layer can in particular contribute to an at least partial release of the first electrode device and thus to a provision of the oscillating element, in particular of the membrane. In the at least partial removal of the sacrificial layer, in particular an etching process can be used in step j). Chlorine trifluoride, in particular ClF ₃ , and / or xenofluoride, in particular XeF ₂ , can be used in particular in the etching process.

Weiterhin kann Schritt j) die Bereitstellung des mindestens einen elektrischen Kontaktes der ersten Elektrodeneinrichtung umfassen. Insbesondere kann Schritt j) das Aufbringen einer metallischen Schicht auf die strukturierte, zweite elektrisch leitfähige Schicht oder auf die weitere elektrisch isolierende Schicht umfassen.Furthermore, step j) may comprise the provision of the at least one electrical contact of the first electrode device. In particular, step j) may comprise the application of a metallic layer to the structured, second electrically conductive layer or to the further electrically insulating layer.

Ferner können insbesondere die Schritte b) und c), die Schritte f) und g) und die Schritte h) und i) gleichzeitig ausgeführt werden.Furthermore, in particular, steps b) and c), steps f) and g) and steps h) and i) can be carried out simultaneously.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, in einem Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen.In a further aspect of the present invention, a method is proposed for detecting particles, in particular soot particles, in an exhaust gas of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, for example in an exhaust system of a motor vehicle, comprising the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.

Insbesondere kann es sich bei dem mindestens einen elektrischen Kontakt der ersten Elektrodeneinrichtung um die mindestens eine erste elektrische Kontaktierung handeln. Insbesondere kann es sich bei dem mindestens einen elektrischen Kontakt der zweiten Elektrodeneinrichtung um die mindestens eine erste elektrische Kontaktierung der zweiten Elektrodeneinrichtung handeln.In particular, the at least one electrical contact of the first electrode device may be the at least one first electrical contact. In particular, the at least one electrical contact of the second electrode device may be the at least one first electrical contacting of the second electrode device.

Die Verfahrensschritte sind:

a) Bereitstellen mindestens eines mikromechanischen Sensorelements, wobei das mikromechanische Sensorelement mindestens ein Halbleitersubstrat umfasst, wobei das mikromechanische Sensorelement mindestens ein Schwingelement umfasst, wobei das Schwingelement mindestens eine Resonanzfrequenz aufweist;
b) Versetzen des Schwingelements in Schwingung, mithilfe mindestens eines Antriebselements des mikromechanischen Sensorelements;
c) Beaufschlagung mindestens einer Sensorfläche des Schwingelements mit dem Abgas;
d) Erfassung der Resonanzfrequenz; und
e) Ermitteln einer Partikelkonzentration in dem Abgas aus der Resonanzfrequenz.

The process steps are:

a) providing at least one micromechanical sensor element, wherein the micromechanical sensor element comprises at least one semiconductor substrate, wherein the micromechanical sensor element comprises at least one vibrating element, wherein the vibrating element has at least one resonant frequency;
b) putting the vibrating element in vibration, using at least one drive element of the micromechanical sensor element;
c) acting upon at least one sensor surface of the vibrating element with the exhaust gas;
d) detection of the resonance frequency; and
e) determining a particle concentration in the exhaust gas from the resonant frequency.

Insbesondere kann bei dem Verfahren mindestens ein Abgassensor gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen oder auch gemäß einer der nachfolgend noch näher dargestellten Ausführungsformen verwendet werden. Insbesondere kann das mikromechanische Sensorelement in Schritt a) gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen oder auch gemäß einer der nachfolgend noch näher dargestellten Ausführungsformen gestaltet sein. Weiterhin kann in Schritt d) insbesondere die absolute Resonanzfrequenz oder eine Änderung der Resonanzfrequenz, beispielsweise die Änderung in einer vorgegebenen Zeiteinheit oder eine Änderungsrate, erfasst werden. Dementsprechend kann in Schritt e) die Partikelkonzentration in dem Abgas aus der Änderung der Resonanzfrequenz, beispielsweise aus der Änderung in der vorgegebenen Zeiteinheit oder aus der Änderungsrate, ermittelt werden.In particular, in the method at least one exhaust gas sensor according to one of the embodiments described above or according to one of the embodiments shown in more detail below can be used. In particular, the micromechanical sensor element can be designed in step a) according to one of the embodiments described above or according to one of the embodiments shown in more detail below. Furthermore, in step d), in particular, the absolute resonance frequency or a change in the resonance frequency, for example the change in a predetermined time unit or a rate of change, can be detected. Accordingly, in step e), the particulate concentration in the exhaust gas may be determined from the change in the resonance frequency, for example, from the change in the predetermined time unit or from the rate of change.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der erfindungsgemäße Abgassensor und die beschriebenen Verfahren weisen gegenüber herkömmlichen Abgassensoren und Verfahren der genannten Art zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere kann es möglich sein, dass der erfindungsgemäße Abgassensor zur Erfassung von Partikeln in einem Abgas einer Brennkraftmaschine keine zum abgasexponierten elektrisch leitfähigen Strukturen benötigt. Insbesondere kann es möglich sein, dass bei Verwendung des erfindungsgemäßen Abgassensors kein elektrischer Kontakt der Sensorfläche, insbesondere einer Membranschicht, zu den zu erfassenden Partikeln, insbesondere zu den Rußpartikeln, benötigt wird. Daher kann es möglich sein, dass der Abgassensor, besondere das mikromechanische Sensorelement, beispielsweise das Schwingelement, oder auch weitere Elemente mit einer Schutzschicht, insbesondere mit einer dünnen Beschichtung, versehen sind, welche abgasbeständig sein kann und so das mikromechanische Sensorelement, insbesondere den Sensor, vor Degradation schützen kann. Es kann möglich sein, dass mit der Schutzschicht eine Oxidation des mikromechanischen Sensorelement, insbesondere der funktionalen Schichten, verhindert werden kann, was bei den erhöhten Temperaturen in dem Abgas mit vielen reaktiven Substanzen ein sehr ernsthaftes Risiko darstellen kann. Weiterhin kann es möglich sein, dass mit der Schutzschicht eine Diffusion von Elementen aus dem Abgas, besondere von Natrium, in das mikromechanische Sensorelement, insbesondere in Schichten des mikroelektromechanischen Sensors, verhindert werden kann es möglich, dass eine solche Diffusion Eigenschaften des Abgassensors, insbesondere der Schichten, ändern kann und eine Funktion beeinträchtigen kann.The exhaust gas sensor according to the invention and the methods described have numerous advantages over conventional exhaust gas sensors and methods of the type mentioned. In particular, it may be possible that the exhaust gas sensor according to the invention for detecting particles in an exhaust gas of an internal combustion engine does not require any exhaust gas-exposed electrically conductive structures. In particular, it may be possible that when using the exhaust gas sensor according to the invention, no electrical contact of the sensor surface, in particular a membrane layer, to the particles to be detected, in particular to the soot particles, is needed. It may therefore be possible for the exhaust gas sensor, especially the micromechanical sensor element, for example the oscillating element, or other elements to be provided with a protective layer, in particular with a thin coating, which may be resistant to exhaust gas, and thus the micromechanical sensor element, in particular the sensor, can protect against degradation. It may be possible that the protective layer can prevent oxidation of the micromechanical sensor element, in particular of the functional layers, which can represent a very serious risk at the elevated temperatures in the exhaust gas with many reactive substances. Furthermore, it may be possible for the protective layer to prevent diffusion of elements from the exhaust gas, especially sodium, into the micromechanical sensor element, in particular in layers of the microelectromechanical sensor, it being possible for such a diffusion to have properties of the exhaust gas sensor, in particular of the Layers, can change and affect a function.

Bei Abgassensoren zur Erfassung von Partikeln in einem Abgas nach dem Stand der Technik, beispielsweise bei im Stand der Technik beschriebenen resistiven Abgassensoren, verdichten sich bei einer Regeneration in der Regel anorganische Anteile im Ruß und bleiben auf der Sensorfläche, insbesondere der Sensoroberfläche, haften. Dieser Prozess kann auch als Verglasung bezeichnet werden und kann typischerweise eine Empfindlichkeit des Abgassensors über eine Lebensdauer des Abgassensors reduzieren, insbesondere da die Verglasung in der Regel isolierend wirken kann und daher häufig die Sensorfläche verkleinert. Im Fall des erfindungsgemäßen Abgassensors kann es möglich sein, dass die Verglasung zu einer Änderung der Resonanzfrequenz, insbesondere der Grundfrequenz, des Schwingelement führen oder beitragen kann. Es kann möglich sein, beispielsweise durch eine Auslegung der Resonanzfrequenz, insbesondere der Grundfrequenz, des Schwingelement und/oder der Dicke D des Schwingelements, insbesondere einer aktiven Resonatorschicht eines mikroelektromechanischen Systems, oder durch eine Kalibrierung nach der Regeneration einen schädlichen Empfindlichkeitsverlust des erfindungsgemäßen Abgassensors zu vermeiden.In the case of exhaust gas sensors for detecting particles in an exhaust gas according to the prior art, for example in the case of resistive exhaust gas sensors described in the prior art, inorganic components in the carbon black generally condense during regeneration and adhere to the sensor surface, in particular the sensor surface. This process may also be referred to as vitrification and may typically reduce sensitivity of the exhaust gas sensor over a lifetime of the exhaust gas sensor, particularly since the glazing may typically be insulating and therefore often reduce the sensor area. In the case of the exhaust gas sensor according to the invention, it may be possible for the glazing to lead or contribute to a change in the resonant frequency, in particular the fundamental frequency, of the oscillating element. It may be possible, for example by a design of the resonance frequency, in particular the fundamental frequency of the vibrating element and / or the thickness D of the vibrating element, in particular an active resonator of a microelectromechanical system, or by a calibration after the regeneration to avoid a harmful loss of sensitivity of the exhaust gas sensor according to the invention ,

Weiter kann es möglich sein, dass der erfindungsgemäße Abgassensor verschiedene Einsatzmöglichkeiten aufweist. So kann es insbesondere möglich sein, dass der erfindungsgemäße Abgassensor sowohl zur Überwachung eines Dieselpartikelfilters, beispielsweise zur sogenannten On-Board Diagnostik, als auch für einen Einsatz vor dem Dieselpartikelfilter für eine Optimierung einer Motorsteuerung verwendet werden kann. Auch weitere Anwendungsgebiete sind denkbar.Furthermore, it may be possible for the exhaust gas sensor according to the invention to have different possible uses. Thus, it may be possible, in particular, for the exhaust gas sensor according to the invention to be used both for monitoring a diesel particle filter, for example for so-called on-board diagnostics, and for use in front of the diesel particulate filter for optimizing engine control. Other applications are conceivable.

Weiterhin kann es möglich sein, dass der erfindungsgemäße Abgassensor, insbesondere der auf dem mikroelektromechanischen System basierte Sensor, sehr empfindlich, insbesondere deutlich empfindlicher als die Abgassensoren zur Erfassung von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, in dem Abgas einer Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik, ist. Ferner kann es möglich sein, dass der erfindungsgemäße Abgassensor, insbesondere der auf dem mikroelektromechanischen System basierte Sensor, sehr robust, insbesondere deutlich robuster als die Abgassensoren zur Erfassung von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, in dem Abgas einer Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik, ist. Es kann daher möglich sein, dass für den erfindungsgemäßen Abgassensor ein dauerhafter Einsatz, insbesondere ein längerer Einsatz als bei Abgassensoren nach dem Stand der Technik, in dem Abgas, beispielsweise in dem Abgas eines Automobils, möglich ist.Furthermore, it may be possible that the Exhaust gas sensor according to the invention, in particular the sensor based on the microelectromechanical system, very sensitive, in particular much more sensitive than the exhaust gas sensors for detecting particles, in particular soot particles, in the exhaust gas of an internal combustion engine according to the prior art. Furthermore, it may be possible for the exhaust gas sensor according to the invention, in particular the sensor based on the microelectromechanical system, to be very robust, in particular significantly more robust than the exhaust gas sensors for detecting particles, in particular soot particles, in the exhaust gas of an internal combustion engine according to the prior art. It may therefore be possible for the exhaust gas sensor according to the invention to have a permanent use, in particular a longer duration of use than in exhaust gas sensors according to the prior art, in the exhaust gas, for example in the exhaust gas of an automobile.

Weiterhin kann es möglich sein, dass bei dem erfindungsgemäßen Abgassensor eine Empfindlichkeit des Abgassensors, insbesondere des Schwingelement, beispielsweise aufgrund einer freigestellten schwingenden Membran mit der Sensorfläche, insbesondere der Sensoroberfläche skaliert. Ferner kann es möglich sein, dass bei dem erfindungsgemäßen Abgassensor eine Empfindlichkeit des Abgassensors unabhängig von der Dicke D des Schwingelements, insbesondere der schwingenden Membran, ist. Weiterhin kann es möglich sein, dass ein Regenerationsintervall von der Dicke D des Schwingelements, insbesondere von der Membrandicke, abhängig, insbesondere ausschließlich von der Dicke D des Schwingelements abhängig, ist. Dadurch kann es möglich sein, dass eine Geometrie bei einer Auslegung im Vergleich zum Stand der Technik einfacher optimiert werden kann und im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstigere dünne Schichten verwendet werden können. Weiterhin kann es möglich sein, dass die Resonanzfrequenz des Schwingelements, insbesondere die verwendeten Resonanzfrequenzen des Membranschwingers, im Vergleich zum Stand der Technik bei gleicher Empfindlichkeit geringer sein können, was eine Verwendung einer im Vergleich zum Stand der Technik günstigeren Messtechnik ermöglichen kann.Furthermore, it may be possible for the exhaust gas sensor according to the invention to scale a sensitivity of the exhaust gas sensor, in particular of the vibrating element, for example due to an exempt oscillating diaphragm with the sensor surface, in particular the sensor surface. Furthermore, it may be possible that in the exhaust gas sensor according to the invention, a sensitivity of the exhaust gas sensor is independent of the thickness D of the vibrating element, in particular the oscillating membrane. Furthermore, it may be possible for a regeneration interval to be dependent on the thickness D of the vibrating element, in particular on the membrane thickness, in particular exclusively dependent on the thickness D of the vibrating element. As a result, it may be possible that a geometry can be more easily optimized in a design compared to the prior art and can be used more cost-effective thin layers compared to the prior art. Furthermore, it may be possible for the resonant frequency of the oscillating element, in particular the resonant frequencies of the membrane oscillator used, to be lower with the same sensitivity compared to the prior art, which may allow a more favorable measurement technique to be used in comparison with the prior art.

Die Membran kann insbesondere ausgestaltet sein, um eine Biegeschwingung durchzuführen. Es kann möglich sein, dass die Membran dadurch im Vergleich zum Stand der Technik kleinere, und dadurch insbesondere besser handhabbare, Resonanzfrequenzen bei im Vergleich zum Stand der Technik hoher Empfindlichkeit aufweist.The membrane may in particular be designed to perform a bending vibration. It may be possible that the membrane thereby compared to the prior art smaller, and thus in particular more manageable, resonant frequencies compared to the prior art has high sensitivity.

Weiterhin kann es möglich sein, dass sich das Heizelement in den erfindungsgemäßen Abgassensor, insbesondere in eine mikroelektromechanische Struktur, im Vergleich zum Stand der Technik leichter und kostengünstiger integrieren lässt, beispielsweise auf demselben mikromechanischen Sensorelement, besondere auf demselben Chip. Es kann möglich sein, dass das Heizelement benutzt werden kann, um eine Temperatur von mindestens 700 °C auf dem Schwingelement, insbesondere auf dem schwingenden Element, zu erreichen, um den Abgassensor, insbesondere das Schwingelement frei zu brennen. Es kann möglich sein, dass eine im Vergleich zum Stand der Technik kleinere Baugröße des mikromechanischen Sensorelement, insbesondere eines Bauelements, beispielsweise des Schwingelement, und eine damit verbundene geringe thermische Masse zu einem im Vergleich zum Stand der Technik schnelleren Aufheizen und zu einem im Vergleich zum Stand der Technik niedrigeren Energieverbrauch führen kann.Furthermore, it may be possible that the heating element in the exhaust gas sensor according to the invention, in particular in a microelectromechanical structure, compared to the prior art easier and cheaper to integrate, for example, on the same micromechanical sensor element, especially on the same chip. It may be possible that the heating element may be used to reach a temperature of at least 700 ° C on the vibrating element, in particular on the vibrating element, in order to freely burn the exhaust gas sensor, in particular the vibrating element. It may be possible that in comparison to the prior art smaller size of the micromechanical sensor element, in particular of a component, such as the vibrating element, and an associated low thermal mass to a faster compared to the prior art heating and to a comparison State of the art can result in lower energy consumption.

Das Heizelement kann eingerichtet sein, um eine Temperatur des mikromechanischen Sensorelements, insbesondere des Schwingelements, auf einem konstanten Wert zu halten oder auf einen konstanten Wert zu regeln, beispielsweise mithilfe der Steuereinheit. Es kann möglich sein, dass dadurch eine Genauigkeit des Abgassensors im Vergleich zum Stand der Technik gesteigert werden kann.The heating element may be configured to maintain a temperature of the micromechanical sensor element, in particular of the vibrating element, at a constant value or to regulate it to a constant value, for example by means of the control unit. It may be possible to thereby increase an accuracy of the exhaust gas sensor in comparison with the prior art.

Das Antriebselement des erfindungsgemäßen Abgassensors kann ein piezoelektrisches Element umfassen. Weiterhin kann der Abgassensor ein piezoresistives Element umfassen. Es kann möglich sein, dass das das piezoelektrisches Element umfassende Antriebselement, insbesondere ein piezoelektrischer Antriebsmechanismus, wenig störanfällig ist gegenüber elektromagnetischen Signalen, insbesondere weniger störanfällig als Abgassensoren des Standes der Technik. Weiterhin kann es möglich sein, dass der das piezoresistive Element umfassende Abgassensor, insbesondere der piezoresistive Auslesemechanismus, wenig störanfällig ist gegenüber elektromagnetischen Signalen, insbesondere weniger störanfällig als Abgassensoren des Standes der Technik.The drive element of the exhaust gas sensor according to the invention may comprise a piezoelectric element. Furthermore, the exhaust gas sensor may comprise a piezoresistive element. It may be possible that the drive element comprising the piezoelectric element, in particular a piezoelectric drive mechanism, is less susceptible to interference with electromagnetic signals, in particular less susceptible to interference than exhaust gas sensors of the prior art. Furthermore, it may be possible for the exhaust gas sensor comprising the piezoresistive element, in particular the piezoresistive read-out mechanism, to be less susceptible to interference from electromagnetic signals, in particular less susceptible to interference than exhaust gas sensors of the prior art.

Der erfindungsgemäße Abgassensor kann insbesondere eine Mehrzahl von Schwingelementen, insbesondere eine Mehrzahl von Membranen, beispielsweise eine Multi-Membran-Struktur, aufweisen. Es kann möglich sein, dass die elektrische und mechanische Parallelschaltung der Mehrzahl von Schwingelementen, insbesondere mehrerer Membranen, eine entsprechende Kapazität erhöhen kann, eine Signalverarbeitung vereinfachen kann und ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis einer Messung verbessern kann. Es kann möglich sein, dass durch eine Erhöhung der Kapazität der Schwingelemente, insbesondere der Gesamtstruktur, eine Auswerteelektronik im Vergleich zum Stand der Technik vereinfacht werden kann. Weiterhin kann es möglich sein, dass durch den Einsatz einer Mehrzahl von Schwingelementen auch eine Kapazitätsänderung bei Schwingung im Vergleich zum Stand der Technik erhöht werden kann. Weiterhin kann es möglich sein, dass durch den Einsatz einer Mehrzahl von Schwingelementen die Empfindlichkeit des Abgassensors im Vergleich zum Stand der Technik erhöht wird. The exhaust gas sensor according to the invention may in particular have a plurality of oscillation elements, in particular a plurality of membranes, for example a multi-membrane structure. It may be possible that the electrical and mechanical parallel connection of the plurality of oscillating elements, in particular a plurality of membranes, can increase a corresponding capacitance, simplify signal processing and can improve a signal-to-noise ratio of a measurement. It may be possible that an evaluation electronics can be simplified in comparison to the prior art by increasing the capacity of the oscillating elements, in particular of the overall structure. Furthermore, it may be possible that the use of a plurality of oscillating elements can also increase a change in capacitance when oscillating in comparison to the prior art. Furthermore, it may be possible that the sensitivity of the exhaust gas sensor is increased in comparison with the prior art by the use of a plurality of oscillating elements.

Der erfindungsgemäße Abgassensor kann insbesondere eine Mehrzahl von Gruppen von Schwingelementen aufweisen. Es kann möglich sein, dass dadurch verschiedene Messbereiche für eine Rußkonzentration kombiniert werden können.The exhaust gas sensor according to the invention may in particular comprise a plurality of groups of oscillation elements. It may be possible to combine different ranges of measurement for soot concentration.

Weiterhin kann in dem erfindungsgemäßen Abgassensor das Schwingelement ganz oder teilweise Bestandteil des Heizelements sein. Es kann möglich sein, dass dadurch eine, insbesondere bei Abgassensoren nach dem Stand der Technik in der Regel auftretende, inhomogene Erhitzung des mikromechanischen Sensorelements, insbesondere der Chipfläche, vermieden werden kann. Insbesondere kann es dadurch möglich sein mechanische Spannungsspitzen aufgrund einer inhomogenen Temperaturverteilung zumindest weitgehend zu vermeiden.Furthermore, in the exhaust gas sensor according to the invention, the vibrating element may be wholly or partly part of the heating element. It may be possible that as a result of this, inhomogeneous heating of the micromechanical sensor element, in particular the chip area, which generally occurs in the case of exhaust gas sensors according to the prior art, can be avoided. In particular, it may thereby be possible to at least largely avoid mechanical stress peaks due to an inhomogeneous temperature distribution.

Weiterhin können die Schwingelemente, insbesondere die Membranen, unterschiedlicher Gruppen vorzugsweise elektrisch parallel geschaltet sein. Furthermore, the oscillating elements, in particular the membranes, of different groups can preferably be connected in parallel electrically.

Gleichzeitig können die Resonanzfrequenzen der Schwingelemente der verschiedenen Gruppen verschieden sein. Insbesondere können auch die Multimembran-Resonanzpeaks der verschiedenen Gruppen verschieden sein. Es kann daher möglich sein, die Schwingelemente, insbesondere die Membranen, verschiedener Gruppen über eine gemeinsame Zuleitung getrennt anzusteuern und auszuwerten. Dies kann einen Kostenvorteil darstellen.At the same time, the resonance frequencies of the vibrating elements of the different groups may be different. In particular, the multi-membrane resonance peaks of the different groups may also be different. It may therefore be possible to separately control and evaluate the oscillating elements, in particular the membranes, of different groups via a common supply line. This can be a cost advantage.

Weiterhin kann es möglich sein, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Abgassensors geeignete Schwingelemente, insbesondere große, gut unterätzte Membranen herzustellen. Es kann möglich sein, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Membranen herzustellen, welche insbesondere ein geeignetes Verhältnis, welches insbesondere als Aspektverhältnis bezeichnet werden kann, aufweisen von dem Radius R der Membran zu einer Höhe der Kavität, welche von der Membran gegen die Partikel abgeschlossen wird. Insbesondere kann es möglich sein, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Membranen mit einem hohen Aspektverhältnis herzustellen. Es kann sein, dass ein geeignetes Verhältnis von dem Radius R der Membran zu der Höhe der Kavität insbesondere gleichzeitig einen effizienten Antrieb der Membran und eine große Sensorfläche ermöglicht. Insbesondere kann es dadurch möglich sein, dass die Membran in die Biegeschwingung versetzbar ist.Furthermore, it may be possible to use the method according to the invention for producing the exhaust gas sensor to produce suitable vibrating elements, in particular large, well-undercut membranes. It may be possible to produce membranes with the process according to the invention which in particular have a suitable ratio, which may be referred to in particular as an aspect ratio, from the radius R of the membrane to a height of the cavity which is closed by the membrane against the particles. In particular, it may be possible to produce membranes with a high aspect ratio using the process according to the invention. It may be that a suitable ratio of the radius R of the membrane to the height of the cavity in particular at the same time allows efficient drive of the membrane and a large sensor area. In particular, it may be possible that the membrane is displaceable in the bending vibration.

Insbesondere kann in der Kavität gegenüber dem Abgas ein Unterdruck herrschen. Es kann möglich sein, dass dadurch ein squeeze-film Effekt reduziert wird.In particular, a negative pressure can prevail in the cavity relative to the exhaust gas. It may be possible to reduce a squeeze-film effect.

Weiterhin kann es möglich sein, dass das Entfernen der Opferschicht, insbesondere durch den Ätzvorgang, lediglich durch eine kleine Öffnung in dem Halbleitersubstrat, insbesondere auf einer Rückseite des mikromechanischen Sensorelements, erfolgt, so dass es möglich sein kann, dass ein Eindringen von den Partikeln in die Kavität vollständig oder zumindest weitestgehend verhindert werden kann. Weiterhin kann es möglich sein, dass das Entfernen der Opferschicht, insbesondere der Ätzvorgang, alternativ oder zusätzlich durch eine kleine Öffnung in der Membran erfolgt, wobei die Öffnung durch das Aufbringen einer weiteren elektrisch isolierenden Schicht auf die zweite leitfähige Schicht geschlossen, insbesondere versiegelt, werden kann, wodurch es möglich sein kann, dass das Eindringen von den Partikeln in die Kavität vollständig oder zumindest weitestgehend verhindert werden kann. Es kann möglich sein, dass durch das Verhindern des Eindringens der Partikel in die Kavität, ein Betreiben des Abgassensors in dem Abgas ermöglicht und/oder eine Lebensdauer des Abgassensors in dem Abgas im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verlängert wirdFurthermore, it may be possible that the removal of the sacrificial layer, in particular by the etching process, takes place only through a small opening in the semiconductor substrate, in particular on a rear side of the micromechanical sensor element, so that it may be possible for penetration of the particles into the semiconductor body the cavity can be completely or at least largely prevented. Furthermore, it may be possible for the removal of the sacrificial layer, in particular the etching process, to take place alternatively or additionally through a small opening in the membrane, wherein the opening is closed, in particular sealed, by the application of a further electrically insulating layer to the second conductive layer can, whereby it may be possible that the penetration of the particles into the cavity can be completely or at least largely prevented. It may be possible that by preventing the particles from entering the cavity, it is possible to operate the exhaust gas sensor in the exhaust gas and / or to significantly extend a life of the exhaust gas sensor in the exhaust gas as compared with the prior art

Das Entfernen der Opferschicht kann insbesondere über mindestens eine Öffnung in dem Halbleitersubstrat erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Entfernen der Opferschicht über mindestens eine Öffnung in der zweiten leitfähigen Schicht erfolgen, insbesondere über mindestens eine Öffnung an mindestens einem Rand der zweiten leitfähigen Schicht. Insbesondere kann Schritt j) ferner das Aufbringen einer weiteren elektrisch isolierenden Schicht auf die zweite leitfähige Schicht umfassen, insbesondere um die mindestens eine Öffnung in der zweiten leitfähigen Schicht zu schließen.The removal of the sacrificial layer can be effected in particular via at least one opening in the semiconductor substrate. Alternatively or additionally, the removal of the sacrificial layer can take place via at least one opening in the second conductive layer, in particular via at least one opening on at least one edge of the second conductive layer. In particular, step j) may further comprise applying a further electrically insulating layer to the second conductive layer, in particular to close the at least one opening in the second conductive layer.

Figurenlistelist of figures

Weitere Einzelheiten und optionale Merkmale der Erfindung sind in den Ausführungsbeispielen dargestellt, welche in den nachfolgenden Zeichnungen schematisch gezeigt sind.Further details and optional features of the invention are shown in the embodiments which are shown schematically in the following drawings.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Abgassensors positioniert in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine;
2 und 3 je ein Ausführungsbeispiel eines Abgassensors in einer Querschnittsansicht;
4A und 4B je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors in einer Draufsicht mit einer Schutzschicht (2B) und ohne eine Schutzschicht (2A);
5A und 5B je ein Diagramm zur beispielhaften Berechnung eines Sensorregenerationsintervalls in Abhängigkeit einer Dicke D eines Schwingelements (3A) und einer messbaren Rußkonzentration c in Abhängigkeit eines Radius R des Schwingelements (3B);
6 und 7 je eine Querschnittsansicht je eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Abgassensors mit je zwei piezoelektrischen Elementen und je zwei piezoresistiven Elementen;
8A und 8B je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors in einer Draufsicht mit einer Schutzschicht (6B) und ohne eine Schutzschicht (6A);
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors in einer Draufsicht mit einer Mehrzahl von Schwingelementen;
10 ein Diagramm zur beispielhaften Veranschaulichung einer Amplitude in Abhängigkeit von einer Frequenz der Schwingung der Schwingelemente für das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel des Abgassensors;
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors in einer Draufsicht mit einer Mehrzahl von Gruppen von Schwingelementen;
12 ein Diagramm zur beispielhaften Veranschaulichung der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz der Schwingung der Schwingelemente für das in 9 dargestellte Ausführungsbeispiel des Abgassensors; und
13 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors in einer Draufsicht, wobei das Schwingelement zumindest teilweise Bestandteil eines Heizelements ist.

Show it:

1 a schematic representation of an exhaust gas sensor positioned in an exhaust line of an internal combustion engine;
2 and 3 each an embodiment of an exhaust gas sensor in a cross-sectional view;
4A and 4B each a further embodiment of an exhaust gas sensor in a plan view with a protective layer ( 2 B ) and without a protective layer ( 2A );
5A and 5B in each case a diagram for the exemplary calculation of a sensor regeneration interval as a function of a thickness D of a vibrating element ( 3A ) and a measurable carbon black concentration c as a function of a radius R of the vibrating element ( 3B );
6 and 7 each a cross-sectional view of each of a further embodiment of an exhaust gas sensor with two piezoelectric elements and two piezoresistive elements;
8A and 8B each a further embodiment of an exhaust gas sensor in a plan view with a protective layer ( 6B ) and without a protective layer ( 6A );
9 another embodiment of an exhaust gas sensor in a plan view with a plurality of vibrating elements;
10 a diagram for exemplifying an amplitude in dependence on a frequency of oscillation of the vibrating elements for the in 7 illustrated embodiment of the exhaust gas sensor;
11 another embodiment of an exhaust gas sensor in a plan view with a plurality of groups of vibrating elements;
12 a diagram for exemplifying the amplitude as a function of the frequency of vibration of the vibrating elements for the in 9 illustrated embodiment of the exhaust gas sensor; and
13 a further embodiment of an exhaust gas sensor in a plan view, wherein the vibrating element is at least partially part of a heating element.

Diese Figuren werden im Folgenden gemeinsam erläutert.These figures will be explained together below.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Abgassensors 110 zur Erfassung von Partikeln 112, insbesondere Rußpartikeln 114, in einem Abgas 116 einer Brennkraftmaschine positioniert in einem Abgasstrang 118 einer Brennkraftmaschine. 1 shows a schematic representation of an exhaust gas sensor 110 for the detection of particles 112 , in particular soot particles 114 in an exhaust 116 an internal combustion engine positioned in an exhaust line 118 an internal combustion engine.

Der Abgassensor 110 zur Erfassung von Partikeln 112, insbesondere Rußpartikeln 114, in einem Abgas 116 einer Brennkraftmaschine umfasst mindestens ein mikromechanisches Sensorelement 120. Das mikromechanische Sensorelement 120 umfasst mindestens ein Halbleitersubstrat 122 sowie mindestens ein Schwingelement 124. Das Schwingelement 124 weist mindestens eine Resonanzfrequenz 126 auf. Mindestens eine Sensorfläche 128 des Schwingelements 124 ist dem Abgas 116 aussetzbar, wie in 1 gezeigt. Weiterhin umfasst das mikromechanische Sensorelement 120 mindestens ein Antriebselement 130, wobei das Schwingelement 124 mithilfe des Antriebselements 130 in Schwingung versetzbar ist, wie beispielsweise in der 2 durch einen Doppelpfeil veranschaulicht. Weiterhin weist der Abgassensor 110 mindestens eine Steuereinheit 132 auf, wie in 1 dargestellt. Die Steuereinheit 132 ist eingerichtet, um die Resonanzfrequenz 126 zu erfassen und daraus auf eine Partikelkonzentration in dem Abgas 116 zu schließen.The exhaust gas sensor 110 for the detection of particles 112 , in particular soot particles 114 in an exhaust 116 an internal combustion engine comprises at least one micromechanical sensor element 120 , The micromechanical sensor element 120 comprises at least one semiconductor substrate 122 and at least one vibrating element 124 , The vibrating element 124 has at least one resonance frequency 126 on. At least one sensor surface 128 of the vibrating element 124 is the exhaust 116 suspendable, as in 1 shown. Furthermore, the micromechanical sensor element comprises 120 at least one drive element 130 , wherein the vibrating element 124 using the drive element 130 is vibratable, such as in the 2 illustrated by a double arrow. Furthermore, the exhaust gas sensor 110 at least one control unit 132 on, like in 1 shown. The control unit 132 is set to the resonant frequency 126 and from this to a particle concentration in the exhaust gas 116 close.

Insbesondere kann der Abgassensor 110 mindestens eine Koppelvorrichtung 134 zur Kopplung des mikromechanischen Sensorelements 120 an den Abgasstrang der Brennkraftmaschine aufweisen. Weiterhin kann das mikromechanische Sensorelement 120 insbesondere ganz oder teilweise als Steckfühler 136 ausgebildet sein oder in einem Steckfühler aufgenommen sein, wobei der Steckfühler in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine einsteckbar sein kann, wie in 1 schematisch dargestellt. Ferner kann der Abgassensor 110 ein Rohrstück 138 des Abgasstrangs 118 der Brennkraftmaschine umfassen, wobei der Steckfühler 136 in einen Rohrquerschnitt des Rohrstücks 138 hineinragen kann, wie in 1 zu sehen. Der Abgassensor 110 kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Weiterhin kann der Abgassensor 110 insbesondere zum Einsatz in dem Abgastrakt eines Verbrennungsmotors eingerichtet sein.In particular, the exhaust gas sensor 110 at least one coupling device 134 for coupling the micromechanical sensor element 120 have at the exhaust line of the internal combustion engine. Furthermore, the micromechanical sensor element 120 in particular wholly or partly as a plug-in sensor 136 be formed or be included in a plug-in sensor, wherein the plug-in sensor can be inserted into an exhaust line of the internal combustion engine, as in 1 shown schematically. Furthermore, the exhaust gas sensor 110 a piece of pipe 138 of the exhaust system 118 the internal combustion engine, wherein the plug-in sensor 136 in a pipe cross-section of the pipe section 138 can protrude, as in 1 to see. The exhaust gas sensor 110 can be set up in particular for use in a motor vehicle. Furthermore, the exhaust gas sensor 110 be set up in particular for use in the exhaust gas tract of an internal combustion engine.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Abgassensors 110 in einer Querschnittsansicht. Das Schwingelement 124 kann mindestens eine Membran 140 umfassen, wie in 2 zu sehen. Weiterhin kann die Membran 140 in Schwingung versetzbar sein und mindestens eine Resonanzfrequenz 126 aufweisen, insbesondere die mindestens eine Resonanzfrequenz 126 des Schwingelements 124. Die Membran 140 kann insbesondere kreisförmig 141 ausgestaltet sein, wie beispielsweise in den 2, 4A und 4B zu sehen. Weitere Ausgestaltungsformen, wie beispielsweise eine elliptische Ausgestaltung, sind möglich (in den Figuren nicht gezeigt). Insbesondere kann die Membran 140 einen Radius R_M oder einen Äquivalentradius von 1 µm bis 10 mm aufweisen, bevorzugt von 10 µm bis 100 µm. Weiterhin kann die Membran eine Dicke D_M von 10 nm bis 20 µm aufweisen, bevorzugt von 50 nm bis 2 µm, besonders bevorzugt von 700 nm bis 1500 nm. Weiterhin kann das Schwingelement 124, insbesondere die Membran 140, mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Siliziumcarbid 139, insbesondere SiC; dotiertes SiC; Germanium; ein Metall; AlN; TiN. Insbesondere kann das dotierte SiC einen spezifischen Widerstand von 1 mΩcm bis 1000 mΩcm. Insbesondere kann das Schwingelement, insbesondere die Membran, eine Mehrzahl von Schwingelementschichten umfassen, wobei mindestens eine der Schwingelementschichten elektrisch leitfähig sein kann. 2 shows an embodiment of an exhaust gas sensor 110 in a cross-sectional view. The vibrating element 124 can be at least one membrane 140 include, as in 2 to see. Furthermore, the membrane 140 be vibratable and at least one resonant frequency 126 have, in particular the at least one resonant frequency 126 of the vibrating element 124 , The membrane 140 can in particular be circular 141 be configured, such as in the 2 . 4A and 4B to see. Other embodiments, such as an elliptical configuration, are possible (not shown in the figures). In particular, the membrane 140 have a radius R _M or an equivalent radius of 1 .mu.m to 10 mm, preferably from 10 .mu.m to 100 .mu.m. Furthermore, the membrane may have a thickness D _M of 10 nm to 20 microns, preferably from 50 nm to 2 microns, more preferably from 700 nm to 1500 nm. Furthermore, the vibrating element 124 , in particular the membrane 140 at least one material selected from the group consisting of: silicon carbide 139 , in particular SiC; doped SiC; germanium; a metal; AlN; TiN. In particular, the doped SiC can have a resistivity of 1 mΩcm to 1000 mΩcm. In particular, the vibrating element, in particular the membrane, comprise a plurality of vibrating element layers, wherein at least one of the vibrating element layers can be electrically conductive.

Ferner kann das mikromechanische Sensorelement 120 eine Kavität 192 aufweisen, wie beispielsweise in den 2 und 3 zu sehen. Insbesondere kann die Membran 140 die Kavität 192 gegen die Partikel 112, insbesondere gegen die Rußpartikel 114, vollständig abschließen. Die Membran 140 kann, insbesondere über einen Membranrand 194, mit dem mikromechanischen Sensorelement in allen Ausbreitungsrichtungen der Membran, insbesondere ringsum, in Kontakt stehen.Furthermore, the micromechanical sensor element 120 a cavity 192 such as in the 2 and 3 to see. In particular, the membrane 140 the cavity 192 against the particles 112 , especially against the soot particles 114 , complete completely. The membrane 140 can, in particular via a membrane edge 194 , with the micromechanical sensor element in all directions of propagation of the membrane, in particular all around, in contact.

Das Antriebselement 130 kann mindestens eine erste Elektrodeneinrichtung 142 und mindestens eine zweite Elektrodeneinrichtung 144 umfassen. Insbesondere kann die erste Elektrodeneinrichtung 142 mit dem Schwingelement 124 in Kontakt stehen, insbesondere in elektrischen Kontakt, und die zweite Elektrodeneinrichtung 144 kann von dem Schwingelement 124 elektrisch isoliert sein, wie in 2 dargestellt. Insbesondere kann die erste Elektrodeneinrichtung 142 mit einer dem Halbleitersubstrat 122 zugewandten Seite 146 des Schwingelements 124 in Kontakt stehen, wie in 2 zu sehen. Die erste Elektrodeneinrichtung 142 kann aber auch mit einer dem Halbleitersubstrat 122 abgewandten Seite 148 des Schwingelements 124 in Kontakt stehen (wie in den 4A und 4B zu sehen). Insbesondere kann die zweite Elektrodeneinrichtung 144 auf dem Halbleitersubstrat 122 aufgebracht sein. Insbesondere kann auf das Halbleitersubstrat 122 eine elektrisch isolierende Trägerschicht 149 aufgebracht sein, wie in 2 gezeigt, und die zweite Elektrodeneinrichtung 144 kann auf der elektrisch isolierenden Trägerschicht 149 aufgebracht sein, wie ebenfalls in 2 zu sehen. Das Halbleitersubstrat 122 kann insbesondere mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Silizium; Siliziumoxid, insbesondere Siliziumdioxid, insbesondere SiO₂; GaN; SiC; Aluminiumoxid. Insbesondere kann das Halbleitersubstrat einen Glas-Wafer umfassen.The drive element 130 may be at least a first electrode device 142 and at least one second electrode device 144 include. In particular, the first electrode device 142 with the vibrating element 124 in contact, in particular in electrical contact, and the second electrode means 144 can from the vibrating element 124 be electrically isolated, as in 2 shown. In particular, the first electrode device 142 with a semiconductor substrate 122 facing side 146 of the vibrating element 124 be in contact, as in 2 to see. The first electrode device 142 but also with a semiconductor substrate 122 opposite side 148 of the vibrating element 124 in contact (as in the 4A and 4B to see). In particular, the second electrode device 144 on the semiconductor substrate 122 be upset. In particular, on the semiconductor substrate 122 an electrically insulating carrier layer 149 be upset, like in 2 and the second electrode means 144 can on the electrically insulating carrier layer 149 be applied, as well as in 2 to see. The semiconductor substrate 122 may in particular comprise at least one material selected from the group consisting of: silicon; Silicon oxide, in particular silicon dioxide, in particular SiO ₂ ; GaN; SiC; Alumina. In particular, the semiconductor substrate may comprise a glass wafer.

Weiterhin können die erste Elektrodeneinrichtung 142 und die zweite Elektrodeneinrichtung 144 eingerichtet sein, das Schwingelement 124 durch Beaufschlagung der ersten Elektrodeneinrichtung 142 und der zweiten Elektrodeneinrichtung 144 mit einer Spannung, insbesondere mit einer Wechselspannung, in Schwingung, insbesondere in eine Schwingung mit der Resonanzfrequenz 126 des Schwingelements 124, zu versetzen, wie in 2 durch den Doppelpfeil schematisch illustriert. Insbesondere kann das Schwingelement 124 über elektrostatische Wirkung ausgelenkt oder in Schwingung versetzt werden. Weiterhin können die erste Elektrodeneinrichtung 142 und die zweite Elektrodeneinrichtung 144 eingerichtet sein, die Schwingung des Schwingelementes 124, beispielsweise mithilfe der Steuereinheit 132, zu detektieren. Insbesondere können die erste Elektrodeneinrichtung 142 und die zweite Elektrodeneinrichtung 144 eingerichtet sein, die Schwingung des Schwingelements 124, insbesondere die Auslenkung des Schwingelements 124, über eine kapazitiv induzierte Spannung zu messen.Furthermore, the first electrode device 142 and the second electrode means 144 be furnished, the vibrating element 124 by applying the first electrode device 142 and the second electrode means 144 with a voltage, in particular with an alternating voltage, in oscillation, in particular in a vibration with the resonance frequency 126 of the vibrating element 124 to put, as in 2 schematically illustrated by the double arrow. In particular, the vibrating element 124 be deflected or vibrated via electrostatic action. Furthermore, the first electrode device 142 and the second electrode means 144 be set up, the vibration of the vibrating element 124 using the control unit, for example 132 to detect. In particular, the first electrode device 142 and the second electrode means 144 be set up, the vibration of the vibrating element 124 , in particular the deflection of the vibrating element 124 to measure over a capacitively induced voltage.

Wie in 2 dargestellt, kann das mikromechanische Sensorelement 120 weiterhin mindestens ein Heizelement 150 umfassen, wobei das Schwingelement 124 mithilfe des Heizelements 150 beheizbar sein kann. Insbesondere kann das Schwingelement 124 mithilfe des Heizelements 150 auf eine Temperatur von 550 °C bis 900 °C beheizbar sein, vorzugsweise von 600 °C bis 850 °C, besonders bevorzugt von 650 °C bis 750 °C, beispielsweise um das mikromechanische Sensorelement 120 freizubrennen. Das Heizelement 150 kann mindestens einen Heizwiderstand 152 umfassen. Weiterhin kann das Heizelement 150 mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Platin; Palladium; Iridium; Gold; Titan; Tantal; einer Legierung; SiC; dotiertem Silizium. Das Heizelement 150 kann insbesondere ringförmig 154 ausgestaltet sein, wie beispielsweise in den 2, 4A, 4B, 6, 8A und 8B dargestellt.As in 2 represented, the micromechanical sensor element 120 at least one heating element 150 comprise, wherein the vibrating element 124 using the heating element 150 can be heated. In particular, the vibrating element 124 using the heating element 150 be heated to a temperature of 550 ° C to 900 ° C, preferably from 600 ° C to 850 ° C, more preferably from 650 ° C to 750 ° C, for example, to the micromechanical sensor element 120 freizubrennen. The heating element 150 can have at least one heating resistor 152 include. Furthermore, the heating element 150 at least one material selected from the group consisting of: platinum; Palladium; Iridium; Gold; Titanium; tantalum; an alloy; SiC; doped silicon. The heating element 150 may in particular be configured annular 154, such as in the 2 . 4A . 4B . 6 . 8A and 8B shown.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors 110 in einer Querschnittsansicht. Wie in 3 zu sehen, kann die zweite Elektrodeneinrichtung 144 insbesondere von einer elektrisch isolierenden Schicht 156 zumindest teilweise umgeben sein. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, um einen Kurzschluss zwischen der zweiten Elektrodeneinrichtung 144 und der ersten Elektrodeneinrichtung 142, beispielsweise bei starker Auslenkung des Schwingelements 124, zu vermeiden. Ferner kann das Schwingelement 124 elektrisch leitfähig 158 sein. Insbesondere kann das Schwingelement 124 ganz oder teilweise Bestandteil des Antriebselements 130 sein. Insbesondere kann das Schwingelement 124 die erste Elektrodeneinrichtung 142 umfassen, beispielsweise in 3 zu sehen. Wie ebenfalls in 3 gezeigt, kann die erste Elektrodeneinrichtung 142 eine erste elektrische Kontaktierung 160 aufweisen und die zweite Elektrodeneinrichtung 144 kann eine erste elektrische Kontaktierung 161 aufweisen. Insbesondere können die erste Elektrodeneinrichtung 142 und die zweite Elektrodeneinrichtung 144 über die erste elektrische Kontaktierung 160 der ersten Elektrodeneinrichtung 142 und die erste elektrische Kontaktierung 161 der zweiten Elektrodeneinrichtung 144 mit einer Spannung beaufschlagbar sein. Beispielsweise können die erste Elektrodeneinrichtung 142 und die zweite Elektrodeneinrichtung 144 eine Potenzialdifferenz aufweisen, um das Schwingelement 124 in Schwingung zu versetzen. 3 shows a further embodiment of an exhaust gas sensor 110 in a cross-sectional view. As in 3 can be seen, the second electrode device 144 in particular of an electrically insulating layer 156 be at least partially surrounded. This may be particularly advantageous for a short circuit between the second electrode device 144 and the first electrode device 142 , For example, at strong deflection of the vibrating element 124 , to avoid. Furthermore, the vibrating element 124 be electrically conductive 158. In particular, the vibrating element 124 wholly or partly part of the drive element 130 be. In particular, the vibrating element 124 the first electrode device 142 include, for example, in 3 to see. Like also in 3 shown, the first electrode means 142 a first electrical contact 160 and the second electrode means 144 can be a first electrical contact 161 exhibit. In particular, the first electrode device 142 and the second electrode means 144 over the first electrical contact 160 the first electrode device 142 and the first electrical contact 161 the second electrode device 144 be acted upon by a voltage. For example, the first electrode device 142 and the second electrode means 144 have a potential difference around the vibrating element 124 to vibrate.

4A und 4B zeigen je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors 110 in einer Draufsicht. Das mikromechanische Sensorelement 110 kann von einer Schutzschicht 162 zumindest teilweise umgeben sein wie in den 4B und 8B gezeigt. Weiterhin können auch weitere Elemente des Abgassensors 110 mit der Schutzschicht 162 zumindest teilweise umgeben sein, insbesondere das Halbleitersubstrat 122, die erste Elektrodeneinrichtung 142, die zweiten Elektrodeneinrichtung 144 und das Heizelement 150. 4A and 4B each show a further embodiment of an exhaust gas sensor 110 in a top view. The micromechanical sensor element 110 can of a protective layer 162 be at least partially surrounded as in the 4B and 8B shown. Furthermore, other elements of the exhaust gas sensor can also 110 with the protective layer 162 be at least partially surrounded, in particular the semiconductor substrate 122 , the first electrode device 142 , the second electrode device 144 and the heating element 150 ,

5A und 5B zeigen je ein Diagramm 164 zu einer beispielhaften Berechnung eines Sensorregenerationsintervalls 166 in Stunden (h) in Abhängigkeit einer Dicke D 168 in nm des Schwingelements 124 (5A) und einer messbaren Rußkonzentration c 170 in mg/m³ in Abhängigkeit eines Radius R 172 in µm des Schwingelements 124 (5B) für ein SiC umfassendes Schwingelement 124. Im Diagramm 164 in 5A ist weiterhin das Sensorregenerationsintervalls 166 von 25 h hervorgehoben, welches mit einer Dicke D 168 von 100 nm des Schwingelements 124 korreliert. Eine gestrichelte Linie zeigt weiterhin einen geeigneten Zeitpunkt für eine Regeneration 174 eines Dieselpartikelfilters. Ferner kann ein Schwingelement 124 mit einer Dicke D 168 von 100 nm bei einem Radius R 172 von etwa 20 µm eine Resonanzfrequenz 126 von etwa 1,27 MHz aufweisen und insbesondere für die Messung der Rußkonzentration c 170 von etwa 0,7 mg/m³ geeignet sein, wie in 5B dargestellt. Die Diagramme 164 in den 5A und 5B illustrieren beispielhaft, dass ein Schwingelement 124, insbesondere eine Membran 140, mit einer Dicke D 168 von 100 nm und einem Radius R 172 von etwa 20 µm geeignete Eigenschaften, insbesondere eine geeignete Resonanzfrequenz 126, ein geeignetes Sensorregenerationsintervall 166 und einen geeigneten Empfindlichkeitsbereich, für einen Einsatz in dem Abgassensor 110 zur Erfassung von Partikeln 112, insbesondere Rußpartikel 114, in dem Abgas 116 einer Brennkraftmaschine aufweisen kann. Auch Schwingelemente mit anderen Kombinationen von einem Radius R oder einem Äquivalentradius und einer Dicke D können jedoch für den beschriebenen Abgassensor sinnvolle Eigenschaften aufweisen. 5A and 5B show one diagram each 164 to an exemplary calculation of a sensor regeneration interval 166 in hours (h) as a function of a thickness D 168 in nm of the vibrating element 124 ( 5A ) and a measurable carbon black concentration c 170 in mg / m ³ as a function of a radius R 172 in μm of the vibrating element 124 ( 5B ) for a SiC comprehensive vibrating element 124 , In the diagram 164 in 5A is still the sensor regeneration interval 166 of 25 h, which with a thickness D 168 of 100 nm of the vibrating element 124 correlated. A dashed line also shows a suitable time for regeneration 174 a diesel particulate filter. Furthermore, a vibrating element 124 with a thickness D 168 of 100 nm at a radius R 172 of about 20 microns a resonant frequency 126 of about 1.27 MHz and in particular be suitable for the measurement of the carbon black concentration c 170 of about 0.7 mg / m ³ , as in 5B shown. The diagrams 164 in the 5A and 5B illustrate by way of example that a vibrating element 124 , in particular a membrane 140 , with a thickness D 168 of 100 nm and a radius R 172 of about 20 μm, suitable properties, in particular a suitable resonance frequency 126 , a suitable sensor regeneration interval 166 and a suitable sensitivity range for use in the exhaust gas sensor 110 for the detection of particles 112 , in particular soot particles 114 in the exhaust 116 an internal combustion engine may have. However, oscillating elements with other combinations of a radius R or an equivalent radius and a thickness D may also have useful properties for the described exhaust gas sensor.

6 und 7 zeigen je eine Querschnittsansicht je eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Abgassensors 110. Wie in den 6 und 7 gezeigt, kann das Antriebselement 130 mindestens ein piezoelektrisches Element 176 umfassen. Dabei kann das piezoelektrische Element 176 mit dem Schwingelement 124 in Kontakt stehen. Insbesondere kann das piezoelektrische Element 176 mit der dem Halbleitersubstrat 122 zugewandten Seite 146 des Schwingelements 124 in Kontakt stehen, wie in 6 dargestellt. Das piezoelektrische Element 176 kann aber auch mit der dem Halbleitersubstrat 122 abgewandten Seite 148 des Schwingelements 124 in Kontakt stehen, wie in 7 gezeigt. Das piezoelektrische Element 176 kann insbesondere eingerichtet sein, das Schwingelement 124 durch Beaufschlagung des piezoelektrischen Elements 176 mit einer Spannung, insbesondere einer Wechselspannung, in Schwingung zu versetzen, insbesondere in eine Schwingung mit der Resonanzfrequenz 126 des Schwingelements 124. Weiterhin kann das piezoelektrische Element 176 insbesondere als piezoelektrische Schicht ausgeformt sein (in den Figuren nicht gezeigte). Das piezoelektrische Element 176 kann insbesondere mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Langasit, insbesondere La₃Ga₅SiO₁₄; Aluminiumnitrid, insbesondere AIN; Blei-Zirkonat-Titan (PZT); Quarz. 6 and 7 each show a cross-sectional view of each another embodiment of an exhaust gas sensor 110 , As in the 6 and 7 shown, the drive element 130 at least one piezoelectric element 176 include. In this case, the piezoelectric element 176 with the vibrating element 124 stay in contact. In particular, the piezoelectric element 176 with the semiconductor substrate 122 facing side 146 of the vibrating element 124 be in contact, as in 6 shown. The piezoelectric element 176 but also with the semiconductor substrate 122 opposite side 148 of the vibrating element 124 be in contact, as in 7 shown. The piezoelectric element 176 can be arranged in particular, the vibrating element 124 by applying the piezoelectric element 176 with a voltage, in particular an AC voltage to vibrate, in particular in a vibration with the resonant frequency 126 of the vibrating element 124 , Furthermore, the piezoelectric element 176 in particular be formed as a piezoelectric layer (not shown in the figures). The piezoelectric element 176 may in particular comprise at least one material selected from the group consisting of: langasite, in particular La ₃ Ga ₅ SiO ₁₄ ; Aluminum nitride, in particular AIN; Lead zirconate titanium (PZT); Quartz.

Der Abgassensor 110 kann weiterhin mindestens ein piezoresistives Element 178 umfassen, wie in den 6 und 7 gezeigt. Das piezoresistive Element 178 kann insbesondere mit dem Schwingelement 124, beispielsweise der Membran 140, in Kontakt stehen. Insbesondere kann das piezoresistive Element 178 mit der dem Halbleitersubstrat 122 zugewandten Seite 146 des Schwingelements 124 in Kontakt stehen. Das piezoresistive Element 178 kann aber auch mit einer dem Halbleitersubstrat 122 abgewandten Seite 148 des Schwingelements 124 in Kontakt stehen, wie in den 6 und 7 zu sehen. Weiterhin kann der Abgassensor 110, insbesondere die Steuereinheit 132, eingerichtet sein, mithilfe des piezoresistiven Elements 178 die Schwingung des Schwingelements 124, insbesondere die Auslenkung des Schwingelements 124, zu detektieren, insbesondere über eine durch die Schwingung des Schwingelements hervorgerufene, beispielsweise periodische, Widerstandsänderung des piezoresistiven Elements 178. Das piezoresistive Element 178 kann ferner mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Blei-Zirkonat-Titan (PZT); Quarz; Langasit; Aluminiumnitrid, insbesondere AlN; einem Metall, insbesondere Platin, Gold, Kupfer oder Titan.The exhaust gas sensor 110 can continue at least one piezoresistive element 178 include, as in the 6 and 7 shown. The piezoresistive element 178 can in particular with the vibrating element 124 , for example, the membrane 140 , stay in contact. In particular, the piezoresistive element 178 with the semiconductor substrate 122 facing side 146 of the vibrating element 124 stay in contact. The piezoresistive element 178 but also with a semiconductor substrate 122 opposite side 148 of the vibrating element 124 be in contact, as in the 6 and 7 to see. Furthermore, the exhaust gas sensor 110 , in particular the control unit 132 , be set up using the piezoresistive element 178 the vibration of the vibrating element 124 , in particular the deflection of the vibrating element 124 to detect, in particular via a caused by the vibration of the vibrating element, for example, periodic, change in resistance of the piezoresistive element 178 , The piezoresistive element 178 may further comprise at least one material selected from the group consisting of: lead zirconate titanium (PZT); Quartz; langasite; Aluminum nitride, especially AlN; a metal, in particular platinum, gold, copper or titanium.

8A und 8B zeigen je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors 110 in einer Draufsicht. Wie in 8B und auch in 4B gezeigt, kann das mikromechanische Sensorelement 110 von einer Schutzschicht 162 zumindest teilweise umgeben sein. Insbesondere können auch das mindestens eine piezoelektrische Element 176 und das mindestens eine piezoresistive Element 178 mit der Schutzschicht 162 zumindest teilweise umgeben sein. 8A and 8B each show a further embodiment of an exhaust gas sensor 110 in a top view. As in 8B and also in 4B shown, the micromechanical sensor element 110 from a protective layer 162 be at least partially surrounded. In particular, the at least one piezoelectric element can also be used 176 and the at least one piezoresistive element 178 with the protective layer 162 be at least partially surrounded.

Wie 9 zeigt, kann der Abgassensor 110 eine Mehrzahl von Schwingelementen 124, insbesondere eine Mehrzahl von Membranen 140, aufweisen. Insbesondere kann jedes der Schwingelemente 124 jeweils mindestens eine Resonanzfrequenz 126 aufweisen. Hierbei können die jeweils mindestens eine Resonanzfrequenz 126 der Mehrzahl von Schwingelementen 124 identisch, oder zumindest sehr ähnlich sein. Insbesondere können die einzelnen Resonanzfrequenzen 126 näher aneinander liegen als eine gütebedingte Breite von einzelnen Resonanzfrequenz-Peaks. Insbesondere kann die Mehrzahl von Schwingelementen 124 elektrisch parallel geschaltet sein.As 9 shows, the exhaust gas sensor 110 a plurality of vibrating elements 124 , in particular a plurality of membranes 140 , exhibit. In particular, each of the vibrating elements 124 in each case at least one resonance frequency 126 exhibit. Here, the respective at least one resonance frequency 126 the plurality of vibrating elements 124 identical, or at least very similar. In particular, the individual resonance frequencies 126 closer together than a quality-related width of individual resonance frequency peaks. In particular, the plurality of vibrating elements 124 be electrically connected in parallel.

10 zeigt ein Diagramm 164, welches beispielhaft die Abhängigkeit der Amplitude 180 (in willkürlichen Einheiten) in Abhängigkeit von einer Anregungsfrequenz 182 (in willkürlichen Einheiten) für das in 9 gezeigte Ausführungsbeispiel des Abgassensors 110 darstellt. Insbesondere kann bei der Resonanzfrequenz 126, insbesondere aufgrund der Parallelschaltung der Mehrzahl von Schwingelementen 124, ein Multimembran-Resonanzpeak 184 gemessen werden, welcher im Vergleich zu einem Einzelmembran-Resonanzpeak eine leicht erhöhte Breite (bezüglich der Frequenz 182) und eine deutlich größere Höhe (bezüglich der Amplitude 180) aufweisen kann (Einzelmembran-Resonanzpeak hier nicht gezeigt). Es ist möglich, dass dies insbesondere das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessern kann und eine Messgenauigkeit gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöhen kann. 10 shows a diagram 164 , which exemplifies the dependence of the amplitude 180 (in arbitrary units) as a function of an excitation frequency 182 (in arbitrary units) for the in 9 shown embodiment of the exhaust gas sensor 110 represents. In particular, at the resonant frequency 126 , in particular due to the parallel connection of the plurality of oscillating elements 124 , a multi-membrane resonance peak 184 be measured, which compared to a single-membrane resonance peak a slightly increased width (in terms of frequency 182 ) and a much greater height (in terms of amplitude 180 ) (single-membrane resonance peak not shown here). It is possible that this in particular can significantly improve the signal-to-noise ratio compared to the prior art and can significantly increase a measurement accuracy over the prior art.

11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors 110. Der Abgassensor 110 kann insbesondere mindestens zwei Gruppen 186 von Schwingelementen 124 aufweisen, insbesondere mindestens zwei Gruppen 186 von Membranen mit 140, wobei jede Gruppe 186 von Schwingelementen 124 mindestens zwei Schwingelemente 124 umfasst, insbesondere mindestens zwei Membranen 140. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit drei Gruppen 186 von Schwingelementen 124, insbesondere Membranen 140. Hierbei können die Schwingelemente 124, insbesondere die Membranen 140, innerhalb einer Gruppe 186 im Wesentlichen identisch sein, wie in 11 zu sehen. Insbesondere können die Schwingelemente 124 der einen Gruppe 186 im Wesentlichen dieselbe Resonanzfrequenz aufweisen. Ferner können die Schwingelemente 124 der einen Gruppe 186 auch in weiteren Merkmalen im wesentlichen übereinstimmen, wie beispielsweise in dem Radius R172, dem Äquivalentradius, der Dicke D 168, dem Material und einer Form. Weiterhin können sich die Schwingelemente 124, insbesondere die Membranen 140, verschiedener Gruppen 186 unterscheiden, beispielsweise in mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: der mindestens eine Resonanzfrequenz 126; dem Radius R 172; dem Äquivalentradius; der Dicke D 168; dem Material; der Form. 11 shows a further embodiment of an exhaust gas sensor 110 , The exhaust gas sensor 110 in particular, at least two groups 186 of vibrating elements 124 in particular at least two groups 186 of membranes with 140, each group 186 of vibrating elements 124 at least two oscillating elements 124 comprises, in particular at least two membranes 140 , 11 shows an embodiment with three groups 186 of vibrating elements 124 , in particular membranes 140 , Here, the vibrating elements 124 , in particular the membranes 140 , within a group 186 be essentially identical, as in 11 to see. In particular, the oscillating elements 124 one group 186 have substantially the same resonant frequency. Furthermore, the vibrating elements 124 one group 186 also substantially coincide in other features, such as in the radius R172, the equivalent radius, the thickness D 168, the material and a shape. Furthermore, the oscillating elements can 124 , in particular the membranes 140 , various groups 186 differ, for example, in at least one element selected from the group consisting of: the at least one resonance frequency 126 ; the radius R 172; the equivalent radius; the thickness D 168; the material; the form.

12 zeigt ein Diagramm 164, welches beispielhaft die Abhängigkeit der Amplitude 180 (in willkürlichen Einheiten) in Abhängigkeit von einer Anregungsfrequenz 182 (in willkürlichen Einheiten) für das in 11 gezeigte Ausführungsbeispiel des Abgassensors 110 darstellt. Insbesondere können die Schwingelemente 124, insbesondere die Membranen 140, einer Gruppe 186 elektrisch parallel geschaltet sein. Ähnlich wie für die 9 und 10 beschrieben, kann das in 11 dargestellte mikromechanische Sensorelement 120 daher insbesondere für jede Gruppe 186 von Schwingelementen 124 bei Anregung durch das Antriebselement 130 mindestens einen Multimembran-Resonanzpeak 184 aufweisen, wie in dem Diagramm 164 in 12 zu sehen. Auf diese Weise kann es möglich sein, dass ein Abgassensor 110 insbesondere ein mikromechanisches Sensorelement 120 eine Mehrzahl von den Empfindlichkeitsbereichen, insbesondere eine Mehrzahl entsprechend der Anzahl von Multimembran-Resonanzpeaks 184, aufweisen kann. Weiterhin können auch die Schwingelemente 124, insbesondere die Membranen 140, unterschiedlicher Gruppen 186 vorzugsweise elektrisch parallel geschaltet sein. Gleichzeitig können die Resonanzfrequenzen 126 der Schwingelemente 124 der verschiedenen Gruppen 186 verschieden sein. Insbesondere können auch die Multimembran-Resonanzpeaks 184 der verschiedenen Gruppen verschieden sein. Es kann daher möglich sein, die Schwingelemente 124, insbesondere die Membranen 140, verschiedener Gruppen über eine gemeinsame Zuleitung getrennt anzusteuern und auszuwerten. Dies kann einen Kostenvorteil darstellen. 12 shows a diagram 164 , which exemplifies the dependence of the amplitude 180 (in arbitrary units) depending on an excitation frequency 182 (in arbitrary units) for the in 11 shown embodiment of the exhaust gas sensor 110 represents. In particular, the oscillating elements 124 , in particular the membranes 140 , a group 186 be electrically connected in parallel. Similar to the 9 and 10 described, that can be done in 11 shown micromechanical sensor element 120 therefore especially for each group 186 of vibrating elements 124 when excited by the drive element 130 at least one multi-membrane resonance peak 184 as in the diagram 164 in 12 to see. In this way it may be possible for an exhaust gas sensor 110 in particular a micromechanical sensor element 120 a plurality of the sensitivity regions, in particular a plurality corresponding to the number of multi-membrane resonance peaks 184 , may have. Furthermore, the vibrating elements can also 124 , in particular the membranes 140 , different groups 186 preferably be connected in parallel electrically. At the same time, the resonance frequencies 126 the vibrating elements 124 of different groups 186 to be different. In particular, the multi-membrane resonance peaks can also 184 be different from the different groups. It may therefore be possible, the vibrating elements 124 , in particular the membranes 140 to separately control and evaluate different groups via a common supply line. This can be a cost advantage.

13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgassensors 110 in einer Draufsicht. Wie in 13, sowie bereits in mehreren Ausführungsformen, beispielsweise in den 3, 7, 9 und 11, dargestellt, kann das Schwingelement 124 elektrisch leitfähig 158 sein. Insbesondere kann das Schwingelement 124 ganz oder teilweise Bestandteil des Antriebselements 130 sein und insbesondere die erste Elektrodeneinrichtung 142 umfassen, wie unter anderem in 13 gezeigt. Weiterhin kann das Schwingelement 124 insbesondere ganz oder teilweise Bestandteil des Heizelements 150 sein, wie in 13 dargestellt. Die erste Elektrodeneinrichtung 142 kann eine erste elektrische Kontaktierung 160 aufweisen. Auch das Heizelement 150 kann eine erste elektrische Kontaktierung 188 aufweisen. Insbesondere können die erste elektrische Kontaktierung 160 der ersten Elektrodeneinrichtung 142 und die erste elektrische Kontaktierung 188 des Heizelementes 150 identisch sein, insbesondere in Ausführungsformen, in denen das Schwingelement 124 die erste Elektrodeneinrichtung 142 umfasst und ganz oder teilweise Bestandteil des Heizelements 150 ist. Das Heizelement 150 kann ferner eine zweite elektrische Kontaktierung 190 aufweisen. Durch das Anlegen einer Spannung zwischen der ersten elektrischen Kontaktierung 188 des Heizelements 150 und der zweiten elektrischen Kontaktierung 190 des Heizelements kann es möglich sein, den Abgassensor 110, insbesondere das mikromechanische Sensorelement 120, beispielsweise die Sensorfläche 128 freizubrennen. 13 shows a further embodiment of an exhaust gas sensor 110 in a top view. As in 13 , as well as already in several embodiments, for example in the 3 . 7 . 9 and 11 , shown, the vibrating element 124 be electrically conductive 158. In particular, the vibrating element 124 wholly or partly part of the drive element 130 and in particular the first electrode device 142 include, inter alia, in 13 shown. Furthermore, the vibrating element 124 in particular wholly or partly part of the heating element 150 be like in 13 shown. The first electrode device 142 can be a first electrical contact 160 exhibit. Also the heating element 150 can be a first electrical contact 188 exhibit. In particular, the first electrical contact 160 the first electrode device 142 and the first electrical contact 188 of the heating element 150 be identical, in particular in embodiments in which the vibrating element 124 the first electrode device 142 includes and wholly or partially part of the heating element 150 is. The heating element 150 can also be a second electrical contact 190 exhibit. By applying a voltage between the first electrical contact 188 of the heating element 150 and the second electrical contact 190 of the heating element, it may be possible for the exhaust gas sensor 110 , in particular the micromechanical sensor element 120 , for example, the sensor surface 128 freizubrennen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10149333 A1 [0003]
WO 2003/006976 A2 [0003]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Ochs et al. (Ochs, T., Schittenhelm, H., Genssle, A., and Kamp, B., "Particulate Matter Sensor for On-Board Diagnostics (OBD) of Diesel Particulate Filters (DPF)", SAE Int. J. Fuels Lubr. 3 (1): 61-69, 2010, doi: 10.4271 / 2010-01-0307) [0003]
Hajjam et al. (Arash Hajjam, James C. Wilson, Siavash Pourkamali, IEEE Sensors Journal, Volume: 11, Issue: 11, Nov. 2011, Pages: 2883 - 2890, Date of Publication: April 25, 2011, "Individual Air-Borne Particle Mass Measurement Using High-Frequency Micromechanical Resonators ") [0004]

Claims

Exhaust gas sensor (110) for detecting particles (112) in an exhaust gas (116) of an internal combustion engine, wherein the exhaust gas sensor (110) comprises at least one micromechanical sensor element (120), wherein the micromechanical sensor element (120) comprises at least one semiconductor substrate (122), wherein the micromechanical sensor element (120) comprises at least one oscillation element (124), wherein the oscillation element (124) has at least one resonance frequency (126), wherein at least one sensor surface (128) of the oscillation element (124) can be exposed to the exhaust gas (116) the micromechanical sensor element (120) furthermore comprises at least one drive element (130), wherein the oscillating element (124) can be set in vibration by means of the drive element (130), wherein the exhaust gas sensor (110) furthermore has at least one control unit (132), wherein the control unit (132) is arranged to detect the resonant frequency (126) and to deduce therefrom a particle concentration in the exhaust gas (116) eat.

The exhaust gas sensor (110) of any one of the preceding claims, wherein the control unit (132) is arranged to detect a change in the resonant frequency (126) and to infer therefrom the concentration of particulates in the exhaust gas (116).

Exhaust gas sensor (110) according to one of the preceding claims, wherein the oscillating element (124) comprises at least one membrane (140).

Exhaust gas sensor (110) according to the preceding claim, wherein the micromechanical sensor element (120) further comprises at least one cavity (192), wherein the membrane (140) completely closes the cavity (192) against the particles (112).

The exhaust gas sensor (110) according to any one of the preceding claims, wherein the drive member (124) comprises at least a first electrode means (142) and at least a second electrode means (144), the first electrode means (142) being in electrical contact with the vibrating member (124) wherein the second electrode means (144) is electrically isolated from the vibrating member (124).

Exhaust gas sensor (110) according to the preceding claim, wherein the oscillating element (124) comprises the first electrode device (142).

Exhaust gas sensor (110) according to one of the preceding claims, wherein the oscillating element (124) is wholly or partly part of the drive element (130).

An exhaust gas sensor (110) according to any one of the preceding claims, wherein the drive member (130) comprises at least one piezoelectric element (176), the piezoelectric element (176) being in contact with the vibrating element (124).

The exhaust gas sensor (110) according to any one of the preceding claims, wherein the exhaust gas sensor (110) further comprises at least one piezoresistive element (178), wherein the piezoresistive element (178) is in contact with the vibrating element (124).

Exhaust gas sensor (110) according to one of the preceding claims, wherein the vibrating element (124) is electrically conductive (158).

Exhaust gas sensor (110) according to one of the preceding claims, wherein the micromechanical sensor element (120) comprises at least one heating element (150), wherein the vibrating element (124) by means of the heating element (150) is heated, wherein the vibrating element (124) wholly or partly part of the heating element (150).

Exhaust gas sensor (110) according to one of the preceding claims, wherein the micromechanical sensor element (120) comprises at least two oscillating elements (124).

Exhaust gas sensor (110) according to the preceding claim, wherein the exhaust gas sensor (110) comprises at least two groups (186) of vibrating elements (124), each group (186) comprising at least two vibrating elements (124), wherein the vibrating elements (124) of the group (186) are identical, wherein the vibrating elements (124) of different groups (186) are different.

A method for producing an exhaust gas sensor (110) for detecting particles (112) in an exhaust gas (116) of an internal combustion engine, the method comprising the following steps: a) providing the at least one semiconductor substrate (122); b) applying at least a first conductive layer to the semiconductor substrate (122); c) patterning the first conductive layer to at least one second electrode device (144); d) applying an electrically insulating layer to the second electrode means (144); e) partially removing the electrically insulating layer to prepare at least one electrical contact of the second electrode device (144); f) applying at least one sacrificial layer to the electrically insulating layer; g) structuring the sacrificial layer; h) applying at least one second conductive layer to the sacrificial layer; i) structuring the second conductive layer to at least a first electrode means (142); and j) at least partially removing the sacrificial layer.

Method for detecting particles (112) in an exhaust gas (116) of an internal combustion engine, the method comprising the following steps: a) providing at least one micromechanical sensor element (120) wherein the micromechanical sensor element (120) comprises at least one semiconductor substrate (122), wherein the micromechanical sensor element (120) comprises at least one vibrating element (124), wherein the vibrating element (124) has at least one resonant frequency ( 126); b) putting the vibrating element (124) into oscillation, by means of at least one drive element (130) of the micromechanical sensor element (120); c) acting upon at least one sensor surface (128) of the vibrating element (124) with the exhaust gas (116); d) detecting the resonant frequency (126); and e) determining a particle concentration in the exhaust gas (116) from the resonant frequency (126).