DE19718584C1 - Gas sensor with parallel-connected metal oxide detector strips - Google Patents
Gas sensor with parallel-connected metal oxide detector stripsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Sensor nach dem Oberbe griff des Patentanspruches 1, mit dem die Bestimmung verschiedener einzelner Gase, die auch in Gasge mischen enthalten sein können, auch in möglichst quantifizierbarer Form möglich ist.The invention relates to a sensor according to the Oberbe Handle of claim 1, with which the provision various individual gases, which are also in Gasge mixing can be included, even in as much as possible quantifiable form is possible.
Dünnschicht-Gassensoren auf Metalloxidbasis, bei spielsweise SnO2-Sensoren, sind technologisch fort geschritten, teils mikromechanische Bauelemente, wel che in verschiedenen Bauformen und Technologien her gestellt und für eine Vielzahl verschiedener Applika tionen bereits marktfähig angeboten werden. Zu geeig neten Anwendungsbeispielen zählen z. B. die kontinu ierliche Arbeitsplatz- und Haushaltsgeräte-Über wachung, Luftgüte-Kontrollsysteme für Automobile so wie die Umweltanalytik.Thin-film gas sensors based on metal oxide, for example SnO 2 sensors, are technologically advanced, some of them micromechanical components, which are manufactured in various designs and technologies and are already available on the market for a large number of different applications. Appropriate application examples include e.g. B. the continuous work station and household appliance monitoring, air quality control systems for automobiles and environmental analysis.
Dünnschicht-Gassensoren auf Metalloxidbasis zeigen durch spezifische Oberflächen-, Temperatur-, Volumen- und Geometrie-Variationen bevorzugte Gasreaktionen und finden aufgrund der thermodynamischen Stabilität der aktiven Schichten sowie aufgrund der einfachen Sensorherstellung durch bekannte Standardverfahren häufige Verwendung. Gerade die Kombination aus tech nischer Stabilität und einfacher, kostengünstiger Verarbeitung prädestiniert Metalloxid-Gassensoren für Anwendungen mit hohen Stückzahlen. Außerdem besitzen derartige Sensoren eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Sensoren. So lassen sich die sensorischen Eigenschaften durch Variation der Kontaktgeometrie sowie durch Wahl der Dotierstoffe und Katalysatoren gezielt beeinflussen. Ein weiterer Vorteil ist die Kompatibilität der zur Herstellung erforderlichen Prozeßschritte zur Mikroelektronik.Show thin film gas sensors based on metal oxide through specific surface, temperature, volume and geometry variations preferred gas reactions and find due to the thermodynamic stability the active layers as well as due to the simple Sensor production using known standard processes frequent use. The combination of tech stability and simpler, cheaper Processing predestined for metal oxide gas sensors High volume applications. Also own such sensors have a number of advantages over them other sensors. So the sensory Properties by varying the contact geometry and by choosing the dopants and catalysts influence specifically. Another advantage is that Compatibility of those required for manufacturing Process steps for microelectronics.
Fortschritte hinsichtlich der Selektivität von Me talloxid-Gassensoren werden durch die DE 44 24 342 C1 erzielt. In Folge der geometrischen Variation von sensoraktiver Fläche, Kontaktgeometrie und Kontakt abstand läßt sich eine verbesserte Selektivität ge genüber verschiedenen Analyten erreichen. Nachteilig ist jedoch, daß die als einzelne Streifen ausgebilde ten sensorischen Flächen ihre unterschiedlichen sen sorischen Eigenschaften durch teilweise erheblich unterschiedliche Dimensionierung von Kontaktfläche und Kontaktabstand erhalten, was eine aufwendige Strukturierung erforderlich macht. Weitere Nachteile dieses Sensors sind um Größenordnungen auseinander liegende Sensorwiderstände und meßtechnisch ungünstig hohe Widerstände im MΩ-Bereich. Beide Aspekte er schweren das elektrische Auslesen des Sensors.Advances in Selectivity of Me Tall oxide gas sensors are described in DE 44 24 342 C1 achieved. Due to the geometric variation of sensor-active area, contact geometry and contact distance can be improved selectivity ge compared to different analytes. Disadvantageous is, however, that the trained as individual strips different sensory surfaces sorean properties by partially considerable different dimensions of contact area and get contact spacing, which is an elaborate Structuring required. Other disadvantages of this sensor are orders of magnitude apart horizontal sensor resistances and measuring technology unfavorable high resistances in the MΩ range. Both aspects difficult the electrical reading of the sensor.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 197 10 456 C1 ist ein Dünnschicht-Gassensor mit einer heizbaren Metall oxidschicht, bei dem der Kontakt zwischen einer er sten Elektrodenanordnung und der Metalloxidschicht als Schottky-Kontakt mit einer diodenähnlichen Kenn linie, und der Kontakt zwischen einer zweiten Elek trodenanordnung und der Metalloxidschicht als Ohmscher Kontakt mit annähernd linearer Kennlinie ausgebildet ist, bekannt. mit dem insbesondere die Sensitivität für NO2 gegenüber den aus der DE 44 24 342 bekannten Sensorstrukturen auf das bis zu 160- fache verbessert ist.From the unpublished DE 197 10 456 C1 is a thin-film gas sensor with a heatable metal oxide layer, in which the contact between a first electrode arrangement and the metal oxide layer as a Schottky contact with a diode-like characteristic line, and the contact between a second electrode arrangement and the metal oxide layer is formed as an ohmic contact with an approximately linear characteristic. with which in particular the sensitivity for NO 2 is improved up to 160 times compared to the sensor structures known from DE 44 24 342.
Bei dem Kontakt-Layout gemäß der DE 44 24 342 (sym metrischer SnO2-Streifen auf Pt-Kontakten) bilden sich zwischen der Metalloxidschicht und Platinelek troden jeweils Schottky-Kontakte aus. Das Ersatz schaltbild zweier über eine Metalloxidschicht verbun dener Elektrodenanordnungen entspricht somit prinzi piell zwei gegeneinander geschalteten Schottky-Dio den. Bei Messungen befindet sich somit stets eine der beiden Dioden in Sperrichtung, wodurch ungünstig hohe Widerstandsbereiche ausgewertet werden müssen. Durch die in DE 197 10 456 beschriebene asymmetrische Kon taktierung der Metalloxidschicht durch einen Schott ky-Kontakt und einen Ohmschen Kontakt soll die Aus wertung der Messung, sofern der Schottky-Kontakt in Durchflußrichtung betrieben wird, in einem wesentlich günstigeren, tieferen Widerstandsbereich durchgeführt werden können.In the contact layout according to DE 44 24 342 (symmetrical SnO 2 strips on Pt contacts), Schottky contacts are formed between the metal oxide layer and platinum electrodes. The equivalent circuit diagram of two electrode arrangements connected via a metal oxide layer thus corresponds in principle to two Schottky diodes connected to one another. One of the two diodes is therefore always in the reverse direction during measurements, which means that unfavorably high resistance ranges must be evaluated. Due to the asymmetrical contacting of the metal oxide layer described in DE 197 10 456 by a Schott ky contact and an ohmic contact, the evaluation of the measurement, provided the Schottky contact is operated in the direction of flow, can be carried out in a much cheaper, lower resistance range .
Mit den bekannten Dünnschicht-Gassensoren bzw. Sensorarrays ist es jedoch nicht ohne weiteres mög lich, diese für die Detektion verschiedener Gase mit ausreichender Genauigkeit und mit vernünftigem Auf wand auszulegen oder einen einzigen Sensor zur Detek tion verschiedener Gase zur Verfügung zu stellen.With the known thin-film gas sensors or However, sensor arrays are not easily possible Lich, this for the detection of different gases sufficient accuracy and with reasonable Auf wall or a single sensor for detection tion of different gases.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Sensor zur Detektion von oxidierenden und/oder reduzierenden Gasen oder Gasgemischen zur Verfügung zu stellen, der einfach und komplex aufgebaut ist und einen solchen Sensor durch einfache Anpassung oder ein entsprechen des Layout für verschiedene Gase in ausreichendem Maße sensitiv zu gestalten.It is therefore an object of the invention to provide a sensor Detection of oxidizing and / or reducing To provide gases or gas mixtures, the is simple and complex and such Sensor by simple adjustment or a match the layout for different gases in sufficient To make dimensions sensitive.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge staltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Anwendung der in den untergeordneten Ansprüche genannten Merkmale.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1 solved. Advantageous Ausge Forms and developments of the invention result from using the in the subordinate Features mentioned claims.
Der erfindungsgemäße Sensor zur Detektion verschiede ner oxidierender und/oder reduzierender Gase besteht aus mindestens einer Metalloxidschicht und zwei mit der Metalloxidschicht verbundenen Elektroden, wobei wahlweise mindestens eine der Elektroden als Schott ky-Kontakt ausgebildet ist. Dabei zeichnet sich der erfindungsgemäße Sensor insbesondere dadurch aus, daß die Metalloxidschicht in Form mehrerer parallel ge schalteter Streifen ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise und in einem technologischen Arbeitsgang die Streifenstruktur der Metalloxidschicht ausgebildet werden kann und dabei definitiv eine ganz bestimmte Querempfindlichkeit einstellbar ist, so daß die Selektivität und/oder Sensitivität für ein ganz bestimmtes Gas optimierbar ist.The sensor according to the invention for various ner oxidizing and / or reducing gases from at least one metal oxide layer and two with electrodes connected to the metal oxide layer, wherein optionally at least one of the electrodes as a bulkhead ky contact is formed. The is distinguished sensor according to the invention in particular that the metal oxide layer in the form of several ge parallel switched strip is formed. This has the Advantage that in a simple manner and in one technological operation the stripe structure of the Metal oxide layer can be formed while doing so definitely a very specific cross sensitivity is adjustable so that the selectivity and / or Sensitivity can be optimized for a specific gas is.
Durch die Auswahl der Anzahl und/oder der Breite der einzelnen Metalloxidstreifen kann der Grundwiderstand des sensitiven Teiles des Sensors definiert einge stellt werden, so daß einmal ein Sensor für ein ganz bestimmtes Gas, wie z. B. CO, NO oder CH4 bzw. H2O her gestellt werden kann und eine Kombination mehrerer solcher verschieden ausgebildeter Sensoren in Form eines Sensorarrays für die Mischgasanalyse eingesetzt werden können.By selecting the number and / or the width of the individual metal oxide strips, the basic resistance of the sensitive part of the sensor can be defined, so that once a sensor for a very specific gas, such as. B. CO, NO or CH 4 or H 2 O can be made and a combination of several such differently designed sensors can be used in the form of a sensor array for mixed gas analysis.
Die Parallelschaltung der streifenförmig ausgebilde ten gassensitiven Metalloxidschichten bewirkt eine Verringerung des Gesamtwiderstandes und es kann wie bereits genannt, durch gezielte Einflußnahme auf die Geometrie und Anzahl der einzelnen Streifen die letzliche Selektivität und Sensitivität des Sensors bestimmt werden.The parallel connection of the stripes gas-sensitive metal oxide layers causes a Reducing overall resistance and it can like already mentioned, through targeted influence on the Geometry and number of individual strips ultimate selectivity and sensitivity of the sensor be determined.
So führen breitere Metalloxidstreifen mit einer Brei te zwischen 50 µm und 1000 µm dazu, daß insbesondere die Sensitivität für reduzierend wirkende Gase ver größert ist und schmalere Metalloxidstreifen mit ei ner Breite zwischen 2 µm und 100 µm dazu, daß bevor zugt oxidierend wirkende Gase detektierbar sind.Thus, wider strips of metal oxide lead with a slurry te between 50 microns and 1000 microns that in particular the sensitivity to reducing gases ver is larger and narrower metal oxide strips with egg ner width between 2 microns and 100 microns that before trains oxidizing gases are detectable.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Sensors sind die Elektroden als Interdigital kämme ausgebildet, wobei auch die jeweilige Breite der Kontaktelektrodenfinger einen Einfluß auf die Selektivität und Sensitivität des jeweiligen Sensors hat. Beispielsweise ist ein solcher Sensor insbeson dere für NO2-sensitiv, wenn er einmal relativ schmale Metalloxidstreifen hat und auch die Kontaktelektro denfinger in einer äquivalenten Breite ausgebildet sind.In a preferred embodiment of the sensor according to the invention, the electrodes are designed as interdigital combs, the respective width of the contact electrode fingers also having an influence on the selectivity and sensitivity of the respective sensor. For example, such a sensor is particularly sensitive to NO 2 if it has relatively narrow metal oxide strips and the contact electrode fingers are also designed in an equivalent width.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Elektroden als einfache Kontaktflecken auszubilden, die wiederum vorzugsweise aus Platin oder anderen geeigneten Me tallen, wie Aluminium, Palladium, Gold, Silber, Chrom, Nickel und entsprechenden Legierungen beste hen.But there is also the possibility of the electrodes to form as simple pads, which in turn preferably made of platinum or other suitable Me such as aluminum, palladium, gold, silver, Best chrome, nickel and corresponding alloys hen.
Als besonders geeignet hat sich SnO2 als Metalloxid herausgestellt, wobei jedoch andere Metalloxide, wie z. B. TiO2, WO3, Ga2O3, ZnO, ZrO2, V2O5, In2O3, SrTiO3 oder Sb2O3 oder Mischungen dieser Metalloxide eben falls eingesetzt werden können.SnO 2 has proven to be particularly suitable as a metal oxide, although other metal oxides, such as, for. B. TiO 2 , WO 3 , Ga 2 O 3 , ZnO, ZrO 2 , V 2 O 5 , In 2 O 3 , SrTiO 3 or Sb 2 O 3 or mixtures of these metal oxides can also be used.
Günstig ist es außerdem, wenn das sensitive Metall oxid, wie z. B. SnO2 auf einer Kontaktseite wahlweise mit einem als Donator wirkenden Material dotiert wird, so daß dieser Bereich Ohmsches Verhalten auf weist und die andere Elektrode als Schottky-Kontakt in Durchlaßrichtung geschaltet, ausgebildet ist.It is also advantageous if the sensitive metal oxide, such as. B. SnO 2 is optionally doped on a contact side with a material acting as a donor, so that this area exhibits ohmic behavior and the other electrode is connected as a Schottky contact in the forward direction, is formed.
Prinzipiell besteht jedoch auch die Möglichkeit, bei de Elektroden als Schottky-Kontakte auszubilden, wo bei jedoch die Verwendung der zwei verschiedenartig ausgebildeten Elektroden den Vorteil erhöhter Sensi tivität, insbesondere bei oxidierend wirkenden Gasen hat.In principle, however, there is also the possibility of de form electrodes as Schottky contacts, where however, the use of the two is different trained electrodes the advantage of increased sensitivity activity, especially in the case of oxidizing gases Has.
Für die Detektion reduzierend wirkender Gase ist es jedoch günstiger, den Kontaktbereich nicht zu modifi zieren. Die Streifen der Metalloxidschicht breiter auszubilden, wie dies bereits genannt worden ist.It is for the detection of reducing gases however cheaper not to modify the contact area adorn. The strips of the metal oxide layer wider to train, as has already been called.
Die Metalloxidstreifen-Struktur läßt sich auf relativ einfache Art und Weise mit einem bekannten Bedamp fungsverfahren im Vakuum herstellen, wobei die Struk tur auf bekanntem lithografischen Wege mit wenigen Arbeitsschritten hergestellt werden kann und die Schichtdicke in einem Beschichtungsgang für die ein zelnen Streifen nahezu konstant eingehalten wird und dabei bevorzugt im Bereich zwischen 30 nm und 500 nm liegen sollte.The metal oxide stripe structure can be relative simple way with a known Bedamp Manufacturing process in a vacuum, the structure door in a known lithographic way with few Steps can be made and the Layer thickness in one coating step for the one individual strips are maintained almost constant and preferably in the range between 30 nm and 500 nm should be.
Der erfindungsgemäße Sensor hat weiter den Vorteil, daß die sensitive Schicht in Form der Streifen im Nachgang getrimmt werden kann, in dem ein Material abtrag durch beispielsweise Oberflächen- oder Tiefen laserbearbeitung erfolgen kann.The sensor according to the invention also has the advantage that the sensitive layer in the form of strips in Post can be trimmed in which a material removal by, for example, surface or depth laser processing can be done.
Dieser Vorgang kann aber auch bei den Elektroden durchgeführt werden, um die jeweils gasabhängige Sen sitivität zu optimieren.This process can also apply to the electrodes be carried out to the respective gas-dependent Sen to optimize sitivity.
Die wirksame Kontaktlänge wird im wesentlichen durch die Anzahl der parallelgeschalteten Metalloxidstrei fen, die in der Regel zwischen 2 und 50 Streifen, deren Länge zwischen 10 µm und 10 mm liegen kann, bestimmt.The effective contact length is essentially determined by the number of metal oxide stripes connected in parallel fen, usually between 2 and 50 strips, whose length can be between 10 µm and 10 mm, certainly.
Die Dicke für die Kontakte sollte bevorzugt bei etwa 250 nm liegen, Dicken bis zu 1 µm sind möglich.The thickness for the contacts should preferably be around 250 nm, thicknesses down to 1 µm are possible.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es aber auch möglich, einen Sensor mit einem Layout vorzugeben, der in der Lage ist, mehrere verschiedene Gase zu de tektieren. Hierfür werden Metalloxidstreifen mit un terschiedlicher Breite hergestellt, die wahlweise in verschiedenen Kombinationen kurzschließbar gestaltet sind, so daß, je nachdem welche der Streifen kurzge schlossen werden, der Grundwiderstand variabel wird und demzufolge je nach Schaltungszustand eine be stimmte Sensitivität für ein bestimmtes Gas ausge wählt werden kann und durch Mehrfachschaltung inter mittierend mit nur einem Sensor mehrere Gase detek tierbar sind.But it is also with the solution according to the invention possible to specify a sensor with a layout, which is able to de several different gases tect. For this, metal oxide strips with un Different widths, which are available in various combinations designed to be short-circuited are, so that, depending on which of the strips short be closed, the basic resistance becomes variable and consequently depending on the circuit state a be adjusted sensitivity for a certain gas can be selected and by multiple switching inter averaging several gases with just one sensor are animal.
Eine weitere verbesserte Möglichkeit für einen erfin dungsgemäßen Sensor besteht darin, daß zumindest an einer der Seiten der streifenförmig ausgebildeten sensitiven Metalloxidschicht zwei verschiedene Elek troden, beispielsweise ein Interdigitalkamm und ein Elektrodenfleck ausgebildet sind, von denen wahlweise das Meßsignal abgenommen werden kann. Dadurch besteht die Möglichkeit, einen Sensor zu erhalten, der beid seitig als Schottky-Kontakt ausgebildete Elektroden aufweist und, wie dies bereits aus DE 197 10 456 be kannt ist, an einer Seite einen Schottky-Kontakt und auf der anderen Seite eine Ohmsche Elektrode auf weist.Another improved way for an inventor Invention sensor is that at least one of the sides of the stripe-shaped sensitive metal oxide layer two different elec troden, for example an interdigital comb and a Electrode spot are formed, one of which is optional the measurement signal can be taken. As a result the ability to get a sensor that does both electrodes designed as Schottky contacts has and, as already be from DE 197 10 456 is known, a Schottky contact on one side and on the other side an ohmic electrode points.
Der erfindungsgemäße Sensor verfügt, wie dies bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, über eine Hei zung mit der die erforderlichen Temperaturen zwischen 100 und 800°C für die Detektion eingestellt werden können. Da die Sensitivität temperaturabhängig ist, ist es besonders günstig, wenn die Heizung steuer- und/oder regelbar ist, wobei am erfindungsgemäßen Gassensor ein Temperatursensor vorhanden sein soll, dessen Signal einmal zur Steuerung bzw. Regelung der Heizung eingesetzt werden kann und zum anderen ge zielt bestimmte Temperaturen im Detektionsbereich des Gassensors eingestellt werden können, um temperatur abhängig die Selektivität des Gassensors zu beein flussen oder eine Temperaturkompensation der Meßsi gnale vorzunehmen.The sensor according to the invention, like this already has is known from the prior art, via a Hei with the required temperatures between 100 and 800 ° C can be set for the detection can. Since the sensitivity is temperature dependent, it is particularly favorable if the heating is controlled and / or is adjustable, with the invention Gas sensor a temperature sensor should be present whose signal once for the control or regulation of the Heating can be used and on the other hand ge targets certain temperatures in the detection range of the Gas sensor can be adjusted to temperature depending on the selectivity of the gas sensor flow or a temperature compensation of the Meßsi gnale.
Die Heizung kann dabei, wie dies bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, auf einem Substrat ausgebildet werden, wobei die auf der detektiven Sei te, also dort, wo die Elektroden- und die Streifen struktur ausgebildet ist, aber auch auf der anderen Seite des Substrates ausgebildet sein.The heater can, like this already from the State of the art is known on a substrate be formed, with those on the detective te, where the electrode and the strips structure, but also on the other Be formed side of the substrate.
Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispie len näher beschrieben werden.The invention is based on exemplary embodiments len are described in more detail.
Dabei zeigt:It shows:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Gassensors; Fig. 1 shows a schematic structure of an example of a gas sensor according to the invention;
Fig. 2 ein Sensorarray mit verschiedenen Gassenso ren; Fig. 2 ren a sensor array with different Gassenso;
Fig. 3 ein weiteres Beispiel eines Sensorarrays mit anderen Gassensoren; Fig. 3 shows another example of a sensor array with other gas sensors;
Fig. 4 ein Beispiel eines Sensors mit spezieller Elektrodenanordnung; Fig. 4 shows an example of a sensor with a special electrode assembly;
Fig. 5 ein Beispiel nach Fig. 4 mit variabler Struktur der Metalloxidstreifen; Fig. 5 shows an example of FIG 4 with variable structure of Metalloxidstreifen.
Fig. 6 ein Beispiel eines Sensors mit einer zu sätzlichen Elektrode und Fig. 6 shows an example of a sensor with an additional electrode and
Fig. 7 ein weiteres Beispiel mit einer zusätzli chen Elektrode. Fig. 7 shows another example with an additional electrode.
Der in Fig. 1 schematisch gezeigte Gassensor besitzt einen sensitiven Schichtaufbau aus SnO2, der strei fenförmig ausgebildet ist und dabei die Streifen 1 parallel geschaltet sind. Bei diesem Beispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors sind die beiden Elektro den 2 und 3 als Interdigitalkämme ausgebildet, wobei das Metalloxid auf den Kontaktelektrodenfingern einer der Elektroden 2 oder 3 in den, jedoch in zumindest in einem der SnO2-Streifen 1 implantiert sind oder, daß die Kontaktelektroden aus einem anderen Metall, als die andere Elektrode bestehen, so daß diese Elek trode Ohmsches Verhalten aufweist. Im Gegensatz dazu kann die andere Elektrode 2 oder 3 dann als Schottky- Kontakt ausgebildet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, beide Elektroden 2 und 3 als Schottky- Kontakt auszubilden. Die Selektivität und Sensitivi tät eines solchen Sensors wird im wesentlichen durch die Anzahl der SnO2-Streifen 1, deren Breite und die Breite bzw. Kontaktfläche der mit den SnO2-Streifen 1 in Verbindung stehenden Kontaktelektrodenfingern be stimmt.The gas sensor shown schematically in FIG. 1 has a sensitive layer structure made of SnO 2 , which is designed in the form of a strip and the strips 1 are connected in parallel. In this example of a gas sensor according to the invention, the two electrodes 2 and 3 are designed as interdigital combs, the metal oxide being implanted on the contact electrode fingers of one of the electrodes 2 or 3 in, but in at least one of the SnO 2 strips 1 or that the Contact electrodes made of a different metal than the other electrode, so that this electrode has ohmic behavior. In contrast, the other electrode 2 or 3 can then be designed as a Schottky contact. However, it is also possible to design both electrodes 2 and 3 as Schottky contacts. The selectivity and sensitivity of such a sensor is essentially determined by the number of SnO 2 strips 1 , their width and the width or contact area of the contact electrode fingers connected to the SnO 2 strips 1 .
In der Fig. 2 ist dann ein aus mehreren verschieden ausgebildeten Gassensoren bestehendes Sensorarray dargestellt, mit denen verschiedene Gase detektierbar sind.In FIG. 2, a composed of several differently structured gas sensors sensor array is then represented with which various gases can be detected.
Dabei ist der Gassensor 4 so ausgebildet, daß die SnO2-Streifen schmal ausgebildet sind, also eine re lativ kleine Breite BS und einen einseitig dotierten Kontaktbereich aufweisen, so daß die NO2-Sensitivi tät, bei verminderter Querempfindlichkeit zu reduzie rend wirkenden Gasen, wie z. B. CO erhöht, ist.The gas sensor 4 is designed so that the SnO 2 strips are narrow, that is to say they have a relatively small width B S and a contact area doped on one side, so that the NO 2 sensitivity is reduced, with reduced cross-sensitivity to reducing gases , such as B. CO is increased.
Im Gegensatz dazu ist der Gassensor 5, mit erhöhter Breite der SnO2-Streifen, bei gleichzeitig erhöhter Breite der Kontaktelektrodenfinger für reduzierend wirkende Gase, wie z. B. CO, empfindlicher. Ein sol cher Sensor kann aber auch mit schmaleren SnO2-Strei fen ausgebildet werden, wenn diese nicht dotiert sind. Bei den in der Fig. 2 gezeigten Gassensoren 4, 5, 6 und 7 sind die Elektroden jeweils als Interdigi talkamm ausgebildet und mit den Gassensoren 6 und 7 können wiederum andere Gase, als mit den Gassensoren 4 oder 5 detektiert werden. In contrast, the gas sensor 5 , with increased width of the SnO 2 strips, and at the same time increased width of the contact electrode fingers for reducing gases, such as. B. CO, more sensitive. Such a sensor can also be formed with narrower SnO 2 stripes if these are not doped. In the gas sensors 4 , 5 , 6 and 7 shown in FIG. 2, the electrodes are each designed as an interdigit talc and with the gas sensors 6 and 7 , in turn, gases other than those with the gas sensors 4 or 5 can be detected.
An dem in Fig. 2 gezeigten Sensorarray ist auch eine Heizung 8, 8' ausgebildet, in deren Nähe ein Tempera tursensor 9, 9' vorhanden ist, mit dem die Temperatur erfaßt und wie bereits in der Beschreibung erwähnt, zur Steuerung und Regelung bzw. Meßwertauswertung ausgenutzt werden kann.A heater 8 , 8 'is also formed on the sensor array shown in FIG. 2, in the vicinity of which a temperature sensor 9 , 9 ' is provided, by means of which the temperature is detected and, as already mentioned in the description, for control and regulation or Measured value evaluation can be used.
Das in der Fig. 3 gezeigte Sensorarray entspricht im wesentlichen dem Aufbau, wie er auch dem in der Fig. 2 dargestellten, entspricht. Dabei sind die Gassenso ren 12 und 13 als erfindungsgemäße Gassensoren ausge bildet und die Sensoren 10 und 11 verfügen über eine geschlossene sensitive SnO2-Schicht. Bei den in der Fig. 3 dargestellten Gassensoren 10, 11, 12 und 13 sind jedoch im Gegensatz zu den Gassensoren 4, 5, 6 und 7 (Fig. 2) die Kontakte einfache Metallstreifen, deren Länge zwischen 10 µm und 10 mm liegt und die Breite der Kontaktstreifen Bk zwischen 2 µm und 100 µm liegt.The sensor array shown in FIG. 3 essentially corresponds to the structure as it also corresponds to that shown in FIG. 2. The Gassenso ren 12 and 13 are formed as gas sensors according to the invention and the sensors 10 and 11 have a closed sensitive SnO 2 layer. In the gas sensors 10 , 11 , 12 and 13 shown in FIG. 3, however, in contrast to the gas sensors 4 , 5 , 6 and 7 ( FIG. 2), the contacts are simple metal strips, the length of which is between 10 μm and 10 mm and the width of the contact strips B k is between 2 µm and 100 µm.
In der Fig. 4 ist ein Beispiel eines erfindungsgemä ßen Sensors dargestellt, bei dem eine Elektrode 3 als Interdigitalkamm und die andere Elektrode 2 aus meh reren Kontaktflecken an den Metalloxidstreifen 1 aus gebildet ist.In FIG. 4, an example of an inventive sensor is shown SEN is formed in which an electrode 3 as an interdigital comb and the other electrode 2 of MEH reren contact pads on the Metalloxidstreifen 1 of.
In der Fig. 5 ist ein Beispiel für einen erfindungs gemäßen Sensor dargestellt, bei die Metalloxidstrei fen 1 jeweils unterschiedliche Breiten aufweisen und durch wahlweises kurzschließen in verschiedenster Kombination die Selektivität bzw. Sensitivität beein flußbar ist.In FIG. 5, an example of a fiction, modern sensor is shown, wherein the levels 1 Metalloxidstrei respectively different widths and by selectively short-circuit in combination verschiedenster the selectivity and sensitivity is impressed flußbar.
Der Sensor nach Fig. 6 ist dahingehend verbessert, daß bei ihm eine zusätzliche Elektrode 2' vorhanden ist, so daß der Sensor wahlweise intermittierend oder parallel so geschaltet werden kann, daß er mit zwei Schottky-Kontakten in deren Durchlaßrichtung betrie ben wird oder eine Elektrode 3 ein Schottky-Kontakt ist und die andere Elektrode Ohmsches Verhalten auf weist. Wodurch weitere Möglichkeiten eröffnet werden, bei Verwendung von nur einem Sensor, die Selektivität bzw. Sensitivität zu verbessern oder sogar mindestens zwei verschiedene Komponenten zu detektieren.The sensor of Fig. 6 is improved, that with him an additional electrode 2 'is present, so that the sensor can be optionally intermittently or in parallel so as to operatio with two Schottky contacts in its conducting ben is or an electrode 3 is a Schottky contact and the other electrode exhibits ohmic behavior. This opens up further possibilities when using only one sensor to improve the selectivity or sensitivity or even to detect at least two different components.
Die Elektroden 2 und 2' können wahlweise identisch oder unterschiedlich sein. Dabei kann eine der Elek troden 2 oder 2' Ohmsches Verhalten und die anderen Elektroden nichtlineares Verhalten zeigen.The electrodes 2 and 2 'can optionally be identical or different. One of the electrodes 2 or 2 'can show ohmic behavior and the other electrodes non-linear behavior.
Dies kann beispielsweise durch unterschiedliche Me talle für die Elektrode 2 oder 2' erreicht werden und eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine der Elektroden zu implantieren.This can be achieved for example by different metals for the electrode 2 or 2 'and a further possibility is to implant one of the electrodes.
Der Sensor kann auch so betrieben werden, daß die Elektrode 3 Ohmsches- oder Schottky-Verhalten auf weist, während die Elektrode 2 oder 2' nichtlineares Verhalten aufweist.The sensor can also be operated in such a way that the electrode exhibits 3 ohmic or Schottky behavior, while the electrode 2 or 2 'exhibits non-linear behavior.
Das in der Fig. 7 gezeigte Beispiel eines Sensors verwendet zwei als Interdigitalkamm ausgebildete Elektroden 3, 3' und eine zusätzliche Elektrode 2. Der ähnlich betrieben werden kann, wie dies mit dem Sensor nach Fig. 6 der Fall ist.The example of a sensor shown in FIG. 7 uses two electrodes 3 , 3 ′ designed as an interdigital comb and an additional electrode 2 . Which can be operated similarly as is the case with the sensor according to FIG. 6.
Claims (13)
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| DE1997118584 DE19718584C1 (en) | 1997-05-05 | 1997-05-05 | Gas sensor with parallel-connected metal oxide detector strips |
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| DE1997118584 DE19718584C1 (en) | 1997-05-05 | 1997-05-05 | Gas sensor with parallel-connected metal oxide detector strips |
Publications (1)
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| DE19718584C1 true DE19718584C1 (en) | 1998-11-19 |
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Legal Events
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| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20131203 |