EP1287338A1 - Opto-electronic sensor - Google Patents

Opto-electronic sensor

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Publication number
EP1287338A1
EP1287338A1 EP01927600A EP01927600A EP1287338A1 EP 1287338 A1 EP1287338 A1 EP 1287338A1 EP 01927600 A EP01927600 A EP 01927600A EP 01927600 A EP01927600 A EP 01927600A EP 1287338 A1 EP1287338 A1 EP 1287338A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
optoelectronic sensor
sensor according
optode
optode material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01927600A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Hensel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1287338A1 publication Critical patent/EP1287338A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G01N21/783—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour for analysing gases

Definitions

  • the invention is based on an optoelectronic sensor according to the category of the independent claim.
  • MIRE Multiple Internal Reflection
  • ATR Analog Total Reflection
  • Another measurement method is the transmission measurement.
  • An absorption change is also measured here. Light passes through a membrane that comes into contact with the analyte, the absorption of the membrane being changed as a function of the analyte.
  • the analyte can be determined by comparison measurement with and without analyte. If necessary, a rinse solution can be used to remove the analyte from the membrane between measurements.
  • the optoelectronic sensor according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that the light does not have to be coupled into the optode under total reflection, so that the light is coupled into the optode at any angle, since the optode has a mirror that the light at the edge of the optode reflects back into the optode.
  • the measurement result of the gas to be analyzed, which penetrates the optode can be determined immediately by means of the light-sensitive sensors.
  • the increased measuring sensitivity can advantageously be used to identify early stages of jaundice in infants simply and quickly, the carbon monoxide content in the exhaled air of the infants being examined. If the carbon monoxide content exceeds 1.8 ppm, a possible jaundice disease is indicated.
  • the optoelectronic transmitter according to the invention immediately delivers a measurement result and timely, life-saving treatment can be initiated.
  • the measures and further developments listed in the dependent claims permit advantageous improvements of the optoelectronic sensor specified in the independent claim.
  • the mirror on the outside of the optode material is realized by embedded metal particles. This method is simple and can be easily integrated into the manufacturing process of the optoelectronic sensor.
  • covering the optode material with an opaque material prevents light from being emitted by scattered light. This reduces the effect of stray light on the measurement to be carried out and thus increases the measuring accuracy.
  • the optode material is a polymer to which an indicator substance is added.
  • the use of a polymer with an indicator substance enables simple manufacture and application of the optode material to the semiconductor substrate.
  • dye molecules are present in the indicator substance, which lead to gas-dependent absorption of the injected light.
  • an absorption dependent on the gas type is advantageously represented in a reversible manner, which absorption is then used to determine the gas concentration on the basis of the measured absorption.
  • the opaque material is designed as a polymer, as a result of which the opaque manufacturing process is carried out Layer is adapted to the manufacturing process of the optodes. This simplifies the overall production.
  • Optode material are arranged in a sector-like manner in a centrally symmetrical manner around the light transmitter. The light emitted by the light transmitter is thus distributed uniformly and used for measurement in the different sections covered with optode material.
  • a chip forming the optoelectronic sensor can therefore be square, 5-, 6-, 7- or 8-sided or also circular.
  • such an optoelectronic sensor can also contain fewer or more than four transmission branches.
  • the light transmitter is preferably a light-emitting diode (LED), but several LEDs can also be applied to delimit the wavelength.
  • the optode material is designed for the detection of nitrogen oxides, so that these gases, which characterize a fire, are quantitatively detected by the fire detector which has the optoelectronic sensor. This enables early fire detection due to the high measuring sensitivity of the optoelectronic sensor according to the invention.
  • the sensor according to the invention is provided with oxidizing agents which are applied to a carrier material, so that damage to the sensor according to the invention by sulfur dioxide is avoided.
  • the sensor according to the invention it is possible for the sensor according to the invention to have a molecular sieve which filters out undesired gases.
  • the individual transmission branches are separated by barriers, so that the individual transmission branches are not optically influenced by scattered light emerging from the optode material.
  • the height of these barriers can be chosen approximately equal to the height of the central light sensor.
  • all parts of the chip that are not sensitive to light - if necessary - can be mirrored, including the side walls of the barriers.
  • Metallization preferably gold, is advantageously used for this purpose.
  • the light transmitter is operated with pulses, so that the power consumption of the sensor according to the invention is reduced.
  • the optoelectronic sensor according to the invention has feed lines which drive the light transmitter and the light-sensitive sensors or tap the measurement signals.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through the optoelectronic sensor according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of a schematic representation of the optoelectronic sensor according to the invention.
  • Optoelectronic sensors in particular if they are manufactured on a semiconductor basis, have the advantage that they have very small dimensions.
  • an optode material through which light is radiated to quantitatively determine a gas concentration by means of absorption in the optode material
  • the interaction of the gas with the optode material i.e. the absorption of light
  • a measure of the length the light travels through the optode material The longer the path, the more often light is attenuated by gas-dependent absorption of the optode material. It is therefore a goal to increase the light path in an optode material.
  • the total reflection in an optode material e.g.
  • Polymer is allowed only a certain angle at which the light must at least be coupled in, so that the light is not coupled out of the optode again. Steeper angles, which lead to a longer optical path, then no longer maintain the angle for total reflection, and the light is coupled out of the optode.
  • the optode material is therefore provided with a mirror on the outer edge, so that almost any coupling angle of the light is possible and thus longer optical paths which the light travels through the optode material.
  • the optode material itself is a polymer carrier material that at least one indicator substance from the group of compounds consisting of azobenzenes, acetophenones, corrins, porphyrins, phthalocyanines, macrolides, porphyrinogens, nonactin, valinomycin and / or their complexes with transition metals of the first, second and fifth to eighth subgroups.
  • FIG. 1 shows a cross section through a schematic illustration of the optoelectronic sensor according to the invention.
  • a light transmitter 1 is placed in the middle.
  • the light transmitter 1 is a light-emitting diode (LED).
  • LED light-emitting diode
  • a laser diode or small lamps or other light sources can also be used.
  • Two light beams 2 and 3 emerging from the light transmitter 1 are represented here. It is therefore sufficient to limit yourself to the geometric optics. In fact, the light transmitter 1 emits light beams at many other angles.
  • the light transmitter is operated with electrical pulses to reduce the power consumption. This means that only light pulses are sent. In addition to the lower power consumption, the use of pulses has the advantage that the influence of thermal effects is reduced.
  • a frequency suitable for the pulses, depending on the light transmitter used, is selected.
  • the light beams 2 and 3 strike the outer edge of the optode material 4, which is on the light transmitter 1 a semiconductor substrate 10 and on photosensitive sensors 6, at an angle which is smaller than the angle required for total reflection. This makes the optical path of the light beams 2 and 3 longer than if they were in the condition of total reflection
  • Optode material 4 would be coupled. Since the optode material 4 is located directly on the light transmitter 1, direct coupling of the light is guaranteed.
  • the optode material 4 is here as shown above
  • An optode denotes an optical sensor.
  • the optode material 4 is designed as a light guide through which light is guided, the absorption of the light by this light guide being determined by a gas concentration.
  • the absorption behavior for the corresponding gases is set, for example for carbon onoxide or nitrogen oxides.
  • the optode material 4 is also referred to here as a membrane since it is applied as such to the light transmitter 1, the semiconductor substrate 10 and the light-sensitive sensors 6. In order to avoid coupling out light from the optode material 4, is located on the
  • Optode material 4 a mirror 5.
  • the mirror 5 reflects the rays back into the optode material 4.
  • the mirror 5 is realized here by means of metal particles embedded in the polymer for the optode material 4.
  • vapor deposition of the optode material 4 is also possible with a metal film, wherein a metal film can also be applied with a coating technique.
  • the admission of metal particles into the polymer of the optode material 4 in order to realize the mirror enables the production of the mirror to be realized with the application of the optode material.
  • the polymer of the optode material 4 is applied in a liquid state to the light guide 1, the semiconductor substrate 10 and the light-sensitive sensors 6.
  • the polymer is converted into a solid state by drying and / or heating.
  • the opaque layer 9 has the task of blocking light that was not reflected back into the optode material 4 by the mirror 5, so that the measurement of the gas concentration is not is distorted by escaping scattered light.
  • the opaque layer 9 is designed in such a way that it is inert to the optode material 4, that is to say it does not react with it or change its properties.
  • the optode material 4 is rounded off at the end in the case of the light-sensitive sensors 6 in order to achieve better coupling into the light-sensitive sensors.
  • the LED 1 as a light transmitter is produced either by diffusion of dopants or by applying the LED 1 to the semiconductor substrate 10.
  • the light-sensitive sensors 6 are also made possible by a diffusion of dopants at the locations where the light-sensitive sensors 6 are to be produced.
  • the components are then manufactured using standard technology steps in silicon semiconductor technology such as photolithography, etching, passivation and metallization.
  • 10 n-type silicon is present as the semiconductor substrate.
  • acceptors are diffused into the places where the photosensitive sensors 6 are to be manufactured. Since this is silicon, can Boron can be used as an acceptor. The acceptors can also be implanted here.
  • compound semiconductors which may be more suitable for light-emitting components.
  • compound semiconductors include arsenides, phosphides, nitrides, antimonides and silicon carbide.
  • the opaque polymer 9, the mirror 5 and the optode material 4 are permeable to the gases to be measured.
  • FIG. 2 shows a top view of a schematic illustration of the optoelectronic sensor according to the invention.
  • the light transmitter 1 is located in the center of the sensor.
  • transmission arms 8 lead to the light-sensitive sensors 6.
  • Barriers 7 lie between the transmission arms 8 in order to prevent crosstalk by scattered light.
  • more than four transmission arms can be used, and fewer transmission arms are also possible.
  • the transmission arms 8, which form the membrane of the optode material have a length of 600 to 1200 micrometers and a width of 280 micrometers and a thickness of 10
  • the distance between the light transmitter 1 and the light-sensitive sensors 6 should be as small as possible in order to minimize the maximum light output that can be applied. This also saves chip area. at Given these dimensions, the optical path is then maximized according to the invention.
  • the barriers 7 can be produced from semiconductor material that does not assume an electrical function in isolation.
  • the barriers 7 can additionally be provided with a metal layer in order to reflect scattered light.
  • the barriers 7 can also be made of metal or a dielectric material. Since the barriers 7 are intended to prevent crosstalk between the transmission arms, the barriers 7 are at least as high as the LED 1.
  • the light transmitter 1 and the light-sensitive sensors 6 are supplied by central voltage or current sources.
  • the output signals from the light sensors 6, which carry the measurement signals, are routed to amplifiers.
  • the measurement signals are amplified for better evaluation by the amplifiers which are connected to the optoelectronic sensors according to the invention.
  • the optoelectronic sensor can also be used in a fire detector, preferably nitrogen dioxide and / or carbon monoxide or carbon dioxide being detected as a fire-indicating gas, this sensor must also be protected against harmful gases.
  • a harmful gas is primarily sulfur dioxide.
  • sulfur dioxide irreversibly damage the optode material.
  • the oxidizability of S0 2 to S0 3 is used to separate sulfur dioxide and the gases to be measured, such as CO or C0 2 .
  • Sulfur trioxide is no longer a problem as a noxious gas.
  • Potassium permanganate is used here as an oxidizing agent, but other oxidizing agents such as chromates can also be used.
  • C0 2 and S0 2 Another possibility of separating C0 2 and S0 2 is the molecular sieve. Since C0 2 and S0 2 differ significantly in terms of their spatial structure, they are adsorbed differently by the molecular sieve.
  • a molecular sieve has an arrangement consisting of tubes which are coated on their inner walls with oxidizing agents.

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Abstract

The invention relates to an opto-electronic sensor which is configured on the basis of optodes and which allows almost infinite coupling angles of the light passing into the optode material by means of a mirrored (5) optode material (4). This has the advantage of achieving a longer optical path than that obtained by total reflection, thus attaining greater measuring precision. The inventive optode material (4) is a polymer, in which the mirrored surface (5) is produced by metallic particles infused into said polymer. The opto-transmitter (1) and the photo-sensitive sensors (6) are an LED and photodiodes respectively. Various opto-electronic sensors can be combined in a gas sensor array.

Description

Optoelektronischer SensorOptoelectronic sensor
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem optoelektronischen Sensor nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.The invention is based on an optoelectronic sensor according to the category of the independent claim.
Für Optoden in der Brandmeldetechnik kommen verschiedene Realisierungsmöglichkeiten der optischen Meßtechnik in Frage. Eine Technik ist die MIRE (Multiple Internal Reflection) /ATR (Atanuated Total Reflection) , wobei Licht in ein hochbrechendes Material eingekoppelt wird, so dass das Licht Totalreflexion erfährt, und eine Membran auf das hochbrechende Material abgeschieden wurde, so dass das evaneszente Feld des eingekoppelten Lichts durch die Membran Absorption erleidet. Kommt die Membran mit einem Analyten, einem zu messenden Gas, in Berührung, ändert sich das Absorptionsverhalten der Membran und damit die Absorption des Lichtes. Durch die Messung der Absorption kann daher die Konzentration des zu messenden Gases gemessen werden, weil je nach der Konzentration des Gases die Membran ihreVarious possible implementations of optical measurement technology come into question for optodes in fire detection technology. One technique is MIRE (Multiple Internal Reflection) / ATR (Atanuated Total Reflection), where light is coupled into a highly refractive material so that the light experiences total reflection, and a membrane has been deposited on the highly refractive material so that the evanescent field of the coupled light suffers through the membrane absorption. If the membrane comes into contact with an analyte, a gas to be measured, the absorption behavior of the membrane changes and thus the absorption of the light. By measuring the absorption, the concentration of the gas to be measured can therefore be measured because, depending on the concentration of the gas, the membrane is
Absorptionseigenschaften ändert. Eine notwendige Bedingung ist dabei, dass lediglich das evaneszente Feld in die Membran hineinreicht und damit absorbiert wird.Absorption properties changes. A necessary condition is that only the evanescent field extends into the membrane and is thus absorbed.
Eine weitere Meßmethode ist die Transmissionsmessung. Auch hier wird eine Absorptionsänderung gemessen. Dabei gelangt Licht durch eine Membran, die mit dem Analyten in Kontakt kommt, wobei in Abhängigkeit von dem Analyten die Absorption der Membran geändert wird. Durch Vergleichsmessung mit und ohne Analyten ist eine Bestimmung des Analyten möglich. Gegebenenfalls kann eine Spüllösung verwendet werden, um den Analyten von der Membran zwischen den Messungen zu entfernen.Another measurement method is the transmission measurement. An absorption change is also measured here. Light passes through a membrane that comes into contact with the analyte, the absorption of the membrane being changed as a function of the analyte. The analyte can be determined by comparison measurement with and without analyte. If necessary, a rinse solution can be used to remove the analyte from the membrane between measurements.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße optoelektronische Sensor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass das Licht nicht unter Totalreflexion in die Optode eingekoppelt werden muß, so dass das Licht in einem beliebigen Winkel in die Optode eingekoppelt wird, da die Optode einen Spiegel aufweist, der das Licht am Rand der Optode wieder in die Optode hinein reflektiert. Dadurch ist es möglich, dass größere Winkel für die Einkopplung des Lichtes verwendet werden können, so dass dann der optische Weg durch die Optode von dem Lichtsender zu den lichtempfindlichen Sensoren länger wird, als wenn allein die Winkel, für die Totalreflexion gilt, verwendet werden würden. Damit wird die Meßempfindlichkeit höher, da die Wechselwirkung des Lichtes mit der Optode über einen längeren Weg möglich ist. Das Meßergebnis über das zu analysierende Gas, das in die Optode eindringt, ist mittels der lichtempfindlichen Sensoren sofort ermittelbar.The optoelectronic sensor according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that the light does not have to be coupled into the optode under total reflection, so that the light is coupled into the optode at any angle, since the optode has a mirror that the light at the edge of the optode reflects back into the optode. This makes it possible for larger angles to be used for the coupling of the light, so that the optical path through the optode from the light transmitter to the light-sensitive sensors then becomes longer than if only the angles for which total reflection applies were used , This increases the sensitivity of the measurement, since the interaction of the light with the optode is possible over a longer path. The measurement result of the gas to be analyzed, which penetrates the optode, can be determined immediately by means of the light-sensitive sensors.
Die erhöhte Meßempfindlichkeit kann vorteilhafterweise dazu verwendet werden, bei Säuglingen Frühstadien der Gelbsucht einfach und schnell zu erkennen, wobei der Kohlenmonoxidgehalt in der ausgeatmeten Luft der Säuglinge untersucht wird. Überschreitet der Kohlenmonoxidgehalt einen Wert von 1,8 ppm, wird eine mögliche Gelbsuchterkrankung indiziert. Der erfindungsgemäße optoelektronische Sender liefert sofort ein Meßergebnis und eine rechtzeitige, lebensrettende Behandlung kann eingeleitet werden. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen optoelektronischen Sensors möglich.The increased measuring sensitivity can advantageously be used to identify early stages of jaundice in infants simply and quickly, the carbon monoxide content in the exhaled air of the infants being examined. If the carbon monoxide content exceeds 1.8 ppm, a possible jaundice disease is indicated. The optoelectronic transmitter according to the invention immediately delivers a measurement result and timely, life-saving treatment can be initiated. The measures and further developments listed in the dependent claims permit advantageous improvements of the optoelectronic sensor specified in the independent claim.
Besonders vorteilhaft ist, dass der Spiegel an der Außenseite des Optodenmaterials durch eingelassene Metallpartikel realisiert wird. Diese Methode ist einfach und in den Herstellungsprozeß des optoelektronischen Sensors leicht integrierbar.It is particularly advantageous that the mirror on the outside of the optode material is realized by embedded metal particles. This method is simple and can be easily integrated into the manufacturing process of the optoelectronic sensor.
Weiterhin ist es von Vorteil, da-ss durch die Bedeckung des Optodenmaterials mit einem lichtundurchlässigen Material der Lichtaustritt durch Streulicht verhindert wird. Dies reduziert die Rückwirkung von Streulicht auf die durchzuführende Messung und erhöht somit die Meßgenauigkeit.Furthermore, it is advantageous that covering the optode material with an opaque material prevents light from being emitted by scattered light. This reduces the effect of stray light on the measurement to be carried out and thus increases the measuring accuracy.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass das Optodenmaterial ein Polymer ist, dem eine Indikatorsubstanz zugegeben wird. Die Verwendung eines Polymers mit einer Indikatorsubstanz ermöglicht eine einfache Herstellung und Aufbringung des Optodenmaterials auf das Halbleitersubstrat.In addition, it is advantageous that the optode material is a polymer to which an indicator substance is added. The use of a polymer with an indicator substance enables simple manufacture and application of the optode material to the semiconductor substrate.
Des weiteren ist es von Vorteil, dass Farbstoffmoleküle in der Indikatorsubstanz vorliegen, die zu einer gasabhängigen Absorption des eingekoppelten Lichts führen. Mittels dieser Farbstoffmoleküle wird vorteilhafterweise in reversibler Art eine von der Gasart abhängige Absorption dargestellt, die dann anhand der gemessenen Absorption zur Bestimmung der Gaskonzentration verwendet wird.Furthermore, it is advantageous that dye molecules are present in the indicator substance, which lead to gas-dependent absorption of the injected light. By means of these dye molecules, an absorption dependent on the gas type is advantageously represented in a reversible manner, which absorption is then used to determine the gas concentration on the basis of the measured absorption.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass das lichtundurchlässige Material als Polymer ausgeführt wird, wodurch der Herstellungsprozeß dieser lichtundurchlässigen Schicht an den Herstellungsprozeß der Optoden angepasst wird. Die Gesamtherstellung wird dadurch vereinfacht.In addition, it is advantageous that the opaque material is designed as a polymer, as a result of which the opaque manufacturing process is carried out Layer is adapted to the manufacturing process of the optodes. This simplifies the overall production.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass die lichtempfindlichen Sensoren mit den sie bedeckenden Abschnitten desFurthermore, it is advantageous that the light-sensitive sensors with the sections of the covering them
Optodenmaterials sektorartig zentralsymmetrisch um den Lichtsender angeordnet werden. Damit wird das von dem Lichtsender ausgesendete Licht gleichmäßig verteilt und zur Messung in den verschiedenen mit Optodenmaterial bedeckten Abschnitten verwendet.Optode material are arranged in a sector-like manner in a centrally symmetrical manner around the light transmitter. The light emitted by the light transmitter is thus distributed uniformly and used for measurement in the different sections covered with optode material.
Ein den optoelektronischen Sensor bildender Chip kann daher quadratisch 5-, 6-, 7- oder 8-eckig oder auch kreisrund ausgeführt sein. Daneben kann ein solcher optoelektronischer Sensor auch weniger oder mehr als vier Transmissionszweige beinhalten.A chip forming the optoelectronic sensor can therefore be square, 5-, 6-, 7- or 8-sided or also circular. In addition, such an optoelectronic sensor can also contain fewer or more than four transmission branches.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass das Halbleitersubstrat aus n-leitendem Silizium und die lichtempfindlichen Elemente aus in das n-Siliziumsubstrat integrierten p-leitendenIt is also advantageous that the semiconductor substrate made of n-type silicon and the light-sensitive elements made of p-type integrated in the n-type silicon substrate
Siliziumbereichen gebildet wird. Auf diese Weise bilden die lichtempfindlichen Elemente Fotodioden. Der Lichtsender ist bevorzugt eine lichtimittierende Diode (LED) , es können zur Abgrenzung der Wellenlänge aber auch mehrere LEDs aufgebracht werden.Silicon areas is formed. In this way, the photosensitive elements form photodiodes. The light transmitter is preferably a light-emitting diode (LED), but several LEDs can also be applied to delimit the wavelength.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass das Optodenmaterial für die Detektion von Stickoxiden ausgebildet ist, so dass diese einen Brand charakterisierenden Gase quantitativ durch den Brandmelder, der den optoelektronischen Sensor aufweist, detektiert werden. Damit wird eine Brandfrüherkennung aufgrund der hohen Meßempfindlichkeit des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors ermöglicht. Weiterhin ist es von Vorteil, dass der erfindungsgemäße Sensor mit Oxidationsmitteln versehen ist, die auf einem Trägermaterial aufgebracht sind, so dass eine Schädigung des erfindungsgemäßen Sensors durch Schwefeldioxid vermieden wird. Alternativ ist es möglich, dass der erfindungsgemäße Sensor ein Molekularsieb aufweist, das unerwünschte Gase ausfiltert.It is furthermore advantageous that the optode material is designed for the detection of nitrogen oxides, so that these gases, which characterize a fire, are quantitatively detected by the fire detector which has the optoelectronic sensor. This enables early fire detection due to the high measuring sensitivity of the optoelectronic sensor according to the invention. Furthermore, it is advantageous that the sensor according to the invention is provided with oxidizing agents which are applied to a carrier material, so that damage to the sensor according to the invention by sulfur dioxide is avoided. Alternatively, it is possible for the sensor according to the invention to have a molecular sieve which filters out undesired gases.
Bei dem optoelektronischen Sensor sind die einzelnen Transmissionszweige durch Barrieren getrennt, so dass sich die einzelnen Transmissionszweige durch aus dem Optodenmaterial austretenden Streulicht optisch nicht beeinflussen. Die Höhe dieser Barrieren kann etwa gleich der Höhe des zentralen Lichtsensors gewählt werden. Außerdem können alle Stellen des Chips, die nicht lichtempfindlich sind - falls erforderlich - verspiegelt werden, so auch die Seitenwände der Barrieren. Dazu wird vorteilhafterweise eine Metallisierung, vorzugsweise Gold, verwendet.In the optoelectronic sensor, the individual transmission branches are separated by barriers, so that the individual transmission branches are not optically influenced by scattered light emerging from the optode material. The height of these barriers can be chosen approximately equal to the height of the central light sensor. In addition, all parts of the chip that are not sensitive to light - if necessary - can be mirrored, including the side walls of the barriers. Metallization, preferably gold, is advantageously used for this purpose.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass der Lichtsender mit Pulsen betrieben wird, so dass die Leistungsaufnahme des erfindungsgemäßen Sensors reduziert wird.In addition, it is advantageous that the light transmitter is operated with pulses, so that the power consumption of the sensor according to the invention is reduced.
Durch die Kombination von verschiedenen optoelektronischen Sensoren zu einem Sensorarray wird eine hohe Meßgenauigkeit und große Angriffsfläche für das zu detektierende Gas ermöglicht. Dazu weist der erfindungsgemäße optoelektronische Sensor Zuleitungen auf, die den Lichtsender und die lichtempfindlichen Sensoren treiben bzw. die Messsignale abgreifen.The combination of different optoelectronic sensors to form a sensor array enables high measurement accuracy and a large contact surface for the gas to be detected. For this purpose, the optoelectronic sensor according to the invention has feed lines which drive the light transmitter and the light-sensitive sensors or tap the measurement signals.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensor und Figur 2 eine Aufsicht auf eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in the description below explained in more detail. 1 shows a schematic cross section through the optoelectronic sensor according to the invention and FIG. 2 shows a plan view of a schematic representation of the optoelectronic sensor according to the invention.
Beschreibungdescription
Optoelektronische Sensoren, insbesondere, wenn sie auf Halbleiterbasis hergestellt werden, haben den Vorteil, dass sie sehr kleine Abmessungen aufweisen. Durch die Verwendung eines Optodenmaterials, durch das Licht gestrahlt wird, um mittels der Absorption in dem Optodenmaterial eine Gaskonzentration quantitativ zu bestimmen, ist die Wechselwirkung des Gases mit dem Optodenmaterial, d.h. die Absorption des Lichts, ein Maß der Länge, die das Licht durch das Optodenmaterial zurücklegt. Umso länger der Weg ist, umso häufiger wird Licht durch eine gasabhängige Absorption des Optodenmaterials gedämpft. Es ist daher ein Ziel, den Lichtweg in einem Optodenmaterial zu erhöhen. Die Totalreflexion in einem Optodenmaterial, wie es z.B. Polymer ist, gestattet nur einen bestimmten Winkel unter dem das Licht mindestens eingekoppelt werden muß, so dass das Licht nicht wieder aus der Optode ausgekoppelt wird. Steilere Winkel, die zu einem längeren optischen Weg führen, halten den Winkel für die Totalreflexion dann nicht mehr ein, und das Licht wird aus der Optode ausgekoppelt.Optoelectronic sensors, in particular if they are manufactured on a semiconductor basis, have the advantage that they have very small dimensions. By using an optode material through which light is radiated to quantitatively determine a gas concentration by means of absorption in the optode material, the interaction of the gas with the optode material, i.e. the absorption of light, a measure of the length the light travels through the optode material. The longer the path, the more often light is attenuated by gas-dependent absorption of the optode material. It is therefore a goal to increase the light path in an optode material. The total reflection in an optode material, e.g. Polymer is allowed only a certain angle at which the light must at least be coupled in, so that the light is not coupled out of the optode again. Steeper angles, which lead to a longer optical path, then no longer maintain the angle for total reflection, and the light is coupled out of the optode.
Erfindungsgemäß wird daher das Optodenmaterial am äußeren Rand mit einem Spiegel versehen, so dass nahezu beliebige Einkoppelwinkel des Lichts möglich sind und damit längere optische Wege, die das Licht durch das Optodenmaterial zurücklegt. In dem Optodenmaterial befindet sich eine Indikatorsubstanz, die Farbstoffmoleküle aufweist. Das Optodenmaterial selbst ist ein Polymerträgermaterial, das mindestens eine Indikatorsubstanz aus der Gruppe von Verbindungen bestehend aus Azobenzolen, Acetophenonen, Corrinen, Porphyrinen, Phtalocyaninen, Macroliden, Porphyrinogenen, Nonactin, Valinomycin und/oder deren Komplexe mit Übergangsmetallen der ersten, zweiten und der fünften bis achten Nebengruppe. Diese Substanzen führen zu einer reversiblen Änderung der Absorptionseingenschaften unter dem Einfluß zu detektierender Gase wie Stickstoffoxide oder Kohlenmonoxid. Aber auch andere Substanzen wie Amine, Wasserdampf, Sauerstoff oder Alkohole sind mit diesen Indikatorsubstanzen identifizierbar. Es liegen hier Chromoionophore vor, die zu einem Farbumschlag und damit zu einer Änderung des Absorptionsverhaltens bei Kontakt mit einem zu detektierenden Gas führen.According to the invention, the optode material is therefore provided with a mirror on the outer edge, so that almost any coupling angle of the light is possible and thus longer optical paths which the light travels through the optode material. There is an indicator substance in the optode material which has dye molecules. The optode material itself is a polymer carrier material that at least one indicator substance from the group of compounds consisting of azobenzenes, acetophenones, corrins, porphyrins, phthalocyanines, macrolides, porphyrinogens, nonactin, valinomycin and / or their complexes with transition metals of the first, second and fifth to eighth subgroups. These substances lead to a reversible change in the absorption properties under the influence of gases to be detected, such as nitrogen oxides or carbon monoxide. However, other substances such as amines, water vapor, oxygen or alcohols can also be identified with these indicator substances. Chromoionophores are present here, which lead to a color change and thus to a change in the absorption behavior upon contact with a gas to be detected.
In Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors dargestellt. Ein Lichtsender 1 ist mittig plaziert. Der Lichtsender 1 ist hier eine lichtimitierende Diode (LED) . Alternativ sind auch eine Laserdiode oder kleine Lampen oder andere Lichtquellen verwendbar. Es sind hier stellvertretend zwei aus dem Lichtsender 1 austretende Lichtstrahlen 2 und 3 dargestellt. Es reicht hier also, sich auf die geometrische Optik zu beschränken. Tatsächlich emittiert der Lichtsender 1 bei vielen anderen Winkeln Lichtstrahlen. Der Lichtsender wird hier mit elektrischen Pulsen betrieben, um die Leistungsaufnahme zu verringern. Dies führt dazu, dass auch nur Lichtpulse versendet werden. Die Verwendung von Pulsen hat den neben der geringeren Leistungsaufnahme den Vorteil, dass thermische Effekte in ihrem Einfluß reduziert werden.FIG. 1 shows a cross section through a schematic illustration of the optoelectronic sensor according to the invention. A light transmitter 1 is placed in the middle. The light transmitter 1 is a light-emitting diode (LED). Alternatively, a laser diode or small lamps or other light sources can also be used. Two light beams 2 and 3 emerging from the light transmitter 1 are represented here. It is therefore sufficient to limit yourself to the geometric optics. In fact, the light transmitter 1 emits light beams at many other angles. The light transmitter is operated with electrical pulses to reduce the power consumption. This means that only light pulses are sent. In addition to the lower power consumption, the use of pulses has the advantage that the influence of thermal effects is reduced.
Eine in Abhängigkeit von dem verwendeten Lichtsender geeignete Frequenz für die Pulse wird gewählt.A frequency suitable for the pulses, depending on the light transmitter used, is selected.
Die Lichtstrahlen 2 und 3 treffen auf den äußeren Rand des Optodenmaterials 4, das sich auf dem Lichtsender 1, auf einem Halbleitersubstrat 10 und auf lichtempfindlichen Sensoren 6 befindet, unter einem Winkel, der kleiner als der notwendige Winkel für die Totalreflexion ist. Damit wird der optische Weg der Lichtstrahlen 2 und 3 länger als wenn sie unter der Bedingung der Totalreflexion in dasThe light beams 2 and 3 strike the outer edge of the optode material 4, which is on the light transmitter 1 a semiconductor substrate 10 and on photosensitive sensors 6, at an angle which is smaller than the angle required for total reflection. This makes the optical path of the light beams 2 and 3 longer than if they were in the condition of total reflection
Optodenmaterial 4 eingekoppelt werden würden. Da sich das Optodenmaterial 4 direkt auf dem Lichtsender 1 befindet, ist eine direkte Überkopplung des Lichts gewährleistet.Optode material 4 would be coupled. Since the optode material 4 is located directly on the light transmitter 1, direct coupling of the light is guaranteed.
Das Optodenmaterial 4 ist hier wie oben dargestellt einThe optode material 4 is here as shown above
Polymer mit den genannten Indikatorsubstanzen. Eine Optode bezeichnet einen optischen Sensor. Hier ist das Optodenmaterial 4 als Lichtleiter ausgebildet, durch den Licht geführt wird, wobei die Absorption des Lichts durch diesen Lichtleiter durch eine Gaskonzentration bestimmt wird. Durch die Wahl der unterschiedlichen Indikatorsubstanzen wird das Absorptionsverhalten für entsprechende Gase eingestellt, zum Beispiel für Kohlen onoxid oder Stickstoffoxide.Polymer with the indicator substances mentioned. An optode denotes an optical sensor. Here, the optode material 4 is designed as a light guide through which light is guided, the absorption of the light by this light guide being determined by a gas concentration. By choosing the different indicator substances, the absorption behavior for the corresponding gases is set, for example for carbon onoxide or nitrogen oxides.
Das Optodenmaterial 4 wird hier auch als Membran bezeichnet, da es als solche auf dem Lichtsender 1, dem Halbleitersubstrat 10 und den lichtempfindlichen Sensoren 6 aufgebracht ist. Um eine Lichtauskopplung aus dem Optodenmaterial 4 zu vermeiden, befindet sich auf demThe optode material 4 is also referred to here as a membrane since it is applied as such to the light transmitter 1, the semiconductor substrate 10 and the light-sensitive sensors 6. In order to avoid coupling out light from the optode material 4, is located on the
Optodenmaterial 4 ein Spiegel 5. Der Spiegel 5 reflektiert die Strahlen zurück in das Optodenmaterial 4. Der Spiegel 5 ist hier mittels in das Polymer für das Optodenmaterial 4 eingelassener Metallpartikel realisiert. Alternativ ist auch eine Bedampfung des Optodenmaterials 4 mit einem Metallfilm möglich, wobei ein Metallfilm auch mit einer Beschichtungstechnik aufgebracht sein kann.Optode material 4 a mirror 5. The mirror 5 reflects the rays back into the optode material 4. The mirror 5 is realized here by means of metal particles embedded in the polymer for the optode material 4. As an alternative, vapor deposition of the optode material 4 is also possible with a metal film, wherein a metal film can also be applied with a coating technique.
Das Einlassen von Metallpartikeln in das Polymer des Optodenmaterials 4, um den Spiegel zu realisieren, ermöglicht, dass die Herstellung des Spiegels mit dem Auftragen des Optodenmaterials realisiert wird. Das Polymer des Optodenmaterials 4 wird in einem flüssigen Zustand auf den Lichtleiter 1, das Halbleitersubstrat 10 und die lichtempfindlichen Sensoren 6 aufgebracht. Durch Trocknen und/oder Heizen wird das Polymer in einen festen Zustand überführt. Auf dem Spiegel 5 befindet sich ein weiteres Polymer, und zwar eine lichtundurchlässige Schicht 9. Die lichtundurchlässige Schicht 9 hat die Aufgabe, Licht, das nicht von dem Spiegel 5 zurück in das Optodenmaterial 4 reflektiert wurde, abzublocken, so dass die Messung der Gaskonzentration nicht durch austretendes Streulicht verfälscht wird. Die lichtundurchlässige Schicht 9 ist derart ausgeführt, dass sie inert gegenüber dem Optodenmaterial 4 ist, also keine Reaktion mit ihm eingeht oder es in seinen Eigenschaften verändert.The admission of metal particles into the polymer of the optode material 4 in order to realize the mirror enables the production of the mirror to be realized with the application of the optode material. The polymer of the optode material 4 is applied in a liquid state to the light guide 1, the semiconductor substrate 10 and the light-sensitive sensors 6. The polymer is converted into a solid state by drying and / or heating. There is another polymer on the mirror 5, namely an opaque layer 9. The opaque layer 9 has the task of blocking light that was not reflected back into the optode material 4 by the mirror 5, so that the measurement of the gas concentration is not is distorted by escaping scattered light. The opaque layer 9 is designed in such a way that it is inert to the optode material 4, that is to say it does not react with it or change its properties.
Das Optodenmaterial 4 ist am Ende bei den lichtempfindlichen Sensoren 6 abgerundet, um eine bessere Einkopplung in die lichtempfindlichen Sensoren zu erreichen.The optode material 4 is rounded off at the end in the case of the light-sensitive sensors 6 in order to achieve better coupling into the light-sensitive sensors.
Die LED 1 als Lichtsender wird entweder durch Eindiffusion von Dotierstoffen oder durch ein Aufbringen der LED 1 auf das Halbleitersubstrat 10 hergestellt. Auch die lichtempfindlichen Sensoren 6 werden durch eine Eindiffusion von Dotierstoffen an den Stellen, wo die lichtempfindlichen Sensoren 6 hergestellt werden sollen, ermöglicht. Die Bauelemente werden dann durch Standardtechnologieschritte der Siliziumhalbleitertechnik wie Photolithographie, Ätzung, Passivierung und Metallisierung hergestellt. Hier liegt als Halbleitersubstrat 10 n-leitendes Silizium vor. Um Fotodioden als die lichtempfindlichen Sensoren 6 herzustellen, werden Akzeptoren an die Stellen, wo die lichtemfindlichen Sensoren 6 hergestellt werden sollen, eindiffundiert. Da es sich hier um Silizium handelt, kann Bor als Akzeptor verwendet werden. Auch eine Implantation der Akzeptoren ist hier möglich.The LED 1 as a light transmitter is produced either by diffusion of dopants or by applying the LED 1 to the semiconductor substrate 10. The light-sensitive sensors 6 are also made possible by a diffusion of dopants at the locations where the light-sensitive sensors 6 are to be produced. The components are then manufactured using standard technology steps in silicon semiconductor technology such as photolithography, etching, passivation and metallization. Here, 10 n-type silicon is present as the semiconductor substrate. In order to manufacture photodiodes as the photosensitive sensors 6, acceptors are diffused into the places where the photosensitive sensors 6 are to be manufactured. Since this is silicon, can Boron can be used as an acceptor. The acceptors can also be implanted here.
Anstatt Silizium zu verwenden, kann es auch angezeigt sein, Verbindungshalbleiter zu verwenden, die für lichtemittierende Bauelemente geeigneter sein können. Zu solchen Verbindungshalbleitern gehören die Arsenide, die Phosphide, die Nitride, die Antimonide und Siliziumcarbid.Instead of using silicon, it may also be appropriate to use compound semiconductors which may be more suitable for light-emitting components. Such compound semiconductors include arsenides, phosphides, nitrides, antimonides and silicon carbide.
Das lichtundurchlässige Polymer 9, der Spiegel 5 und das Optodenmaterial 4 sind für die zu messenden Gase durchlässig.The opaque polymer 9, the mirror 5 and the optode material 4 are permeable to the gases to be measured.
In Figur 2 ist eine Aufsicht auf eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors dargestellt. Der Lichtsender 1 befindet sich mittig im Zentrum des Sensors. Jeweils wegführend von dem Lichtsender 1 führen Transmissionsarme 8 zu den lichtempfindlichen Sensoren 6. Barrieren 7 liegen zwischen den Transmissionsarmen 8, um ein Nebensprechen durch Streulicht zu verhindern. Es können alternativ mehr als vier Transmissionsarme verwendet werden, wobei auch weniger Transmissionsarme möglich sind.FIG. 2 shows a top view of a schematic illustration of the optoelectronic sensor according to the invention. The light transmitter 1 is located in the center of the sensor. In each case leading away from the light transmitter 1, transmission arms 8 lead to the light-sensitive sensors 6. Barriers 7 lie between the transmission arms 8 in order to prevent crosstalk by scattered light. Alternatively, more than four transmission arms can be used, and fewer transmission arms are also possible.
Die gleichmäßige Verteilung des vom Lichtsender 1 emittierten Lichts ermöglicht jedoch, die Fläche des optoelektronischen Sensors optimal auszunutzen. Die Transmissionsarme 8, die die Membran des Optodenmaterials bilden, weisen eine Länge von 600 bis 1200 Mikrometer und eine Breite von 280 Mikrometer sowie eine Dicke von 10However, the uniform distribution of the light emitted by the light transmitter 1 enables the surface of the optoelectronic sensor to be optimally used. The transmission arms 8, which form the membrane of the optode material, have a length of 600 to 1200 micrometers and a width of 280 micrometers and a thickness of 10
Mikrometer auf. Der Abstand zwischen dem Lichtsender 1 und den lichtempfindlichen Sensoren 6 sollte möglichst gering sein, um die maximal aufzubringende Lichtleistung zu minimieren. Außerdem wird dadurch Chipfläche eingespart. Bei diesen gegebenen Abmessungen wird dann erfindungsgemäß der optische Weg maximiert.Micrometer on. The distance between the light transmitter 1 and the light-sensitive sensors 6 should be as small as possible in order to minimize the maximum light output that can be applied. This also saves chip area. at Given these dimensions, the optical path is then maximized according to the invention.
Die Barrieren 7 können aus Halbleitermaterial hergestellt werden, das isoliert keine elektrische Funktion übernimmt. Die Barrieren 7 können zusätzlich mit einer Metallschicht versehen sein, um Streulicht zu reflektieren. Alternativ können die Barrieren 7 auch aus Metall oder einem dielektrischen Material hergestellt werden. Da die Barrieren 7 ein Nebensprechen zwischen den Transmissionsarmen verhindern sollen, sind die Barrieren 7 mindestens so hoch wie die LED 1.The barriers 7 can be produced from semiconductor material that does not assume an electrical function in isolation. The barriers 7 can additionally be provided with a metal layer in order to reflect scattered light. Alternatively, the barriers 7 can also be made of metal or a dielectric material. Since the barriers 7 are intended to prevent crosstalk between the transmission arms, the barriers 7 are at least as high as the LED 1.
Durch eine Kombination von verschiedenen erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensoren, die auf einemBy a combination of different optoelectronic sensors according to the invention, which are based on one
Halbleitersubstrat hergestellt werden, kann ein Sensorenfeld, ein sogenanntes Sensorarray realisiert werden. Dies ermöglicht, gleichzeitig mit mehreren Sensoren zu messen, um damit ein stärkeres Messsignal zu erzeugen, da eine größere Gesamtfläche mit Optodenmaterial bedeckt ist und zur Auswertung verwendet wird. Die Lichtsender 1 und die lichtempfindlichen Sensoren 6 werden durch zentrale Spannungs- beziehungsweise Stromquellen versorgt. Die Ausgangssignale von den Lichtsensoren 6, die die Messsignale führen werden zu Verstärkern geführt. Durch die Verstärker, die an die erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensoren angeschlossen werden, werden die Messsignale zur besseren Auswertung verstärkt.Semiconductor substrate are produced, a sensor array, a so-called sensor array can be realized. This makes it possible to measure with several sensors at the same time in order to generate a stronger measurement signal, since a larger total area is covered with optode material and is used for evaluation. The light transmitter 1 and the light-sensitive sensors 6 are supplied by central voltage or current sources. The output signals from the light sensors 6, which carry the measurement signals, are routed to amplifiers. The measurement signals are amplified for better evaluation by the amplifiers which are connected to the optoelectronic sensors according to the invention.
Da der optoelektronische Sensor auch in einem Brandmelder verwendet werden kann, wobei vorzugsweise als einen Brand anzeigende Gase Stickstoffdioxid und/oder Kohlenmonoxid beziehungsweise Kohlendioxid detektiert werden, muß dieser Sensor dabei auch vor Schadgasen geschützt werden. Solch ein Schadgas ist vor allem Schwefeldioxid. Schwefeldioxid würde das Optodenmaterial irreversibel schädigen. Zur Trennung von Schwefeldioxid und den zu messenden Gasen wie CO oder C02 wird die Oxidierbarkeit von S02 zu S03 ausgenutzt. Schwefeltrioxid stellt kein Problem mehr als Schadgas dar. Als Oxidationsmittel wird hier Kaliumpermanganat verwendet, aber auch andere Oxidationsmittel wie Chromate sind einsetzbar.Since the optoelectronic sensor can also be used in a fire detector, preferably nitrogen dioxide and / or carbon monoxide or carbon dioxide being detected as a fire-indicating gas, this sensor must also be protected against harmful gases. Such a harmful gas is primarily sulfur dioxide. Would sulfur dioxide irreversibly damage the optode material. The oxidizability of S0 2 to S0 3 is used to separate sulfur dioxide and the gases to be measured, such as CO or C0 2 . Sulfur trioxide is no longer a problem as a noxious gas. Potassium permanganate is used here as an oxidizing agent, but other oxidizing agents such as chromates can also be used.
Eine andere Möglichkeit der Trennung von C02 und S02 ist das Molekularsieb. Da C02 und S02 sich hinsichtlich ihres räumlichen Aufbaus deutlich unterscheiden, werden sie von dem Molekularsieb unterschiedlich adsorbiert. Ein Molekularsieb weist ein Anordnung bestehend aus Röhren auf, die an ihren Innenwänden mit Oxidationsmitteln beschichtet sind. Another possibility of separating C0 2 and S0 2 is the molecular sieve. Since C0 2 and S0 2 differ significantly in terms of their spatial structure, they are adsorbed differently by the molecular sieve. A molecular sieve has an arrangement consisting of tubes which are coated on their inner walls with oxidizing agents.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Optoelektronischer Sensor auf der Basis von Optoden, der auf einem Halbleitersubstrat (10) mehrere getrennte lichtempfindliche Sensoren (6) und mittig einen Lichtsender (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (1) und die lichtempfindlichen Sensoren (6) von einem transparenten Optodenmaterial bedeckt sind und dass das transparente Optodenmaterial (4) an der Seite, die abgewandt von dem Halbleitersubstrat (10) ist, verspiegelt ist.1. Optoelectronic sensor based on optodes, which has a plurality of separate light-sensitive sensors (6) and a light transmitter (1) in the center on a semiconductor substrate (10), characterized in that the light transmitter (1) and the light-sensitive sensors (6) from are covered with a transparent optode material and that the transparent optode material (4) is mirrored on the side facing away from the semiconductor substrate (10).
2. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verspiegelung durch in das transparente Optodenmaterial (4) eingelassene Metallpartikel ermöglicht ist.2. Optoelectronic sensor according to claim 1, characterized in that the mirroring is made possible by metal particles let into the transparent optode material (4).
3. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Optodenmaterial (4) mit einem lichtundurchlässigen Material (9) bedeckt ist.3. Optoelectronic sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the transparent optode material (4) is covered with an opaque material (9).
4. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Optodenmaterial (4) ein Polymer ist, bei dem eine Indikatorsubstanz zugegeben ist.4. Optoelectronic sensor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the transparent optode material (4) is a polymer in which an indicator substance is added.
5. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichent, dass die Indikatorsubstanz Farbstoffmoleküle aufweist.5. Optoelectronic sensor according to claim 4, characterized in that the indicator substance has dye molecules.
6. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtundurchlässige Material (9) ein Polymer ist. 6. Optoelectronic sensor according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the opaque material (9) is a polymer.
7. Optoelektronischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen Sensoren (6) mit den sie bedeckenden Abschnitten des Optodenmaterials (8) sektorartig zentralsymmetrisch um den Lichtsender (1) angeordnet sind.7. Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the light-sensitive sensors (6) with the sections of the optode material (8) covering them are arranged in a sector-like manner centrally symmetrically around the light transmitter (1).
8. Optoelektronischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (10) ein n-Siliziumsubstrat ist und die lichtempfindlichen Sensoren (6) aus p-Silizium bestehen.8. Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor substrate (10) is an n-silicon substrate and the light-sensitive sensors (6) consist of p-silicon.
9. Optoelektronischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen Sensoren (6) Fotodioden bilden und der Lichtsender eine LED ist.9. Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the light-sensitive sensors (6) form photodiodes and the light transmitter is an LED.
10. Optoelektronischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Optodenmaterial10. Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the optode material
(4) für die Detektion von Stickoxiden oder Kohlenmonoxid ausgebildet ist.(4) is designed for the detection of nitrogen oxides or carbon monoxide.
11. Optoelektronischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mit Oxidationsmitteln versehen ist, die auf einem Trägermaterial aufgebracht sind.11. Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor is provided with oxidizing agents which are applied to a carrier material.
12. Optoelektronischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der optoelektronische Sensor ein Molekularsieb aufweist.12. Optoelectronic sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the optoelectronic sensor has a molecular sieve.
13. Optoelektronischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optoelektronische Sensor zwischen Transmissionszweigen Barrieren aufweist. 13. Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the optoelectronic sensor has barriers between transmission branches.
14. Optoelektronischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (1) mit elektrischen Pulsen betreibbar ist.14. Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the light transmitter (1) can be operated with electrical pulses.
15. Gassensorarray nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Arrayelemente der optoelektronische Sensor verwendet wird. 15. Gas sensor array according to one of claims 1 to 14, characterized in that the optoelectronic sensor is used as array elements.
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