EP1415144A2 - Schichtverbund und mikromechanisches sensorelement, insbesondere gassensorelement, mit diesem schichtverbund - Google Patents

Schichtverbund und mikromechanisches sensorelement, insbesondere gassensorelement, mit diesem schichtverbund

Info

Publication number
EP1415144A2
EP1415144A2 EP02745118A EP02745118A EP1415144A2 EP 1415144 A2 EP1415144 A2 EP 1415144A2 EP 02745118 A EP02745118 A EP 02745118A EP 02745118 A EP02745118 A EP 02745118A EP 1415144 A2 EP1415144 A2 EP 1415144A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
gas
catalytically active
sensitive layer
sensitive
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Withdrawn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
EP02745118A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Ingrisch
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.)
Paragon AG
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 EP1415144A2 publication Critical patent/EP1415144A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—Specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0037—Specially adapted to detect a particular component for NOx
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/128—Microapparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0011—Sample conditioning
    • G01N33/0013—Sample conditioning by a chemical reaction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the invention relates to a layer composite with a gas-sensitive layer and a catalytically active layer, and to a micromechanical sensor element, in particular gas sensor element, with such a layer composite, according to the preamble of the independent claims.
  • semiconductor sensors for the measurement of components of traffic emissions such as carbon monoxide, hydrocarbons (CH X ), nitrogen oxides (N0 X ) etc.
  • semiconductor sensors in particular semiconductor sensors based on tin dioxide (Sn ⁇ 2 >) are often used, since these reduce their electrical resistance in the presence of reducing or oxidizing Change gases significantly.
  • a catalyst which contains reducing gas components such as Carbon monoxide or hydrocarbons oxidized to carbon dioxide and water before they reach the actual gas-sensitive Sn0 2 layer.
  • porous, catalytically active layers are used for this purpose, which are printed on the Sn0 2 layer. These layers consist of aluminum oxide (A1 2 0 3 ) as carrier material and catalytically active substances such as platinum or applied thereon Palladium.
  • thick film sensors on micromechanically structured substrates are also known from the prior art, the thick films used again being based on SnO 2.
  • Such micromechanical gas sensor elements have the advantage that they can be brought to operating temperature with low power and a small time constant.
  • micromechanically structured base carriers are first produced, which are then provided with a known method such as dispensing or inkjet with a Sn0 2 layer in the thickness range of a few ⁇ m.
  • the chip obtained is then separated by sawing, which leads to a considerable mechanical load on the applied thick layer.
  • the layer composite according to the invention and the micromechanical sensor element according to the invention with such a layer composite has the advantage over the prior art that a catalytically active layer is provided which is intimately connected to the actual gas-sensitive layer and which causes the gas-sensitive layer to reduce gas components from the outside adjacent gas is not exposed.
  • these gas components in the catalytically active layer have already been oxidized beforehand or have been converted into a gas which is no longer detectable by the gas-sensitive layer or which no longer influences its electrical conductivity.
  • micro-mechanical sensor element of the invention when operating as a gas sensor element only is more sensitive to oxidising gas components such as N0 X, and that its output signal does not also of reducing gas components is dependent.
  • the layer composite according to the invention has the advantage that it is the first time that a two-layer system can be implemented on a micromechanical sensor element. So far, thick-film systems could only be produced from a sensitive Sn0 2 layer and a catalytically active layer on so-called “hybrid sensors", ie the sensor elements explained with an Sn0 2 layer and an applied layer made of the carrier material aluminum oxide and catalytic substances applied thereon Such a layer arrangement has so far not been feasible on micromechanical sensor elements for reasons of mechanical stability. Advantageous developments of the invention result from the measures mentioned in the subclaims.
  • the catalytically active layer and the gas-sensitive layer now essentially consist of the same gas-sensitive material or the same material base, namely preferably SnO 2
  • the composition of the gas-sensitive layer and the catalytically active layer essentially only through the higher electrical conductivity of the gas-sensitive layer achieved by adding a doping substance and the catalytic activity of the catalytically active layer achieved by adding a catalytically active additive distinguish very well and intimately the mechanical connection of these two thick layers.
  • these two layers behave mechanically like a one-layer system after their connection, for example by heat treatment such as baking or sintering, but the electrical and chemical advantages of a two-layer system, i.e. the separation of the functions "catalytic activity” and "gas sensitivity” will continue to be maintained.
  • the layer composite and the micromechanical sensor element produced therewith are relatively insensitive to mechanical loads, i.e. this is compatible with the established manufacturing technology for micromechanical gas sensors and can be produced with it.
  • the gas-sensitive layer has a thickness of 1 ⁇ m to 5 ⁇ m and the catalytically active layer has a thickness of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the electrical conductivity of the catalytically active layer should be as low as possible, ie the catalytic active layer should have a significantly higher specific electrical resistance than the gas-sensitive layer. In this way, changes in the electrical conductivity of the catalytically active layer due to fluctuating compositions of the gas present have only a minor effect on the overall resistance of the sensor element or of the layer composite.
  • the catalytically active layer covers the gas-sensitive layer at least on one side, since in this way it is achieved that each gas acting on the gas-sensitive layer is first diffused through the catalytically active layer before it reaches the gas-sensitive layer. This means that the gas-sensitive layer is not, or at least almost not, exposed to reducing gases.
  • the invention is explained in more detail with reference to the drawing and the description below.
  • the figure shows a schematic diagram of a micromechanical gas sensor element with a self-supporting membrane and an applied layer composite with a gas-sensitive layer and a catalytically active layer in section.
  • FIG. 1 shows a micromechanical sensor element 5, for example a gas sensor element or an air quality sensor element.
  • a dielectric layer 11 was first deposited on a support body 10, and then a cavern 17 was etched into the back of the support body 10 and extends as far as the dielectric layer 11. so that a largely self-supporting membrane 18 is formed.
  • the carrier body 10 is, for example, a silicon body, while the dielectric layer is, for example, a silicon oxide layer, a silicon nitride layer or also a layer made of porous silicon.
  • the dielectric layer 11 also has conventional heating elements 13 for heating a gas-sensitive layer 15 applied to the dielectric layer 11 in the region of the membrane 18, and also temperature sensor elements 12 with which the temperature of the gas-sensitive layer 15 can be determined.
  • electrodes 14 are arranged on the surface of the dielectric layer 11, which are spaced apart from one another and which are each connected to the gas-sensitive layer 15, so that the electrodes 14 and associated electronic components (not shown) change the electrical conductivity of the gas-sensitive layer 15 can be determined as a function of external gas components.
  • the gas-sensitive layer 15 consists of a porous SnO 2 sealing layer with a thickness between 1 ⁇ m and 5 ⁇ m, which is provided in a known manner with dopants such as tantalum to increase the electrical conductivity.
  • the specific electrical resistance of the gas-sensitive layer 15 is between 50 k ⁇ cm and 200 k ⁇ cm, in particular approximately 100 k ⁇ cm.
  • the gas sensitive layer 15 is further covered by a catalytically active layer 16 such that the gas sensitive Layer 15 is enclosed by the dielectric layer 11 and the catalytically active layer 16.
  • the catalytically active layer 16 consists of the same material or the same material base as the gas-sensitive layer 15, ie essentially of SnO 2 , with the difference that the dopant which does not increase the electrical conductivity is added to the catalytically active layer, and that the catalytically active layer 16 instead contains a catalytically active additive, for example platinum or palladium.
  • the specific electrical resistance of the catalytically active layer 16 is greater than 300 k ⁇ cm, in particular greater than 500 k ⁇ cm.
  • the gas-sensitive layer 15 and the catalytically active layer 16 are intimately connected to one another, so that they behave mechanically as a single layer due to their almost the same composition.
  • the micromechanical sensor element 5 is otherwise from I. Simon et al. , Sensors and Actuators, B73, (2001), pages 1 to 26, where reference is made primarily to FIG. 4 and FIGS. 8 and 9. From this, further details on the structure of the micromechanical sensor element 5 as well as on its production and function can be found, so that it can be dispensed with here, apart from the production of the layer composite from the gas-sensitive layer 15 and the catalytically active layer 16.
  • high-purity SnO 2 powder is first produced from an aqueous solution.
  • a first part of this Ses Sn0 2 powder is then provided with the dopants mentioned to increase the electrical conductivity, while the largest possible amount of catalytically active substances such as platinum and / or palladium is preferably added to a second part of the Sn0 2 powder.
  • catalytically active substances such as platinum and / or palladium
  • first starting layer is then transferred into the gas-sensitive layer 15 and the second starting layer into the catalytically active layer 16.

Abstract

Es wird ein Schichtverbund mit einer gassensitiven Schicht (15) und einer damit zumindest bereichsweise stoffschlüssig verbundenen, katalytisch aktiven Schicht (16) vorgeschlagen, wobei die gassensitive Schicht (15) ein erstes Material und die katalytisch aktive Schicht (16) das erste Material und einen katalytisch aktiven Zusatzstoff aufweist. Weiter ist vorgesehen, dass der spezifische elektrische Widerstand der katalytisch aktiven Schicht (16) höher als der der gassensitiven Schicht (15) ist. Daneben wird ein mikromechanisches Sensorelement (5), insbesondere ein Gassensorelement, mit einer dielektrischen Schicht (11), einer darauf angeordneten gassensitiven Schicht (15) und Mitteln (14) zum Erfassen einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der gassensitiven Schicht (15) unter dem Einfluss eines Gases vorgeschlagen. Dabei ist vorgesehen, dass die nicht von der dielektrischen Schicht (11) eingenommene Oberfläche der gassensitiven Schicht (15) von einer katalytisch aktiven Schicht (16) bedeckt ist, und dass die gassensitive Schicht (15) und die katalytisch aktive Schicht (16) den vorgeschlagenen Schichtverbund bilden.

Description

Schichtverbund und mikromechanisches Sensorelement, insbesondere Gassensorelement, mit diesem Schichtverbund
Die Erfindung betrifft einen Schichtverbund mit einer gassensitiven Schicht und einer katalytisch aktiven Schicht, sowie ein mikromechanisches Sensorelement, insbesondere Gassensorelement, mit einem derartigen Schichtverbund, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche .
Stand der Technik
Für die Messung von Bestandteilen von Verkehrsabgasen wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen (CHX) , Stickoxiden (N0X) usw. werden vielfach Halbleitersensoren, insbesondere Halbleitersensoren auf Basis von Zinndioxid (Snθ2> eingesetzt, da diese ihren elektrischen Widerstand bei Anwesenheit von reduzierenden oder oxidierenden Gasen signifikant verändern.
Im Allgemeinen wirken reduzierende Gase widerstandssenkend, während oxidierende Gase widerstandserhöhend wirken. Bei einem anliegenden Mischgas treten daher vielfach beide Effekte auf, d.h. die resultierende Widerstandsänderung ist im Wesentlichen die Summe der vorzeichenbehafteten Einzelsignale, so dass die einzelne Gaskomponenten nicht mehr unabhängig voneinander gemessen werden können.
Eine bekannte Möglichkeit zur Messung von oxidierenden Gasen, insbesondere von Stickoxiden (NOx) , ist die Verwendung eines Katalysators, der reduzierende Gasbestandteile wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Wasser aufoxidiert, bevor sie die eigentliche gassensitive Sn02-Schicht erreichen. Im Fall üblicher „Dickschicht"- Sensoren werden dazu poröse, katalytisch aktive Schichten verwendet, die auf die Sn02-Schicht aufgedruckt werden. Diese Schichten bestehen aus Aluminiumoxid (A1203) als Trägermaterial und darauf aufgebrachten, katalytisch aktiven Substanzen wie Platin oder Palladium.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik auch „Dickschicht"- Sensoren auf mikromechanisch strukturierten Substraten bekannt, wobei die eingesetzten Dickschichten erneut auf Sn02 basieren. Derartige mikromechanische Gassensorelemente haben den Vorteil, dass sie mit geringer Leistung und kleiner Zeitkonstante auf Betriebstemperatur gebracht werden können.
Im Einzelnen werden dazu zunächst mikromechanisch strukturierte Grundträger hergestellt, die anschließend mit einem bekannten Verfahren wie Dispensen oder InkJet mit einer Sn02-Schicht im Dickenbereich von einigen um versehen werden. Danach wird der erhaltene Chip dann durch Sägen vereinzelt, was zu einer beträchtlichen mechanischen Belastung der aufgebrachten Dickschicht führt. Diese mechanischen Belastungen verhinderten bisher die Realisierung eines vorstehend erläuterten Zweischicht-Systems auf einem mikromechanischen Sensorelement .
Eine Zusammenfassung bekannter mikromechanischer Gassensorelemente und üblicher Dickschicht-Sensoren mit mikromechanisch strukturierten, freitragenden Membranen auf Basis von Sn02-Schichten geben I. Simon et al . , „Micromachined Metal Oxide Gas Sensors: Opportunities to Improve Sensor Performance", Sensors and Actuators, B73, (2001), Seiten 1 bis 26.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Schichtverbund und das erfindungsgemäße mikromechanische Sensorelement mit einem derartigen Schichtverbund hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine mit der eigentlichen gassensitiven Schicht stoffschlüssig innig verbundene, katalytisch aktive Schicht vorgesehen ist, die bewirkt, dass die gassensitive Schicht reduzierenden Gasbestandteilen aus einem Außen anliegenden Gas nicht ausgesetzt ist. Insbesondere sind diese Gasbestandteile in der katalytisch aktiven Schicht zuvor bereits oxidiert bzw. in ein von der gassensitiven Schicht nicht mehr nachweisbares bzw. deren elektrische Leitfähigkeit nicht mehr beeinflussendes Gas überführt worden.
Insofern wird durch den erfindungsgemäßen Schichtverbund erreicht, dass das erfindungsgemäße mikromechanische Sensorelement bei Betrieb als Gassensorelement nur noch auf oxi- dierende Gasbestandteile wie N0X sensitiv ist, und dass sein Ausgangssignal nicht auch noch von reduzierenden Gasbestandteilen abhängig ist.
Daneben hat der erfindungsgemäße Schichtverbund den Vorteil, dass damit erstmalig ein Zweischicht-System auf einem mikromechanischen Sensorelement realisierbar ist. So konnten bisher Dickschicht-Systeme aus einer sensitiven Sn02-Schicht und einer katalytisch aktiven Schicht lediglich auf sogenannten „Hybridsensoren", d.h. den erläuterten Sensorelementen mit einer Sn02-Schicht und einer aufgebrachten Schicht aus dem Trägermaterial Aluminiumoxid und darauf aufgebrachten katalytischen Substanzen, erzeugt werden. Auf mikromechanischen Sensorelementen war eine derartige Schichtanordnung aus Gründen der mechanischen Stabilität bisher nicht realisierbar. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
So wird dadurch, dass die katalytisch aktive Schicht und die gassensitive Schicht nunmehr im Wesentlichen aus dem gleichen gassensitiven Material bzw. der gleichen Materialbasis, nämlich bevorzugt Sn02, bestehen, und sich die Zusammensetzung der gassensitiven Schicht und der katalytisch aktiven Schicht im Wesentlichen nur durch die durch Zusatz eines Do- tierstoffes erzielte höhere elektrische Leitfähigkeit der gassensitiven Schicht und die durch Zusatz eines katalytisch aktiven Zusatzstoff erreichte katalytische Aktivität der katalytisch aktiven Schicht unterscheiden, die mechanische Verbindung dieser beiden Dickschichten untereinander sehr gut und innig .
Dies führt dazu, dass sich diese beiden Schichten nach ihrer Verbindung, beispielsweise durch eine Temperaturbehandlung wie ein Einbrennen oder ein Sintern, mechanisch wie ein Einschichtsystem verhalten, dass aber die elektrischen und chemischen Vorteile eines Zweischichtsystems, d.h. die Trennung der Funktionen „katalytische Aktivität" und „Gassensitivi- tät", weiterhin gewahrt bleiben. Insbesondere ist der Schichtverbund und das damit hergestellte mikromechanische Sensorelement gegenüber mechanischen Belastungen relativ unempfindlich, d.h. dieser ist mit der etablierten Fertigungstechnik für mikromechanische Gassensoren verträglich und mit dieser herstellbar.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die gassensitive Schicht eine Dicke von 1 μm bis 5 μm und die katalytisch aktive Schicht eine Dicke von 1 μm bis 10 μm aufweist.
Zudem sollte die elektrische Leitfähigkeit der katalytisch aktiven Schicht möglichst niedrig sein, d.h. die katalytisch aktive Schicht sollte einen wesentlich höheren spezifischen elektrischen Widerstand als die eigentlich gassensitive Schicht aufweisen. Auf diese Weise wirken sich Änderungen in der elektrischen Leitfähigkeit der katalytisch aktiven Schicht durch schwankende Zusammensetzungen des anliegenden Gases auf den Gesamtwiderstand des Sensorelementes bzw. des Schichtverbundes nur geringfügig aus .
Schließlich ist vorteilhaft, wenn die katalytisch aktive Schicht die gassensitive Schicht zumindest einseitig bedeckt, da auf diese Weise erreicht wird, dass jedes auf die gassensitive Schicht einwirkende Gas zunächst durch die katalytisch aktive Schicht hindurch diffundiert ist, bevor es die gassensitive Schicht erreicht. Damit ist die gassensitive Schicht reduzierenden Gasen nicht oder zumindest nahezu nicht ausgesetzt.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Die Figur zeigt eine Prinzipskizze eines mikromechanischen Gassensorelementes mit einer freitragenden Membran und einem aufgebrachten Schichtverbund mit einer gassensitiven Schicht und einer katalytisch aktiven Schicht im Schnitt.
Ausführungsbeispiele
Die Figur 1 zeigt ein mikromechanisches Sensorelement 5, beispielsweise ein Gassensorelement oder ein Luftgütesensorelement. Dazu wurde auf einem Tragkörper 10 zunächst eine dielektrische Schicht 11 abgeschieden, und anschließend von der Rückseite des Tragkörpers 10 eine Kaverne 17 in diesen eingeätzt, die bis zu der dielektrischen Schicht 11 reicht, so dass eine weitgehend freitragende Membran 18 entstanden ist .
Der Tragkörper 10 ist beispielsweise ein Siliziumkörper, während die dielektrische Schicht beispielsweise eine Siliziumoxidschicht, eine Siliziumnitrid-Schicht oder auch eine Schicht aus porösem Silizium ist.
Die dielektrische Schicht 11 weist weiter übliche Heizelemente 13 zur Beheizung einer auf der dielektrischen Schicht 11 im Bereich der Membran 18 aufgebrachten gassensitiven Schicht 15 sowie auch Temperatursensorelemente 12 auf, mit denen die Temperatur der gassensitiven Schicht 15 ermittelbar ist.
Schließlich sind auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 11 Elektroden 14 angeordnet, die voneinander beabstandet sind, und die jeweils mit der gassensitiven Schicht 15 in Verbindung stehen, so dass über diese Elektroden 14 und damit verbundene, nicht dargestellte elektronische Bauteile die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der gassensitiven Schicht 15 als Funktion von Außen anliegender Gasbestandteile ermittelbar ist.
Die gassensitive Schicht 15 besteht im erläuterten Beispiel aus einer porösen Sn02-Dichschicht mit einer Dicke zwischen 1 μm und 5 μm, die in bekannter Weise mit Dotierstoffen wie Tantal zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit versehen ist. Der spezifische elektrische Widerstand der gassensitiven Schicht 15 liegt zwischen 50 kΩcm und 200 kΩcm, insbesondere bei ca. 100 kΩcm.
Die gassensitive Schicht 15 wird weiter derart von einer katalytisch aktiven Schicht 16 bedeckt, dass die gassensitive Schicht 15 von der dielektrischen Schicht 11 und der katalytisch aktiven Schicht 16 eingeschlossen ist.
Die katalytisch aktive Schicht 16 besteht im erläuterten Beispiel aus dem gleichen Material oder der gleichen Materialbasis wie die gassensitive Schicht 15, d.h. im Wesentlichen aus Sn02, mit dem Unterschied, dass der katalytisch aktiven Schicht 16 kein die elektrische Leitfähigkeit erhöhender Dotierstoff zugesetzt ist, und dass die katalytisch aktiven Schicht 16 statt dessen einen katalytisch aktiven Zusatzstoff, beispielsweise Platin oder Palladium, enthält. Der spezifische elektrische Widerstand der katalytisch aktiven Schicht 16 ist größer als 300 kΩcm, insbesondere größer 500 kΩcm.
Die gassensitive Schicht 15 und die katalytisch aktive Schicht 16 sind innig miteinander verbunden, so dass sie sich mechanisch aufgrund ihrer nahezu gleichen Zusammensetzung wie eine einzige Schicht verhalten.
Abgesehen von der katalytisch aktiven Schicht 16 ist das mikromechanische Sensorelement 5 ansonsten aus I. Simon et al . , Sensors and Actuators, B73, (2001), Seiten 1 bis 26, bekannt, wo vor allem auf Figur 4 und die Figuren 8 und 9 verwiesen sei. Daraus sind auch weitere Einzelheiten zum Aufbau des mikromechanischen Sensorelementes 5 sowie zu dessen Herstellung und Funktion zu entnehmen, so dass auf deren Darstellung, abgesehen von der Herstellung des Schichtverbundes aus der gassensitiven Schicht 15 und der katalytisch aktiven Schicht 16, hier verzichtet werden kann.
Zur Realisierung des Schichtverbundes aus der gassensitiven Schicht 15 und der katalytisch aktiven Schicht 16 gemäß Figur 1 ist vorgesehen, dass zunächst hochreines Sn02-Pulver aus wässriger Lösung hergestellt wird. Ein erster Teil die- ses Sn02-Pulvers wird dann mit den erwähnten Dotierstoffen zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit versehen, während einem zweiten Teil des Sn02-Pulvers bevorzugt eine möglichst große Menge von katalytisch aktiven Substanzen wie Platin und/oder Palladium zugesetzt wird. Entsprechende Präparationsmethoden sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Anschließend werden diese beiden Ausgangspulver mit unterschiedlicher Zusammensetzung dann in Form einer ersten Ausgangsschicht und einer zweiten Ausgangsschicht auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht 11 gemäß Figur 1 aufgebracht. Im Rahmen einer anschließenden Temperaturbehandlung, insbesondere einem Einbrennen oder einem Sintern, wird die erste Ausgangsschicht dann in die gassensitive Schicht 15 und die zweite Ausgangsschicht in die katalytisch aktive Schicht 16 überführt.
Zum Aufbringen der ersten Ausgangsschicht und der darauf befindlichen zweiten Ausgangsschicht eignen sich dabei übliche Methoden wie Siebdruck, Dispensen oder InkJet.

Claims

Patentansprüche
1. Schichtverbund mit einer gassensitiven Schicht (15) und einer damit zumindest bereichsweise stoffschlüssig verbundenen, katalytisch aktiven Schicht (16), wobei die gassensitive Schicht (15) ein erstes Material und die katalytisch aktive Schicht (16) das erste Material sowie einen katalytisch aktiven Zusatzstoff aufweist, und wobei der spezifische elektrische Widerstand der katalytisch aktiven Schicht (16) höher als der der gassensitiven Schicht (15) ist .
2. Schichtverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gassensitive Schicht (15) gegenüber oxidierenden Gasen, insbesondere N0X, sensitiv ist.
3. Schichtverbund nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Schicht (16) reduzierende Gase, insbesondere CO oder CHX, oxidiert.
4. Schichtverbund nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gassensitive Schicht
(15) und die katalytisch aktive Schicht (16) derart angeordnet sind, dass jedes auf die gassensitive Schicht (15) einwirkende Gas zunächst durch die katalytisch aktive Schicht
(16) hindurch diffundiert ist, bevor es die gassensitive Schicht (15) erreicht.
5. Schichtverbund nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gassensitive Schicht (15) und die katalytisch aktive Schicht (16) derart angeordnet sind, dass die gassensitive Schicht (15) reduzierenden Gasen zumindest nahezu nicht ausgesetzt ist.
6. Schichtverbund nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gassensitive Schicht (15) aus dem ersten Material, insbesondere Sn02 , und ihre e- lektrische Leitfähigkeit erhöhenden Dotierstoffen und die katalytisch aktive Schicht (16) aus dem ersten Material, insbesondere Sn02, und ihre katalytische Aktivität, insbesondere hinsichtlich einer Oxidation reduzierender Gase, erhöhenden oder initiierenden Materialien wie Platin oder Palladium besteht.
7. Schichtverbund nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gassensitive Schicht (15) und die katalytisch aktive Schicht (16) porös ist.
8. Schichtverbund nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gassensitive Schicht (15) eine Dicke von 1 μm bis 5 μm und die katalytisch aktive Schicht (16) eine Dicke von 1 μm bis 10 μm aufweist.
. Schichtverbund nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit der katalytisch aktiven Schicht (16) derart viel niedriger als die der gassensitiven Schicht (15) ist, dass eine Veränderung der Leitfähigkeit der katalytisch aktiven Schicht (16) unter dem Einfluss eine Gases nur eine vernachlässigbare Veränderung des Gesamtwiderstandes des Schichtverbundes bewirkt.
10. Schichtverbund nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Schicht (16) die gassensitive Schicht (15) zumindest einseitig bedeckt.
11. Schichtverbund nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er durch Temperaturbehandlung, insbesondere Einbrennen oder Sintern, einer Schichtanordnung mit einer ersten Ausgangsschicht und einer zweiten Ausgangsschicht entstanden ist, wobei die erste Ausgangsschicht in die gassensitive Schicht (15) und die zweite Ausgangsschicht in die katalytisch aktive Schicht (16) überführt wurde .
12. Mikromechanisches Sensorelement, insbesondere Gassensorelement, mit einer dielektrischen Schicht (11) , einer auf der dielektrischen Schicht (11) angeordneten gassensitiven Schicht (15) und Mitteln (14) zum Erfassen einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der gassensitiven Schicht
(15) unter dem Einfluss eines Gases, wobei die nicht von der dielektrischen Schicht (11) eingenommene Oberfläche der gassensitiven Schicht (15) von einer katalytisch aktiven Schicht (16) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die gassensitive Schicht (15) und die katalytisch aktive Schicht
(16) einen Schichtverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bilden.
13. Mikromechanisches Sensorelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mindestens zwei Elektroden sind, die voneinander beabstandet elektrisch leitend mit der gassensitiven Schicht (15) verbunden sind.
14. Mikromechanisches Sensorelement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizelement (13) vorgesehen ist, mit dem zumindest die gassensitive Schicht (15) beheizbar ist, und/oder dass mindestens ein Temperatursensorelement (12) vorgesehen ist, mit dem zumindest die Temperatur der gassensitiven Schicht (15) ermittelbar ist.
15. Mikromechanisches Sensorelement nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht (11) bereichsweise als freitragende Membran (18) ausgebildet ist, und dass der Schichtverbund (15, 16) in dem Bereich der freitragenden Membran (18) auf der dielektrischen Schicht (11) stoffschlüssig mit dieser verbunden angeordnet ist.
EP02745118A 2001-07-10 2002-06-04 Schichtverbund und mikromechanisches sensorelement, insbesondere gassensorelement, mit diesem schichtverbund Withdrawn EP1415144A2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10133466A DE10133466B4 (de) 2001-07-10 2001-07-10 Schichtverbund und mikromechanisches Sensorelement, insbesondere Gassensorelement, mit diesem Schichtverbund
DE10133466 2001-07-10
PCT/DE2002/002024 WO2003006977A2 (de) 2001-07-10 2002-06-04 Schichtverbund und mikromechanisches sensorelement, insbesondere gassensorelement, mit diesem schichtverbund

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1415144A2 true EP1415144A2 (de) 2004-05-06

Family

ID=7691265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02745118A Withdrawn EP1415144A2 (de) 2001-07-10 2002-06-04 Schichtverbund und mikromechanisches sensorelement, insbesondere gassensorelement, mit diesem schichtverbund

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20040213702A1 (de)
EP (1) EP1415144A2 (de)
JP (1) JP2004534253A (de)
DE (1) DE10133466B4 (de)
WO (1) WO2003006977A2 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602005023895D1 (de) 2004-10-29 2010-11-11 Nortel Networks Ltd Bandzurückweisungsfilter
KR100721261B1 (ko) * 2005-11-30 2007-05-25 전자부품연구원 마이크로 가스 센서, 그의 제조 방법, 그의 패키지 및 그패키지의 제조 방법
DE102006035788A1 (de) * 2006-07-28 2008-01-31 Contros Systems & Solutions Gmbh Vorrichtung zur Erfassung von Meßdaten
US9784708B2 (en) 2010-11-24 2017-10-10 Spec Sensors, Llc Printed gas sensor
DE102011012682A1 (de) 2011-03-01 2012-09-06 Hella Kgaa Hueck & Co. Gassensor, insbesondere füe automobile Anwendungen
EP2533037B1 (de) * 2011-06-08 2019-05-29 Alpha M.O.S. Gassensor vom Chemoresistortyp mit einer mehrstöckigen Architektur
EP3191834A4 (de) 2014-09-12 2018-10-10 Spec Sensors LLC Atemprobeahmevorrichtungen und verfahren zur atemprobenahme unter verwendung von sensoren
US10015841B2 (en) 2014-09-24 2018-07-03 Point Engineering Co., Ltd. Micro heater and micro sensor and manufacturing methods thereof
WO2016109781A1 (en) * 2014-12-31 2016-07-07 Spec Sensors, Llc Electronic device covers having gas sensors
US10241073B2 (en) 2015-05-26 2019-03-26 Spec Sensors Llc Wireless near-field gas sensor system and methods of manufacturing the same
US20160370336A1 (en) * 2015-06-18 2016-12-22 Point Engineering Co., Ltd. Micro Heater and Micro Sensor
KR101808239B1 (ko) 2015-09-04 2017-12-13 (주)포인트엔지니어링 마이크로 히터 및 마이크로 센서
KR101805784B1 (ko) 2015-11-11 2017-12-07 (주)포인트엔지니어링 마이크로 히터 및 마이크로 센서 및 마이크로 센서 제조방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4224280A (en) * 1977-07-18 1980-09-23 Fuji Electric Co., Ltd. Carbon monoxide detecting device
DE2933971C2 (de) * 1979-08-22 1983-12-15 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Gassensor hoher Empfindlichkeit und Stabilität zum Nachweis und zur Messung des Verunreinigungsgehaltes von Luft auf der Basis von Metalloxidhalbleitern
JPS5999243A (ja) * 1982-11-29 1984-06-07 Toshiba Corp 感ガス素子
JPS6193944A (ja) * 1984-10-13 1986-05-12 Ngk Spark Plug Co Ltd ガス検出素子
DE19708770C1 (de) * 1997-03-04 1998-08-27 Siemens Ag Gassensor
DE19806308A1 (de) * 1998-02-16 1999-08-26 Siemens Ag Gassensor zur Sauerstoffmessung mit Verwendung und Meßverfahren

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03006977A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20040213702A1 (en) 2004-10-28
DE10133466B4 (de) 2007-10-11
WO2003006977A2 (de) 2003-01-23
DE10133466A1 (de) 2003-01-30
WO2003006977A3 (de) 2003-04-03
JP2004534253A (ja) 2004-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60130288T2 (de) NOx Sensor
DE3019072C2 (de) Vorrichtung zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in Verbrennungsgasen
DE19827927C2 (de) Gassensor
EP0613555B1 (de) Planare polarographische sonde zur bestimmung des lambda-wertes von gasgemischen
DE4334672C2 (de) Sensor zum Nachweis von Stickoxid
EP1166096B1 (de) Elektrochemischer gassensor
DE3022282C2 (de) Vorrichtung zur Bestimmung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses
EP0801740B1 (de) Elektrochemischer messfühler und verfahren zur herstellung eines elektrochemischen messfühlers
DE10247144A1 (de) Gasdetektorelement und diese enthaltendes Gasdetektorgerät
DE10133466B4 (de) Schichtverbund und mikromechanisches Sensorelement, insbesondere Gassensorelement, mit diesem Schichtverbund
DE19852247A1 (de) Stickstoffoxid-Sensor, sowie Stickstoffoxid-Umwandlungsvorrichtung
DE19929625A1 (de) Stickoxidgassensor
EP2130025A2 (de) Sensorelement zur bestimmung von partikeln in einem messgas
EP0007621B1 (de) Sauerstoffsensor
DE19955125A1 (de) Gassensor und Verfahren zur Messung der Konzentration eines bestimmten Gases
DE102016222432A1 (de) Gas-Sensor, Verfahren zur Herstellung von leitenden Pasten und Verfahren zur Herstellung von Gassensoren
DE19623212A1 (de) Sensor zur Bestimmung der Konzentration oxidierbarer Bestandteile in einem Gasgemisch
EP1110079B1 (de) Elektrochemischer gassensor und verfahren zur bestimmung von gaskomponenten
DE19826309B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines NOx-Sensors
DE4401749B4 (de) Sauerstoffkonzentrationssensor
DE19963008B4 (de) Sensorelement eines Gassensors zur Bestimmung von Gaskomponenten
DE3816460C2 (de) Einrichtung zum Erfassen eines Treibstoff-Luft-Mischungsverhältnisses
DE19649366C2 (de) Mikrosensor zur Flüssigkeitsanalyse, insbesondere von Alkohol-Benzin-Gemischen
DE2354149A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur elektrochemischen gasfeststellung
DE3239850C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20040128

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: PARAGON AG

17Q First examination report despatched

Effective date: 20070416

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20100104