JP5130398B2 - Gas component concentration measuring apparatus and concentration measuring method - Google Patents

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Description

本発明は、測定ガス域内のガスの少なくとも１つの特性を測定するためのセンサ要素に関する。ここで、少なくとも１つの特性は、ガスの物理的及び化学的な特性であり、特にガスの組成を意味している。センサ要素は例えば、ガス、例えば内燃機関の排ガス内の特定のガス成分の濃度及び／又は分圧を測定するため、若しくはガス成分を質的及び／又は量的に検出するために用いられる。ガス成分の代わりに、若しくはガス成分に加えて、他の種類の分析物を検出することができ、例えば他のガス状の凝集状態の分析物、例えば流動性の分析物及び／又は分析粒子を検出することができる。   The present invention relates to a sensor element for measuring at least one characteristic of a gas in a measurement gas region. Here, at least one characteristic is a physical and chemical characteristic of the gas, and in particular means the composition of the gas. The sensor element is used, for example, to measure the concentration and / or partial pressure of a specific gas component in a gas, for example the exhaust gas of an internal combustion engine, or to detect a gas component qualitatively and / or quantitatively. Other types of analytes can be detected instead of or in addition to the gas component, eg other gaseous agglomerated analytes such as flowable analytes and / or analytical particles. Can be detected.

公知技術から、前記種類の多くのセンサ要素（センサエレメント）が知られている。本発明は、主として半導体・センサ要素に係るものの、これに限定されるものではない。特にガスの少なくとも１つのガス成分の質的及び／又は量的な検出のための半導体・センサ要素は、一般的に次の原理に基づいており、つまり、半導体構成要素の電気的な特性は、特定の条件下では、特定のセンサ面（作用面）と特定の物質との接触に基づき測定可能に変化している。検出すべき物質、つまり検出すべきガス成分は、センサ要素と種々に相互作用し、つまり、例えば吸着及び／又は化学吸着若しくは化学反応、或いは別の作用によって、センサ要素、例えば半導体構成要素のセンサ面と相互作用するものである。このような相互作用は、センサ面を、該センサ面が検出すべき分析物若しくは少なくとも１つのガス成分と特別に相互作用するように、形成することにより、意図的に促進される。   Many known sensor elements (sensor elements) of the aforementioned kind are known from the known art. The present invention mainly relates to semiconductor / sensor elements, but is not limited thereto. In particular, semiconductor sensor elements for the qualitative and / or quantitative detection of at least one gas component of a gas are generally based on the following principle: the electrical properties of the semiconductor components are: Under specific conditions, the measurement changes based on contact between a specific sensor surface (working surface) and a specific substance. The substance to be detected, i.e. the gas component to be detected, interacts with the sensor element in various ways, i.e. by means of, for example, adsorption and / or chemisorption or chemical reaction, or another action, sensor element, e.g. sensor of a semiconductor component. It interacts with the surface. Such interaction is intentionally facilitated by forming the sensor surface such that the sensor surface specifically interacts with the analyte to be detected or at least one gas component.

ガス成分の検出のための前記種類のセンサ要素は、一例として、化学的な電界効果トランジスタ若しくはChemFETsとも呼ばれる電界効果トランジスタをベースにしたセンサ要素である。化学的な電界効果トランジスタは、化学的なセンサとして働くものであり、MOSFETに類似して構成されていてよい電界効果トランジスタである。この場合に、電界効果トランジスタのゲート・電極は、通常は完全に若しくは部分的にセンサ面によって形成されており、ゲート・電極でのチャージは、化学的なプロセス若しくは物理・化学的なプロセスによって行われる。この種のChemFETsは、液体や気体内の原子、分子若しくはイオンを質的及び／又は量的に検出するために用いられるものである。「ガス」なる記載は、以下において、本来の意味でのガス状の媒体又は気体の他に、他の流動性の媒体、例えば、液体の意味でも用いられるものである。   A sensor element of the kind for detection of gas components is, for example, a sensor element based on field effect transistors, also called chemical field effect transistors or ChemFETs. A chemical field effect transistor is a field effect transistor that acts as a chemical sensor and may be configured similar to a MOSFET. In this case, the gate electrode of the field effect transistor is usually completely or partially formed by the sensor surface, and the charge at the gate electrode is performed by a chemical process or a physical / chemical process. Is called. This type of ChemFETs is used to qualitatively and / or quantitatively detect atoms, molecules or ions in a liquid or gas. In the following description, the term “gas” is used in the meaning of another fluid medium such as a liquid in addition to a gaseous medium or gas in the original sense.

化学的な電界効果トランジスタは、例えば特殊なゲート・被覆を備えており、該ゲート・被覆は、本来のセンサ面を形成していて、検出の化学選択性を高めるものである。例えばガス分子は、ゲート・被覆に吸着され、若しくは化学吸着され、或いはゲート・被覆と反応して、電界効果トランジスタのゲート・領域内の電荷担体厚さを変化させることになる。これによって、電界効果トランジスタの、ガスの濃度の信号として評価されるべき特性が変化される。この種の化学的な電界効果トランジスタは、独国特許出願公開第２６１０５３０号明細書に記載してあり、該記載内容は、化学的な電界効果トランジスタの構成の理解のために役立つものである。それぞれ特殊なゲート・被覆を有する化学的な電界効果トランジスタのアレーは、ガス成分の種類によって異なるものである。   A chemical field effect transistor has, for example, a special gate / coating, which forms the original sensor surface and enhances the chemical selectivity of detection. For example, gas molecules may be adsorbed to the gate coating, or chemisorbed, or react with the gate coating to change the thickness of the charge carriers in the gate region of the field effect transistor. This changes the characteristics of the field effect transistor to be evaluated as a gas concentration signal. A chemical field effect transistor of this kind is described in German Offenlegungsschrift 2 610 530, which is useful for understanding the structure of a chemical field effect transistor. The array of chemical field-effect transistors, each having a special gate and coating, varies with the type of gas component.

化学的な電界効果トランジスタは、原理的に自動車分野にも用いられるものである。特に、NO、NO2 、NH3 、炭化水素のための排ガスセンサとしての使用が考えられる。しかしながら、公知の化学的な電界効果トランジスタを自動車分野の排ガスセンサとして使用する場合には、耐熱性や機械的な耐久性に関する高い要求を満たさなければならないという問題がある。特に排ガスセンサは、高い熱負荷にさらされるものであり、排ガスに含まれる粒子による機械的な負荷も著しいものである。センサ面若しくは測定面又は検出面を有する従来のセンサ要素は、前記要求に対応して構成されているものではない。 Chemical field effect transistors are used in principle in the automotive field. In particular, it can be used as an exhaust gas sensor for NO, NO 2 , NH 3 , hydrocarbons. However, when a known chemical field effect transistor is used as an exhaust gas sensor in the automotive field, there is a problem that high requirements regarding heat resistance and mechanical durability must be satisfied. In particular, the exhaust gas sensor is exposed to a high heat load, and the mechanical load due to particles contained in the exhaust gas is also remarkable. Conventional sensor elements having a sensor surface or measurement surface or detection surface are not configured in response to the above requirements.

本発明は、自動車分野においてセンサ要素に課せられる耐熱要求が、高熱用半導体材料、例えば炭化ケイ素(SiC )及び／又は窒化ガリウム(GaN )によって満たされるものであるという知見に基づいている。しかしながら、本来のセンサ面は、特に化学的な電界効果トランジスタにおいて、ゲート・電極であり、重要な部位である。従って、一面において、本来のセンサ本体、つまり半導体チップを、その電気的な接触部を含めて、排ガスによる不都合な影響、例えば摩耗や汚染に対して機械的に確実に保護し、かつ他面において、センサ面への妨げられることのないガス供給を可能にし、ひいては測定能を維持するというコンセプトが必要である。   The invention is based on the finding that the heat resistance requirements imposed on sensor elements in the automotive field are satisfied by high heat semiconductor materials such as silicon carbide (SiC) and / or gallium nitride (GaN). However, the original sensor surface is an important part of the gate electrode, particularly in a chemical field effect transistor. Therefore, on one side, the original sensor body, that is, the semiconductor chip, including its electrical contacts, is mechanically reliably protected against adverse effects due to exhaust gases, such as wear and contamination, and on the other side. There is a need for the concept of enabling unimpeded gas supply to the sensor surface and thus maintaining measurement capability.

前記基本的な課題は、本発明によれば、少なくとも二層の構造を有する被覆により解決される。被覆のこのような少なくとも二層の構造において、機械的な保護の機能と電気的な絶縁の機能とは、互いに機能的に分離されている。   The basic problem is solved according to the invention by a coating having a structure of at least two layers. In such an at least two-layer structure of the coating, the mechanical protection function and the electrical insulation function are functionally separated from each other.

前記被覆を用いて形成されるセンサ要素は、特に、測定ガス域内のガスの少なくとも１つのガス成分の検出のために用いられるものである。特に、センサ要素は自動車分野に、特に内燃機関の排気系の排ガスのために用いられるものである。   The sensor element formed using the coating is used in particular for the detection of at least one gas component of the gas in the measurement gas region. In particular, the sensor element is used in the automotive field, in particular for exhaust gases of the exhaust system of internal combustion engines.

センサ要素は、測定ガス域からアクセス可能な少なくとも１つのセンサ面を備えたセンサ本体を有している。センサ面は、該センサ面によりガスの少なくとも１つのガス成分を検出できるように形成されているものである。特に、センサ面によって、測定ガス域内の少なくとも１つのガス成分を選択して質的及び／又は量的に検出するようになっている。この目的のために、センサ面は、実施形態では、無機質の半導体材料の半導体表面を含んでおり、該半導体表面は、必要に応じて追加的に、検出被覆を備え、例えば特定のガス成分の検出の選択性を高めるための検出被覆を備えていてよいものである。例えば実施形態では、センサ面は、トランジスタ要素若しくは電界効果トランジスタの１つのゲート・面を含んでいる。有利には、センサ面は、センサ本体の外側の表面に配置され、例えば無機質の半導体層構造、特に半導体チップの外側の表面に配置されている。   The sensor element has a sensor body with at least one sensor surface accessible from the measurement gas region. The sensor surface is formed so that at least one gas component of the gas can be detected by the sensor surface. In particular, at least one gas component in the measurement gas region is selected and detected qualitatively and / or quantitatively by the sensor surface. For this purpose, the sensor surface, in an embodiment, comprises a semiconductor surface of an inorganic semiconductor material, the semiconductor surface additionally comprising a detection coating, if necessary, for example of a specific gas component. A detection coating may be provided to increase the detection selectivity. For example, in an embodiment, the sensor surface includes one gate plane of a transistor element or field effect transistor. The sensor surface is advantageously arranged on the outer surface of the sensor body, for example an inorganic semiconductor layer structure, in particular on the outer surface of the semiconductor chip.

更に本発明によれば、センサ要素は、センサ本体に施されていて全体的に電気絶縁性の特性を有し、かつ前記課題を解決する１つの被覆を含んでいる。   Further in accordance with the present invention, the sensor element includes a coating that is applied to the sensor body, has an overall electrically insulating property, and solves the problems.

本発明による被覆は、第１のほぼガス密の少なくとも１つの層及び第２のガス透過性の少なくとも１つの層を有している。この場合に、センサ面は、第１の層によっては実質的にほとんど被われていないのに対して、第２の層によってはほぼ完全に被われている。有利には、層形成は次の順序で行われ、つまり、センサ本体は、まずガス密の第１の層によって被覆され、次いでガス透過性の第２の層によって被覆される。しかしながら、原理的には別の順序も考えられ、例えば考えられる１つの実施形態では、センサ本体は、まずガス透過性の第２の層で被われ、次いでガス密の第１の層で被われる。更に追加的な層を設けることも可能である。「実質的にほとんど被われていない」なる記載は、センサ面の、十分なセンサ信号を得るのに適した少なくとも１つの領域が被われないままであることを意味し、有利には、センサ面の８０％以上の領域を意味している。「ほぼ完全に被われている」なる記載は、有利にはセンサ面の９５％以上を意味し、特に有利には、全センサ面を被うことを意味している。   The coating according to the invention has a first substantially gas tight at least one layer and a second gas permeable at least one layer. In this case, the sensor surface is substantially completely covered by the first layer, while being almost completely covered by the second layer. Advantageously, the layer formation takes place in the following order: the sensor body is first covered by a gas-tight first layer and then by a gas-permeable second layer. However, in principle other orders are also conceivable, for example in one possible embodiment the sensor body is first covered with a gas permeable second layer and then with a gas tight first layer. . It is also possible to provide additional layers. The description “substantially barely covered” means that at least one region of the sensor surface suitable for obtaining a sufficient sensor signal remains uncovered, and advantageously the sensor surface Of 80% or more. The description “substantially completely covered” preferably means more than 95% of the sensor surface, and particularly preferably means that the entire sensor surface is covered.

被覆は、全体的に電気絶縁性の特性を有するようになっており、実施形態では、第１の層及び／又は第２の層が電気絶縁性の特性を有していてよい。「ほぼガス密」なる記載は、測定ガス域内のガスが、センサ面の外側ではセンサ本体からほぼ完全に遠ざけられていることを意味している。特に、半導体チップから成るセンサ本体の電気的な接触部、つまり接点や供給通路は、第１の層によって被われ、有利には第２の層によっても被われていてよい。この場合に、第１の層は、厚い排ガスが、センサ本体の接点及び他の領域を化学的及び／又は物理的に、特に化学的及び／又は機械的に損傷してしまうことを防止するようになっている。ガス透過性の第２の層は、実施形態では多孔質の層として形成されており、該多孔質の層は、ガスに対してわずかな流れ抵抗を発生させるものの、測定ガス域からセンサ面へのガスの供給を可能にするものである。   The coating generally has electrical insulating properties, and in embodiments, the first layer and / or the second layer may have electrical insulating properties. The description “substantially gas tight” means that the gas in the measurement gas region is almost completely away from the sensor body outside the sensor surface. In particular, the electrical contacts of the sensor body made of a semiconductor chip, i.e. the contacts and the supply channel, are covered by the first layer, and may also be covered by the second layer. In this case, the first layer prevents the thick exhaust gas from chemically and / or physically damaging the contacts and other areas of the sensor body, in particular chemically and / or mechanically. It has become. In the embodiment, the gas permeable second layer is formed as a porous layer, and the porous layer generates a slight flow resistance against the gas, but from the measurement gas region to the sensor surface. The gas can be supplied.

センサ要素は、前に述べてあるように、特に半導体センサ要素を含んでいてよく、有利には、所定の半導体材料を有する半導体センサ要素を含んでいてよく、所定の半導体材料は、炭化ケイ素及び／又は窒化ガリウムを含んでいる。前に述べてあるように、センサ要素は、特に１つの電界効果トランジスタを含んでいてよく、若しくは電界効果トランジスタをベースとするセンサ要素を含んでいてよく、有利には化学的な電界効果トランジスタを含んでいてよい。   The sensor element may in particular comprise a semiconductor sensor element, as described above, and advantageously comprises a semiconductor sensor element having a predetermined semiconductor material, the predetermined semiconductor material comprising silicon carbide and And / or gallium nitride. As previously mentioned, the sensor element may in particular comprise one field effect transistor or may comprise a sensor element based on a field effect transistor, preferably a chemical field effect transistor. May contain.

第１の少なくとも１つの層は、次に挙げる材料のうちの少なくとも１つを有し、つまり、誘電物質、特に無機質の誘電物質、つまりガラス、特に低温溶融性のガラス、特に溶融温度が４００℃〜８００℃の領域の溶融範囲に、特に５５０℃〜６５０℃の領域の溶融範囲にあるガラス、若しくはセラミック材料、或いはガラス及びセラミックの混合物のうちの少なくとも１つを有している。第１の層は、有利には０．１μｍ〜１０μｍの層厚さ、特に０．５μｍ〜３μｍの範囲の層厚さを有している。例えばガラス及び／又は電気絶縁性のセラミック材料から成る第１の密な層は、本来のChemFET・ゲートを除いて、高熱用半導体チップを被うために用いられるものである。   The first at least one layer comprises at least one of the following materials: a dielectric material, in particular an inorganic dielectric material, ie glass, in particular a low-melting glass, in particular a melting temperature of 400 ° C. It has at least one of a glass or ceramic material, or a mixture of glass and ceramic, in the melting range in the region of ~ 800 ° C, in particular in the melting range of the region of 550 ° C to 650 ° C. The first layer preferably has a layer thickness of 0.1 μm to 10 μm, in particular a layer thickness in the range of 0.5 μm to 3 μm. For example, a first dense layer of glass and / or electrically insulating ceramic material is used to cover the high temperature semiconductor chip except for the original ChemFET gate.

有利には第１の層の下側に位置する第２の少なくとも１つの層は、多孔質の絶縁性の材料を含んでいてよく、ゲート若しくはセンサ面を機械的な作用に対して保護すると共に、ゲート若しくはセンサ面へのガスの供給を可能にするために用いられるものである。このために、第２の層は、ほぼ耐摩耗性でかつ多孔質の材料、特に多孔質のセラミック材料、有利には酸化アルミニウム又はAl2O3 を有している。第２の層は、気密に関する要求が課せられるものではなく、逆に第２の層を介したガスの通過が可能にされねばならず、有利な実施形態では、第１の層よりも著しく厚く形成されていて、機械的な要求を満たし、かつセンサ要素、特にセンサ面を機械的な作用に対して保護すると共に、ガスの通過を可能にするものである。特に有利には、第２の層は、１０μｍ〜５００μｍの範囲の厚さ、特に２０μｍ〜３００μｍの範囲の厚さを有している。 The second at least one layer, which is advantageously located below the first layer, may comprise a porous insulating material, protecting the gate or sensor surface against mechanical action and , Used to enable gas supply to the gate or sensor surface. For this purpose, the second layer comprises a substantially wear-resistant and porous material, in particular a porous ceramic material, preferably aluminum oxide or Al 2 O 3 . The second layer is not subject to airtight requirements, and conversely must allow gas to pass through the second layer, and in an advantageous embodiment is significantly thicker than the first layer. It is formed to meet the mechanical requirements and to protect the sensor element, in particular the sensor surface, against mechanical action and allow the passage of gas. Particularly advantageously, the second layer has a thickness in the range of 10 μm to 500 μm, in particular in the range of 20 μm to 300 μm.

本発明により形成されるセンサ要素は、特に有利には内燃機関の排ガス系内の少なくとも１つのガス成分の濃度を測定するために用いられる。特に有利には、本発明の前述の形態に係るセンサ要素は、次に挙げる物質のうちの少なくとも１つ、つまり、NO、NO2 、NH3 、炭化水素のうちの少なくとも１つの選択的な測定（すなわち、質的及び／又は量的な検出）のために用いられる。本発明の特別な利点、特に本発明により形成されるセンサ要素の特別な利点は、被覆の二層の構成により得られ、被覆の二層の構成は、センサ面若しくはゲート・電極の外側でセンサ要素のチップ全体を排ガス成分に対して、つまり腐食に対して保護するようになっている。密な第１の層は、確立したプロセスを用いて、例えば印刷プロセス若しくはスプレープロセスを用いて、或いは追加的に行われるリソグラフィック式のパターニング法を用いてパターン成形される。更に、第２の多孔質の比較的厚い層は、それ自体パターン化されることなく、センサ要素を、機械的に、例えば排ガス内に含まれる固体粒子による摩耗に対して保護するものである。 The sensor element formed according to the invention is particularly preferably used for measuring the concentration of at least one gas component in the exhaust system of an internal combustion engine. Particularly advantageously, the sensor element according to the above-described form of the invention is a selective measurement of at least one of the following substances: NO, NO 2 , NH 3 , hydrocarbons. (Ie, qualitative and / or quantitative detection). The special advantages of the present invention, in particular the special advantages of the sensor element formed according to the present invention, are obtained by a two-layer construction of the coating, which consists of a sensor surface or outside the gate electrode. The entire chip of the element is protected against exhaust gas components, ie against corrosion. The dense first layer is patterned using an established process, for example using a printing or spraying process, or using an additional lithographic patterning method. Furthermore, the second porous relatively thick layer protects the sensor element mechanically, for example against wear by solid particles contained in the exhaust gas, without itself being patterned.

更に、本発明は、センサ要素の製造のための方法、特に、本発明の前述の態様の少なくとも１つに係るセンサ要素の製造のための方法にも関するものである。センサ要素は、測定ガス域からアクセス可能な少なくとも１つのセンサ面を備えたセンサ本体を有しており、電気絶縁性の被覆がセンサ本体上に施されている。センサ要素の本発明による製造のための方法は、次に挙げる工程を有し、しかしながら記載の順序に限定されるものではなく、
ａ）第１のほぼガス密の少なくとも１つの層を、センサ本体上に施し、該工程においてセンサ面は、第１の層によって実質的にほとんど被われず、
ｂ）第２のガス透過性の少なくとも１つの層を、センサ本体上に施し、該工程においてセンサ面は、第２の層によってほぼ完全に被われる。 The invention further relates to a method for the manufacture of a sensor element, in particular a method for the manufacture of a sensor element according to at least one of the aforementioned aspects of the invention. The sensor element has a sensor body with at least one sensor surface accessible from the measurement gas region, and an electrically insulating coating is applied on the sensor body. The method for the manufacture of the sensor element according to the invention comprises the following steps, but is not limited to the order described:
a) applying at least one first substantially gas tight layer on the sensor body, wherein the sensor surface is substantially uncovered by the first layer;
b) A second gas permeable at least one layer is applied on the sensor body, in which the sensor surface is almost completely covered by the second layer.

被覆は、第１及び第２の層の他に、別の層を含んでいてよい。しかしながら、前記二層の構成が特に有利である。   The coating may include other layers in addition to the first and second layers. However, the two-layer configuration is particularly advantageous.

工程（ａ）及び（ｂ）のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのベース材料をセンサ本体上に施すための少なくとも１つの第１の部分工程、及びベース材料を第１の層若しくは第２の層へ変成するための少なくとも１つの熱作用式の硬化工程若しくは熱処理工程を含んでいる。実施形態では、ベース材料は、第１若しくは第２の層の本来の材料を含んでいて、例えば結合剤、溶剤若しくは類似のものと混合されており、結合剤や溶剤は後続の熱作用式の硬化工程で除去される。更に、前記実施形態とは異なり、或いは熱作用式の硬化工程において追加的に、ベース材料の焼結、溶融若しくは類似の均質化処理を行って、第１の層若しくは第２の層を形成することができる。   At least one of steps (a) and (b) includes at least one first sub-step for applying at least one base material on the sensor body, and applying the base material to the first layer or the second layer. It includes at least one heat-acting curing or heat treatment step for transformation into a layer. In an embodiment, the base material comprises the original material of the first or second layer, for example mixed with a binder, solvent or the like, the binder or solvent being of the subsequent thermal action type. It is removed in the curing process. Further, unlike the above-described embodiment, or additionally in the heat-acting curing process, the base material is sintered, melted or similar homogenized to form the first layer or the second layer. be able to.

工程（ａ）において、第１の層の形成のために、少なくとも１つのパターン成形可能な塗布法を用いて、これにより特にセンサ面の被覆を避けることができる。このような構成により、つまりパターン成形可能な塗布法を用いることにより、第１の層を後でセンサ面から除去するというような作業が省略される。しかしながら、後からの除去は、別の実施形態として、或いは追加的に（例えばリソグラフィック式のパターニング法によって）可能である。特に有利には、パターン成形可能な塗布法はプリント法又は印刷法を含み、特にパッド印刷法若しくはインジェクター法を含んでいる。異なる実施形態として、或いは追加的にディスペンサー法を用いることができ、つまり、流動性及び／又はエーロゾル状の材料を分配装置によってセンサ本体上に施すことができる。このために、例えば分配ニードル若しくは分配カニューレを用いることができる。異なる実施形態として、或いは追加的に、パターン成形可能な塗布法としてスプルー法を用いることができ、スプルー法は塗料はけ法に類似するものである。更に、異なる実施形態として、或いは追加的に、被覆しないままにしておく面、特にセンサ面を塗布に対して保護するために、マスクを用いることができる。パターン成形可能な塗布法は、特に、第１の層の形成のための少なくとも１つのベース部材を塗布するために、つまり例えば、後で熱作用式の硬化工程により本来の第１の層の形成のための先駆物質を塗布するために用いられる。   In step (a), at least one patternable application method is used for the formation of the first layer, so that in particular the coating of the sensor surface can be avoided. By such a configuration, that is, by using a pattern forming coating method, the work of removing the first layer from the sensor surface later is omitted. However, later removal is possible as another embodiment or additionally (eg by lithographic patterning). Particularly advantageously, the patternable application method comprises a printing method or a printing method, in particular a pad printing method or an injector method. As a different embodiment or in addition, a dispenser method can be used, i.e. a flowable and / or aerosol-like material can be applied onto the sensor body by means of a dispensing device. For this purpose, for example, a dispensing needle or a dispensing cannula can be used. As a different embodiment or in addition, the sprue method can be used as a patternable application method, which is similar to the paint brushing method. Furthermore, as a different embodiment, or additionally, a mask can be used to protect the surfaces that remain uncoated, in particular the sensor surface, against application. The patternable application method is particularly suitable for applying at least one base member for the formation of the first layer, i.e. the formation of the original first layer, for example by means of a later heat-acting curing process. Used to apply precursors for.

第２の層は、前に述べてあるように、必ずしもパターン化される必要がなく、有利には第１の層よりも大きな厚さを有していて、塗布率の高い別の方法で行われてよい。特に有利には、第２の層の塗布のための工程（ｂ）において少なくとも１つのスプレー法が用いられる。種々のスプレー法が、特に第２の耐摩耗性の厚い層を形成するために考えられて、有利に用いられる。特に有利には、セラミック製の多孔質の層、例えばAl2O3 層を高い塗布率で成形できるプラズマスプレープロセスが用いられる。工程（ａ）のためにも、つまり第１の層の形成のためにも、原理的にスプレー法、特にプラズマスプレー法を用いることができる。第１の層の形成のために、例えばサスペンションプラズマスプレー法を用いることができる。この場合に、プラズマジェットに対するセンサ本体の巧みな案内により、パターンを得ることができる。更に、ガス密な第１の層の塗布成形において、パラメータは、第１の層の高いシール性、特にガス密性若しくは気密性を保証するように選ばれ、このようなシール性は、例えば、プラズマ内での相応に長い滞留時間による粒子の完全な溶融に基づき、かつプラズマ法の素材のための適切な粒子サイズの選択に基づき達成される。 The second layer does not necessarily have to be patterned, as previously mentioned, and preferably has a greater thickness than the first layer and is performed in a different manner with a higher application rate. You may be broken. Particularly advantageously, at least one spraying method is used in step (b) for the application of the second layer. Various spraying methods are particularly contemplated and advantageously used to form the second wear-resistant thick layer. Particular preference is given to using a plasma spray process that can form a ceramic porous layer, for example an Al 2 O 3 layer, at a high application rate. In principle, the spray method, in particular the plasma spray method, can also be used for step (a), ie for the formation of the first layer. For the formation of the first layer, for example, a suspension plasma spray method can be used. In this case, the pattern can be obtained by skillful guidance of the sensor body with respect to the plasma jet. Furthermore, in the application molding of the gas-tight first layer, the parameters are chosen to ensure a high sealing performance, in particular gas-tightness or gas-tightness of the first layer, such sealing properties being, for example, This is achieved on the basis of complete melting of the particles with a correspondingly long residence time in the plasma and on the selection of an appropriate particle size for the plasma process material.

次に、本発明を図示の実施形態に基づき詳細に説明する。   Next, the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.

公知技術に基づく未被覆のセンサ要素を示す図である。FIG. 3 shows an uncoated sensor element according to the known art. 本発明に係る被覆されたセンサ要素を示す図である。FIG. 2 shows a coated sensor element according to the invention.

図１には、公知技術による構成のセンサ要素１１０が示されている。センサ要素１１０の各構成部分の詳細な構造及び機能は、例えば独国特許出願公開第２６１０５３０号明細書に記載してある。   FIG. 1 shows a sensor element 110 configured according to the prior art. The detailed structure and function of each component of the sensor element 110 is described, for example, in German Offenlegungsschrift 2,610,530.

センサ要素１１０は、図示の例では化学的な電界効果トランジスタ１１２を有している。該化学的な電界効果トランジスタは、例えば互いに異なる複数のガス成分を同時に検出するために、化学的な電界効果トランジスタ１１２のアレーの形で複数設けられていてよいものである。センサ要素１１０は、図１に概略的に示す測定ガス域１１４内のガスの１つ若しくは複数のガス成分の質的及び／又は量的な検出のために用いられるものである。測定ガス域１１４は、例えば内燃機関の排ガス通路である。   The sensor element 110 includes a chemical field effect transistor 112 in the illustrated example. A plurality of the chemical field effect transistors may be provided in the form of an array of chemical field effect transistors 112, for example, to simultaneously detect a plurality of different gas components. The sensor element 110 is used for qualitative and / or quantitative detection of one or more gas components of the gas in the measurement gas region 114 shown schematically in FIG. The measurement gas region 114 is, for example, an exhaust gas passage of an internal combustion engine.

センサ要素１１０は、図１に示す例では支持基板１１６を含んでいる。支持基板１１６は、例えば半導体材料、例えば半導体チップを含んでいて、かつ更に電気的な供給路（導入路）又はリード線、接点パッド若しくは類似のものを含んでいてよい。本来の化学的な電界効果トランジスタ１１２は、支持基板１１６上に取り付けられ、或いは完全に若しくは部分的に支持基板１１６内に組み込まれている。   The sensor element 110 includes a support substrate 116 in the example shown in FIG. The support substrate 116 includes, for example, a semiconductor material, such as a semiconductor chip, and may further include electrical supply paths (introduction paths) or lead wires, contact pads, or the like. The native chemical field effect transistor 112 is mounted on the support substrate 116 or is fully or partially incorporated within the support substrate 116.

化学的な電界効果トランジスタ１１２は、センサ本体１１８を含んでおり、該センサ本体は、半導体材料として完全に若しくは部分的にSiC 若しくはGaN を含んでいてよく、また必要に応じて種々のドーピングを含んでいてよい。センサ本体１１８は、例えば半導体チップとして形成されていてよいものである。センサ本体１１８は、ソース・領域１２０及びドレーン・領域１２２を含んでおり、該ソース・領域及びドレーン・領域は例えば、センサ本体１１８の適切なドーピングによって、例えば領域１２０，１２２のｎ・ドープによって形成されるのに対して、センサ本体１１８の残りの領域はｐ・ドープによって形成されていてよい。ソース・領域１２０及びドレーン・領域１２２は、対応する電極接点１２４，１２６に接続され、かつ電気的な供給路１２８，１３０を介して制御されるようになっている。   The chemical field effect transistor 112 includes a sensor body 118, which may include SiC or GaN as a semiconductor material, either completely or partially, and optionally with various dopings. You can leave. The sensor body 118 may be formed as a semiconductor chip, for example. The sensor body 118 includes a source region 120 and a drain region 122 that are formed, for example, by appropriate doping of the sensor body 118, for example, by n-doping of the regions 120, 122. In contrast, the remaining region of the sensor body 118 may be formed by p-doping. The source / region 120 and the drain / region 122 are connected to the corresponding electrode contacts 124, 126 and are controlled via the electrical supply paths 128, 130.

ソース・領域１２０とドレーン・領域１２２との間で、センサ本体１１８内に輸送チャンネル１３２を形成してある。輸送チャンネル１３２の形状又は伸長及び電気的な特性、ひいてはソース・領域１２０とドレーン・領域１２２との間の輸送流若しくは移送流は、通常の電界効果トランジスタにおいてはゲート・電極１３４によって制御されるようになっている。ゲート・電極１３４の機能は、化学的な電界効果トランジスタ１１２においては、酸化物質から成る金属電極を介して生ぜしめられるのではなく、センサ本体１１８の、ソース・領域１２０とドレーン・領域１２２との間の表面１３６を介して生ぜしめられるようになっており、該表面は一般的にセンサ被覆１３８を備えている。センサ被覆１３８は、ガス分子、若しくは検出すべき別の分析物を選択的に吸着し、若しくは吸収し、若しくは化学吸収するため、或いは分析物を化学反応させるために用いられる。測定ガス域１１４内における検出すべき分析物、例えば検出すべきガス成分のガス分子の存在により、ゲート・電極１３４の電気的な特性、ひいては輸送チャンネル１３２の位置、伸長及び電気的な特性が規定されることになる。つまり、ソース・領域１２０とドレーン・領域１２２との間の輸送流は、検出すべき分析物が存在しているか否かによって影響を受けることになる。ソース・領域１２０とドレーン・領域１２２との間の表面１３６が、或いはセンサ被覆１３８を設けてある場合には、該センサ被覆１３８の、測定ガス域１１４に向いた表面が、センサ面１４０を成しており、該センサ面において、検出すべき分析物が吸着され、若しくは吸収され、若しくは化学吸着され、或いは、該センサ面と検出すべき分析物が化学反応するようになっている。   A transport channel 132 is formed in the sensor body 118 between the source region 120 and the drain region 122. The shape or extension and electrical characteristics of the transport channel 132, and thus the transport or transport flow between the source region 120 and the drain region 122, is controlled by the gate electrode 134 in a conventional field effect transistor. It has become. The function of the gate electrode 134 is not generated in the chemical field effect transistor 112 through a metal electrode made of an oxidant, but the source region 120 and the drain region 122 of the sensor body 118. The surface is generally provided with a sensor coating 138. The sensor coating 138 is used to selectively adsorb, absorb, or chemically absorb gas molecules, or another analyte to be detected, or to chemically react the analyte. The presence of the analyte to be detected in the measurement gas zone 114, for example the gas molecules of the gas component to be detected, defines the electrical properties of the gate electrode 134 and thus the position, extension and electrical properties of the transport channel 132. Will be. In other words, the transport flow between the source region 120 and the drain region 122 will be affected by whether there is an analyte to be detected. If the surface 136 between the source region 120 and the drain region 122 is provided, or the sensor coating 138 is provided, the surface of the sensor coating 138 facing the measurement gas region 114 forms the sensor surface 140. On the sensor surface, the analyte to be detected is adsorbed, absorbed, or chemisorbed, or the sensor surface and the analyte to be detected are chemically reacted.

図１に示してあるセンサ要素１１０は、特に電極接点１２４，１２６、電気的な供給路１２８，１３０及びセンサ本体１１８の他の構成部分が、測定ガス域１１４内の腐食作用のあるガスによって損傷されてしまうという欠点を有している。更に、センサ要素１１０の表面全体が、該センサ要素１１０の表面に沿って流れるガス内の粒子によって、例えば機械的に損傷されてしまうことになる。このような問題の解決のために、図２に、本発明の実施形態のセンサ要素１１０を示してある。センサ要素１１０は、図１に示すセンサ要素の構成とほぼ同様の構成を有している。   The sensor element 110 shown in FIG. 1 is damaged particularly by the corrosive gas in the measuring gas region 114 in which the electrode contacts 124, 126, the electrical supply paths 128, 130 and other components of the sensor body 118 are Has the disadvantage of being. Furthermore, the entire surface of the sensor element 110 will be damaged, for example mechanically, by particles in the gas flowing along the surface of the sensor element 110. In order to solve such a problem, FIG. 2 shows a sensor element 110 according to an embodiment of the present invention. The sensor element 110 has substantially the same configuration as that of the sensor element shown in FIG.

図１に示す公知技術のセンサ要素に対して異なる点として、図２に示す本発明の実施形態のセンサ要素１１０は、被覆１４２を有しており、該被覆は、全体的に電気絶縁特性を有している。被覆１４２は、図示の実施形態では、有利な形態として化学的な電界効果トランジスタ１１２を全体的に被っており、つまり、一緒に電極接点１２４，１２６も被い、かつ電気的な通路１２８，１３０の少なくとも一部分も被っている。被覆１４２は、本発明によれば、個別の少なくとも２つの層、つまり、第１の層１４４及び第２の層１４６を有している。第１の層１４４は、センサ面１４０を除いて、化学的な電界効果トランジスタ１１２をほぼ完全に被っており、センサ面１４０は、第１の層からは完全に解放されており、つまり第１の層によっては被われていない。第１の層１４４は、ほぼガス密であり、従って、測定ガス域１１４から化学的な電界効果トランジスタ１１２の損傷しやすい領域、例えば電極接点１２４，１２６及び電気的な供給路１２８，１３０内へのガスの浸入を阻止している。このような構成により、損傷しやすい電極接点１２４，１２６及び／又は電気的な供給路１２８，１３０の腐食が少なくともほぼ避けられるようになっている。   In contrast to the known sensor element shown in FIG. 1, the sensor element 110 of the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 has a coating 142, which generally exhibits electrical insulation properties. Have. The coating 142 in the illustrated embodiment advantageously covers the chemical field effect transistor 112 in its entirety, i.e. it also covers the electrode contacts 124, 126 together and the electrical passages 128, 130. At least a part of it. The coating 142, according to the present invention, has at least two separate layers: a first layer 144 and a second layer 146. The first layer 144 is almost completely covered by the chemical field effect transistor 112 except for the sensor surface 140, and the sensor surface 140 is completely released from the first layer, i.e., the first layer. Some layers are not covered. The first layer 144 is substantially gas tight and thus from the measurement gas region 114 into sensitive areas of the chemical field effect transistor 112, such as the electrode contacts 124, 126 and the electrical supply paths 128, 130. Is preventing the ingress of gas. With such a configuration, corrosion of easily damaged electrode contacts 124, 126 and / or electrical supply paths 128, 130 is at least substantially avoided.

第２の層１４６は、ガス透過性に形成され、かつ第１の層１４４よりも著しく厚く形成されていて、化学的な電界効果トランジスタ１１２を、有利には完全に被っており、特にセンサ面１４０を被っている。   The second layer 146 is formed in a gas permeable manner and is significantly thicker than the first layer 144 and advantageously covers the chemical field effect transistor 112, in particular the sensor surface. 140.

比較的に薄い第１の層１４４は、典型的には０．５μｍ〜３μｍの厚さを有し、ほぼガス密であり、かつ有利には電気絶縁作用を有している。第１の層１４４は、特に電極接点１２４，１２６の上、及びセンサ本体１１８の残りの半導体チップの上に施されており、ゲート・領域１３４、特にセンサ面１４０は被覆されないままにされている。第１の層１４４の塗布成形技術としては、ディスペンサー法及び／又はインジェクター法、或いは類似の成形法、例えばパッド印刷を用いて局所的な被覆が行われ、このような被覆は、３次元成形、つまり、段階にわたる被覆成形を可能にし、追加的に、かつパターン化して行われ得るものである。このような構成により、例えばセンサ面１４０を露出させるために追加的に後から行われるパターン形成工程は、省略される。   The relatively thin first layer 144 typically has a thickness of 0.5 μm to 3 μm, is substantially gas tight, and preferably has electrical insulation. The first layer 144 is applied in particular on the electrode contacts 124, 126 and on the remaining semiconductor chip of the sensor body 118, leaving the gate region 134, in particular the sensor surface 140 uncovered. . As a coating technique for the first layer 144, a local coating is performed by using a dispenser method and / or an injector method, or a similar molding method such as pad printing. In other words, it enables covering molding in stages, and can be performed additionally and in a pattern. With such a configuration, for example, a pattern forming step that is additionally performed later to expose the sensor surface 140 is omitted.

第１の層１４４の材料としては、低い温度（例えば約５５０℃〜６５０℃）で溶融する特にガラス、若しくはガラス及びセラミック材料から成る混合物が用いられる。溶融温度は、センサ要素１１０の耐用年数を超えて被覆１４２の機能を保証するために、センサ要素１１０の後の作動温度を超えているようにしたい。第１の層１４４の硬化は、熱処理によって行われ、熱処理の最大温度は、該最大温度により、耐熱用半導体におけるセンサ要素１１０を損傷させることがないように、選ばれている。したがって、有利には低温溶融可能なガラスが用いられる。   The material of the first layer 144 is in particular glass or a mixture of glass and ceramic materials that melt at low temperatures (eg about 550 ° C. to 650 ° C.). It is desired that the melting temperature exceed the operating temperature after the sensor element 110 in order to ensure the function of the coating 142 beyond the useful life of the sensor element 110. The first layer 144 is cured by a heat treatment, and the maximum temperature of the heat treatment is selected so that the maximum temperature does not damage the sensor element 110 in the heat-resistant semiconductor. Therefore, glass which can be melted at low temperature is preferably used.

第１の層１４４上に、別の工程で、例えばプラズマスプレープロセスにより第２の層１４６を設けてある。第２の層１４６は、高い多孔性を有している。該実施形態では、有利にはセラミックの粉末、例えばAl2O3 が用いられ、或いはサスペンションプラズマスプレープロセスの場合には、セラミックの成分を含む懸濁液が用いられる。プラズマスプレー法は、プラズマスプレープロセスのパラメータ変更により第２の層１４６の多孔性を良好に調整できるので、第２の層１４６の塗布成形に特に適している。パラメータは、例えばプラズマ内での粉末の滞留時間である。長い滞留時間により、物質の完全な溶融を可能にし、ひいては、より早く閉じられた密な第２の層１４６を成形することができるのに対して、短い滞留時間では、素材物質の表面のみしか溶融されず、多孔質の層をセンサ本体１１８上に形成することができる。 On the 1st layer 144, the 2nd layer 146 is provided by another process, for example by a plasma spray process. The second layer 146 has high porosity. In this embodiment, a ceramic powder, for example Al 2 O 3, is preferably used, or in the case of a suspension plasma spray process, a suspension containing ceramic components is used. The plasma spray method is particularly suitable for coating and forming the second layer 146 because the porosity of the second layer 146 can be well adjusted by changing the parameters of the plasma spray process. The parameter is, for example, the residence time of the powder in the plasma. A long residence time allows complete melting of the material, and thus can form a dense second layer 146 that is closed earlier, whereas a short residence time allows only the surface of the source material to be formed. A porous layer can be formed on the sensor body 118 without being melted.

更に、プラズマスプレープロセスにおいては、センサ本体１１８若しくはセンサ要素１１０へのプラズマの衝突速度を変化させることができる。衝突速度は、典型的には１５０ｍ／ｓ〜４５０ｍ／ｓである。更に、厚い層、典型的には８０μｍ〜３００μｍの厚さの層を形成することができ、サスペンションプラズマスプレー法の場合には薄い層、例えば２０μｍ〜８０μｍの厚さの層を形成することもできる。   Further, in the plasma spray process, the collision velocity of plasma to the sensor body 118 or the sensor element 110 can be changed. The collision speed is typically 150 m / s to 450 m / s. Furthermore, a thick layer, typically a layer having a thickness of 80 μm to 300 μm, can be formed. In the case of the suspension plasma spray method, a thin layer, for example, a layer having a thickness of 20 μm to 80 μm can be formed. .

更に、プラズマスプレープロセスにおいては、被覆１４２の成形の際に、センサ要素１１０の熱負荷を小さく保つことができる。プラズマの３００００Ｋまでの高い温度にも拘わらず、センサ要素１１０若しくはセンサ本体１１８における温度は４００℃よりも低く保たれる。プラズマスプレー法においては、単独に行われる別個の熱処理工程、特に素材物質の架橋結合のための高温工程を省略することができ、なぜならば、このような工程がプラズマスプレープロセス内に既に含まれるからである。更に、プラズマスプレー法は正確に再現可能に実施され、かつ製造ラインに良好に組み込まれるものである。センサ要素１１０の、化学的な電界効果トランジスタ１１２全体を含むセンサ上端部全体は、プラズマスプレー法を用いて、第２の層１４６の形の多孔質の保護表皮により問題なくかつ完全に被覆される。このような完全な被覆は、熱衝撃に対する保護膜として機能して、熱せられたセンサ要素１１０への小さな水滴のぶつかりによる熱衝撃負荷を防止するものである。   Furthermore, in the plasma spray process, the thermal load on the sensor element 110 can be kept small during the molding of the coating 142. Despite the high temperature of the plasma up to 30000K, the temperature in the sensor element 110 or sensor body 118 is kept below 400 ° C. In the plasma spray method, a separate heat treatment step performed separately, particularly a high temperature step for cross-linking of the raw materials can be omitted because such a step is already included in the plasma spray process. It is. Furthermore, the plasma spray method is performed accurately and reproducibly and is well integrated into the production line. The entire sensor upper end of the sensor element 110, including the entire chemical field effect transistor 112, is successfully and completely covered with a porous protective skin in the form of the second layer 146 using plasma spraying. . Such a complete coating serves as a protective film against thermal shock and prevents thermal shock loading due to the impact of small water droplets on the heated sensor element 110.

センサ要素１１０を製造する方法、特に被覆１４２を成形するための方法の本発明に係る別の実施形態では、薄いガス密な第１の層１４４も、プラズマスプレープロセス、有利にはサスペンションプラズマスプレープロセスにより塗布成形される。この場合に、特にゲート・領域１３４及びセンサ面１４０を被覆しないままにするために、被覆の局所的な成形、つまり、パターン成形が行われる。このような方法（被覆の局所的な成形若しくはパターン成形又は選択的な被覆）は、プラズマジェットに対するセンサ要素１１０の巧みな案内によって実施される。更に、ガス密な第１の層１４４の塗布成形においては、パラメータは、第１の層１４４のガス密性若しくは気密性を保証するために、第１の層１４４ができるだけ密に成形されるように、選ばれる。このことは、前に述べてあるように、プラズマ内での滞留時間をできるだけ長くすることに基づき素材粒子の完全な溶融により、かつ適切な粒子サイズ、特にできるだけ小さい粒子サイズの選択により実施される。   In another embodiment according to the invention of a method for manufacturing the sensor element 110, in particular a method for forming the coating 142, the thin gastight first layer 144 is also applied to a plasma spray process, preferably a suspension plasma spray process. Is applied and molded. In this case, in order to leave the gate area 134 and the sensor surface 140 uncovered in particular, the coating is locally shaped, i.e. patterned. Such a method (local shaping or patterning of the coating or selective coating) is carried out by skillful guidance of the sensor element 110 with respect to the plasma jet. Furthermore, in the coating of the gas-tight first layer 144, the parameters are such that the first layer 144 is molded as densely as possible to ensure the gas-tightness or gas-tightness of the first layer 144. Chosen. This is done, as stated previously, by complete melting of the material particles based on the longest possible residence time in the plasma and by the selection of an appropriate particle size, in particular the smallest possible particle size. .

１１０ センサ要素、 １１２ 電界効果トランジスタ、 １１４ 測定ガス域、 １１６ 支持基板、 １１８ センサ本体、 １２０ ソース・領域、 １２２ ドレーン・領域、 １２４，１２６ 電極接点、 １２８，１３０ 供給路、 １３２ 輸送チャンネル、 １３４ ゲート・電極、 １３６ 表面、 １３８ センサ被覆、 １４０ センサ面、 １４２ 被覆、 １４４，１４６ 層   110 sensor element, 112 field effect transistor, 114 measurement gas region, 116 support substrate, 118 sensor body, 120 source region, 122 drain region, 124, 126 electrode contact, 128, 130 supply channel, 132 transport channel, 134 gate -Electrode, 136 surface, 138 sensor coating, 140 sensor surface, 142 coating, 144, 146 layers

Claims (7)

測定ガス域（１１４）内のガスの少なくとも１つの特性を測定するためのセンサ要素（１１０）であって、前記センサ要素（１１０）は、前記測定ガス域（１１４）からアクセス可能な少なくとも１つのセンサ面（１４０）を備えたセンサ本体（１１８）を有しており、前記センサ要素（１１０）は、前記センサ本体（１１８）上に施された電気絶縁性の被覆（１４２）を有しており、該被覆（１４２）は、第１のほぼガス密の少なくとも１つの層（１４４）及び第２のガス透過性の少なくとも１つの層（１４６）を有しており、前記センサ面（１４０）は、前記第１の層（１４４）によって実質的にほとんど被われておらず、かつ前記センサ面（１４０）は、前記第２の層（１４６）によってほぼ完全に被われているセンサ要素（１１０）を備え、
前記センサ要素（１１０）は、内燃機関の排ガスにおける、NO、NO 2 、NH 3 、及び炭化水素から選択された少なくとも１つのガス成分の濃度を測定することを特徴とする、ガス成分の濃度測定装置。A sensor element (110) for measuring at least one characteristic of a gas in a measurement gas zone (114), wherein the sensor element (110) is accessible from the measurement gas zone (114) A sensor body (118) with a sensor surface (140), the sensor element (110) having an electrically insulating coating (142) applied on the sensor body (118); The coating (142) has a first substantially gas tight at least one layer (144) and a second gas permeable at least one layer (146), said sensor surface (140) , the first layer (144) not being substantially less covered by, and the sensor surface (140), said second layer (146) sensor is covered almost completely by the element (110 ) Provided,
The sensor element (110) measures the concentration of at least one gas component selected from NO, NO 2 , NH 3 , and hydrocarbons in the exhaust gas of an internal combustion engine , and measures the concentration of the gas component Equipment . 前記センサ要素（１１０）は、半導体センサ要素を含んでおり、該半導体センサ要素は、電界効果トランジスタをベースとするセンサ要素（１１０）、若しくは化学的な電界効果トランジスタ（１１２）である請求項１に記載の装置。The sensor element (110) comprises a semiconductor sensor element, the semiconductor sensor element being a field effect transistor based sensor element (110) or a chemical field effect transistor (112). The device described in 1. 前記第１の層（１４４）は、次の材料の少なくとも１つを有し、つまり誘電物質、若しくは無機質の誘電物質、ガラス、セラミック材料、並びにガラス及びセラミックの混合物のうちの少なくとも１つを有している請求項１又は２に記載の装置。The first layer (144) comprises at least one of the following materials: dielectric material or inorganic dielectric material, glass, ceramic material, and glass and ceramic mixture. The apparatus according to claim 1 or 2. 前記第１の層（１４４）は、０．１μｍ〜１０μｍの層厚さを有している請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。The first layer (144) A device according to any one of claims 1-3, which has a layer thickness of 0.1 m to 10 m. 前記第２の層（１４６）は、耐摩耗性でかつ多孔質の材料を有している請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。The device according to any one of the preceding claims, wherein the second layer (146) comprises a wear-resistant and porous material. 前記第２の層（１４６）は、１０μｍ〜５００μｍの厚さを有している請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。The device according to any one of claims 1 to 5, wherein the second layer (146) has a thickness of 10 m to 500 m. 内燃機関の排ガスにおける、NO、NO2 、NH3 、及び炭化水素から選択された少なくとも１つのガス成分の濃度測定方法であって、
測定ガス域（１１４）内のガスの少なくとも１つの特性を測定するためのセンサ要素（１１０）であって、前記センサ要素（１１０）は、前記測定ガス域（１１４）からアクセス可能な少なくとも１つのセンサ面（１４０）を備えたセンサ本体（１１８）を有しており、前記センサ要素（１１０）は、前記センサ本体（１１８）上に施された電気絶縁性の被覆（１４２）を有しており、該被覆（１４２）は、第１のほぼガス密の少なくとも１つの層（１４４）及び第２のガス透過性の少なくとも１つの層（１４６）を有しており、前記センサ面（１４０）は、前記第１の層（１４４）によって実質的にほとんど被われておらず、かつ前記センサ面（１４０）は、前記第２の層（１４６）によってほぼ完全に被われているセンサ要素（１１０）を用いることを特徴とする、ガス成分の濃度測定方法。A method for measuring the concentration of at least one gas component selected from NO, NO 2 , NH 3 and hydrocarbons in exhaust gas from an internal combustion engine ,
A sensor element (110) for measuring at least one characteristic of a gas in a measurement gas zone (114), wherein the sensor element (110) is accessible from the measurement gas zone (114) A sensor body (118) with a sensor surface (140), the sensor element (110) having an electrically insulating coating (142) applied on the sensor body (118); The coating (142) has a first substantially gas tight at least one layer (144) and a second gas permeable at least one layer (146), said sensor surface (140) Is substantially uncovered by the first layer (144) and the sensor surface (140) is almost completely covered by the second layer (146). ) Which comprises using a concentration measuring method for a gas component.
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