KR102418081B1 - Sensor element for determining particles in a fluid medium - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 자동차의 배기 가스관 내에 사용하기 위해, 유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한 센서 소자(110)에 관한 것이다. 상기 센서 소자는 적어도 하나의 반도체 재료로 제조된 적어도 하나의 캐리어 기판(114)을 포함한다. 또한, 센서 소자(110)는 적어도 2개의 측정 전극(116, 118)을 포함한다. 센서 소자(110)는 또한, 적어도 하나의 전기 절연 층(124)을 포함하고, 상기 전기 절연 층은 상기 측정 전극들(116, 118)을 상기 유체 매체로부터 분리한다.The present invention relates to a sensor element (110) for determining particles in a fluid medium, particularly for use in the exhaust pipe of a motor vehicle. The sensor element comprises at least one carrier substrate 114 made of at least one semiconductor material. The sensor element 110 also comprises at least two measuring electrodes 116 , 118 . The sensor element 110 also comprises at least one electrically insulating layer 124 which separates the measuring electrodes 116 , 118 from the fluid medium.

Description

유체 매체 내의 입자들을 결정하기 위한 센서 소자{SENSOR ELEMENT FOR DETERMINING PARTICLES IN A FLUID MEDIUM}SENSOR ELEMENT FOR DETERMINING PARTICLES IN A FLUID MEDIUM

본 발명은 유체 매체 내의 입자들을 결정하기 위한 센서 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor element for determining particles in a fluid medium.

선행 기술에는 유체 매체 내의 입자들을 결정하기 위한 센서 소자가 공지되어 있다. 상기 센서 소자는 자동차 내에, 특히 자동차의 구동 트레인 내에 사용되는 예컨대 카본블랙 입자 센서와 같은 입자 센서일 수 있다. 물론 다른 사용 분야도 기본적으로 가능하다.Sensor elements for determining particles in a fluid medium are known from the prior art. The sensor element may be a particle sensor, for example a carbon black particle sensor, used in a motor vehicle, in particular in a drive train of a motor vehicle. Of course, other fields of use are basically possible.

상기 방식의 센서 소자는 특히 소위 온-보드(On-Board) 진단의 범위에서 디젤 입자 필터의 상태를 진단하기 위해 사용된다. 특히 이러한 센서 소자의 사용은 특히 승용차 분야에서 첨예화되는 배기 규제에 기인한다. 이 경우, 예컨대 2개의 인터디지털 전극(IDE) 사이의 전도성 카본블랙 경로의 형성에 기초하는 저항성 센서들이 사용된다. 예컨대 전압의 인가 시에 전류의 상승 시간은 배기 가스 내의 카본블랙 농도에 대한 척도이다. 센서는 예컨대 통합된 가열 소자에 의해 가열됨으로써 카본블랙 침적물이 연소되는 방식으로 일반적으로 주기적으로 재생된다. 이러한 센서 소자의 구성에 대한 예는 T. Ochs 등:Particulate Matter Sensor for On Board Diagnostics(OBD) of Diesel Particulate Filter(DPF), SAE Int. J, Fuels Lubr. 3권, issue 1, 2010년 12월 04일에 개시되어 있다.A sensor element of this type is used in particular for diagnosing the condition of a diesel particulate filter in the scope of so-called on-board diagnostics. In particular, the use of such a sensor element is due to stricter emission regulations, particularly in the field of passenger cars. In this case, resistive sensors are used, for example based on the formation of a conductive carbon black path between two interdigital electrodes (IDE). For example, the rise time of the current upon application of a voltage is a measure for the carbon black concentration in the exhaust gas. The sensor is usually periodically regenerated in such a way that the carbon black deposits are burned, for example by being heated by means of an integrated heating element. An example of the configuration of such a sensor element can be found in T. Ochs et al.: Particulate Matter Sensor for On Board Diagnostics (OBD) of Diesel Particulate Filter (DPF), SAE Int. J, Fuels Lubr. Volume 3, issue 1, published on December 04, 2010.

또한, 예컨대 DE 10 2010 029 575 A1에는, 적어도 2개의 전극에 의해 형성된 커패시터를 포함하고 제 1 용량 값 및 제 2 용량 값으로부터 배기 가스 흐름 내에 포함된 입자들에 대한 정보를 결정하는 용량성 카본블랙 입자 센서들이 개시되어 있다. 예컨대 적합한 재료로 이루어진 보호층은 전극이 배치된 공동부 상에 놓일 수 있다. 대안으로서, 전극들은 일체형 가이드에 의해 둘러싸일 수 있으므로, 전극들은 배기 가스에 직접 노출되지 않는다. 이러한 센서 소자들의 경우에도 일반적으로 주기적 재생이 필요하다. 이를 위해 다양한 가열 소자들이 사용될 수 있다. 예컨대, S. Semancik 등: Microhotplate platforms for chemical sensor research, Sensors and Actuators B 77 (2001) 579-591에는 적합한 가열 소자들이 개시되어 있다.Also in DE 10 2010 029 575 A1, for example, a capacitive carbon black comprising a capacitor formed by at least two electrodes and determining information about the particles contained in the exhaust gas stream from the first and second capacity values Particle sensors are disclosed. A protective layer, for example of a suitable material, can be placed on the cavity in which the electrode is arranged. Alternatively, the electrodes may be surrounded by an integral guide, such that the electrodes are not directly exposed to the exhaust gas. Even in the case of these sensor elements, periodic regeneration is usually required. Various heating elements can be used for this purpose. Suitable heating elements are disclosed, for example, in S. Semancik et al.: Microhotplate platforms for chemical sensor research, Sensors and Actuators B 77 (2001) 579-591.

특히 세라믹 센서 소자일 수 있고 개방된 인터디지털 전극을 포함할 수 있는, 상기 방식의 많은 센서 소자의 기술적 도전 사항은 센서 소자의 센서 신호가 센서 소자의 수명에 걸쳐 감도 드리프트에 노출되는데 있다. 이는, 카본블랙 입자가 일반적으로 무기 성분을 포함하고, 상기 무기 성분이 재생 중에 압축되어 센서 표면에, 특히 인터디지털 전극 상에 달라붙어 있을 수 있기 때문이다.A technical challenge for many sensor elements of this type, which may in particular be ceramic sensor elements and include open interdigital electrodes, is that the sensor signal of the sensor element is exposed to sensitivity drift over the lifetime of the sensor element. This is because carbon black particles generally contain inorganic components, which can be compressed during regeneration and adhere to the sensor surface, particularly on interdigital electrodes.

본 발명의 과제는 상기 도전 사항을 극복하고 특히 종래의 센서 소자에 비해 줄어든 감도 드리프트를 수명에 걸쳐 갖거나 실현하는, 센서 소자, 센서 장치, 및 상기 센서 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a sensor element, a sensor device, and a method of manufacturing the sensor element, which overcomes the above challenges and which in particular has or realizes a reduced sensitivity drift over a lifetime compared to a conventional sensor element.

본 발명에 따라, 상기 요구를 완전히 또는 부분적으로 충족시키는, 센서 소자, 센서 장치, 및 센서 소자, 특히 본 발명에 따른 센서 소자의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 제 1 양상에서, 자동차 내에, 특히 자동차의 구동 트레인 내에 사용될 수 있는 유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한, 특히 입자 농도를 결정하기 위한 센서 소자가 제공된다. 물론, 다른 사용 분야, 예컨대 산업적 배기 가스 정화도 기본적으로 가능하다. 센서 소자는 특히 배기 가스 중의 카본블랙 입자, 예컨대 카본블랙 성분을 결정하기 위해 사용될 수 있으며, 예컨대 배기 가스 정화 장치, 예컨대 디젤 입자 필터 하류에 접속된다. 이러한 방식으로, 특히 디젤 입자 필터의 기능이 검사될 수 있다.According to the present invention, there is provided a sensor element, a sensor device and a method for manufacturing a sensor element, in particular a sensor element according to the invention, which fully or partially satisfy the above needs. In a first aspect of the invention, there is provided a sensor element for determining particles in a fluid medium, in particular for determining a particle concentration, which can be used in a motor vehicle, in particular in a drive train of a motor vehicle. Of course, other fields of use are basically possible, for example industrial exhaust gas purification. The sensor element can be used in particular for determining carbon black particles, such as a carbon black component, in exhaust gas, for example connected downstream of an exhaust gas purification device, such as a diesel particle filter. In this way, in particular the functioning of the diesel particulate filter can be checked.

본 발명의 범위에서 센서 소자는 일반적으로 적어도 하나의 측정값, 예컨대 물리적 및/또는 화학적 측정값을 검출하도록 설계된 및/또는 적어도 하나의 센서 신호, 바람직하게는 전기 센서 신호를 생성하도록 설계된 장치를 의미한다. 유체 매체는 기본적으로 임의의 액체 및/또는 임의의 가스, 바람직하게는 배기 가스 또는 배기 가스 혼합물일 수 있다. 물론, 다른 사용 분야도 기본적으로 가능하다.A sensor element within the scope of the invention generally means a device designed to detect at least one measurement value, for example a physical and/or chemical measurement value, and/or designed to generate at least one sensor signal, preferably an electrical sensor signal. do. The fluid medium can be essentially any liquid and/or any gas, preferably an exhaust gas or an exhaust gas mixture. Of course, other fields of use are basically possible.

센서 소자는 적어도 하나의 캐리어 기판을 포함한다. 캐리어 기판은 일반적으로 기계적 캐리어 기능을 제공하고 하나 이상의 추가 소자를 지지, 안정화 또는 위치시키도록 설계된 소자를 의미한다. 캐리어 기판은 특히 하기에 설명되는 바와 같이 반도체 캐리어 기판일 수 있다.The sensor element comprises at least one carrier substrate. A carrier substrate generally refers to an element designed to provide a mechanical carrier function and to support, stabilize or position one or more additional elements. The carrier substrate may in particular be a semiconductor carrier substrate as described below.

캐리어 기판은 적어도 하나의 반도체 재료를 포함한다. 즉, 적어도 반도체 재료로 제조된다. 반도체 재료는 특히 무기 반도체 재료일 수 있다. 바람직하게는, 비용 및 가공 가능성을 이유로 실리콘이 바람직하다. 캐리어 기판은 예컨대 실리콘 웨이퍼로 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다. 또한, 캐리어 기판은 폐쇄 층으로 완전히 또는 적어도 부분적으로 커버될 수 있고, 상기 폐쇄 층은 전기 절연 재료를 포함한다. 특히 캐리어 기판은 실리콘을 포함할 수 있고 폐쇄 층은 산화실리콘, 예컨대 이산화실리콘, 바람직하게는 SiO2를 포함할 수 있다. 폐쇄 층은 특히 하기에서 설명되는 측정 전극이 캐리어 기판 상에서 단락되지 않도록 하는 역할을 할 수 있다.The carrier substrate includes at least one semiconductor material. That is, it is made of at least a semiconductor material. The semiconductor material may in particular be an inorganic semiconductor material. Preferably, silicone is preferred for cost and processability reasons. The carrier substrate may be made entirely or partially of, for example, a silicon wafer. Furthermore, the carrier substrate can be completely or at least partially covered with a closure layer, said closure layer comprising an electrically insulating material. In particular the carrier substrate may comprise silicon and the closure layer may comprise silicon oxide, for example silicon dioxide, preferably SiO 2 . The closure layer can in particular serve to prevent the measuring electrodes described below from short-circuiting on the carrier substrate.

센서 소자는 또한 적어도 2개의 측정 전극을 포함한다. 측정 전극은 일반적으로 적어도 하나의 전기 측정값을 검출할 수 있는, 즉 적어도 하나의 전류 및/또는 적어도 하나의 전압이 제공될 수 있고 및/또는 적어도 하나의 전기 측정 신호를 검출할 수 있는, 전기 전도성 소자, 특히 평면 소자를 의미한다. 하기에서 상세히 설명되는 바와 같이, 측정 전극들은 각각 적어도 하나의 척추와 상기 척추로부터 바람직하게는 직선으로 연장된 다수의 전극 핑거를 구비하여 빗 모양으로 형성될 수 있다. 물론 다른 실시예도 기본적으로 가능하다.The sensor element also comprises at least two measuring electrodes. The measuring electrode is generally capable of detecting at least one electrical measurement value, ie capable of being provided with at least one current and/or at least one voltage and/or capable of detecting at least one electrical measurement signal. conductive elements, in particular planar elements. As will be explained in detail below, the measuring electrodes may each be formed in a comb shape with at least one vertebra and a plurality of electrode fingers extending preferably straight from the vertebra. Of course, other embodiments are basically possible.

센서 소자는 또한 측정 전극을 유체 매체로부터 분리하는 적어도 하나의 전기 절연 층을 포함한다. 예컨대 전기 절연 층은 측정 전극 상에 직접 또는 간접적으로 제공되므로, 전기 절연 층은 예컨대 유체 매체에 대한, 예컨대 유체 매체를 포함하는 측정 가스 챔버에 대한 표면을 형성한다. 예컨대, 센서 소자는 선행 기술에 기본적으로 공지된 바와 같이, 보호관 내에 수용될 수 있고, 상기 보호관은 유체 매체 내로, 특히 측정 가스 챔버 내로, 예컨대 자동차의 배기 가스관 내로 돌출한다. 측정 전극들은 전기 절연 층에 의해 완전히 또는 부분적으로 피복되므로, 측정 전극들은 예컨대 전기 절연 층을 통해서만 유체 매체에 연결되거나 또는 전기 절연 층에 의해 유체 매체로부터 분리된다. 전기 절연 층은 측정 전극들 사이에 완전히 또는 부분적으로 배치될 수 있으므로, 측정 전극들은 전기 절연 층에 의해 서로 분리된다.The sensor element also comprises at least one electrically insulating layer separating the measuring electrode from the fluid medium. An electrically insulating layer, for example, is provided directly or indirectly on the measuring electrode, so that the electrically insulating layer forms a surface, for example for a fluid medium, for example for a measuring gas chamber containing the fluid medium. For example, the sensor element can be accommodated in a sheath, as is basically known in the prior art, which sheath projects into the fluid medium, in particular into the measuring gas chamber, for example into the exhaust pipe of a motor vehicle. Since the measuring electrodes are completely or partially covered by an electrically insulating layer, the measuring electrodes are connected to the fluid medium only via, for example, an electrically insulating layer or are separated from the fluid medium by an electrically insulating layer. The electrically insulating layer can be completely or partially disposed between the measuring electrodes, so that the measuring electrodes are separated from each other by the electrically insulating layer.

측정 전극들은 특히 인터디지털 전극으로서 형성될 수 있다. 이러한 의미에서, 인터디지털 전극은 예컨대 상기 콤 전극의 의미에서 다수의 전극 핑거를 가진 전극을 의미하고, 이 경우 상이한 전극들의 전극 핑거들은 서로 맞물린다. 특히 인터디지털 전극을 통과하는 하나의 선을 따라 교대로 하나의 측정 전극의 전극 핑거와 다른 측정 전극의 전극 핑거가 배치되는 구조가 생길 수 있다. 측정 전극들은 전술한 바와 같이 특히 각각 다수의 전극 핑거를 포함할 수 있고, 이 경우 측정 전극들의 전극 핑거들은 서로 맞물린다.The measuring electrodes can in particular be formed as interdigital electrodes. In this sense, an interdigital electrode means, for example, an electrode having a plurality of electrode fingers in the sense of the comb electrode, in which case the electrode fingers of different electrodes are engaged with each other. In particular, there may be a structure in which an electrode finger of one measuring electrode and an electrode finger of another measuring electrode are alternately disposed along one line passing through the interdigital electrode. The measuring electrodes may in particular each comprise a plurality of electrode fingers, as described above, in which case the electrode fingers of the measuring electrodes engage with each other.

전술한 바와 같이 캐리어 기판은 적어도 하나의 반도체 재료로 완전히 또는 부분적으로 제조된다. 특히, 반도체 재료는 실리콘; 탄화실리콘, 특히 SiC; 질화갈륨, 특히 GaN; 및 산화실리콘, 특히 이산화실리콘, 특히 바람직하게는 SiO2로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 센서 소자는 특히 반도체 칩으로서 완전히 또는 부분적으로 형성될 수 있다. 특히 캐리어 기판은 반도체 칩으로서, 바람직하게는 3차원 구조, 예컨대 하기에서 상세히 설명되는 프레임 구조를 가진 반도체 칩으로서 완전히 또는 부분적으로 형성될 수 있다.As mentioned above, the carrier substrate is completely or partially made of at least one semiconductor material. In particular, the semiconductor material is silicon; silicon carbide, especially SiC; gallium nitride, especially GaN; and silicon oxide, in particular silicon dioxide, particularly preferably SiO 2 . The sensor element can in particular be formed completely or partially as a semiconductor chip. In particular, the carrier substrate can be formed completely or partially as a semiconductor chip, preferably as a semiconductor chip having a three-dimensional structure, for example a frame structure described in detail below.

전술한 바와 같이, 센서 소자는 측정 전극을 유체 매체로부터 분리하는 적어도 하나의 전기 절연 층을 포함한다. 전기 절연 층은 산화실리콘, 특히 SiO2; SiN; 산화지르코늄, 특히 ZrO; 산화알루미늄, 특히 A2O3; 탄화실리콘; 질화실리콘; 및 SiCN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다.As mentioned above, the sensor element comprises at least one electrically insulating layer separating the measuring electrode from the fluid medium. The electrically insulating layer is made of silicon oxide, in particular SiO 2 ; SiN; zirconium oxide, especially ZrO; aluminum oxide, especially A 2 O 3 ; silicon carbide; silicon nitride; and at least one material selected from the group consisting of SiCN.

측정 전극들은 특히 적어도 하나의 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 이 전기 전도성 재료는 특히 적어도 하나의 금속, 특히 백금을 포함할 수 있다. 물론 다른 실시 예도 기본적으로 가능하다. 측정 전극들은 예컨대 백금; 도핑된 반도체 재료, 특히 도핑된 Si; SiC; GaN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다.The measuring electrodes can in particular comprise at least one electrically conductive material. This electrically conductive material may in particular comprise at least one metal, in particular platinum. Of course, other embodiments are basically possible. The measuring electrodes may be, for example, platinum; doped semiconductor materials, especially doped Si; SiC; at least one electrically conductive material selected from the group consisting of GaN.

센서 소자는 특히 MEMS-기술로 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다. MEMS-기술은 본 발명의 범위에서, 적합한 반도체 기술, 예컨대 에칭 기술에 의해 전기적 기능을 가진 반도체 소자의 3차원 구조가 제조되는 반도체 기술을 의미한다.The sensor element can in particular be manufactured fully or partially in MEMS-technology. MEMS-technology, within the scope of the present invention, means a semiconductor technology in which a three-dimensional structure of a semiconductor device having an electrical function is manufactured by means of a suitable semiconductor technology, for example an etching technology.

센서 소자는 특히 층 구성을 포함할 수 있고, 다수의 층들은 캐리어 기판 상에 제공된다. 측정 전극들은 예컨대 적어도 하나의 추가 전기 절연 층에 의해 캐리어 기판으로부터 분리될 수 있다. 이러한 층 구성에는 적어도 2개의 전기 절연 층, 즉 캐리어 기판과 측정 전극 사이의 적어도 하나의 전기 절연 층 그리고 측정 전극을 유체 매체로부터 분리하는 적어도 하나의 추가 전기 절연 층이 제공된다. 후자의 전기 절연 층과 마찬가지로 적어도 하나의 추가 전기 절연 층은 산화실리콘, 특히 SiO2; SiN; 산화지르코늄, 특히 ZrO; 산화알루미늄, 특히 Al2O3; 탄화실리콘; 질화실리콘; 및 SiCN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다.The sensor element may in particular comprise a layer configuration, wherein a number of layers are provided on a carrier substrate. The measuring electrodes can be separated from the carrier substrate by, for example, at least one further electrically insulating layer. This layer configuration is provided with at least two electrically insulating layers: at least one electrically insulating layer between the carrier substrate and the measuring electrode and at least one further electrically insulating layer separating the measuring electrode from the fluid medium. Like the latter electrically insulating layer, the at least one further electrically insulating layer is made of silicon oxide, in particular SiO 2 ; SiN; zirconium oxide, especially ZrO; aluminum oxide, especially Al 2 O 3 ; silicon carbide; silicon nitride; and at least one material selected from the group consisting of SiCN.

센서 소자는 또한 캐리어 기판과 측정 전극 사이에 적어도 하나의 가열 소자를 포함할 수 있다. 가열 소자는 일반적으로 센서 소자를 가열하도록 설계된 장치를 의미한다. 특히, 가열 소자는 전기 가열 소자, 바람직하게는 하나 이상의 가열 저항, 예컨대 가열 미앤더(meander)를 가진 가열 소자일 수 있다.The sensor element may also comprise at least one heating element between the carrier substrate and the measuring electrode. A heating element generally means a device designed to heat a sensor element. In particular, the heating element may be an electric heating element, preferably a heating element with one or more heating resistors, such as a heating meander.

한편으로는 적어도 하나의 선택적인 가열 소자와 측정 전극 사이에 그리고 다른 한편으로는 적어도 하나의 가열 소자와 캐리어 기판 사이에 각각 적어도 하나의 전기 절연 층이 배치될 수 있다. 상기 전기 절연 층은 산화실리콘, 특히 SiO2; SiN; 산화지르코늄, 특히 ZrO; 산화알루미늄, 특히 Al2O3; 탄화실리콘; 질화실리콘; 및 SiCN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 적어도 하나의 전기 절연층일 수 있다.At least one electrically insulating layer can each be arranged between the at least one optional heating element and the measuring electrode on the one hand and between the at least one heating element and the carrier substrate on the other hand. The electrically insulating layer is made of silicon oxide, in particular SiO 2 ; SiN; zirconium oxide, especially ZrO; aluminum oxide, especially Al 2 O 3 ; silicon carbide; silicon nitride; and at least one electrically insulating layer comprising at least one material selected from the group consisting of SiCN.

가열 소자와 측정 전극 사이의 그리고 가열 소자와 캐리어 기판 사이의 전기 절연 층들은 캐리어 기판과 측정 전극 사이에 배치된 전술한 적어도 하나의 추가 전기 절연 층과 완전히 또는 부분적으로 동일할 수 있다. 달리 표현하면, 적어도 하나의 가열 소자는 예컨대 캐리어 기판과 측정 전극 사이의 적어도 하나의 추가 전기 절연 층 내로 매립될 수 있다. 캐리어 기판은 특히 3차원 캐리어 구조를 형성할 수 있다. 특히, 캐리어 기판은 적어도 하나의 윈도우를 가진 프레임을 형성할 수 있고, 상기 윈도우는 멤브레인에 의해 덮여 씌워진다. 측정 전극들은 멤브레인 상에 배치될 수 있다. 멤브레인은 예컨대 적어도 하나의 추가 전기 절연 층에 의해 완전히 또는 부분적으로 형성될 수 있고 및/또는 전술했던 상기 적어도 하나의 추가 전기 절연 층을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 가열 소자는 멤브레인 내로 완전히 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 본 발명의 범위에서 멤브레인은 일반적으로 측방 연장, 예컨대 멤브레인의 평면에서 지름 또는 상당 지름보다 적어도 팩터 10, 바람직하게는 적어도 팩터 50 또는 적어도 팩터 100만큼 더 작은 두께를 갖는 평면 소자, 예컨대 얇은 판 또는 얇은 층을 의미한다. 멤브레인은 평면으로 형성될 수 있거나 휘어질 수 있다. 멤브레인은 강성이거나 가요성으로 형성될 수 있다. 멤브레인은 단층으로 또는 다수 층으로 형성될 수 있다. 측정 전극들은 멤브레인 상에 직접 또는 간접적으로 배치될 수 있다.The electrically insulating layers between the heating element and the measuring electrode and between the heating element and the carrier substrate may be fully or partially identical to the aforementioned at least one further electrically insulating layer disposed between the carrier substrate and the measuring electrode. In other words, the at least one heating element can be embedded, for example, into the at least one further electrically insulating layer between the carrier substrate and the measuring electrode. The carrier substrate can in particular form a three-dimensional carrier structure. In particular, the carrier substrate may form a frame with at least one window, said window being covered by a membrane. The measuring electrodes may be disposed on the membrane. The membrane may for example be formed completely or partially by at least one further electrically insulating layer and/or may comprise said at least one further electrically insulating layer as described above. Furthermore, the at least one heating element can be fully or partially integrated into the membrane. Membrane within the scope of the present invention is generally a planar element, such as a thin plate or thin plate, having a thickness of at least a factor 10, preferably at least a factor 50 or at least a factor 100 less than the diameter or equivalent diameter in the plane of the membrane, such as a lateral extension. means layer. The membrane may be formed planar or may be curved. The membrane may be formed to be rigid or flexible. The membrane may be formed in a single layer or in multiple layers. The measuring electrodes may be disposed directly or indirectly on the membrane.

멤브레인은 전술한 바와 같이 적어도 하나의 전기 절연 재료로 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다. 특히 전술한 바와 같이, 멤브레인은 적어도 하나의 추가 전기 절연 층에 의해 완전히 또는 부분적으로 형성될 수 있고 및/또는 상기 전기 절연 층을 완전히 또는 부분적으로 포함할 수 있다. 따라서, 멤브레인은 산화실리콘, 특히 SiO2; SiN; 산화지르코늄, 특히 ZrO; 산화알루미늄, 특히 Al2O3; 탄화실리콘; 질화실리콘; 및 SiCN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다.The membrane may be made entirely or partially of at least one electrically insulating material as described above. As particularly noted above, the membrane may be formed completely or partially by at least one further electrically insulating layer and/or may completely or partially comprise said electrically insulating layer. Accordingly, the membrane is made of silicon oxide, in particular SiO 2 ; SiN; zirconium oxide, especially ZrO; aluminum oxide, especially Al 2 O 3 ; silicon carbide; silicon nitride; and at least one material selected from the group consisting of SiCN.

본 발명의 다른 양상에서 유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한 센서 장치가 제공된다. 센서 장치는 전술한 바와 같이, 자동차의 구동 트레인 내에 사용하기 위해 제공될 수 있다. 물론, 다른 실시 예도 기본적으로 가능하다. 센서 장치는 예컨대 전술한 실시 예들 중 하나 또는 다수에 따른 적어도 하나의 본 발명에 따른 센서 소자를 포함한다. 또한, 센서 장치는 적어도 하나의 캐리어 소자를 포함하고, 센서 소자는 캐리어 소자에 연결된다. 예컨대, 센서 소자는 캐리어 소자에 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다. 예컨대 캐리어 소자는 적어도 하나의 홈 및/또는 공동부 및/또는 다른 형태의 수용부를 포함할 수 있고, 센서 소자는, 센서 소자의 측정 표면이 노출되어 상기 측정 표면에 유체 매체가 제공될 수 있도록, 상기 홈 및/또는 수용부 내로 완전히 또는 부분적으로 삽입된다. 예컨대 센서 소자는 캐리어 소자와 재료 결합 방식으로 연결될 수 있다. 예컨대 센서 소자는 상기 홈 및/또는 수용부 내에 완전히 또는 부분적으로 접착될 수 있다.In another aspect of the invention there is provided a sensor device for determining a particle in a fluid medium. A sensor arrangement may be provided for use in a drive train of a motor vehicle, as described above. Of course, other embodiments are basically possible. The sensor device comprises, for example, at least one sensor element according to the invention according to one or several of the embodiments described above. Furthermore, the sensor device comprises at least one carrier element, the sensor element being connected to the carrier element. For example, the sensor element can be connected to the carrier element in a material bonding manner. For example, the carrier element may include at least one groove and/or cavity and/or other type of receptacle, the sensor element being configured such that the measuring surface of the sensor element is exposed so that the measuring surface can be provided with a fluid medium; fully or partially inserted into said groove and/or receptacle. For example, the sensor element can be connected to the carrier element in a material bonding manner. For example, the sensor element may be fully or partially glued within the groove and/or receptacle.

캐리어 소자는 특히 다수의 전기 공급 라인을 포함할 수 있다. 전기 공급 라인들은 특히 와이어 본딩에 의해 측정 전극에 연결될 수 있다. 각각의 측정 전극에는 예컨대 상기 공급 라인들 중 하나 또는 다수가 할당될 수 있다. 예컨대 각각의 측정 전극은 적어도 2개의 전기 공급 라인에 연결될 수 있어서, 4점 측정이 가능하다.The carrier element may in particular comprise a plurality of electrical supply lines. The electrical supply lines can be connected to the measuring electrode in particular by wire bonding. Each measuring electrode may be assigned, for example, one or more of said supply lines. For example, each measuring electrode can be connected to at least two electrical supply lines, so that a four-point measurement is possible.

캐리어 소자는 특히 완전히 또는 부분적으로 전기 절연 재료로 제조될 수 있다. 전기 절연 재료는 특히 세라믹 재료 및/또는 플라스틱 재료일 수 있다. 전기 절연 재료에서의 결합도 기본적으로 가능하다. The carrier element can in particular be completely or partially made of an electrically insulating material. The electrically insulating material may in particular be a ceramic material and/or a plastic material. Bonding in electrically insulating materials is also basically possible.

센서 장치는 또한 적어도 하나의 제어부를 포함할 수 있고, 상기 제어부는 예컨대 전기 공급 라인을 통해 센서 소자에 연결된다. 예컨대 센서 장치는 적어도 하나의 용량 측정 장치를 포함할 수 있고, 상기 용량 측정 장치는 측정 전극을 포함하는 커패시터의 전기 용량을 검출하고 그로부터 적어도 하나의 측정값을 생성하도록 설계될 수 있다. 용량 측정 장치는 또한 측정값으로부터 유체 매체 내의 입자를, 예컨대 입자 농도, 특히 자동차의 배기 가스 중의 입자 성분 및 예컨대 카본블랙 성분을 추론하도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 측정값은 예컨대 카본블랙 침적물로 인한 용량의 시간적 변화를 포함할 수 있다. 다른 측정값도 기본적으로 생성될 수 있다.The sensor device may also comprise at least one control unit, said control unit being connected to the sensor element, for example via an electrical supply line. For example, the sensor device may comprise at least one capacitance measuring device, which capacitance measuring device may be designed to detect the capacitance of a capacitor comprising a measuring electrode and generate at least one measured value therefrom. The capacity measuring device can also be designed to infer from the measurements the particles in the fluid medium, for example the particle concentration, in particular the particle component and the carbon black component in the exhaust gas of automobiles. For this purpose, the measured value may include, for example, a time change in capacity due to carbon black deposits. Other measurements can also be created by default.

본 발명의 다른 양상에서, 특히 자동차의 구동 트레인 내에 사용하기 위해, 유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한 센서 소자의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법은 바람직하게는 언급된 순서로 실시되는 하기 단계들을 포함한다. 물론, 다른 순서도 기본적으로 가능하다. 또한, 방법 단계들 중 하나 또는 다수가 반복해서 실시될 수 있다. 또한, 상기 방법 단계들 중 2개 이상 또는 모든 방법 단계가 시간상으로 중첩되어 또는 동시에 실시될 수 있다. 방법은 또한 언급되지 않은 추가의 방법 단계를 포함할 수 있다.In another aspect of the invention, there is provided a method of manufacturing a sensor element for determining a particle in a fluid medium, particularly for use in a drive train of a motor vehicle. The preparation method comprises the following steps, which are preferably carried out in the order mentioned. Of course, other orders are basically possible. Also, one or more of the method steps may be performed repeatedly. In addition, two or more or all of the method steps may overlap in time or be performed simultaneously. The method may also include additional method steps not mentioned.

방법은 하기 단계들을 포함한다:The method comprises the following steps:

- 적어도 하나의 반도체 재료로 제조되는 적어도 하나의 캐리어 기판, 특히 적어도 하나의 절연 표면을 가진 캐리어 기판을 제공하는 단계;- providing at least one carrier substrate made of at least one semiconductor material, in particular a carrier substrate having at least one insulating surface;

- 적어도 2개의 측정 전극을 캐리어 기판 상에 직접 또는 간접적으로 제공하는 단계;- providing at least two measuring electrodes directly or indirectly on the carrier substrate;

- 측정 전극을 유체 매체로부터 분리하는 적어도 하나의 전기 절연 층을 측정 전극 상에 제공하는 단계.- providing on the measuring electrode at least one electrically insulating layer separating the measuring electrode from the fluid medium.

상기 방법에서는 특히 반도체 기술에서 통상적인 기술들이 사용될 수 있다. 예컨대 측정 전극의 제공 및/또는 구조화를 위해 스퍼터링, 증착과 같은 방법 또는 반도체 기술에서 통상적인 유사한 기술이 사용될 수 있다. 구조화를 위해, 예컨대 리소그래픽 기술 및/또는 섀도 마스크 기술이 사용될 수 있다. 적어도 하나의 전기 절연 층의 제공을 위해 적합한 방법, 예컨대 반응성 스퍼터링이 사용될 수 있다. 물론 다른 방법도 기본적으로 사용될 수 있다.In the method, in particular techniques conventional in semiconductor technology can be used. Methods such as sputtering, vapor deposition or similar techniques customary in semiconductor technology may be used, for example for the provision and/or structuring of the measuring electrode. For structuring, for example, lithographic techniques and/or shadow mask techniques may be used. A suitable method may be used for the provision of the at least one electrically insulating layer, such as reactive sputtering. Of course, other methods may be used as default.

방법은 또한 하기 방법 단계들을 포함할 수 있다:The method may also include the following method steps:

- 측정 전극들이 직접 또는 간접적으로 제공되는 적어도 하나의 추가 전기 절연층을 캐리어 기판 상에 제공하는 단계.- providing on the carrier substrate at least one further electrically insulating layer on which the measuring electrodes are provided, directly or indirectly.

방법은 특히 캐리어 기판 내에 윈도우가 제조되는 방식으로 실시될 수 있다. 예컨대 상기 윈도우는 에칭 방법에 의해, 예컨대 건식 에칭 방법 및/또는 습식 화학 에칭 방법에 의해 형성될 수 있다. 캐리어 기판은 특히 적어도 하나의 윈도우를 가진 프레임을 형성할 수 있고, 상기 윈도우는 멤브레인에 의해 덮어 씌어질 수 있고, 측정 전극들은 멤브레인 상에 배치된다. 예컨대 전술한 바와 같이 이를 위해 먼저 적어도 하나의 전기 절연 층이 캐리어 기판 상에 제공된 다음, 윈도우 내에서 캐리어 기판은 멤브레인까지 완전히 제거됨으로써 윈도우가 멤브레인에 의해서만 덮여 씌워지도록 프레임이 캐리어 기판 내로 에칭될 수 있다. 예컨대 상기 프레임은 적합한 섀도 마스크에 의해 형성될 수 있고, 상기 섀도 마스크를 통해 이방성 이온을 이용한 이방성 에칭, 예컨대 건식 에칭이 이루어지므로, 섀도 마스크에 의해 커버되지 않은 캐리어 기판의 영역이 멤브레인까지 제거된다.The method can in particular be practiced in such a way that the window is fabricated in a carrier substrate. For example, the window may be formed by an etching method, for example by a dry etching method and/or a wet chemical etching method. The carrier substrate can in particular form a frame with at least one window, which window can be overlaid by a membrane, the measuring electrodes being arranged on the membrane. For this purpose, for example, as described above, first at least one electrically insulating layer is provided on the carrier substrate, and then the carrier substrate in the window is completely removed up to the membrane so that the frame can be etched into the carrier substrate so that the window is covered only by the membrane. . For example, the frame may be formed by a suitable shadow mask, and anisotropic etching using anisotropic ions, such as dry etching, is performed through the shadow mask, so that the area of the carrier substrate not covered by the shadow mask is removed up to the membrane.

방법은 또한 다음 단계를 포함할 수 있다:The method may also include the steps of:

- 캐리어 기판 상에 적어도 하나의 가열 소자를 제공하는 단계로서, 상기 제공은 직접 또는 간접적으로 이루어질 수 있고, 측정 전극들은 가열 소자 상에 직접 또는 간접적으로 제공되며, 가열 소자와 측정 전극 사이에 그리고 가열 소자와 캐리어 기판 사이에 각각 적어도 하나의 전기 절연 층이 배치되는 단계. 전술한 바와 같이, 가열 소자를 측정 전극 및 캐리어 기판으로부터 분리하는 상기 전기 절연 층들은 예컨대 상기 적어도 하나의 추가 전기 절연 층의 구성 성분일 수 있고, 상기 추가 전기 절연 층은 먼저 캐리어 기판 상에 제공된다. 상기 적어도 하나의 추가 전기 절연층은 다수의 전기 절연층을 포함할 수 있다.- providing at least one heating element on a carrier substrate, said provision can be made directly or indirectly, the measuring electrodes being provided directly or indirectly on the heating element, between the heating element and the measuring electrode and heating at least one electrically insulating layer respectively disposed between the device and the carrier substrate. As mentioned above, the electrically insulating layers separating the heating element from the measuring electrode and the carrier substrate can for example be a constituent of the at least one further electrically insulating layer, wherein the further electrically insulating layer is first provided on the carrier substrate. . The at least one additional electrically insulating layer may comprise a plurality of electrically insulating layers.

본 발명에 따른 센서 소자, 본 발명에 따른 센서 장치, 및 본 발명에 따른 방법은 상기 방식의 공지된 장치 및 방법에 비해 많은 장점을 갖는다. 특히 본 발명에 따라, 센서 소자의 수명에 걸친 감도 드리프트가 종래의 센서 소자에 비해 현저히 줄어들 수 있는데, 그 이유는 재생 시에 압축되어 센서 표면 상에 달라붙어 있는 카본블랙 내의 무기 성분으로 인해 경우에 따라 센서 소자 상에 형성되는 유리화가 전극면의 고장을 일으키기 않기 때문이다. 용량 판독으로 인해, 측정 전극들은 특히 유체 매체 및/또는 입자들, 예컨대 카본블랙에 대한 직접적인 전기 접촉을 필요로 하지 않는다. 센서 소자 상의 카본블랙 침적물은 측정 전극들, 예컨대 인터디지털 전극들 사이의 용량 변화를 야기할 수 있고, 상기 용량 변화는 입자 농도에 대한 척도이다. 예컨대 시간에 따른 용량의 증가는 예컨대 기울기로서, 또는 특정 용량 변화에 도달할 때까지의 시간은 입자 농도에 대한 척도로서 그리고 그에 따라 측정값으로서 검출될 수 있다. 센서 소자는 예컨대 센서 제어 유닛(Sensor Control Unit, SCU)에 연결될 수 있다.The sensor element according to the invention, the sensor device according to the invention and the method according to the invention have many advantages over the known devices and methods of this manner. In particular according to the present invention, the sensitivity drift over the lifetime of a sensor element can be significantly reduced compared to a conventional sensor element because, in some cases, due to the inorganic components in the carbon black that are compressed during regeneration and adhere to the sensor surface. This is because the vitrification formed on the sensor element does not cause failure of the electrode surface. Due to the capacity reading, the measuring electrodes do not require in particular direct electrical contact to the fluid medium and/or to particles such as carbon black. Carbon black deposits on the sensor element can cause a change in capacitance between the measuring electrodes, such as interdigital electrodes, which is a measure of particle concentration. An increase in dose over time, for example, can be detected, eg as a slope, or the time until a certain dose change is reached as a measure for the particle concentration and thus as a measure. The sensor element can be connected, for example, to a Sensor Control Unit (SCU).

특히 카본블랙 입자들을 측정하기 위해 사용되는 센서 소자는 완전히 또는 부분적으로 상기 MEMS-기술로 제조될 수 있고, 그 동작 방식은 측정 전극들, 예컨대 인터디지털 전극들 사이의 용량 변화에 기초한다. 상기 용량 변화는 센서 표면 상에 입자들, 예컨대 카본블랙 입자들의 침적에 의해 야기될 수 있다. 측정 전극들은 적어도 하나의 전기 절연 층으로 커버된 반도체 웨이퍼, 예컨대 실리콘 웨이퍼 상에 적어도 하나의 전도성 재료로 제조될 수 있다. 측정 전극들은 예컨대 얇은 전기 절연 층, 예컨대 SiO2 및/또는 SiN에 의해 패시베이트됨으로써, 상기 측정 전극들은 유체 매체 및/또는 입자들, 예컨대 카본블랙 입자들에 대한 전기 접촉을 갖지 않는다. 이로 인해, 센서 표면 상의 무기 침적물은 일반적으로 센서 소자의 감도에 대한 부정적 영향을 갖지 않는데, 그 이유는 전극들이 패시베이트될 수 있고 용량적으로 설계될 수 있기 때문이다.In particular, the sensor element used for measuring carbon black particles can be manufactured wholly or partially with the MEMS-technology, the mode of operation being based on the change in capacitance between the measuring electrodes, for example interdigital electrodes. The capacity change may be caused by deposition of particles, such as carbon black particles, on the sensor surface. The measuring electrodes may be made of at least one conductive material on a semiconductor wafer, for example a silicon wafer, covered with at least one electrically insulating layer. The measuring electrodes are passivated, for example by means of a thin electrically insulating layer, eg SiO 2 and/or SiN, such that the measuring electrodes have no electrical contact with the fluid medium and/or particles, eg carbon black particles. Due to this, inorganic deposits on the sensor surface generally do not have a negative effect on the sensitivity of the sensor element, since the electrodes can be passivated and can be designed capacitively.

개별 측정 전극들과 캐리어 기판, 예컨대 실리콘 기판 사이에 용량의 형성을 방지하기 위해, 캐리어 기판은 바람직하게는 측정 전극들 하부에서 제거되며, 이것은 전술한 바와 같이 예컨대 윈도우의 형성에 의해 수행될 수 있다. 예컨대 KOH로 건식 에칭(DRIE) 및/또는 습식 화학 에칭에 의해 후면으로부터 적합한 에칭 공정이 수행될 수 있다. 상기 용량은 센서 소자의 전체 용량을 현저히 증가시키고 그로 인해 감도를 입자 침적, 예컨대 카본블랙 침적에 의한 작은 용량 변화에 비해 줄인다. 캐리어 기판의 에칭에 의해 센서 소자의 감도가 현저히 커질 수 있다.In order to prevent the formation of a capacitance between the individual measuring electrodes and the carrier substrate, for example a silicon substrate, the carrier substrate is preferably removed under the measuring electrodes, which can be done as described above, for example by forming a window. . A suitable etching process may be performed from the back side, for example by dry etching (DRIE) with KOH and/or wet chemical etching. This capacity significantly increases the overall capacity of the sensor element and thereby reduces the sensitivity compared to small capacity changes due to particle deposition, such as carbon black deposition. The sensitivity of the sensor element may be significantly increased by etching the carrier substrate.

측정 전극들 하부에서 기판 재료의 상기 선택적 제거에 의해, 중실의 반도체 칩, 예컨대 실리콘 칩보다 훨씬 더 작은 열 질량을 갖는 멤브레인이 형성될 수 있다. 또한, 상기 멤브레인은 더 양호하게 열 절연될 수 있다. 이로 인해, 특히 재생 공정 동안 카본블랙 연소 온도에 도달하기 위해 필요한 가열 출력이 줄어들 수 있고, 적합한 시상수가 종래의 센서 소자에서보다 훨씬 더 작아질 수 있다. 이를 위해 특히 멤브레인 상에 및/또는 내에 직접 통합되는 가열 소자가 사용될 수 있다.By said selective removal of the substrate material under the measuring electrodes, a membrane with a much smaller thermal mass than a solid semiconductor chip, such as a silicon chip, can be formed. Also, the membrane can be better thermally insulated. Due to this, the heating power required to reach the carbon black combustion temperature can be reduced, especially during the regeneration process, and the suitable time constant can be much smaller than in conventional sensor elements. For this purpose, in particular heating elements integrated directly on and/or into the membrane can be used.

본 발명의 다른 특징들 및 세부 사항들은 선택적 실시 예의 하기 설명에 제시된다. 이들은 도면에 도시되어 있다. 물론, 본 발명이 도면에 제한되는 것은 아니다.Other features and details of the invention are set forth in the following description of optional embodiments. These are shown in the drawings. Of course, the present invention is not limited to the drawings.

도 1a 및 도 1b는 유체 매체 내의 입자를 검출하기 위한, 특히 배기 가스 중의 카본블랙 입자를 검출하기 위한 본 발명에 따른 센서 소자의 제 1 실시 예를 도시한 평면도(도 1a) 및 단면도(도 1b).
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 센서 소자의 제 2 실시 예를 도시한 평면도(도 2a) 및 단면도(도 2b).
도 3은 센서 장치의 일 실시 예를 도시한 평면도.1a and 1b are a plan view ( FIG. 1a ) and a cross-sectional view ( FIG. 1b ) showing a first embodiment of a sensor element according to the invention for detecting particles in a fluid medium, in particular for detecting carbon black particles in an exhaust gas; ).
2A and 2B are a plan view (FIG. 2A) and a cross-sectional view (FIG. 2B) illustrating a second embodiment of a sensor device according to the present invention.
3 is a plan view illustrating an embodiment of a sensor device;

도 1a(평면도) 및 도 1b(단면도)에는 유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한 본 발명에 따른 센서 소자(110)의 제 1 실시 예가 도시되어 있다. 상기 센서 소자(110)는 특히 자동차의 가스, 예컨대 배기 가스 내의 입자 성분, 예컨대 카본블랙 입자 성분을 결정하기 위한 센서 소자(110)일 수 있다. 이러한 방식으로, 예컨대 가스 중의 입자의 부피 퍼센트 및/또는 질량 퍼센트가 결정될 수 있다.1a (top view) and 1b (cross-section) show a first embodiment of a sensor element 110 according to the invention for determining particles in a fluid medium. The sensor element 110 may in particular be a sensor element 110 for determining a particle component, such as a carbon black particle component, in a gas, such as an exhaust gas, of an automobile. In this way, for example, the volume percentage and/or the mass percentage of particles in the gas can be determined.

센서 소자는 측정 표면(112)을 포함하고, 상기 측정 표면을 통해 센서 소자(110)에 유체 매체가 제공될 수 있다. 또한, 센서 소자(110)는 캐리어 기판(114)을 포함하고, 상기 캐리어 기판(114)은 예컨대 도 1b에 따른 단면도에 나타난다. 캐리어 기판(114)은 예컨대 실리콘으로 완전히 또는 부분적으로 제조될 수 있다. 예컨대, 전체 센서 소자(110)는 반도체 소자로서, 특히 반도체 칩으로서 제조될 수 있다. 특히, 이는 MEMS-기술로 제조될 수 있다.The sensor element includes a measurement surface 112 through which a fluid medium can be provided to the sensor element 110 . The sensor element 110 also comprises a carrier substrate 114 , which is shown, for example, in a cross-sectional view according to FIG. 1B . The carrier substrate 114 may be made entirely or partially of, for example, silicon. For example, the entire sensor device 110 may be manufactured as a semiconductor device, in particular, as a semiconductor chip. In particular, it can be manufactured in MEMS-technology.

센서 소자는 또한, 빗 모양 전극으로서 형성되며 각각 하나의 전극 척추(120) 및 다수의 전극 핑거(122)를 포함하는 측정 전극들(116, 118)을 포함한다. 전극 핑거들(122)은 척추(120)로부터 각각 다른 측정 전극을 향해 교대로 연장되므로, 전극 핑거들(122)은 서로 맞물린다. 측정 전극들(116, 118)은 인터디지털 전극들(IDE)을 형성한다.The sensor element also comprises measuring electrodes 116 , 118 formed as comb-shaped electrodes and each comprising one electrode spine 120 and a plurality of electrode fingers 122 . Since the electrode fingers 122 alternately extend from the spine 120 toward the different measurement electrodes, the electrode fingers 122 engage with each other. The measuring electrodes 116 and 118 form interdigital electrodes IDE.

측정 전극들(116, 118)은 적어도 하나의 전기 절연 층(124)에 의해 유체 매체로부터 분리된다. 또한, 측정 전극들(116, 118)은 캐리어 기판(114) 상에 직접 제공되지 않고 바람직하게는 적어도 하나의 추가 전기 절연 층(126)에 의해 상기 캐리어 기판(114)으로부터 분리되고 전기 절연된다. 적어도 하나의 추가 전기 절연 층(126) 내로 예컨대 도 1 b에만 도시된 적어도 하나의 가열 소자(128)가 매립될 수 있다.The measuring electrodes 116 , 118 are separated from the fluid medium by at least one electrically insulating layer 124 . Furthermore, the measuring electrodes 116 , 118 are not provided directly on the carrier substrate 114 , but are preferably separated and electrically insulated from the carrier substrate 114 by at least one additional electrically insulating layer 126 . At least one heating element 128 , shown only in FIG. 1 b , for example, can be embedded into the at least one further electrically insulating layer 126 .

도 1a 및 도 1b에 도시된 센서 소자(110)에 의해, 예컨대 디젤 및/또는 가솔린 차량의 배기 가스 중의 카본블랙 입자의 검출이 이루어질 수 있다. 또한, 예컨대 mg/㎥ 및/또는 개수/㎥ 단위로 상기 입자의 농도의 수량화가 측정될 수 있다. 설명된 센서 소자(110)는 예컨대 적합한 하우징 내에, 예컨대 보호관 내에 패킹될 수 있고, 상기 보호관 내에서 및/또는 상에서 자동차의 배기 가스관은, 카본블랙 입자를 포함하는 배기 가스가 센서 표면이라고도 하는 측정 표면 상으로 흐를 수 있도록, 장착된다. 카본블랙 입자들 중 몇몇은 측정 표면(112) 상에 침적될 수 있다. 이는 측정 신호로서 사용될 수 있는 센서 소자(110)의 용량 및/또는 임피던스의 변화를 야기한다. 상기 용량 및/또는 임피던스, 예컨대 기울기 및/또는 특정 용량 변화에 도달하기까지의 시간의 시간에 따른 변화는 카본블랙 농도에 대한 및/또는 일반적으로 입자 농도에 대한 척도로서 사용될 수 있다.The detection of carbon black particles in the exhaust gas of, for example, diesel and/or gasoline vehicles can be achieved by means of the sensor element 110 shown in FIGS. 1A and 1B . In addition, quantification of the concentration of said particles in units of, for example, mg/m3 and/or number/m3 can be determined. The described sensor element 110 can be packed, for example, in a suitable housing, for example in a sheath, in and/or on the exhaust gas duct of a motor vehicle, wherein the exhaust gas comprising carbon black particles is a measuring surface, also referred to as the sensor surface. It is mounted so that it can flow into the phase. Some of the carbon black particles may be deposited on the measurement surface 112 . This causes a change in the capacitance and/or impedance of the sensor element 110 which can be used as a measurement signal. Said capacity and/or impedance, such as a slope and/or change over time in time to reach a certain capacity change, can be used as a measure for carbon black concentration and/or particle concentration in general.

도 1a에 도시된 센서 소자(110)의 평면도에는 서로 전기 절연된 인터디지털 전극(116, 118) 사이에 용량이 형성될 수 있고, 상기 용량은 특정 량의 입자, 예컨대 카본블랙이 측정 표면(112) 상에 침적되면 변한다. 이러한 변화는 카본블랙이 상기 표면 상에 더 신속히 침적될수록 더 신속히 이루어질 수 있고, 이는 카본블랙 농도와 관련될 수 있다.In the plan view of the sensor element 110 shown in FIG. 1A , a capacitance may be formed between the interdigital electrodes 116 and 118 electrically insulated from each other, wherein the capacitance is determined by the amount of particles, such as carbon black, on the measurement surface 112 . ), it changes when it is deposited on the This change can be made more rapidly the faster the carbon black is deposited on the surface, which may be related to the carbon black concentration.

상기 센서 소자(110)의 특수성은 특히 MEMS-기술로 제조되는 것에 있다. 이로 인해, 더 적은 제조 비용으로 더 작은 센서 소자가 형성될 수 있다. 예컨대 포토리소그래픽으로 이루어질 수 있는 측정 전극들(116, 118)의 구조화에 의해, 더 작고 훨씬 더 정밀하게 형성된 구조들이 달성될 수 있다. 이로 인해, 센서 소자(110)의 감도 및 정확도가 종래의 센서 소자에 비해 증가될 수 있다. 센서 소자(110)는 예컨대 실리콘 기판 상에 캐리어 기판(114)으로서 제조된다. 이를 위해 예컨대 먼저, 추가 절연 층(126)이 캐리어 기판(114) 상에, 예컨대 SiO2 층의 형태로 및/또는 SiN 층의 형태로 제공될 수 있다. 이러한 공정은 예컨대 2개의 상기 전기 절연 층 사이에 매립될 수 있는 가열 소자(128)의 제공을 포함할 수 있는 다수의 중간 단계를 포함할 수 있다. 다음 단계로서, 도전성 층, 예컨대 백금, 도핑된 실리콘, SiC 및/또는 GaN이 증착되고 예컨대 포토리소그래픽으로 측정 전극들(116, 118)에 대해 구조화될 수 있다. 그 다음에, 전기 절연 층(124)이 증착된다. 이는 측정 전극들(116, 118)을 배기 가스로부터 보호한다. 상기 전기 절연 층(124)의 사용이 가능한데, 그 이유는 센서 소자(110)의 용량 판독으로 인해 입자들, 예컨대 카본블랙, 과 측정 전극들(116, 118) 사이의 전기 접촉이 필요 없기 때문이다.The particularity of the sensor element 110 lies in particular in that it is manufactured in MEMS-technology. Due to this, a smaller sensor element can be formed with a lower manufacturing cost. Smaller and even more precisely formed structures can be achieved by structuring the measuring electrodes 116 , 118 , which can for example be made photolithographically. Due to this, the sensitivity and accuracy of the sensor element 110 can be increased compared to the conventional sensor element. The sensor element 110 is fabricated, for example, as a carrier substrate 114 on a silicon substrate. For this purpose, first of all, an additional insulating layer 126 can be provided on the carrier substrate 114 , for example in the form of a SiO 2 layer and/or in the form of a SiN layer. This process may include a number of intermediate steps that may include, for example, the provision of a heating element 128 that may be embedded between the two electrically insulating layers. As a next step, a conductive layer such as platinum, doped silicon, SiC and/or GaN may be deposited and structured for the measurement electrodes 116 , 118 eg photolithographically. Then, an electrically insulating layer 124 is deposited. This protects the measuring electrodes 116 and 118 from exhaust gases. The use of the electrically insulating layer 124 is possible, since the capacitive reading of the sensor element 110 eliminates the need for electrical contact between the particles, eg carbon black, and the measuring electrodes 116 , 118 . .

센서 소자(110)는 도시되지 않은 제어부에 연결될 수 있다. 상기 제어부는 예컨대 센서 소자(110)가 규칙적으로 또는 불규칙적으로 재생되게 할 수 있다. 통합된 선택적 가열 소자(128)에 의해 센서 소자(110)는 일정한 온도로, 예컨대 적어도 650℃의 온도로 가열될 수 있다. 이 경우, 침적된 카본블랙이 연소된다. 통합된 가열 소자(128)는 도 1b에 도시된 매립에 대한 대안으로서 또는 추가로 예컨대 실리콘 기판(114)의 후면 및/또는 전면 상에 제공될 수 있다. 이를 위해 특히 증착 및/또는 포토리소그래픽 구조화에 의해 박막, 및/또는 예컨대 프린트 스크린 백금에 의해 제조된 후막, 또는 상기 2개의 방법의 조합이 사용될 수 있다. 특히 바람직한 실시 예는 실리콘 기판 상에 다음 층 순서의 사용이다: 절연, 도전, 절연, 도전, 절연. 하부 도전 층은 가열 소자로서 구조화될 수 있고, 상부 도전 층은 측정 전극으로서 구조화될 수 있다. 이 변형 예는 이러한 센서 소자(110)의 제조와 관련해서 특히 비용 효율적이다.The sensor element 110 may be connected to a control unit (not shown). The control unit may, for example, cause the sensor element 110 to be reproduced regularly or irregularly. By means of the integrated selective heating element 128 the sensor element 110 can be heated to a constant temperature, for example to a temperature of at least 650°C. In this case, the deposited carbon black is burned. An integrated heating element 128 may be provided as an alternative to or in addition to the embedding shown in FIG. 1B , for example on the back side and/or the front side of the silicon substrate 114 . For this purpose, in particular thin films by vapor deposition and/or photolithographic structuring and/or thick films produced for example by printed screen platinum, or a combination of the two methods can be used. A particularly preferred embodiment is the use of the following layer sequence on a silicon substrate: insulating, conductive, insulating, conductive, insulating. The lower conductive layer may be structured as a heating element and the upper conductive layer may be structured as a measuring electrode. This variant is particularly cost-effective with respect to the manufacture of such a sensor element 110 .

본 발명에 따른 센서 소자의 특별한 장점은 특히 카본블랙의 연소 시에 생기며 일종의 유리화로서 센서 소자(110)의 측정 표면(112) 상에 남아있는 무기 재(ash)가 저항성 센서 소자와는 달리 센서 소자(110)의 동작 방식에 영향을 미치지 않는다는 사실에 있다. 상기 재 및/또는 유리화는 기본적으로 전기 절연 층(124)의 유효 두께를 증가시켜, 카본블랙 침적 없이, 센서 소자(110)의 스타트 용량을 증가시키기는 하지만, 상기 유효 두께 및/또는 스타트 용량의 변화는 매 연소 후에 새로 측정될 수 있고, 센서 소자의 교정(calibration)이 조정될 수 있어서 측정 결과의 왜곡이 생기지 않는다. 이러한 장점은 여기에 제시된 용량성 센서 소자(110)의 모든 변형 예에 적용된다.A special advantage of the sensor element according to the present invention is that inorganic ash remaining on the measurement surface 112 of the sensor element 110 as a kind of vitrification occurs particularly during combustion of carbon black, unlike the resistive sensor element. It lies in the fact that it does not affect the manner in which (110) operates. The ashes and/or vitrification essentially increase the effective thickness of the electrically insulating layer 124, thereby increasing the starting capacity of the sensor element 110 without carbon black deposition, but increasing the effective thickness and/or starting capacity of the sensor element 110. The change can be measured anew after every combustion, and the calibration of the sensor element can be adjusted so that there is no distortion of the measurement result. These advantages apply to all variants of the capacitive sensor element 110 presented here.

도 2a(평면도) 및 도 2b(단면도)에는 도 1a 및 도 1b에 도시된 센서 소자(110)의 변형 예인, 본 발명에 따른 센서 소자(110)의 다른 실시 예가 도시되어 있다. 도 1a 및 도 1b에 따른 실시 예와는 달리, 캐리어 기판(114)은 도시된 실시 예에서 측정 표면(112)에 대향하는 센서 소자(110)의 면 상에서 윈도우(132)를 둘러싸는 프레임(130)을 형성한다. 상기 윈도우(132)는 예컨대 직사각형으로 형성될 수 있다. 물론, 다른 실시 예도 기본적으로 가능하다. 윈도우(132)는 멤브레인(134)에 의해 덮어 씌워지고, 상기 멤브레인(134)은 예컨대 적어도 하나의 추가 전기 절연 층(126)으로 완전히 또는 부분적으로 형성된다. 측정 전극들(116, 118), 특히 전극 핑거(122)는 예컨대 윈도우(132)에 대향하는 면 상에 배치될 수 있으므로, 윈도우(132)는 예컨대 상기 측정 전극들(116, 118) 아래 배치된다.Another embodiment of the sensor element 110 according to the present invention, which is a modification of the sensor element 110 shown in FIGS. 1A and 1B , is shown in FIGS. 2A (plan view) and 2B (cross-sectional view). Unlike the embodiment according to FIGS. 1A and 1B , the carrier substrate 114 is a frame 130 surrounding the window 132 on the side of the sensor element 110 opposite the measuring surface 112 in the illustrated embodiment. ) to form The window 132 may be formed in a rectangular shape, for example. Of course, other embodiments are basically possible. The window 132 is covered by a membrane 134 , which membrane 134 is formed completely or partially, for example, with at least one further electrically insulating layer 126 . The measuring electrodes 116 , 118 , in particular the electrode finger 122 , can for example be arranged on the side opposite the window 132 , so that the window 132 is arranged for example below the measuring electrodes 116 , 118 . .

멤브레인(134)은 예컨대 후면으로부터 캐리어 기판(114)의 에칭에 의해 형성될 수 있다. 멤브레인(134)은 인터디지털 전극 및 선택적으로 공급 라인의 일부를 지지할 수 있다. 이로 인해, 개별 전극(116, 118)과 실리콘 기판(114) 사이에 용량의 형성이 방지될 수 있다. 이러한 용량은 센서 소자(114)의 총 용량을 현저히 증가시킬 수 있어서, 카본블랙 침적에 의한 작은 용량 변화에 비해 감도를 줄인다. 기판의 에칭 및 윈도우(132)의 에칭에 의해, 센서 소자(110)의 감도가 현저히 상승될 수 있다.The membrane 134 may be formed, for example, by etching the carrier substrate 114 from the back side. Membrane 134 may support interdigital electrodes and optionally a portion of a supply line. Due to this, formation of a capacitance between the individual electrodes 116 and 118 and the silicon substrate 114 can be prevented. This capacitance can significantly increase the total capacitance of the sensor element 114, thereby reducing the sensitivity compared to the small capacitance change caused by carbon black deposition. By etching the substrate and etching the window 132 , the sensitivity of the sensor element 110 may be significantly increased.

인터디지털 전극들 하부에서 캐리어 기판(114)의 전술한 제거에 의해 생긴 멤브레인(134)은 일반적으로 중실의 반도체 칩, 예컨대 중실의 실리콘 칩에 비해 훨씬 더 낮은 열 질량을 갖는다. 또한, 상기 멤브레인(134)은 후자의 소자에 비해 훨씬 더 양호하게 열 절연된다. 이로 인해, 재생 단계 동안 카본블랙 연소 온도에 도달하기 위해 필요한 가열 출력이 줄어들고, 상응하는 시상수도 현저히 줄어든다. 특히 후자는 센서 소자의 성능을 위해 바람직한데, 그 이유는 이로 인해 데드 타임이 줄어들 수 있기 때문이고, 즉 센서 소자가 배기 가스를 모니터링하는 시간이 줄어들 수 있기 때문이다. 따라서, 필요한 더 낮은 가열 출력은 멤브레인(134) 상에 및/또는 내에 직접 통합된 가열 소자(128)의 사용을 특히 바람직하게 한다.The membrane 134 resulting from the aforementioned removal of the carrier substrate 114 under the interdigital electrodes generally has a much lower thermal mass compared to a solid semiconductor chip, such as a solid silicon chip. In addition, the membrane 134 provides much better thermal insulation compared to the latter device. Due to this, the heating power required to reach the carbon black combustion temperature during the regeneration phase is reduced, and the corresponding time constant is also significantly reduced. The latter is particularly desirable for the performance of the sensor element, since this can reduce the dead time, ie the time during which the sensor element monitors the exhaust gases. Accordingly, the lower heating output required makes the use of a heating element 128 directly integrated on and/or within the membrane 134 particularly advantageous.

입자들이 처음에 침적될 때부터 이미 용량 변화가 나타나며, 예컨대 저항성 센서에서와 같이, 측정 전극들(116, 118) 사이에 완전한 도전성 카본블랙 경로의 형성 후에야 나타나지 않는다는 사실은 또한 여기에 제안된 센서 소자(110)가 일반적으로 침적의 시작과 측정의 시작 사이에 데드 타임을 갖지 않게 하거나 또는 단지 짧은 데드 타임을 갖게 한다. 이는 실용적 적용에 특히 바람직하다. 또한, 용량 평가는 추가로 본 발명에 따른 센서 소자(110)의 감도를 높이고, 이는 계속 첨예화되는 배기 가스 표준에서 특히 중요한데, 그 이유는 유체 매체 내의, 특히 배기 가스 내의 입자, 특히 카본블랙 입자의 낮은 농도로 인해, 해당 센서 소자가 이를 검출하기 위해서는 항상 더 높은 감도를 가져야 하기 때문이다.The fact that a change in capacitance already appears from the time the particles are first deposited and does not appear only after the formation of a complete conductive carbon black path between the measuring electrodes 116 , 118 , such as in a resistive sensor, for example, is also the sensor element proposed herein. (110) generally does not have a dead time between the start of the deposition and the start of the measurement, or only has a short dead time. This is particularly desirable for practical applications. In addition, the capacity evaluation further increases the sensitivity of the sensor element 110 according to the invention, which is of particular importance in the ever sharpening exhaust gas standards, because of the particles in the fluid medium, in particular in the exhaust gas, in particular carbon black particles. This is because, due to the low concentration, the corresponding sensor element must always have higher sensitivity to detect it.

예컨대 도 1a, 도 1b 또는 도 2a, 도 2b의 실시 예에 따른 센서 소자(110)는 추가 컴포넌트와 조합되어 센서 장치를 형성할 수 있다. 예컨대 도시되지는 않았지만, 하나 이상의 제어부가 센서 소자(110)에 연결될 수 있다. 예컨대 간단한 용량 및/또는 복잡한 저항 측정을 수행할 수 있는 하나 이상의 용량 측정 장치가 센서 소자(110)에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 예컨대 간단한 용량 및/또는 임피던스가 검출될 수 있다. 또한, 해당 센서 장치는 적어도 하나의 캐리어 소자를 포함할 수 있고, 상기 캐리어 소자 내로 센서 소자(110)가 통합된다. 이는 평면도로 도시된 도 3에 따른 실시 예에서 도 1a 및 도 1b에 따른 캐리어 소자의 실시 예에 예시적으로 도시되어 있다. 거기에 도시된 센서 장치(136)는 센서 소자(110) 및 캐리어 소자(138)를 포함한다. 캐리어 소자(138)는 예컨대 적어도 하나의 홈(140) 및/또는 다른 형태의 수용부를 포함할 수 있고, 상기 수용부 내로 센서 소자(110)가 완전히 또는 부분적으로 삽입된다. 예컨대, 센서 소자(110)는 측정 표면(112)이 노출되도록 홈(140) 내에 완전히 또는 부분적으로 접착될 수 있다.For example, the sensor element 110 according to the embodiment of FIGS. 1A, 1B or 2A or 2B may be combined with additional components to form a sensor device. For example, although not shown, one or more control units may be connected to the sensor element 110 . For example, one or more capacitive measuring devices capable of performing simple capacitive and/or complex resistance measurements may be coupled to the sensor element 110 . In this way, for example, a simple capacitance and/or impedance can be detected. In addition, the sensor device may comprise at least one carrier element, into which the sensor element 110 is integrated. This is exemplarily shown in the embodiment of the carrier element according to FIGS. 1a and 1b in the embodiment according to FIG. 3 shown in plan view. The sensor arrangement 136 shown therein comprises a sensor element 110 and a carrier element 138 . The carrier element 138 may include, for example, at least one groove 140 and/or another type of receptacle into which the sensor element 110 is fully or partially inserted. For example, the sensor element 110 may be fully or partially glued within the groove 140 such that the measurement surface 112 is exposed.

캐리어 소자(138)는 또한 다수의 전기 공급 라인(142)을 포함할 수 있다. 상기 전기 공급 라인들은 예컨대 본딩 와이어(144)에 의해 측정 전극들(116, 118)에, 특히 공급 라인으로서 작용할 수 있는 그 척추(120)에 연결될 수 있다.The carrier element 138 may also include a plurality of electrical supply lines 142 . Said electrical supply lines can be connected to the measuring electrodes 116 , 118 , for example by means of a bonding wire 144 , in particular to their spine 120 , which can act as a supply line.

캐리어 소자(138)는 예컨대 세라믹 판으로서 형성될 수 있다. 센서 소자(110)를 캐리어 소자(138)에 재료 결합 방식으로 연결하기 위해, 예컨대 고온 내성 접착제 및/또는 시멘트가 사용될 수 있다. 캐리어 소자(138)의 세라믹 상에 전기 공급 라인(142)이 도체 트랙으로서 구현될 수 있고, 실크스크린 기술에 의해, 예컨대 백금 실크스크린 기술에 의해 구현될 수 있다. 상기 전기 공급 라인들은 본딩 와이어(144)를 통해 센서 칩(110) 상의 공급 라인들에 연결될 수 있다. 센서 소자(110)를 포함하는 세라믹 캐리어는 예컨대 보호관 내에서 배기 가스관에 결합될 수 있고, 예컨대 케이블 공급 라인을 통해 제어부로서 센서 제어 모듈에 연결될 수 있다.The carrier element 138 can be formed, for example, as a ceramic plate. To connect the sensor element 110 to the carrier element 138 in a material-bonded manner, for example, a high temperature resistant adhesive and/or cement may be used. The electrical supply line 142 on the ceramic of the carrier element 138 can be embodied as a conductor track, embodied by a silkscreen technique, for example by a platinum silkscreen technique. The electrical supply lines may be connected to supply lines on the sensor chip 110 through a bonding wire 144 . The ceramic carrier comprising the sensor element 110 can be coupled to the exhaust gas pipe, for example in a protective pipe, and can be connected to the sensor control module as a control, for example via a cable supply line.

도 3에 따른 실시 예에는 정확히 2개의 전기 공급 라인(142)이 제공된다. 물론, 이는 필수적인 것은 아니다. 예컨대 본 발명의 다른 실시 예에서 캐리어 소자(138) 상에, 예컨대 세라믹 소자 상에 2개의 측정 전극(116, 118)의 각각에 대해 2개의 전기 공급 라인(142)이 구현되고, 상기 전기 공급 라인들은 각각 고유의 본딩 와이어에 의해 각각의 측정 전극(116 또는 118)에 연결될 수 있다. 이로 인해, 공급 라인 내에서 전압 강하가 측정을 왜곡하지 않으면서, 예컨대 4점 측정의 범위에서 전압 또는 전류의 독립적인 측정이 가능하다. 따라서, 용량 측정의 정확도가 높아질 수 있다.Exactly two electrical supply lines 142 are provided in the embodiment according to FIG. 3 . Of course, this is not essential. For example, in another embodiment of the invention two electrical supply lines 142 are implemented for each of the two measuring electrodes 116 , 118 on the carrier element 138 , for example on a ceramic element, said electricity supply line may be connected to each measurement electrode 116 or 118 by a respective bonding wire. This allows independent measurement of voltage or current, for example in the range of a four-point measurement, without a voltage drop in the supply line distorting the measurement. Accordingly, the accuracy of capacity measurement may be increased.

기본적으로, 센서 소자(110)를 캐리어 소자(138)에 기계적으로 및/또는 전기적으로 연결하기 위해 다수의 기술이 실시될 수 있다. 예컨대, 다른 구성 및 연결 기술들이 사용될 수 있다. 예컨대, 도전성 접착제, 웨이퍼-관통 연결, 플립-칩-기술 또는 유사한 기술이 사용될 수 있다.Basically, a number of techniques may be practiced to mechanically and/or electrically connect the sensor element 110 to the carrier element 138 . For example, other configurations and connection techniques may be used. For example, conductive adhesives, through-wafer connections, flip-chip-techniques, or similar techniques may be used.

센서 소자(110)는 도시된 실시 예에서 예시적으로 입자 측정을 위해서만 사용된다. 이는 필수적 이지는 않다. 추가로, 하나 이상의 추가 기능이 센서 소자(110) 내에 통합될 수 있다. 이들은 외부를 향해 결선되거나 또는 전기적으로 결합될 수 있다. 예컨대 배기 가스 유속 측정이 구현될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 온도 측정이 실시된다. 대안으로서 또는 추가로, 가스 센서도 상기 방식으로 구현될 수 있다. 특히, 추가 기능, 특히 추가 센서 기능에 의해, 입자 센서의 횡방향 감도가 줄어들 수 있다.The sensor element 110 is illustratively used only for particle measurement in the illustrated embodiment. This is not essential. Additionally, one or more additional functions may be incorporated into the sensor element 110 . They may be wired outwardly or electrically coupled. For example, exhaust gas flow rate measurement can be implemented. Alternatively or additionally, a temperature measurement is carried out. Alternatively or additionally, a gas sensor can also be implemented in this way. In particular, the lateral sensitivity of the particle sensor can be reduced by a further function, in particular a further sensor function.

본 발명의 설명된 방식의 또는 다른 실시 예에 따른 센서 소자(110)는 특히 승용차 및/또는 상용차 내의 디젤 입자 필터의 기능을 모니터링하기 위한 온보드 진단 센서로서 사용된다. 또한, 이러한 센서 소자(110)는 특히 산업적 환경에서 먼지 농도를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 물론, 다른 적용도 기본적으로 가능하다.The sensor element 110 in the manner described or according to another embodiment of the invention is used in particular as an on-board diagnostic sensor for monitoring the function of a diesel particulate filter in passenger cars and/or commercial vehicles. In addition, this sensor element 110 can be used to measure the dust concentration, especially in an industrial environment. Of course, other applications are basically possible.

110 센서 소자
114 캐리어 기판
116, 118 측정 전극
124 전기 절연 층
126 추가 전기 절연 층
130 프레임
132 윈도우
134 멤브레인
136 센서 장치
138 캐리어 소자
140 홈
142 전기 공급 라인110 sensor element
114 carrier substrate
116, 118 measuring electrode
124 layer of electrical insulation
126 additional layer of electrical insulation
130 frames
132 windows
134 Membrane
136 sensor unit
138 carrier element
140 home
142 electricity supply line

Claims (10)

유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한 센서 장치(136)로서, 적어도 하나의 센서 소자(110) 및 적어도 하나의 캐리어 소자(138)를 포함하고, 상기 센서 소자(110)는 상기 캐리어 소자(138)에 연결되고,
유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한 상기 센서 소자(110)는 적어도 하나의 반도체 재료로 제조된 적어도 하나의 캐리어 기판(114) 및 적어도 2개의 측정 전극들을 포함하고, 상기 센서 소자(110)는 또한 적어도 하나의 전기 절연 층(124)을 포함하며, 상기 전기 절연 층(124)은 상기 측정 전극들을 상기 유체 매체로부터 분리하고,
상기 캐리어 소자(138)는 적어도 하나의 홈(140)을 포함하고, 상기 센서 소자(110)는, 상기 센서 소자(110)의 측정 표면이 노출되도록, 상기 홈(140) 내로 완전히 또는 부분적으로 삽입되고,
상기 캐리어 소자(138)는 다수의 전기 공급 라인들(142)을 포함하고, 상기 전기 공급 라인들(142)은 상기 측정 전극들에 연결되고,
상기 센서 소자(110)는 상기 캐리어 소자(138)에 재료 결합 방식으로 연결되는, 센서 장치(136). A sensor device (136) for determining particles in a fluid medium, comprising at least one sensor element (110) and at least one carrier element (138), said sensor element (110) being connected to said carrier element (138). connected,
Said sensor element 110 for determining particles in a fluid medium comprises at least one carrier substrate 114 made of at least one semiconductor material and at least two measuring electrodes, said sensor element 110 also comprising at least at least one carrier substrate 114 and at least two measuring electrodes. one electrically insulating layer (124), said electrically insulating layer (124) separating said measuring electrodes from said fluid medium;
The carrier element 138 comprises at least one groove 140 , the sensor element 110 being fully or partially inserted into the groove 140 such that the measuring surface of the sensor element 110 is exposed. become,
the carrier element 138 comprises a plurality of electrical supply lines 142, the electrical supply lines 142 connected to the measuring electrodes;
and the sensor element (110) is connected in a materially coupled manner to the carrier element (138). 제 1 항에 있어서, 상기 측정 전극들은 인터디지털 전극들로서 형성되고, 상기 측정 전극들은 각각 다수의 전극 핑거들을 포함하며, 상기 측정 전극들(116, 118)의 전극 핑거들은 서로 맞물리는, 센서 장치(136).The sensor device according to claim 1, wherein the measuring electrodes are formed as interdigital electrodes, each of the measuring electrodes comprising a plurality of electrode fingers, the electrode fingers of the measuring electrodes (116, 118) interdigitated with each other ( 136). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반도체 재료는 실리콘, SiC, GaN 및 SiO2로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 센서 장치(136).3. The sensor device (136) of claim 1 or 2, wherein the semiconductor material is selected from the group consisting of silicon, SiC, GaN and SiO 2 . 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서 소자(110)는 반도체 칩으로서 형성되는, 센서 장치(136).The sensor device (136) according to claim 1 or 2, wherein the sensor element (110) is formed as a semiconductor chip. 제 4 항에 있어서, 상기 측정 전극들은 적어도 하나의 추가 전기 절연층(126)에 의해 상기 캐리어 기판(114)으로부터 분리되는, 센서 장치(136).The sensor device (136) of claim 4, wherein the measuring electrodes are separated from the carrier substrate (114) by at least one further electrically insulating layer (126). 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 캐리어 기판(114)은 적어도 하나의 윈도우(132)를 가진 프레임(130)을 형성하고, 상기 윈도우(132)는 멤브레인(134)에 의해 덮어 씌워지며, 상기 측정 전극들(116, 118)은 상기 멤브레인(134) 상에 배치되는, 센서 장치(136).3. The carrier substrate (114) according to claim 1 or 2, wherein the carrier substrate (114) forms a frame (130) with at least one window (132), the window (132) being covered by a membrane (134), and the measuring electrodes (116, 118) are disposed on the membrane (134). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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