KR102506891B1 - 고전자이동도 트랜지스터 및 링 공진기(들)을 가진 센서 셀을 갖는 검출 센서 - Google Patents

고전자이동도 트랜지스터 및 링 공진기(들)을 가진 센서 셀을 갖는 검출 센서 Download PDF

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상뜨르 나쇼날 드 라 러쉐르쉬 샹띠피끄
조지아 테크 로렌
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Abstract

본 발명은 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 적어도 하나의 특정 성분의 검출 또는 측정을 위한 무선 센서에 있어서, 상기 기체 센서는 소스와 드레인 사이에 삽입되는 게이트를 포함하는, 소스 및 드레인을 포함하는 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 적어도 하나의 센서 셀(1)을 포함하는, 무선 센서에 관한 것이다. 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀(1)은 적어도 하나의 각각의 슬릿(3, 3a)을 갖는 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)와 연관되고 또한 한편으로는 상기 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)의 상기 드레인과, 다른 한편으로는 상기 게이트 또는 상기 소스 사이에 연결되고, 상기 센서는 상기 기체 또는 액체 혼합물 내의 상기 적어도 하나의 특정 성분의 존재 및/또는 농도의 함수로서 세기 또는 공진 주파수에 있어서의 변화를 검출한다.

Description

고전자이동도 트랜지스터 및 링 공진기(들)을 가진 센서 셀을 갖는 검출 센서
본 발명은 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 특정 성분의 검출 또는 측정을 위한 무선 센서에 관한 것으로서, 이 무선 센서는 고전자이동도 트랜지스터 및 적어도 하나의 링 공진기를 가지는 센서 셀을 포함한다.
약어 HEMT에 의해 알려진, 고전자이동도 트랜지스터(high-electron-mobility transistor)는 소스와 드레인 사이에 삽입되는 게이트와 함께 소스 및 드레인을 포함한다. 센서 셀의 작동은 게이트에 의해 표현되는, 제어 전극의 정전기적 활동에 의한, 소스와 드레인에 의해 표현되는, 2 개의 옴 접촉들 사이의 전도도(conductance)에 기초한다.
이하, 본 발명에 따른 무선 센서의 바람직한 적용이 자동차의 배기 라인을 이용해 내부 연소 엔진으로부터 나오는 배기 가스들 내에 존재하는 오염 요소의 검출을 위한 센서로서 설명될 것이다. 이 적용은 본 발명을 한정하지 않는다.
차량으로부터의 배기 가스들이 많은 화학적 성분들을 포함한다는 것은 알려져 있고, 그 중 일부는 인간의 건강에 유해하고, 일부는 환경에 유해하다. 이러한 환경 및 건강에 대한 오염물질들을 제한하기 위해, 유럽, 미국 및 일본에 이러한 화학 성분들의 측정 및/또는 검출을 위한 법령들이 도입되어 왔다.
이하 화학 공식 NOx로 표시되는, 이러한 위험한 화학 성분들의 부분을 형성하는 질소산화물에 관하여, 방출 제한은 점점 더 엄격해질 것이고, 아마도 NO, NO2, N2O, 등을 포함하는, 다른 질소 산화물들로 특정될 것인 반면, NOx는 현재 전반적으로 규제되고 있다.
차량 배기 가스들에 현재 사용되는 센서들은 NOx 센서들 및 람다 탐침으로 알려진, O2 탐침들이다. 이들은 고체 전해질의 작동 원리 및 네른스트 법칙(Nernst's law)에 기초하고, 또한 이트리윰이 도핑된 지르코늄 산화물(yttrium-doped zirconium oxide)에 기초한다.
이 NOx 센서들은 서로 다른 기체들 사이에서 선택적이지 않고 가스들(NO2, NO, N2O, NH3)에 대응하는 전체 농도를 검출한다. 이에 더하여, 이들의 응답 시간은 높고, 이 센서들은 상대적으로 고가이다.
광학적 센서들, 금속 산화물 센서들, 음향 센서들, 중력 센서들 등과 같은, 다른 가스 센서 기술들이 존재한다. 하지만, 현재, 차량 배기 시스템 환경에 견딜 수 있고 또한 O2, H2, NO2, NO, N2O, CO, CO2와 같은 서로 다른 기체 종류들에 선택적이고, 민감하고, 빠르고, 저가인 센서들은 없다.
그러므로 법령에 있어서의 이러한 발전에 따르기 위해 기체들 사이에서 선택적인 새로운 세대의 센서들이 필요하다. 이에 더하여, 암모니아 또는 NH3의 농도 및 NO/NO2 비를 따로따로 결정하는 것을 가능하게 해주는 센서는, 약어 SCR로 알려진, 선택적인 촉매환원 시스템(selective catalytic reduction system)의 법령을 개선시키는 것을 가능하게 해줄 것이고, 처음에 우레아에 기초한 혼합물의 형태인 환원제의 분해로부터 귀결되는 NH3의 주입에 의해 NOx가 감소되게 된다.
이러한 맥락에서, 질화물(Ⅲ-N) 반도체들에 기초한 기체 센서들의 발전에 있어서 작업이 수행되어 왔다. Ⅲ-N 재료들에 기초한 반도체들은 넓은 금지대(forbidden band)를 가지는 재료이고, 이것은 기체 센서 적용들에 있어서 관심있게 해준다. 이들의 열적 안정성 및 이들의 높은 항복 전압(breakdown voltage)은 이들을 고온 적용들에 있어서 적합하게 만들어 주는데, 이것은 예를 들어 배기 라인들 및/또는 자동차용 내부 연소 엔진들의 경우이다.
이러한 센서들의 측정은 무선으로 수행된다. 무선 센서들을 이용한 이러한 배기 가스들의 측정은 필수적인 장점들을 가져온다. 사실상, 배기 가스의 환경은 매우 높은 온도에 맞닥뜨린다는 측면에서 매우 스트레스받게 된다.
전기적 접촉을 제거하는 것은 필요한 커넥터들과 연관된 비용 제한을 피하는 것을 가능하게 해준다. 이에 더하여, 고온 환경에 있어서의 이러한 커넥터들의 성능은 온도의 측면에서 제한 인자일 수 있고 센서 그 자체의 능력은 아닐 수 있다.
무선 센서들은 또한 액체 환경들 또는 접근이 어려운 환경들에서 작동할 수 있고 또한 액체 컨텐츠들을 측정하는 것을 가능하게 해준다. 이것은 또한 센서들의 규모를 감소시키는 것을 가능하게 해주는데, 이것은 더 이상 커넥터들을 필요로 하지 않는다.
하지만, 액체 또는 기체 혼합물 내의 성분들의 측정 및/또는 검출을 위한 무선 센서들은 개선될 수 있는데, 특히 검출되는 성분들에 있어서의 선택성에 있어서 그러한데, 이것은 이 성분에만 관련되는 것이 필요하다.
고전자이동도 트랜지스터는 액체 또는 기체 혼합물 내의 성분의 측정 또는 검출을 위한 센서의 분야가 아닌 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 문서 WO 2015/188736 A1는 측정 센서의 일부를 형성하지 않지만 트랜지스터의 변조에 작용하는 분할-링 공진기와 관련되는 고전자이동도 트랜지스터를 기술하고 있다.
지금까지, 그 기술 수준에서 이러한 센서들에 의한 기체 또는 액체 혼합물 내의 성분들의 더 선택적인 검출 또는 측정을 하게 해주는 어떠한 제안도 행해지지 않았다.
결론적으로, 본 발명의 기초를 형성하는 문제는, 기체 또는 액체 혼합물 내에 포함되어 있는 성분의 검출 및/또는 측정을 위한 무선 센서에 관한 것으로서, 이 센서는 이 성분 컨텐트를 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 다른 성분들에 대하여 선택적으로 정확히 검출 및/또는 측정하기 위해, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 센서 셀을 포함한다.
이 목적을 달성하기 위해, 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 적어도 하나의 특정 성분의 검출 또는 측정을 위한 무선 센서가 본 발명에 따라 제공되는데, 상기 무선 센서는 소스와 드레인 사이에 삽입되는 게이트를 포함하는, 소스 및 드레인을 포함하는 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 적어도 하나의 센서 셀을 포함하하고,
고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀은 적어도 하나의 각각의 슬릿을 갖는 적어도 하나의 분할-링 공진기와 연결되되, 상기 적어도 하나의 분할-링 공진기는 상기 적어도 하나의 센서 셀의 한편으로는 상기 드레인과, 다른 한편으로는 상기 게이트 또는 상기 소스 사이에 연결되고,
상기 센서는 상기 기체 또는 액체 혼합물 내의 상기 적어도 하나의 특정 성분의 존재 및/또는 농도의 함수로서 분할-링 공진기의 공진의 세기 또는 공진 주파수에 있어서의 변화를 검출하는 것을 특징으로 한다.
그 기술적 효과는 적어도 하나의 분할-링 공진기, 유리하게 적어도 2 개의 분할-링 공진기들과 연관된 적어도 하나의 고전자이동도 트랜지스터를 반영하는 것에 의해 기체 또는 액체의 무선 센서를 획득하는 것이다. 이 분할-링 공진기는 메타물질 종류인데, 이것은 전자기적 공진의 장점을 이용하는 것을 가능하게 해준다.
이러한 종류의 공진은 서로 다른 종류들의 전자 장치들에서 사용되지만 고전자이동도 트랜지스터 또는 쇼트키 다이오드(Schottky diode)로 알려진 다이오드를 포함하는 센서들에는 적용되지 않았다.
분할-링 공진기는 공진 주파수를 보이지 않는 폐쇄-링 공진기와는 달리, 특정 주파수에서 전자기적 전송을 막는, 도파관으로서 행동하는, 이 특정 주파수에서 공진하는, LC 타입의 공진 회로와 같이 작동한다.
분할-링 공진기(들)은 공진 세기에 있어서의 변화를 야기시키기 위해 고전자이동도 트랜지스터의 소스 및 드레인에 연결되거나 또는 공진 주파수에 있어서의 천이를 야기시키는 트랜지스터의 소스와 게이트 사이에 연결된다.
제2 구성은 10 Mhz의 천이가 획득될 수 있기 때문에 센서의 민감도를 증가시키기 위한 상당한 포텐셜을 가지고, 또한 이 천이는 이로써 매우 간단한 장치들에 의해 측정될 수 있다.
유리하게도, 세기 또는 공진 주파수는
- 상기 적어도 하나의 분할-링 공진기의 상기 적어도 하나의 슬릿의 치수,
- 상기 적어도 하나의 분할-링 공진기를 구성하는 재료의 치수 또는 치수들,
- 상기 적어도 하나의 분할-링 공진기가 수 개의 슬릿들을 가질 때, 상기 적어도 하나의 분할-링 공진기에 대한 슬릿들의 수 및
- 상기 센서가 적어도 2 개의 분할-링 공진기를 가질 때, 분할-링 공진기의 수 및 위치,
이상의 변수들 중 하나 또는 그 이상을 단독으로 또는 조합하는, 함수이다.
이로써, 하나 또는 그 이상의 특정 변수들을 선택하는 것에 의해, 특정 세기 또는 공진 주파수로 검출되거나 또는 측정되는 성분을 선택적으로 목표로 하는 센서가 획득될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 센서는 적어도 2 개의 분할-링 공진기들을 가지고 또한 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀은 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들의 상기 적어도 하나의 슬릿에 삽입된다.
유리하게, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀은 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들 중 가장 안쪽의 분할-링 공진기의 상기 적어도 하나의 슬릿에 삽입된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서는 적어도 2 개의 분할-링 공진기들을 가지고 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀은 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들 사이에 삽입된다.
2 개의 바람직한 모드들에 있어서, 즉 분할-링 공진기의 슬릿 내에 또는 적어도 2 개의 분할-링 공진기들 사이에 삽입되는 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 센서 셀에 있어서, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 센서의 커패시턴스 값이 성분의 존재의 함수에 따라 변하기 때문에, 이러한 고전자이동도 트랜지스터의 포지셔닝은 분할-링 공진기들을 가진 구조의 공진 주파수를 변경시킨다.
이러한 모드들에 있어서, 커패시턴스에 있어서의 작은 변화는 넓은 주파수 천이로 귀결되는데, 이것은 센서의 측정 민감도를 증가시킨다. 이 모드들은 또한 한편으로는 트랜지스터 및 링 구조와 다른 한편으로는 센서 사이에 접촉들을 가지는 장점을 가진다.
유리하게도, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀은 상기 적어도 하나의 2 개의 분할-링 공진기들과 동심원을 이루는 크라운 형태이다.
유리하게도, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀은 사각형, 정사각형 또는 크라운의 일부로서의 것이다.
유리하게도, 상기 센서는 공통 중심을 갖는 적어도 2 개의 동심원의 분할-링 공진기들을 가지고 또한 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들의 상기 적어도 하나의 슬릿은, 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들 중 가장 바깥쪽의 분할-링 공진기의 지름에 따라 정렬되고, 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들의 공통 중심은 상기 2 개의 분할-링 공진기들의 상기 적어도 하나의 슬릿 사이에 삽입, 정렬되어 위치된다.
본 발명은 또한 각각의 센서가 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 각각의 특정 성분을 검출하는, 검출 또는 측정을 위한 적어도 2 개의 무선 센서들의 조립체에 관한 것으로서, 상기 적어도 2 개의 센서들은 이전에 언급된 것과 같은 것들이고, 상기 적어도 2 개의 센서들 각각은 상기 기체 또는 액체 혼합물에서 각각의 센서의 특정 성분의 존재 및/또는 농도의 함수로서 세기 또는 공진 주파수에 있어서의 변화를 보여주는 것을 특징으로 한다.
이로써, 간접 검출 또는 측정이 발생하고, 이것은 접촉들을 가지는 현재 시스템에서 견뎌내는 온도들보다 더 큰 온도들을 견딜 수 있다. 더 이상 접촉들을 가지지 않는다는 사실은 동일한 표면에 대하여, 기체들에 민감한 영역의 반응 표면적을 증가시키는 것을 가능하게 해준다.
고전자이동도 트랜지스터를 갖는 센서들은 서로 다른 개별적인 튜닝들을 가지고 단일 전자 칩 상의 특정 성분들의 입자들에 민감하도록 설계될 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 차량의 내부 연소 엔진의 배기 라인에 관한 것으로서, 검출 또는 측정을 위한 이러한 센서 또는 적어도 2 개의 무선 센서들의 이러한 조립체를 포함하고, 상기 기체 또는 액체 혼합물은 상기 배기 라인을 통과하는 배기 가스들에 의해 형성되고 또한 상기 적어도 하나의 특정 성분 또는 상기 적어도 2 개의 특정 성분들은 상기 배기 가스들, 특히 그 컨텐트가 법령들에 의해 제어되는, 예를 들어 NOx 가스들에 포함되는 기체 또는 기체들인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 제안되는 해법들의 장점들은 배기 가스들의 라인 내에 존재하는 서로 다른 성분들 또는 오염물질들 사이에서 선택적인 검출 또는 측정, 개선된 응답 시간 및 검출 또는 측정의 비용에 있어서의 감소에 있다.
본 발명의 다른 특징들, 목표들 및 장점들은 한정적이지 않는 예에 의해 주어진 첨부된 도면들의 측면에서 이하의 상세한 설명을 읽을 때 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 센서의 제1 실시예의 도식적인 도면이고, 이 센서는, 한편으로 고전자이동도 트랜지스터를 포함하는 센서 셀을, 다른 한편으로 2 개의 동심원의 분할-링 공진기들을 가지고, 고전자이동도 트랜지스터는 2 개의 분할-링 공진기들 중 가장 안쪽의 슬릿에 삽입된다.
도 2는 본 발명에 따른 센서의 제2 실시예의 도식적인 도면이고, 이 센서는, 한편으로 고전자이동도 트랜지스터를 포함하는 센서 셀을, 다른 한편으로 2 개의 동심원의 분할-링 공진기들을 가지고, 고전자이동도 트랜지스터는 2 개의 동심원의 분할-링 공진기들 사이에 삽입되는 크라운 형태이다.
도 3은 고전자이동도 트랜지스터에 대한 주파수들의 함수로서 전송 값들을 주는 3 개의 곡선들의 도식적인 도면이고, 이 트랜지스터는 2 개의 곡선들에 대한 2 개의 서로 다른 형태들인 분할-링 공진기와 그리고 3번째 곡선에 대한 2 개의 분할-링 공진기들과 연관된다.
도면들은 예로써 주어지고 본 발명을 한정하는 것은 아님을 기억해야 한다. 도면들은 본 발명의 이해를 제공하려는 원칙의 도식적인 표현들을 포함하고, 반드시 실제 적용의 비율일 필요는 없다. 특히, 도시된 서로 다른 요소들의 치수는 실제를 표현하지는 않는다.
이하, 모든 도면들이 조합되어 참조될 수 있다. 지시된 참조 부호들의 인식 측면에서, 하나 또는 그 이상의 특정 도면들이 참조될 때, 이 도면들은 다른 도면들과 조합될 수 있다.
모든 도면들을 참조하면, 본 발명은 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 적어도 하나의 특정 성분의 검출 또는 측정을 위한 무선 센서에 관한 것이다. 기체 센서는 소스와 드레인 사이에 삽입되는 게이트와 소스 및 드레인을 포함하는 고전자이동도 트랜지스터를 갖는, 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)을 포함한다.
고전자이동도 트랜지스터는 2 개의 반대되는 측면 끝단들에서 드레인 및 소스를 지지한다. 일 실시예에 있어서, 소스와 드레인 사이에서 나노구조의 Ⅲ-N 반도체 층 및 Al0,3Ga0,7N 층 또는 능동적인 정전기적 상호작용 층이 연장되고, 이 반도체 층은 Al0,3Ga0,7N 층 상에 중첩된다.
나노구조의 Ⅲ-N 반도체 층은, 포텐셜 차이를 생성하는 것에 의해, 검출되거나 또는 측정되는 성분(들)의 이온들, 예를 들어 질소 산화물들(NOx) 또는 산소(O2)에 대하여 분리된 - 산소 이온들(O2-)에 대한 입력 게이트를 형성하는 하나 또는 그 이상의 층들을 지지한다. 입력 게이트를 형성하는 이 층 또는 이 층들은, 유리하게도 산화물들의 층으로 코팅되고, 플래티늄 또는 텅스텐으로부터 만들어질 수 있다.
소스 및 드레인을 연결하는 게이트는 Al0,3Ga0,7N 층 아래에서 연장되고, 게이트는 절연 기판으로서 기능하는, GaN 층 상에 중첩된다.
본 발명에 따르면, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 이 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)은, 한편으로 드레인과 다른 한편으로 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)의 게이트 또는 소스 사이에 연결되는 적어도 하나의 각각의 슬릿(3, 3a)을 갖는 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)과 연관된다.
센서는 기체 또는 액체 혼합물 내의 적어도 하나의 특정 성분의 존재 및/또는 농도의 함수로서 세기 또는 공진 주파수에 있어서의 변화를 검출한다.
분할-링 공진기(2, 2a)는 인공적으로 생산되는 메타물질들 구조이다. 이러한 분할-링 공진기(2, 2a)는 전자기적 적용에 필요한 강한 자기적 결합을 생성하는 자기적 응답 또는 자기적 민감성을 전달하는데 이것은 종래의 재료들에 적용가능하지 않았던 것이다.
분할-링 공진기(2, 2a)는 단독으로 사용되거나 또는 수 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)의 구조의 일 부분을 형성할 수 있다. 이러한 구조는 그후 구획들을 가지는 링들 각각에 의해 형성되는 루프들 또는 그 루프들 내의 슬릿들(3, 3a)을 포함한다. 링 또는 링들(2, 2a)은 예를 들어 구리와 같은, 자기적 재료로부터 만들어지고, 또한 수 개의 링들을 갖는 구조의 경우에 있어서는, 2 개의 인접하는 링들 사이에 간격을 유지한다. 링 또는 링들(2, 2a)은 크라운 형태이거나 또는 그 형태에 있어서 정사각형 또는 사각형일 수 있다.
링 또는 분할-링 공진기들(2, 2a)을 관통하는 자속(magnetic flux)은 링들 내에 회전하는 전류들을 도입할 수 있는데, 이것은 입사 장(incident field)을 강화하거나 또는 이에 반대하기 위해 그들 자체의 자속을 생산한다. 분할-링 공진기(들)(2, 2a)은 유전체 기판 상에서 식각될 수 있다.
센서는 하나 또는 그 이상의 센서 셀들을 포함할 수 있다. 각각의 센서 셀(1, 1a)은 하나 또는 그 이상의 분할-링 공진기들(2, 2a)과 연관된 하나 또는 그 이상의 고전자이동도 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 각각의 링 공진기는 단 한번 또는 복수 번 분할될 수 있다.
수 개의 링들을 갖는 구조의 경우에 있어서 주기적인 구조들을 갖는, 분할-링 공진기들(2, 2a)의 변형이 있다. 링들(2, 2a)은 내포되거나, 동심원이거나, 또는 동심원이지 않고 서로에게 둘러싸일 수 있다. 링 또는 링들(2, 2a)은 나선 형태로 각각의 하나의 분할 링의 형태일 수 있다.
유리하게도, 세기 또는 공진 주파수는
- 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)의 적어도 하나의 슬릿(3, 3a)의 치수,
- 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)를 구성하는 재료의 치수 또는 치수들,
- 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)가 수 개의 슬릿들(3, 3a)을 가질 때, 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)에 대한 슬릿들(3, 3a)의 수 및
- 센서가 적어도 2 개의 분할-링 공진기(2, 2a)를 가질 때, 서로에 대한 분할-링 공진기(2, 2a)의 수 및 위치,
이상의 변수들 중 하나 또는 그 이상을 단독으로 또는 조합하는, 함수이다.
한정적이지 않게, 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)의 구조에 있어서, 위치는 서로에 대한 분할-링 공진기들(2, 2a)의 배치, 서로에 대한 분할-링 공진기들(2, 2a)의 슬릿들(3, 3a)의 배치 및/또는 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a) 사이의 거리에 관련될 수 있다.
분할-링 공진기들(2, 2a)의 구조의 제1 실시예에 있어서, 이 제1 형태는 도 1에 도시되어 있는데, 이 센서는 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)을 가질 수 있고, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 적어도 하나의 센서 셀(1)은 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2) 중 하나의 적어도 하나의 슬릿(3)에 삽입된다.
이 제1 실시예에 있어서, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 적어도 하나의 센서 셀(1)은 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a) 중 가장 안쪽의 분할-링 공진기(2)의 적어도 하나의 슬릿(3)에 삽입될 수 있다.
분할-링 공진기들(2, 2a)의 구조의 제2 실시예에 있어서, 이 제2 형태는 도 2에 도시되어 있는데, 이 센서는 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)을 가질 수 있고, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 적어도 하나의 센서 셀(1a)은 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a) 사이에 삽입될 수 있다.
이 실시예에 있어서, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 적어도 하나의 센서 셀(1a)은 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)과 동심원의 크라운 형태일 수 있다. 센서 셀(1, 1a)에 의해 형성되는 크라운의 폭은 센서의 세기 또는 공진 주파수에 영향을 미칠 수 있다. 크라운은 연속적이거나 또는 불연속적일 수 있다.
한정적이지 않게, 모든 실시예들에 있어서, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)은 그 형태에 있어서 사각형이거나 또는 정사각형 또는 크라운의 일부로서의 것일 수 있다.
센서는 공통 중심을 갖는 적어도 2 개의 동심원의 분할-링 공진기들(2, 2a)을 가질 수 있고 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)의 적어도 하나의 슬릿(3, 3a)은 적어도 하나의 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a) 중 가장 바깥쪽의 분할-링 공진기(2a)의 지름에 따라 정렬된다.
적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)의 공통 중심은 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)의 적어도 하나의 슬릿(3, 3a) 사이에 삽입, 정렬될 수 있다.
2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)에 대한 센서의 위치에 관련된 실시예들에 따르면, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 센서의 커패시턴스 값(capacitance value)은 검출 또는 측정되는 성분의 양(quantity)의 함수로서 변하기 때문에, 이로써 트랜지스터는 링의 개구부(opening)에 또는 링들 사이에 배치될 수 있는 한편, 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)에 의해 형성되는 구조의 공진 주파수는 변하게 된다.
이 설계에 있어서, 커패시턴스에 있어서의 작은 변화는 넓은 주파수 천이로 귀결되는데, 이것은 센서의 측정 민감도를 증가시킨다. 이것은 또한 구조와 센서 사이의 접촉들만을 필요로 하는 장점을 가진다.
본 발명은 또한 각각의 센서가 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 각각의 특정 성분을 검출하는, 검출 또는 측정을 위한 적어도 2 개의 무선 센서들의 조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 적어도 2 개의 센서들은 이전에 언급된 것과 같은 것들이고, 이 적어도 2 개의 센서들 각각은 기체 또는 액체 혼합물에서 각각의 센서의 특정 성분의 존재 및/또는 농도의 함수로서 세기 또는 공진 주파수에 있어서의 변화를 보여준다. 이로써 이 조립체는 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 적어도 2 개의 성분들을 특별히 검출할 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 차량의 내부 연소 엔진의 배기 라인에 관한 것이다. 이 배기 라인은 이러한 센서를 포함하고, 이 경우에 있어서 성분은 특별히 검출 또는 측정된다. 대안적으로, 이 라인은 검출 또는 측정을 위한 적어도 2 개의 무선 센서들의 이러한 조립체를 포함하고, 이 경우에 있어서 2 개의 서로 다른 성분들은 상호 간섭 없이 동시에 특별히 검출 및 측정된다.
이러한 배기 라인에 있어서, 이전에 언급된 기체 또는 액체 혼합물은 배기 라인을 관통하는 배기 가스들에 의해 형성되고 또한 이 적어도 하나의 특정 성분 또는 적어도 2 개의 특정 성분들은, 배기 가스들, 예를 들어 NO 또는 NO2 타입의 질소 산화물에 포함되는 하나 또는 그 이상의 오염물질들 각각인데, 이것은 그후 기술의 상태에 따라 이전에 설립된 검출들에 악영향을 미치는 다른 NOx 질소 산화물들 또는 NO3 암모니아의 간섭 없이 격리되어 검출 또는 측정될 수 있다.
도 3은 다른 구성들의 3 개의 센서들의 3 개의 선택적인 반응 곡선들을 보여준다. y 축은 전송 전력(Trans)(데시벨 또는 dB)을, x 축은 주파수 범위(F)(기가헤르츠 또는 Ghz)를 보여준다. 3 개의 센서들(DAFR, AFR2.2pF 및 비교되는 AFR4.7pF)의 공진 응답은 더 높거나 또는 더 낮은 전송 전력 값들(Trans)을 갖는 각각의 센서에 특정된다.
정사각형들을 갖는 DAFR 곡선은 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)을 갖는 센서를 보여주는 한편, 다른 2 개의 곡선들은 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)를 갖는 센서들에 관한 것이다.
본 발명은 설명되고 도시된 실시예들에 전혀 한정되지 않는데, 이것은 단지 예로써 주어진다.

Claims (10)

  1. 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 적어도 하나의 특정 성분의 검출 또는 측정을 위한 무선 센서에 있어서,
    상기 무선 센서는 소스와 드레인 사이에 삽입되는 게이트와 함께, 소스 및 드레인을 포함하는 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)을 포함하고,
    고전자이동도 트랜지스터를 갖는 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)은 적어도 하나의 각각의 슬릿(3, 3a)을 갖는 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)와 연결되되, 상기 분할-링 공진기(2, 2a)는 한편으로는 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)의 드레인과 연결되고, 다른 한편으로는 상기 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)의 게이트 또는 소스 사이에 연결되고,
    상기 센서는 상기 기체 또는 액체 혼합물 내의 상기 적어도 하나의 특정 성분의 존재 또는 농도의 함수로서 상기 분할-링 공진기(2, 2a)의 공진의 세기 또는 공진 주파수에 있어서의 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는, 무선 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 분할-링 공진기(2, 2a)의 공진의 세기 또는 공진 주파수는,
    - 상기 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)의 상기 적어도 하나의 슬릿(3, 3a)의 치수,
    - 상기 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)를 구성하는 재료의 치수 또는 치수들,
    - 상기 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)가 수 개의 슬릿들(3, 3a)을 가질 때, 상기 적어도 하나의 분할-링 공진기(2, 2a)에 대한 슬릿들(3, 3a)의 수 및
    - 상기 센서가 적어도 2 개의 분할-링 공진기(2, 2a)를 가질 때, 분할-링 공진기(2, 2a)의 수 및 위치,
    이상의 변수들 중 하나 또는 그 이상을 단독으로 또는 조합하는, 함수인, 무선 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서는 적어도 2 개의 분할-링 공진기(2, 2a)를 가지고 또한 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀(1)은 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들 중 하나(2)의 상기 적어도 하나의 슬릿(3)에 삽입되는, 무선 센서.
  4. 제 3 항에 있어서, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀(1)은 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기(2, 2a) 중 가장 안쪽의 분할-링 공진기(2)의 상기 적어도 하나의 슬릿(3)에 삽입되고,
    2 개의 분할-링 공진기(2, 2a) 중의 하나가 다른 분할-링 공진기에 대해 내측에 있게 되는, 무선 센서.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서는 적어도 2 개의 분할-링 공진기(2, 2a)을 가지고 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀(1)은 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기(2, 2a) 사이에 삽입되는, 무선 센서.
  6. 제 5 항에 있어서, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀(1a)은 상기 적어도 하나의 2 개의 분할-링 공진기(2, 2a)와 동심원을 이루는 크라운 형태인, 무선 센서.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 고전자이동도 트랜지스터를 갖는 상기 적어도 하나의 센서 셀(1, 1a)은 사각형, 정사각형 또는 크라운의 일부로서의 것인, 무선 센서.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서는 공통 중심을 갖는 적어도 2 개의 동심원의 분할-링 공진기들(2, 2a)을 가지고 또한 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)의 상기 적어도 하나의 슬릿(3, 3a)은, 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a) 중 가장 바깥쪽의 분할-링 공진기(2a)의 지름에 따라 정렬되고, 상기 적어도 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)의 공통 중심은 상기 2 개의 분할-링 공진기들(2, 2a)의 상기 적어도 하나의 슬릿(3, 3a) 사이에 삽입, 정렬되는, 무선 센서.
  9. 각각의 센서가 기체 또는 액체 혼합물 내에 존재하는 각각의 특정 성분을 검출하는, 검출 또는 측정을 위한 적어도 2 개의 무선 센서들의 조립체에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 센서들은 제 1 항 또는 제 2 항에 따르고, 상기 적어도 2 개의 센서들 각각은 상기 기체 또는 액체 혼합물에서 각각의 센서의 특정 성분의 존재 또는 농도의 함수로서 세기 또는 공진 주파수에 있어서의 변화를 보여주는 것을 특징으로 하는, 조립체.
  10. 차량의 내부 연소 엔진의 배기 라인에 있어서, 검출 또는 측정을 위한 제 9 항에 따른 적어도 2 개의 무선 센서들의 조립체를 포함하고, 상기 기체 또는 액체 혼합물은 상기 배기 라인을 통과하는 배기 가스들에 의해 형성되고 또한 상기 적어도 하나의 특정 성분 또는 상기 적어도 2 개의 특정 성분들은 상기 배기 가스들에 포함되는 기체 또는 기체들인 것을 특징으로 하는, 배기 라인.
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