KR20180046884A - Sensor element for determining particles in a fluid medium - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

The present invention is particularly directed to a sensor element (110) for determining particles in a fluid medium for use in an exhaust gas canal of an automobile. The sensor element comprises at least one carrier substrate (114) made of at least one semiconductor material. In addition, the sensor element (110) includes at least two measurement electrodes (116, 118). The sensor element (110) also includes at least one electrically insulating layer (124) which separates the measurement 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}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a 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.The prior art discloses a sensor element for determining particles in a fluid medium. The sensor element may be a particle sensor, such as, for example, a carbon black particle sensor, used in an automobile, particularly in a drive train of an automobile. Of course, other areas 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.The sensor element of the above-mentioned type is used for diagnosing the state of the diesel particulate filter particularly in the range of so-called on-board diagnosis. Particularly, the use of such a sensor element is caused by exhaust emission regulation which is particularly acute in the passenger car field. In this case, for example, resistive sensors based on the formation of a conductive carbon black path between two interdigital electrodes (IDE) are used. For example, the rise time of the current at the time of applying the voltage is a measure for the carbon black concentration in the exhaust gas. The sensor is generally regenerated, for example, in a manner that the carbon black deposit is burned by being heated, for example, by an integrated heating element. Examples of such sensor elements are described in T. Ochs et al., Particle Matter Sensor for On Board Diagnostics (OBD), Diesel Particulate Filter (DPF), SAE Int. J, Fuels Lubr. Volume 3, issue 1, 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, for example, DE 10 2010 029 575 A1 discloses a catalytic converter comprising a capacitor formed by at least two electrodes, the capacitive carbon black determining information about the particles contained in the exhaust gas flow from the first and second capacitances, Particle sensors are disclosed. For example, a protective layer made of a suitable material can be placed on the cavity where the electrode is disposed. Alternatively, the electrodes may be surrounded by an integral guide, so that the electrodes are not directly exposed to the exhaust gas. Even in the case of these sensor elements, periodic regeneration is generally required. Various heating elements can be used for this purpose. For example, S. Semancik et al., Microhotplate platforms for chemical sensor research, Sensors and Actuators B 77 (2001) 579-591, disclose suitable heating elements.

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.The technical challenge of many sensor elements of the above type, which may in particular be ceramic sensor elements and which may 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 the carbon black particles generally contain an inorganic component and the inorganic component may be compressed during the regeneration and adhered to the sensor surface, in particular, on the interdigital electrode.

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.The object of the present invention is to provide a sensor element, a sensor apparatus, and a method of manufacturing the sensor element, overcoming the above-mentioned problems and achieving or achieving a reduced sensitivity drift over the life span, in particular, compared with the 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 apparatus, and a sensor element, in particular, a method of manufacturing a sensor element according to the present invention, which fully or partially satisfies the above requirement. In a first aspect of the present invention there is provided a sensor element for determining particles in a fluid medium which can be used in a vehicle, in particular in a drive train of an automobile, and in particular for determining the particle concentration. Of course, other uses, such as industrial exhaust gas purification, are also basically possible. The sensor element can be used, in particular, for determining carbon black particles in the exhaust gas, such as carbon black components, for example connected downstream of an exhaust gas purification device, such as a diesel particulate filter. In this way, the function of the diesel particulate filter can be checked in particular.

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.Within the scope of the present invention, a sensor element generally means a device designed to detect at least one measurement value, e.g. a physical and / or chemical measurement value, and / or a device designed to generate at least one sensor signal, preferably an electrical sensor signal do. The fluid medium can essentially be any liquid and / or any gas, preferably an exhaust gas or an exhaust gas mixture. Of course, other areas 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. Carrier substrate generally refers to an element designed to provide mechanical carrier function and to support, stabilize or position one or more additional elements. The carrier substrate may be a semiconductor carrier substrate, in particular 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 comprises at least one semiconductor material. That is, it is made of at least a semiconductor material. The semiconductor material may be an inorganic semiconductor material in particular. Preferably, silicon is preferred because of cost and processability. The carrier substrate can be made completely or partially, for example, with a silicon wafer. Further, the carrier substrate may be completely or at least partially covered with a closed layer, and the closed layer comprises an electrically insulating material. In particular the carrier substrate layer can comprise silicon closure may comprise a silicon oxide, for example silicon dioxide, preferably SiO 2. The closed layer may serve to prevent the measuring electrode, described below, from being short-circuited 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 includes at least two measuring electrodes. The measuring electrode is generally an electrical circuit, which is capable of detecting at least one electrical measurement, i. E. At least one current and / or at least one voltage can be provided and / Means a conductive element, particularly a planar element. As will be described in detail below, the measuring electrodes may be formed with combs each having at least one vertebra and a plurality of electrode fingers, preferably extending linearly from the vertebrae. 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 includes at least one electrically insulating layer separating the measuring electrode from the fluid medium. For example, since the electrically insulating layer is provided directly or indirectly on the measuring electrode, the electrical insulating layer forms a surface for the measuring gas chamber, e.g. comprising a fluid medium, for example with respect to the fluid medium. For example, the sensor element can be received in a protective tube, as is basically known in the prior art, and the protective tube projects into the fluid medium, in particular into the measuring gas chamber, e.g. into the exhaust gas duct of an automobile. Since the measuring electrodes are completely or partially covered by an electrically insulating layer, the measuring electrodes are connected to the fluid medium only, for example, through an electrically insulating layer or separated from the fluid medium by an electrically insulating layer. Since the electrically insulating layer can be completely or partially disposed between the measurement electrodes, the measurement electrodes are separated from each other by the electrical insulation 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 may be formed as interdigital electrodes, in particular. In this sense, the interdigital electrode means, for example, an electrode having a plurality of electrode fingers in the sense of the comb electrodes, in which case the electrode fingers of the different electrodes are interdigitated. In particular, there may be a structure in which electrode fingers of one measuring electrode and electrode fingers of another measuring electrode are alternately arranged 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 are interdigitated.

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 described above, the carrier substrate is completely or partially fabricated from at least one semiconductor material. In particular, the semiconductor material is silicon; Silicon carbide, especially SiC; Gallium nitride, especially GaN; And it is a silicon oxide, especially silicon dioxide, and particularly preferably be selected from the group consisting of SiO 2. The sensor element can be formed completely or partially, in particular as a semiconductor chip. Particularly, the carrier substrate may be formed as a semiconductor chip, preferably as a semiconductor chip having a three-dimensional structure, for example, a frame structure described in detail below, in whole or in part.

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 described above, the sensor element includes at least one electrically insulating layer separating the measuring electrode from the fluid medium. The electrically insulating layer is a silicon oxide, in particular SiO 2; SiN; Zirconium oxide, especially ZrO2; Aluminum oxide, in particular A 2 O 3 ; Silicon carbide; Silicon nitride; And SiCN. ≪ / RTI >

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 may in particular comprise at least one electrically conductive material. The electrically conductive material may in particular comprise at least one metal, in particular platinum. Of course, other embodiments are basically possible. The measuring electrodes include, for example, platinum; Doped semiconductor materials, especially doped Si; SiC; 0.0 > GaN. ≪ / RTI >

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 be manufactured completely or in part, in particular by MEMS technology. MEMS-technology refers to semiconductor technology in which, within the scope of the present invention, a three-dimensional structure of a semiconductor device having an electrical function is fabricated by a suitable semiconductor technology, such as an etching technique.

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, and a plurality of layers are provided on the carrier substrate. The measuring electrodes may be separated from the carrier substrate, for example, by at least one additional electrical 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 additional electrically insulating layer separating the measuring electrode from the fluid medium. At least one additional like the latter electrically insulating layer the electrically insulating layer is silicon oxide, in particular SiO 2; SiN; Zirconium oxide, especially ZrO2; Aluminum oxide, in particular Al 2 O 3; Silicon carbide; Silicon nitride; And SiCN. ≪ / RTI >

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 include at least one heating element between the carrier substrate and the measuring electrode. The heating element generally means a device designed to heat the sensor element. In particular, the heating element may be an electric heating element, preferably a heating element having at least one heating resistor, e.g. 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.On the one hand, at least one electrically insulating layer may be arranged between at least one optional heating element and the measuring electrode and, on the other hand, between at least one heating element and the carrier substrate, respectively. The electrically insulating layer is silicon oxide, in particular SiO 2; SiN; Zirconium oxide, especially ZrO2; Aluminum oxide, in particular 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 completely or partially the same as the at least one additional electrical insulating layer described above disposed between the carrier substrate and the measuring electrode. In other words, the at least one heating element can be embedded, for example, into at least one additional electrical insulating layer between the carrier substrate and the measuring electrode. The carrier substrate can particularly form a three-dimensional carrier structure. In particular, the carrier substrate can form a frame with at least one window, and the window is covered by the membrane. The measuring electrodes can be placed on the membrane. The membrane may, for example, be formed completely or partially by at least one additional electrically insulating layer and / or may comprise the at least one further electrically insulating layer as described above. Also, at least one heating element may be fully or partially integrated into the membrane. Within the scope of the present invention, the membrane is generally a lateral element, for example a planar element having a thickness at least as small as the factor 10, preferably at least the factor 50 or at least the factor 100, in the plane of the membrane, Layer. The membrane can be formed flat or bent. The membrane can be formed rigid or flexible. The membrane may be formed as a single layer or as multiple layers. The measuring electrodes may be placed 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 wholly or partially made of at least one electrically insulating material as described above. In particular, as described above, the membrane may be wholly or partly formed by at least one additional electrically insulating layer and / or may completely or partially comprise the electrically insulating layer. Thus, the membrane is a silicon oxide, in particular SiO 2; SiN; Zirconium oxide, especially ZrO2; Aluminum oxide, in particular Al 2 O 3; Silicon carbide; Silicon nitride; And SiCN. ≪ / RTI >

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 present invention, a sensor device for determining particles in a fluid medium is provided. The sensor device may be provided for use in a drive train of an automobile, as described above. Of course, other embodiments are basically possible. The sensor device comprises, for example, at least one sensor element according to one or more of the embodiments described above. Further, the sensor device includes at least one carrier element, and the sensor element is connected to the carrier element. For example, the sensor element may be connected to the carrier element in a material coupling manner. For example, the carrier element may comprise at least one groove and / or cavity and / or other type of receiving portion, and the sensor element may be configured to receive the fluid, such that the measuring surface of the sensor element is exposed, Is completely or partially inserted into the groove and / or the receiving portion. For example, the sensor element may be connected to the carrier element in a material coupling manner. For example, the sensor element can be completely or partially adhered to the groove and / or the receiving portion.

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 electric supply lines. The electrical supply lines may be connected to the measuring electrode, in particular by wire bonding. Each measuring electrode may be assigned, for example, one or more of the supply lines. For example, each measuring electrode can be connected to at least two electricity 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 may in particular be made entirely or partly of an electrically insulating material. The electrically insulating material may in particular be a ceramic material and / or a plastic material. Coupling 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 part, which is connected to the sensor element, for example via an electric supply line. For example, the sensor device may comprise at least one capacitance measuring device, which may be designed to detect the capacitance of the capacitor comprising the measuring electrode and to produce at least one measurement therefrom. The capacity measuring device can also be designed to deduce particles in the fluid medium from the measured values, for example, particle concentrations, especially particle components in the exhaust gas of an automobile, such as carbon black components. To this end, the measured value may comprise, for example, a temporal 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 present invention, a method of manufacturing a sensor element for determining particles in a fluid medium, particularly for use in a drive train of an automobile, is provided. The manufacturing method preferably includes the following steps which are carried out in the order mentioned. Of course, another sequence is basically possible. Also, one or more of the method steps may be repeated. Also, two or more of the method steps or all method steps may be superimposed over time or concurrently. The method may also include additional method steps not mentioned.

방법은 하기 단계들을 포함한다:The method includes 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;- directly or indirectly providing at least two measuring electrodes on the carrier substrate;

- 측정 전극을 유체 매체로부터 분리하는 적어도 하나의 전기 절연 층을 측정 전극 상에 제공하는 단계.Providing at least one electrically insulating layer on the measuring electrode 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 this method, techniques which are customary in the semiconductor technology can be used. For example, sputtering, deposition, or similar techniques common in semiconductor technology may be used for providing and / or structuring the measuring electrode. For structuring, for example, lithographic techniques and / or shadow mask techniques may be used. A suitable method, such as reactive sputtering, may be used to provide at least one electrically insulating layer. Of course, other methods can also be used basically.

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 at least one additional electrically insulating layer on the carrier substrate, the measuring electrodes being 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 be carried out in such a way that a window is produced, especially in the 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, the window can be overwritten by the membrane, and the measuring electrodes are arranged on the membrane. For example, as described above, at least one electrically insulating layer is first provided on the carrier substrate, and then the carrier substrate is completely removed to the membrane within the window so that the frame can be etched into the carrier substrate such that the window is only covered by the membrane . For example, the frame can 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 that is not covered by the shadow mask is removed to the membrane.

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

- 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 the carrier substrate, wherein the providing can be done directly or indirectly, the measuring electrodes being provided directly or indirectly on the heating element, between the heating element and the measuring electrode, Wherein at least one electrically insulating layer is disposed between the device and the carrier substrate, respectively. As described above, the electrically insulating layers separating the heating element from the measurement electrode and the carrier substrate may be, for example, components of the at least one additional electrically insulating layer, and the additional electrically insulating layer is first provided on the carrier substrate . The at least one additional electrical 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 present invention, the sensor device according to the present invention, and the method according to the present invention have a number of advantages over known devices and methods of this type. Particularly, according to the present invention, the sensitivity drift over the lifetime of the sensor element can be significantly reduced compared to the conventional sensor element, because of the inorganic component in the carbon black which is compressed at the time of regeneration and stuck on the sensor surface Therefore, the vitrification formed on the sensor element does not cause the failure of the electrode surface. Due to the capacity readings, the measuring electrodes do not require direct electrical contact, in particular to the fluid medium and / or particles, for example carbon black. The carbon black deposit on the sensor element can cause a capacitance change between the measurement electrodes, e.g., interdigital electrodes, and the capacitance change is a measure of the particle concentration. For example, the increase in capacity over time may be detected as a measure of particle concentration, and thus as a measure, e.g., as a slope, or until a certain capacity change is reached. The sensor element may be connected to, for example, 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.Particularly, the sensor element used for measuring carbon black particles can be manufactured completely or partially with the MEMS technology, and the manner of its operation is based on the capacitance change between the measurement electrodes, for example interdigital electrodes. The change in capacitance can be caused by the deposition of particles, for example carbon black particles, on the surface of the sensor. The measuring electrodes may be made of at least one conductive material on a semiconductor wafer, such as a silicon wafer, covered with at least one electrically insulating layer. The measuring electrodes are passivated, for example by a thin electrically insulating layer, e.g. SiO 2 and / or SiN, so that the measuring electrodes do not have electrical contact to the fluid medium and / or particles, for example carbon black particles. Because of this, inorganic deposits on the sensor surface generally have no negative effect on the sensitivity of the sensor element, since the electrodes can be passivated and capacitively designed.

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 capacitance between the individual measuring electrodes and the carrier substrate, for example a silicon substrate, the carrier substrate is preferably removed underneath the measuring electrodes, which can be done, for example, by the formation of a window as described above . A suitable etching process can be performed from the back side, for example by dry etching (DRIE) and / or wet chemical etching with KOH. The capacity significantly increases the overall capacity of the sensor element and thereby reduces the sensitivity compared to small capacity variations due to particle deposition, such as carbon black deposition. The sensitivity of the sensor element can be remarkably 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 selective removal of the substrate material below the measurement electrodes, a membrane with a thermal mass much smaller than a solid semiconductor chip, such as a silicon chip, can be formed. In addition, the membrane can be better thermally insulated. This can reduce the heating output required to reach the carbon black combustion temperature, especially during the regeneration process, and the suitable time constant can be much smaller than in conventional sensor elements. To this end, a heating element may be used which is directly integrated into and / or on the membrane.

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 an optional embodiment. These are shown in the figures. 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 sectional view (FIG. 2B) showing a second embodiment of the sensor element according to the present invention.
3 is a plan view showing 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.Figures 1A (plan view) and 1B (sectional view) show a first embodiment of a sensor element 110 according to the present invention for determining particles in a fluid medium. The sensor element 110 can be, in particular, a sensor element 110 for determining a particle component in a gas of an automobile, for example, an exhaust gas, such as a carbon black particle component. In this way, for example, the volume percentage and / or 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 may be provided to the sensor element 110. The sensor element 110 also includes a carrier substrate 114, which is shown, for example, in the cross-sectional view according to FIG. 1B. The carrier substrate 114 may be made completely or partially, e.g., from silicon. For example, the entire sensor element 110 can be manufactured as a semiconductor element, in particular as a semiconductor chip. In particular, this can be fabricated with 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 includes measurement 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 vertebrae 120 toward each other measurement electrode, the electrode fingers 122 mesh with each other. The measurement 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 measurement electrodes 116, 118 are separated from the fluid medium by at least one electrically insulating layer 124. In addition, the measurement electrodes 116, 118 are not directly provided on the carrier substrate 114 but are preferably separated from the carrier substrate 114 by at least one additional electrical insulation layer 126 and electrically insulated. At least one heating element 128, shown for example in FIG. 1 b only, may be embedded into at least one additional electrical 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.Detection of carbon black particles in the exhaust gas of, for example, diesel and / or gasoline vehicles can be achieved by the sensor element 110 shown in Figs. 1A and 1B. In addition, the quantification of the concentration of the particles can be measured, for example, in mg / m 3 and / or number / m 3. The described sensor element 110 can be packed, for example, in a suitable housing, for example, in a protective tube, and the exhaust gas pipe of an automobile in and / So as to be able to flow. 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 that can be used as the measurement signal. The change in time and / or the time to reach the capacitance and / or impedance, e.g., the slope and / or the specific capacitance change, can be used as a measure of the carbon black concentration and / or generally the particle concentration.

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.1A may have capacitances formed between electrically insulated interdigital electrodes 116, 118, which are sized such that a certain amount of particles, such as carbon black, ). ≪ / RTI > Such a change can be made more quickly as the carbon black is deposited on the surface more quickly, which can 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 specificity of the sensor element 110 lies particularly in that it is manufactured by MEMS-technology. As a result, a smaller sensor element can be formed at a lower manufacturing cost. By the structuring of the measuring electrodes 116, 118, which may for example be photolithographically, smaller and much finer structures can be achieved. As a result, the sensitivity and accuracy of the sensor element 110 can be increased as compared with the conventional sensor element. The sensor element 110 is fabricated, for example, as a carrier substrate 114 on a silicon substrate. To this end, for example, first an additional insulating layer 126 may 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, providing 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 example, photolithographically with respect to the measurement electrodes 116 and 118. An electrically insulating layer 124 is then deposited. This protects the measurement electrodes 116 and 118 from the exhaust gases. It is possible to use the electrically insulating layer 124 because the electrical contact between the particles, such as carbon black, and the measurement electrodes 116, 118, is not required due to the capacitance readout of the sensor element 110 .

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). For example, the control unit may cause the sensor element 110 to be regenerated regularly or irregularly. The sensor element 110 can be heated to a constant temperature, e.g., at least 650 < 0 > C, by the integrated selective heating element 128. In this case, the immersed carbon black is burnt. The integrated heating element 128 may be provided as an alternative to the embedding shown in FIG. 1B or additionally on the back and / or the front side of, for example, the silicon substrate 114. To this end, a thin film, in particular by vapor deposition and / or photolithographic structuring, and / or a thick film produced, for example, by a print screen platinum, or a combination of the two methods may be used. A particularly preferred embodiment is the use of the following layer sequence on a silicon substrate: isolation, conductive, insulated, conductive, insulated. The lower conductive layer can be structured as a heating element and the upper conductive layer can be structured as a measuring electrode. This variant is particularly cost effective with regard to the fabrication 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 particular advantage of the sensor element according to the present invention is that the inorganic ash remaining on the measurement surface 112 of the sensor element 110, which occurs during burning of carbon black and which is a kind of vitrification, And does not affect the operation mode of the mobile terminal 110. The ash and / or vitrification basically increases the effective thickness of the electrically insulating layer 124 to increase the start capacity of the sensor element 110 without carbon black deposition, but the effective thickness and / The change can be newly measured after each combustion, and the calibration of the sensor element can be adjusted, so that the measurement result is not distorted. This advantage applies to all variations of the capacitive sensor element 110 presented herein.

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.2A and 2B (cross-sectional views) show 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. 1A and 1B, the carrier substrate 114 includes a frame 130 (not shown) that surrounds the window 132 on the surface of the sensor element 110 opposite the measurement surface 112 in the illustrated embodiment ). 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 the membrane 134 and the membrane 134 is completely or partially formed, for example, with at least one additional electrically insulating layer 126. The measurement electrodes 116 and 118 and in particular the electrode finger 122 may be arranged on a surface opposite to the window 132 so that the window 132 is disposed below the measurement electrodes 116 and 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 backside. Membrane 134 may support interdigital electrodes and optionally a portion of the supply line. This can prevent formation of a capacitance between the individual electrodes 116 and 118 and the silicon substrate 114. [ Such a capacity can significantly increase the total capacity of the sensor element 114, thereby reducing sensitivity compared to a small capacity change due to carbon black deposition. By the etching of the substrate and the etching of the window 132, the sensitivity of the sensor element 110 can 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 created by the aforementioned removal of the carrier substrate 114 under the interdigital electrodes generally has a much lower thermal mass than a solid semiconductor chip, e.g., a solid silicon chip. In addition, the membrane 134 is much better heat-isolated than the latter. This reduces the heating power required to reach the carbon black burning temperature during the regeneration step and significantly reduces the corresponding siphon number. In particular, the latter is desirable for the performance of the sensor element, since the dead time can be reduced, which means that the time for the sensor element to monitor the exhaust gas can be reduced. Thus, the required lower heating power makes the use of the heating element 128 integrated directly and / or on the membrane 134 particularly desirable.

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 the capacitance changes already occur from the initial deposition of the particles and does not appear after the formation of the complete conductive carbon black path between the measurement electrodes 116 and 118, such as in a resistive sensor, Lt; RTI ID = 0.0 > 110 < / RTI > typically does not have a dead time between the beginning 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 assessment further enhances the sensitivity of the sensor element 110 according to the present invention, which is particularly important in the case of a continuously sharable exhaust gas standard because particles in a fluid medium, especially in exhaust gases, Because of the low concentration, the sensor element must always have a higher sensitivity in order 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, 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 capacitance measuring devices capable of performing simple capacitance 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. Further, the sensor device may include at least one carrier element, and the sensor element 110 is integrated into the carrier element. This is illustratively shown in the embodiment of the carrier element according to FIG. 1A and FIG. 1B in the embodiment according to FIG. 3 shown in plan view. The sensor device 136 shown therein includes 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 receiving portion, and the sensor element 110 is fully or partially inserted into the receiving portion. For example, the sensor element 110 may be fully or partially bonded in the groove 140 to expose the measurement surface 112.

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. The electrical supply lines may be connected to the measuring electrodes 116, 118 by, for example, bonding wires 144, and particularly to the vertebrae 120 that may serve 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 may 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. An electrical supply line 142 may be embodied as a conductor track on the ceramic of the carrier element 138 and may be implemented by silk screen technology, for example by platinum silk screen technology. The electrical supply lines may be connected to supply lines on the sensor chip 110 via bonding wires 144. The ceramic carrier including the sensor element 110 may be coupled to the exhaust gas pipe, for example, in a protective pipe, and may be connected to the sensor control module as a control unit, 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.In the embodiment according to Fig. 3 exactly two electricity supply lines 142 are provided. Of course, this is not necessary. For example, in another embodiment of the present invention, two electrical supply lines 142 are implemented on the carrier element 138, for example two electrical measuring lines 116 and 118, respectively, on a ceramic element, May be connected to respective measuring electrodes 116 or 118 by respective bonding wires. This allows independent measurement of voltage or current in the range of, for example, four point measurement, without voltage drop in the supply line distorting the measurement. Therefore, the accuracy of the capacity measurement can 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 can be implemented 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, a conductive adhesive, a wafer-through connection, a flip-chip-technique or a similar technique 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 used for exemplary particle measurement only in the illustrated embodiment. This is not necessary. In addition, one or more additional functions may be integrated within the sensor element 110. They may be wired outwardly or electrically coupled. For example, exhaust gas flow rate measurements can be implemented. Alternatively or additionally, a temperature measurement is carried out. Alternatively or additionally, a gas sensor may also be implemented in this manner. In particular, the lateral sensitivity of the particle sensor can be reduced by the additional function, especially by the additional 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 according to the presently described or other embodiment of the present invention is used as an onboard diagnostic sensor for monitoring the function of a diesel particulate filter, particularly in passenger cars and / or commercial vehicles. In addition, this sensor element 110 can be used to measure dust concentration, especially in industrial environments. 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 electrical insulation layer
126 Additional electrical insulation layer
130 frames
132 Windows
134 membrane
136 Sensor device
138 carrier element
140 Home
142 Electricity supply line

Claims (10)

특히 자동차의 배기 가스관 내에 사용하기 위해, 유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한 센서 소자(110)로서, 적어도 하나의 반도체 재료로 제조된 적어도 하나의 캐리어 기판(114) 및 적어도 2개의 측정 전극(116, 1118)을 포함하고, 상기 센서 소자(110)는 또한 적어도 하나의 전기 절연 층(124)을 포함하며, 상기 전기 절연 층(124)은 상기 측정 전극들(116, 118)을 상기 유체 매체로부터 분리하는, 센서 소자(110). At least one carrier substrate (114) made of at least one semiconductor material and at least two measurement electrodes (116, 116), each of which is made of at least one semiconductor material, for use in the exhaust gas duct of an automobile, Wherein the sensor element comprises at least one electrically insulating layer and the electrically insulating layer separates the measurement electrodes from the fluid medium, Gt; 110 < / RTI > 제 1 항에 있어서, 상기 측정 전극들(116, 118)은 인터디지털 전극들로서 형성되고, 상기 측정 전극들(116, 118)은 각각 다수의 전극 핑거를 포함하며, 상기 측정 전극들(116, 118)의 전극 핑거들은 서로 맞물리는, 센서 소자(110).The method of claim 1, wherein the measurement electrodes (116, 118) are formed as interdigital electrodes, and the measurement electrodes (116, 118) each include a plurality of electrode fingers, ) Of the sensor element (110) are interdigitated with each other. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반도체 재료는 실리콘, SiC, GaN 및 SiO2로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 센서 소자(110).3. A method according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor material, the sensor element 110 is selected from the group consisting of silicon, SiC, GaN, and SiO 2. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 소자(110)는 반도체 칩으로서 형성되는, 센서 소자(110).The sensor element (110) according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor element (110) is formed as a semiconductor chip. 제 4 항에 있어서, 상기 측정 전극들(116, 118)은 적어도 하나의 추가 전기 절연층(126)에 의해 상기 캐리어 기판(114)으로부터 분리되는, 센서 소자(110).5. A sensor element (110) according to claim 4, wherein the measuring electrodes (116, 118) are separated from the carrier substrate (114) by at least one additional electrical insulating layer (126). 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 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 소자(110).6. A method according to any one of claims 1 to 5, wherein the carrier substrate (114) forms a frame (130) having at least one window (132), the window (132) And wherein the measuring electrodes (116, 118) are disposed on the membrane (134). 특히 자동차의 배기 가스관 내에 사용하기 위해, 유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한 센서 장치(136)로서, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 센서 소자(110) 및 적어도 하나의 캐리어 소자(138)를 포함하고, 상기 센서 소자(110)는 상기 캐리어 소자(138)에 연결되는, 센서 장치(136).A sensor device (136) for determining particles in a fluid medium, in particular for use in an exhaust gas duct of an automobile, comprising at least one sensor element (110) according to any one of claims 1 to 6 and at least one And a carrier element (138), the sensor element (110) being connected to the carrier element (138). 제 7 항에 있어서, 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 삽입되는, 센서 장치(136).The sensor element (110) according to claim 7, wherein the carrier element (138) comprises at least one groove (140), the sensor element (110) (136). ≪ / RTI > 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 캐리어 소자(138)는 다수의 전기 공급 라인(142)을 포함하고, 상기 전기 공급 라인들(142)은 상기 측정 전극들(116, 118)에 연결되는, 센서 장치(136).A device according to claim 7 or 8, wherein the carrier element (138) comprises a plurality of electrical supply lines (142) and the electrical supply lines (142) are connected to the measurement electrodes , Sensor device (136). 특히 자동차의 배기 가스관 내에 사용하기 위해, 유체 매체 내의 입자를 결정하기 위한 센서 소자(110)의 제조 방법으로서,
- 적어도 하나의 반도체 재료로 제조되는 적어도 하나의 캐리어 기판(114)을 제공하는 단계;
- 적어도 2개의 측정 전극(116, 118)을 상기 캐리어 기판(114) 상에 직접 또는 간접적으로 제공하는 단계;
- 상기 측정 전극(116, 118)을 상기 유체 매체로부터 분리하는 적어도 하나의 전기 절연 층(124)을 상기 측정 전극들(116, 118) 상에 제공하는 단계를 포함하는 센서 소자의 제조 방법.A method of manufacturing a sensor element (110) for determining particles in a fluid medium, particularly for use in an exhaust pipe of an automobile,
- providing at least one carrier substrate (114) made of at least one semiconductor material;
- directly or indirectly providing at least two measuring electrodes (116, 118) on the carrier substrate (114);
- providing at least one electrically insulating layer (124) on the measuring electrodes (116, 118) separating the measuring electrode (116, 118) from the fluid medium.
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