TW436618B - Optoelectronic gas sensor based on optodes - Google Patents

Description

43 6 芑了 8 a? ____._C7 五、發明說明（/ ) 詳細說明 [發明的背景] 本發明關於申請專利範圍獨立項第1、2項的以光極 (optode)爲基礎的光電子氣體感測器，此外亦關於製造這種 光子氣體感測器的電子構件。 在一技術專題”A fieldhardened optical waveguide hybrid integrated-circuit » multi-sensor chemical probe and its chemistry”(Richard J. Polina 等人，SPIE V〇1,3105，7卜78 頁) 提到一種光電子氣體感測器。這種根據光極爲基礎工作的 氣體感測器在其第六圖中作示意圖示，且其性質如下作簡 短說明： 「有一光集束從一 LED(33)沿垂直方向利用二個面鏡 (35)(36)分成二部分(L1)(L2)，並沿側方向反射，因而各進 到一條由光極材料構成的測量路徑(38)以及一條參考路徑 (39)。經光極路徑（38)去的光束(L2)再在一個面鏡面（37)上 反射’沿垂直方向朝向，並到達一第一光二極體(31)的光 敏面，而該經由參考路徑(39)傳導的光束(L1)則在另一個面 鏡面(34)上反射，垂直向下到另一光二極體(31)的光敏面上 。該光極路徑(38)、參考路徑(39)、面鏡面(34)-(37)與光二 極體(31)(32)係繞著設在中央的LED(33)成對稱。測量路徑 (38)的光極材料對於所要測量的氣體(箭頭表示)而言，係可 透過者，其中該氣體可通過一個設在晶片殻體中的開口（圖 未示）。 第七圖以示意顯示一氣體測量感測器（30)，依第六圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CWSiA·!規格（2】〇χ297公釐） -i— -A (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線ο· 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印焚 Λ7 ^ 43661 8 ____B7_____ 五、發明說明（1 ) ，它設有三個前後設置的感測器單元(301)(302)(303)。 第六圖中所示及上述專題所述的習知氣體感測器晶片 由於受到光集束(L1)及)L2)的耦合與反射方式以及面鏡面 (34)-(37)的條件限制(先從垂直方向到側方向，然從側方向 再到垂直方向）因而比較長且寬(例如3cm長，〇,35cm寬）， 因此依第七圖利用數個前後排列之氣體感測器晶片（301)· (303)構成的氣體測量感測器就很長。此外，這種習知之氣 體感測器晶片以及所製之氣體測量感測器(30)比較昂貴。 此外，在個別晶片(301)-(303)上不同的老化現象會造成不想 要的測量誤差。 [本發明的目的] 本發明係針對上述之背景案，其目的在提供一種以光 極爲基礎的改良式光電子氣體感測器，它可更廉價，且其 尺寸可小得多，並提供一種根據本發明原理的電子構件以 製造一種光電氣體感測器，使它可不需附加之光學構件， 例如面鏡與稜鏡。 這種目的係依本發明第一重要特色用以下方式達成： 製備一種以光極爲基礎的光電子氣體感測器，其中在一半 導體基質之中或之上將數個互相分離的光敏元件及一個在 光敏元件之間位在中央的光發射器整合，其特徵在：該基 質中的光敏元件位在一平面中，且連同該光發射器的一個 側發射區域（它將光沿側方向發出）一齊被光極材料的部段 蓋住’該材料的厚度與折射指數選定成使得由發射區域側 向出來的光受全反射在光極材料中在各傳輸分支中導向該 _ 4 紙張尺&適用T回S冢標準（cNS〉A4規格（210 X 297公髮) — — — — — —— — — — — — — - — —— — In— · I I _ I I ‘ (請先Mtt-背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4366 1 8 a? -- --B7_ .一 五、發明說明（；） 光敏元件。 依本發明第二重要特點係提供一種以光極爲基礎的光 電子氣體感測器’它可達成上述目的，其中在一半導體基 質之中或之上將數個互相分離的光敏元件以及一個在光敏 元件之間位於中央的光發射器整合，其特徵在：該基質中 的光敏元件在一平面中，且各被光極材料的一個部段蓋住 ’該光發射器利用一環形縫隙相對於光極材料的部段間隔 開來’且該光極材料的厚度比光發射器的高度小得多，因 由光發射器發出的光發出到空氣中，然後直接地(或者間接 地先在圍著氣體感測器晶片的殻體內壁上反射後)經光極材 料進入該光敏元件中。 該光敏元件之一以及蓋住光敏元件的層宜構成一條參 考路徑。測量路徑的光極材料由一種對氣體敏感的聚合物 載體材料’至少以下化合物組的一種指示劑物質加入該載 體材料中： 偶氮苯(Azobenzole)、苯基甲酮(Acetophenone)、徠木驗 (Cornine)、樸琳(Porphyrine)、駄花青（Phthalocyanine)、大環 內醋（Macrolide)、樸琳原（Porphyrinogene)、非光化素 (Nonactin)、纈草黴素(Valuiomycin)及/或它們與週期表I、II 及V-VIIIB族的過渡金屬所形成之錯合物。反之，該蓋住 參考路徑的層宜由一種聚合物載體材料構成，其中不加入 任何指示劑物質。 在一種較佳構造中，該光電子氣體感測器的光敏元件 可隨該光極材料蓋住光敏元件的部段或隨該蓋住參考路徑 5 冢紙張尺度適用中國因家標华（CNS>A4規格（210 x 297公ϋ — — — — — — — — — —— — — --lull— --I----— ·線「 (请先《ιέ背面之注意事項再填寫本頁) * 43661 8 λ7 _____Β7_____ 五、發明說明（v· > <諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 的聚合物載體材料層圍繞著光發射器呈扇形對中心對稱地 設置。舉例而言，可依此方式形成四個對稱的傳輸分支， 它們包含該三個感測器路徑及一個參考路徑。 構成此光電子氣體感測器的晶片可做成方形，五角形 、六角形、七角形或八角形或也可爲圓形。當然，這種光 電子氣體感測器也可具有比四個更少或更多的傳輸分枝。 在一種依此第一特點所製之光子氣體感測器，個別之 傳輸分枝被屏障隔開，因此個別的傳輸分支不會受到由光 極材料出來的雜散光（漫射光）的光學影響。屏障的高度可 定成大約和中央光感測器高度一樣。此外，晶片的所有對 光不敏感的位置，如有必要，可鍍一反射膜，屏障(Barrier) 的側壁亦然。 晶片的基質宜由η-導電性的矽構成，而光敏元件由整 合到該η-矽基質中的ρ-矽區域構成。依此方式，該光敏元 件構成光二極體。光發射器宜爲一 LED，但也可設數個 LED以界定波長。 在光敏元件上的光極材料厚度宜200μηι-300μπι，且尤 宜在 200μιη-260μΓη。 經濟部智慧財產局具工消费合作杜印製 在依本發明第二特點製的光電子氣體感測器，光極材 料的度遠比LED的高度小得多，且約爲5μην20μηι，且宜 爲5μηι-10μηι，而光發射器(LED)的高度則要大得多，可約 爲 300μιη。 要製造一種光電子氣體感測器，可將一種爲此而設的 電子構件設計在一半導體基質之中或之上將數個互相分離 ___6___ 本紙張尺度適用中國國家標準<Ci4S)A4規格（2】〇 X 297公釐> 43661 8 A7 B7 經濟都智慧财產局員工消费合作社印製 i、發明說明（（） 的光敏元件整合排成扇形對中央成對稱，其間保持一定的 間隔，使一薄介電絕緣層位在整個光敏半導體區域上方， 且該光敏半導體內一定周圍位置的接點開口設有接觸件通 到該光敏半導體元件，且鑛金屬條帶在光敏元件的此間隔 範圔中通到一中央的端子墊片(Pad)，以連接該LED(當作光 發射器）。 依此方式可在該電子構件(它適用著製造一光電子氣體 感測器)整合四個一樣大的光二極體，它們具有一個由基質 構成的共同陰極，且個別光敏區域的面積在一晶片中各 0.8-lmm: ’邊緣長度約在200μιη-300μιη範圍，其中整個晶 片的高度的約400μηι-500μΓη。 對於實際的使用，係將光電子氣體感測器的晶片安裝 在一殼體(宜爲SMD)中並用一蓋保護。此蓋在施覆了對氣 體敏感的材料的位置上方具有開口，因此氣體可侵入。 就良好的可加工性的觀點，可在該對氣體敏感的材料 施覆之前，將殼體蓋固定在一電路板上，並將隨後要構成 光電子氣體感測器的電子構件在未施覆狀態軟焊到一相關 的電子電路中。依此方式，該對氣體敏感的材料就不會受 軟焊過程中產生的熱破壞或造成不利的變化。殻體蓋中的 開口（隨後施覆作業係經過這些開口達成，或者在以後使用 時，氣體經這些開α進入），舉例而言，可在軟焊過程時用 一粘膠膜封閉，以防止焊劑侵入。 和習知之以光極爲基礎的光電子氣體感測器相比，本 發明特別有以下的優點： fS尺度適用中固國家標準（CNS>A4規格（2】0 x 297公;g ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -r‘

r 1« IV ----訂---------線ο,' Ά : Ά : Λ7 D7 43661 3 五、發明說明（t) 一一由於感測器的所有功能單元的整合（亦即：電子 構件與光極路線整合在一矽晶片上），故該感測器的幾何 尺寸極小。 --由於光感測器（LED)與光敏元件(光二極體)之間 的距離很小，因此可依本發明第一主要特點，使該光極路 徑（亦即該對氣體敏感的聚合物）及該參考路徑當光從光 發射器通到光極以及從光極到光二極體時順便達成一些目 的〔不然就需要從動光學元件（例如稜鏡或面鏡）來達成 這些目的〕。如此仍然可確使該圍著氣體的大氣作用於光 極的一個大的表面積上。 一一LED與光二極體之間的距離很小，故此二構件之 間光耦合時有高效率。這表示的功率需求很小。 一一LED沿側方向有適當的發射特性(這是由於LED上 側與下側鏟反射層所達成者)會加強這種效果。 一一由於光直接從LED耦合到光極路徑及參考路徑中 ，並由該處直接耦合到光二極體中，故耦合的損失極小， 換言之，不需附加之從動式光學元件。 —一屏障可保證串擾（散射）（Nebensprechen)很小。 —一參考分支及測量分支呈高度對稱，因爲光二極體 係整合成單晶(monolithisch)方式。 一一此外，和以上所述者比較起來，依本發明第二主 要特點所製的光電子氣體感測器的優點爲：光極層與參考 路徑層可以薄得多。這些層的厚度約5-10μιηβ它們主要並 非作光導體的作用，因爲光最先從LED射入空氣中，然後 8 n f ·1 f 1 n I 4 n I— IT n .^1 一 s' 1 aaf t— . Γ (靖先閲ii背面之注意事項再填寫本1) 線 Π· 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210x 297公釐> Γ' 4366 18 Λ7 Β7 五、發明說明（7 ) 直接地(或間接地，被周圍的殻體反射後）經過光極層或參 考到光二極體。在此，屏障只有次要的意義。 以下利用圖式詳細說明依本發明之以光極爲基礎的光 電子氣體感測器的較佳實施例。 [圖式的說明] 第一圖係以光極爲基礎的光電子氣體感測器的第一實 施例的構造不圖’ 第二圖係經第一圖所示之氣體感測器晶片的一中央橫 截面示意圖， 第三圖係一電子構件的構造示意圖，它適用於製造以 光極爲基礎的光電子氣體感測器， 第四圖係經第三圖所示構造的晶片的橫截面示意圖， 第五圖係利用第三、四圖的電子構件所製之光電子氣 體感測器晶片及圍繞它的殻體的示意圖， 第六'七圖爲上述之習知光電子氣體感測器晶片以及 用它所製造之習知氣體測量感測器。 I - — II - I - — — — — — · I--I---— — — — — — — I— (锖先閱讀背面之注意事項再填寫卷頁) 經濟部暫慧財產局與工消费合作社印製 〔圖號說明〕 ⑴ 基質 (2a)〜（2d) (光二極體)的光敏區域 (3) LED (5a)〜（5d) 光極路徑(光極層） (6a)〜（6d) 屏障 (7)⑻ 反射層 (10) 矽基質 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CI<IS)A4規格（210 X 297公釐） * ^3661 s A7 ___B7 五、發明說明（ί ) (11a)〜（lid) 接點墊片 (12a)〜（12d) 光敏區域(元件） (13)(14) 鍍金屬條帶 (15) 層 (16) 環形縫隙 (18) 絕緣層 (20) 殻體 (21) 蓋 (22) 開口 (23) 光發射器(LED) (24) 反射裝置(反射層） (25) 室 (L1)(L2) 光束 [實施例的說明] 第一圖中示意圖示之以光極爲基礎的光電子氣體感測 (請先閲讀背面之注項再填寫本買> • ^1------ —訂-----——— 經濟部智慧財產局具工消費合作社印製 器之第一實施例的構造示圖中有四個一樣大小的傳輸分支 (a)(b)(c)(d)。這些傳輸分支之一[在此例中爲傳輸分支(c)， 如斜線陰影所示]係設計成參考路徑。此參考路徑及三‘個光 極路徑[各由光極材料(5a)-(5d)及一個位於其下方（用虛線表 示)的一光二極體的光敏區域(2a)-(2d)]係在一共同基質（1)上 呈星形繞著一LED(3)。個別的傳輸分枝（a)-(d)利用屏障 (6a)-(6d)隔開，屏障位於光極路徑之間的中間空間內。 該以光極爲基礎之第一圖中所示的光電子氣體感測器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A<1規格（210 X 297公釐〉 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 4366 1 8 Λ7 __D7 五、發明說明（？） 的第二圖中沿切線II-II看的剖面圖顯示出該光敏區域[圖中 只能看到區域(2a)與(2c)]由該n-Si構成之基質（1)中的p-Si 整合而成。中央LED(3)的上側與下側各鍍覆(例如用金鍍覆 )一個鏡(反射)層(7)，因此，由它所發出的光未主要沿側方 向發出’亦即進入光極路徑(5a)與(5c)的光極材料進去。在 該處[例如用二條光束路徑(L1)(L2)所示]該光光極材料與空. 氣的介面全反射，因此導至該光二極體的光敏區域(2a)與 (2c)。 如第二圖所示，該光極材料大致一直施覆到中央 LED(3)的商度爲止，該光極材料或該蓋住參考路徑的層(5c) 之接到LED兩邊的區域係設計成略曲線形下降，而該光極 路徑或該參考路徑的外部段修或圓滑，以改善該射入光極 路徑或參考路徑中的光束(U)(L2)的全反射作用。依此方式 ，這種從LED耦合光極路徑及參考路徑中的光的大部分就 跑光二極體的光敏區域(2a)-(2d)。 還要說明一點'·在第二圖中未圖W的屏障(卩a)-(6d)的 高度大約的一直達到LED(3)的高度，因此個別的傳輸分支 互相不會有相反的光學作用影響。利用第一及第三圖中未 示的殻體的向周圍大氣開放的窗孔可將所要測量的氣體噴 到光極路徑(a)(b)(c)(見第二圖箭頭所示）。 當製造一種原型(它係用於製依第一及第二圖以光極爲 基礎的光電子氣體感測器)時，用一 Si晶片作載體晶片， 舉例而言，它具有光二極體BPW 34的基本構造’面積爲2 X2mm2，厚度250μηι ’但並非整個面都做成光性者，而只 本紙張尺度適用中國囤家標準（ChS)A4規格（210 X 297公釐） ----Γ I--i I I I I I--II 訂·----I---線Λ <ΐι·先閱遑背面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局貝工瀉费合作杜印製 • 43661 8 A7 _ B7 五、發明說明（/c ) 是選擇性地在一定位置(2a)-(2d)有p-Si構成的光敏區域(第 一圖）。 在載體晶片表面在中央粘上~晶片形LED(3)當作光發 射器。此LED的上下側具有用金屬製成的反射層(7)(8)(見 第二圖）。依此方式，本來會以球面特性發出的光從LED 主要沿側向發出β因此得到對應地較高的光強度。該設計 成測量路徑的光極層(5a)(5b)(5d)係由一種對氣體敏感的聚 合物（亦即一種加了指示劑物質的聚合物材料)施覆。參考 路徑宜用一種光極載體材料(亦即一種未加指示劑物質的聚 合物材料)施覆。依此方式，該構造仍呈對稱者，因此除了 電子電路的影響外，與光極載體材料有關的變化，如老化 與污染，也都可以補償。光(見第二圖LI，L2)在光極層或 參考層中從LED藉全反射跑到光二極體。Si晶片之施覆過 但非光敏性的區域係用覆層(例如金層)鍍覆。最後，將屏 障(6a)-(6d)施加上去(宜利用網版印刷方法，此方法可確實 達成有效隔離所需的屏障高度。

Si晶片的厚度，如上述，爲250μιη > LED寬度爲 300μιη，高度爲300μηι。屏障高度同樣爲300μηι。 對於實際應用，係將晶片安裝在一個殻體中，宜爲 SMD，並利用一蓋保護，該蓋在一些位置[這些位置施覆了 對氣體敏感的光極材料，亦即在光極路徑(5a)(5b)(5d)]上方 具有開口，因此氣體可進入。 將光電子氣體感測器的所有功能單元整合在一個矽晶 片上，這種製成原型(Prototyp)方式的氣體感測晶片的幾何 ' — — —111 — — — — — — — -— — — If — — ·11(11111 ^*!y. · <請先閱11*背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用十國a家標準（CNS)44規格（210x297公釐} 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 4366 1 8 a? — B7 五、發明說明（Η ) 尺寸極小。 由於LED與光接收器(亦即光二極體的光敏區域)之間 的距離很小，故光極路徑隨該對氣體敏體感的聚合物會順 便接任本來需要之從動光學元件的功能。這點係關於光從 該LED(3)(當作光發射器)導至光極以及由光極到光二極體 的導引。在此仍可保證周圍大氣的氣體可作用到光極的大 表面積上。 由於LED與光二極體的光敏區域之間的距離很小，因 此光在這些構件之間耦合時可達高效率。因此功率需求® 小。 LED由於其上側及下側反射而達到匹配的發射特性， 故在側方向加強了這種效果。由於光從LED直接耦合到光 極，並從光極直接耦合到光二極體中，故耦合的損失極小 。因此可避免額外的從動光學構件。 在光極路徑與參考路徑之間構成之屏障可確使散射 (Nebensprechen)的情形很少，否則會有散射光從光極跑出 並耦合到鄰接的光極路徑中造成這種散射情事。測量路徑 與參考路徑做成同種類且對中心成對稱，因而所造成之以 光極爲基礎的光電子氣體感測器除了能將電子電路的影饗 補償外，還可將與光極載體材料有關的變化(如老化與污染 )作補償。 當然，在第一圖及第二圖中所示的那種四方形的實施 例(具有三個光極測量路徑與一個參考路徑）只是舉例而巳 。我們也可用相同的方法步驟與特點做成五角、六角、七 13 ----：---L-----11 ^ΨΛ . -------訂---------線('γ. <諳先閲洗背面之注意事項再填本貢) 參紙張尺度適用中國國家標準（CNS)斤I規格（210 X 297公1 ) 4366 1 8 a? ______B7___ 五、發明說明（U ) 角或八角或圓形晶片形狀，它們也可具比三個更少或更多 的光極測量路徑。 第三到第五圖顯示一電子構件的實施例，它也適合用 於本發明以光極爲基礎的光電子氣體感測器的因顧客而異 的製作。 第三圖顯示的構造圖可看出，以上在第一、二圖所述 之第一實施例如何把四個光敏區域(12a)-(12d)整合在一基質 (例如由所n-Si構成），這些區域隨同第三、四圖中所示之 —種光極材料或一個參考層（它以後係由顧客安裝）形成四 個傳輸分支⑻(b)(c)(dh 光敏區域（12a)-(12d)係整合在方形的矽基質（10)上，呈 四形光敏元件形狀，由P-Si構成，它們保持一定的間隔。 光敏元件（12a)-(i2d)之間的中間空間中設有鍍金屬條帶（13) 與U4)，它們用於與以後要粘上去的LED(當作光發射器用) 作導電連接。接點墊片（lla)-(lld)係設來與光敏元件（12a)-(12d)作接觸之用。 如第四圖所示之剖面圖所示，接點墊（11)與鍍金屬條 帶（14)的中央端係利用接觸開口穿過一絕緣層（18)(例如由 SiCh構成)一直導通到光敏元件（12)(由p-Si構成)或到基質 (10)(由 n-Si 構成）。 在第三、四圖中所示的電子構件的晶片邊緣長度約 250μιη，而個別光敏區域面積約0.8-1ππτΐ2。鍍金屬層係由 錫或金構成β 在第三、四圖中所示之電子構件特別適於用於製造以 14 本紙張尺度適用中國S家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注辛爹項再填窵本頁) .^1--------1τ·ί

K I 經濟部智慧財產局具工消费合作杜印製

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五、發明說明（β) 光極爲基礎的光電子氣體感測器。 這點茲利用第五圖說明。 將晶片安裝在一殻體(20)(宜爲SMD)中，並用一蓋(21) 保護。蓋(21)在某些位置(它們要施覆以對氣體敏感的材半斗) 上方具有開口（22)，因此氣體可侵入（見箭頭）。該殻體憲 (21)可在該且第三、四圖中所示之構件在未施覆的狀態軟； 焊到一電路板的相關電子電路上，以使可加工性良好《由 於至此爲止，晶片尙未施覆該對氣體敏感的材料，因此言亥 材料不會受軟焊過程損害。在依顧客而異的實施例的情形 ’覆層係在顧客那裡穿過殼體蓋(21)中的開口（22)施加，氣 體在以後使用時係經這些開口進入。該開口在軟焊過程時 ’舉例而言可用一粘膠膜封閉，以防焊劑侵。 第五圖顯示製成之以光極爲基礎的光電子氣體感測器 晶片。在此，爲了簡明起見，所有鍍金屬部段都省略。 位在一平面中的元件（12)用光極材料或參考路徑材料 的一個薄得多的層（〗5)蓋住(它比第一、二圖所示者薄得多） 。一中央光發射器(23)利用一環形縫隙（16)和光極材料的部 、段保持一段間隔，並突伸超出光材料(5)上表面許多》殻體 蓋(21)的內壁有一反射裝置(24)，依此方法，由LED(23)發 出的光先射入空氣，亦即射入光極層（15)上方的室(25)中的 大氣中，然後直接地[或間接地，在內壁上或在殼體蓋(21) 之內壁的反射裝置上反射後]經光極材料（15)導入各光敏元 件(12)中。 爲了作說明，第五圖中顯示一些在反射層(24)上反射 本紙張尺度適用中國國家標準（ChiS)A4規格（2〗〇 X 297公爱） A7 B7 4366^ q 五、發明說明（4) 的光束，在此，第五圖的實施例中，LED(23)的上表面並未 鍍反射層。第五圖中所示之中央LED(23)的高度一如第一 、二圖所示之實施例，約爲300μηι，而第五圖中光極層(15) 或參考層的厚度爲5-10μΓη，因此比第一、二圖所示之施例 的光極層薄得多，因爲光極或參考層主要並不用於作光導 體者。 在第五圖中所示光電子氣體感測器中，該屏障只有次 要的意義，因此也不作圖示說明。 第三、四圖所示及第五圖中所用的光二極體陣列 (Array)可用傳統之薄膜程序以標準程序度量製成2 X 2mm 大小以及更小。其他構形，例如五角形、六角形、七角形 或八角形或圓形可同樣地一如在第一、二圖中所示之實施 例製造。 LED(23)可用一種利用網版印刷施覆的銀導電粘著劑粘 ，产 上。利用同種之網版印刷程序也可將第五圖所未示的屏障 用銀導電粘著劑以約50μΐΉ的高度印上去β 又，對於一種以光極爲基礎的光電子氣體感測器在第 五圖中所示之實施例而言，同樣地保有上述有利性質，即 :由於該感測器的幾何尺寸極小，且由於LED(23)與光二 極體（12)之間距離很小，由此這種由對氣體敏感之聚合物 構成的光極不需一種從動式光學元件[除了殻體蓋(21)的內 壁可能有的反射裝置之外]。 此處也可確使通過窗孔(22)流入內室(25)中的氣體作用 到很大的光極表面積。而此在此處，由於LED(23)與光二 16 請‘ 先 閱 讀· 背

頁 I 訂 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國圉家標準<CNS)A4規格<210x 297公釐> 4366 i s Β7 五、發明說明（) 極體（12)之間距離很小，故當光在這些構件之間鍋合時可 有高效率，這使得功率需求很小。 (請先閲讀背面之注意ί項再填寫本頁) ή， 訂---------線( 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家楳準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 s 43661 s S ___ —_ D8 六、申請專利範圍 l_一種以光極爲基礎的光電子氣體感測器，其中，在 一半導體基質（1)之中或之內把數個互相分離的光敏元件 及一個位於其間中央的光發射器(3)整合，其特徵在：該基 質(1)中的光敏元件(2)在一平面中，且隨同該光發射器(3)的 一個把光沿側方向發出的側發射區域(4)被該光極材料的部 段蓋住’該光極材料的厚度及折射指數設定成使得由發射 區域(4)側向發出的光受到全反射在光極材料中在各傳輸分 枝(a)_(d)中導至光敏元件⑵β 2. —種以光極爲基礎的光電子氣體感測器，其中，在 一半導體基質（10)之中或之上將數個互相分離的光敏元件 (12)及一個位於該元件之間的中央的光發射器(13)整合，其 特徵在： 該光敏元件（12)在基質中一平面中，且各被光極材料 (15)的一部段蓋住，該光發射器(23)利用一環形縫隙（16)與 光極材料的部段隔一段間隔，且光極材料（15)的厚度遠比 光發射器的高度小，因此由光發射器(23)射出的光射入空 氣中並直接地，或間接地在一個圍著該氣體感測晶片的殼 體(20)的內壁上反射之後，經過該光極材料進入該光敏元 件（12)中。 3. 如申請專利範圍第1或第2項之光電子氣體感測器 ，其中： 該光敏元件(2)(.12)之一以及蓋住該光敏元件的層構成 一條參考路徑。 4. 如申請專利範圍第1或第2項之光電子氣體感測器 本紙張尺度逋用中國两家樣牟（CNS ) A4規格U10X297公嫠） τ,ί----1Τ-----IIο (請先閲讀背面之注f項再壤寫本頁} AS B8 4366 1 ti 六、申請專利範圍 ’其中： (請先聞讀背面之注^^項再填寫本頁) 該光極材料由一種對氣體敏感的聚合物載體材料構成 ，有一種指示劑物質加入該載體材料中。 5.如申請專利範圍第1或第2項之光電子氣體感測器 ，其中： 該蓋住參考路徑的層由聚合物載體材料構成，其中不 加入指示劑物質。 6·如申請專利範圍第1或第2項之光電子氣體感測器 ，其中： 該光敏元件(2)(12)隨著該光極材料之蓋住元件(2)(12) 的部段(5)(15)設在光發射器⑶周圍，呈扇形對中心成對稱 〇 7. 如申請專利範圍第5項之光電子氣體感測器，其中 « 該光敏元件(2)(12)以及該光極材料之蓋住該元件的部 段(5)(15)構成四個傳輸分枝(a)-(d)，包含三個感測器路徑 (a)(b)(d)及一個參考路徑(cp 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 8. 如申請專利範圍第1項之光電子氣體感測器，其中 個別之傳輸路徑的(aMd)利用屏障⑹隔開，該屏障(6) 位於光敏元件(2)之間的中間空間，且其高度設定成使該屏 障可將把從該蓋住光敏元件(2)的光極材料發出的散射光遮 住，而不會跑到相鄰的光敏元件(2)。 9. 如申請專利範圍第8項之光電子氣體感測器，其中 本纸張尺度逋用中國國家揉牟（〇那>厶4規/格{21{^297公釐） A8 B8 C8 D8 4366 、申請專利範圍 半導體基質(1)對光不敏感的位置以及屏障之側面利用 一種反射層蓋住。 10.如申請專利範圍第1或第2項之光電子氣體感測器 ，其中： 該基質（1)爲一種n-矽基質，且該光敏元件由p_矽構成 11·如申請專利範圍第1或第2項之光電子氣體感測器 ，其中： 該光敏元件（2)(12)構成光二極體，而該光發射器 ⑶(23)爲一LED。 12. 如申請專利範圍第1或第2項之光電子氣體感測器 ，其中： 保護該氣體感測器晶片的蓋具有開口，位於該對氣體 敏感之傳輸分支上，使得在該處，所要測量的氣體可通過 該光極材料。 13. 如申請專利範圍第1或第2項之光電子氣體感測器 ，其中： 該光敏元件上方的光極材料厚度在200μιη-：300μπι範圍 ，且宜爲 220μιη-260μπι。 Η.如申請專利範圍第2項之光電子氣體感測器，其中 該光極材料厚度在5μΐΏ-20μιη範圍，且宜爲5μηι-10μΓη 而光發射器高度約300μηι。 ί ：------專 -----ir------Αν. * (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智悉对產局典工消費合作社印製 .本紙張尺度適用中國®家棵率（CNS > A4規格（210X297公漦） 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4366 1 8 gj 六、申請專利範固 15.—種電子構件，其係用於製造申請專利範圍爲一項 或第二項的光電子氣體感測器者，其特徵在： 在一半導體基質之中或之上把數個互相分離的光敏元 件整合，成扇形對中心成對稱，保持一定間隔，在整個光 敏半導體區域上方有一介電絕緣層，該光敏半導體之一定 周圍位置上的接點開口設有接觸件以接到光敏半導體元件 ’且在光敏元件之間的間隔區域設有鍍金屬條帶通到一中 央端子墊，以連接一個當作光發射器用的LED。 16·如申請專利範圍第15項之電子構件，其中·· 有四個可以一樣大的光二極體，該光二極體有一整個 由基質構成的陰極，以及個別之光敏區域的面，其面積爲 0.3-0_8mm之，它位在一個晶片中，該晶片邊緣長度在約 ；200μιη-30μηι範圍’該鍍金屬部分由鋁或金構成，且整個晶 片高度的 200μιη-300μηι。 ---'------Λ, i----訂---------气 > * (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 本紙張尺度遘用中國B家榣率（CNS )八4規格（210X297公釐）