文档介绍：用于检测气体的传感器元件和方法
用于检测气体的传感器元件和方法
本发明涉及一种用于定性地和/或定量地检测气体的传感器元件，其具有可暴露给有待测量的气体的前电极（18）、后电极（14）以及布置在前电极（18）与后电极（14）之间的电绝缘层待测量的气体，可变的电气特征可以调节到一个特定的值。该特定的值在此可以根据气体的类型以及浓度，从而不仅定性而且定量的测量是可能的。为了检测可变的电气特征的特定的值，前电极和后电极的触点可以与相应的测量装置接触。通过测量装置可以检测例如传感器元件的阻抗、电容值、电导或电阻值。通过另外的分析装置可以由传感器元件的检测的电气特征推断气体或者其浓度。这可以例如基于查找表格是可实现的，该查找表格包括待检测的气体与传感器元件的电气特征之间的对应。尤其是可以通过测量技术简单地检测和分析这样的特征。例如可以通过交流电压测量来检测复杂的阻抗。
[0010]后电极原则上可以由与前述用于前电极的相同材料构成。在由金属组成的设计方案中，可以提高传感器装置相对于退化的鲁棒性。此外后电极可以例如由一种半导体材料构成，例如硅(Si)、锗(Ge)、***化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或者其他半导体。对于选择的半导体的特征可以有利地是，该半导体具有在整个运行温度范围内的导电能力。这可以尤其是由此实现，即传感器装置的运行温度范围的下边界设置在一个温度之上，在该温度半导体材料的本征导电开始。此外可以如此选择半导体材料，使得至少在传感器装置的运行范围中不出现贫化。导电能力在此可以不仅是固有的，而且基于掺杂。
[0011]此外，后电极例如可以施加在基质上。在此该基质可以由电绝缘材料、比如像蓝宝石(Saphir)构成。
[0012]设置在前电极与后电极之间的绝缘层或电绝缘层可以此外例如由已知的电绝缘材料组成。非受限的可用作电介质的例子包括例如氧化物、例如氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)或者氮化物、例如氮化娃(Si3N4)或诸如此类。
[0013]因此，前电极、后电极和不导电层或者说绝缘层构成一个电容结构，其可以用作用于按照本发明的传感器的基础。
[0014]此外电绝缘层至少可局部地极化。这可以在本发明的意义上尤其是表示:整个电绝缘层是可极化的；或者该层也仅仅局部受限地可极化并且可以具有例如平行定向或可定向的偶极子；或者在该层中至少空间受限地一定程度上的极性可以是可产生的。在此可以原则上将可极化性理解为电荷或用于可极化性的偶极子在原子或分子层上的定向，这可以在一个大的肉眼可见的区域上延伸；或者还可以理解为通过一个区域电荷的移动以便产生该区域的可极化性或空间电荷极化。在此可以尤其是通过施加电压例如交流电压到前电极和后电极改变极性的方向。在此前电极和后电极可以具有例如相应的触头。因此前电极和后电极此外还可以用于使电场构成到绝缘层中或者影响气体反应。
[0015]在此，绝缘层在极化状态下具有电场有关的相对的介电常数，所述介电常数比在非极化状态下尤其是在整个层中或仅仅在极化的范围中小一个系数，。这可以在本发明的意义上表示，在完全极化的状态下，例如通过施加预电压，如果电荷或偶极子几乎完全通过电压定向，介电常数比偶极子或未产生的极性的未定向的状态下小一个预定