[发明专利]用于测量气体浓度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量目标气体的浓度的方法，其中提供气体传感器， 其传感器信号取决于目标气体的浓度。

背景技术

这类方法从DE 4333875C2得知。在此提供气体传感器，其具 有硅衬底，其中集成了场效应晶体管。所述场效应晶体管具有栅电极， 其与传感器电极导电连接，在所述传感器电极上方设置气体敏感层， 其通过空气隙与传感器电极隔开并通过空气隙在传感器电极上电容耦 合。将罩电极(Deckelektrode)施加在背对传感器电极的气体敏感层 的背面上。使面对传感器电极的气体敏感层的表面区与目标气体接触， 所述目标气体在接触表面区时吸附于其上。在目标气体的浓度变化时， 在气体敏感层的表面区中输出功变化。由于传感器电极在表面区上电 容耦合，因而在此，栅电极上的电位也变化。取决于电位变化，控制 场效应晶体管的漏极接头和源极接头之间的通过电流。在这类气体传 感器中，测量信号约是目标气体浓度的对数，也就是说，测量敏感性 随着目标气体浓度的升高而降低。此外由于测量信号可以被氧气的存 在干扰，用所述方法测量较大浓度的目标气体是有问题的。

发明描述

因此本发明的目的在于提供用于测量目标气体浓度的方法，其使 得高测量精度成为可能。

所述目的通过如下实现：提供气体传感器，其传感器信号在恒定 的温度下取决于目标气体的浓度并在第一个控制范围内具有相比于在 第二个控制范围内更低的测量敏感性，使属于所述控制范围的气体浓 度取决于温度，并这样调整气体传感器的温度，使得传感器信号基本 不依赖目标气体的浓度并位于第二个控制范围内，且使气体传感器的 温度是目标气体浓度的度量。

在有利的方式中，气体传感器的工作点在不同的目标气体浓度下 分别被置于具有较大的测量敏感性的控制范围内，由此可以测量具有 相同测量敏感性的不同目标气体浓度。在此这样进行温度的调整，使 得气体传感器的传感器信号在目标气体浓度变化时大致保持在使得目 标气体浓度可以由经调节的温度测定的其值上。控制范围可以事先实 验测量和/或借助数学方法确定。

在本发明的优选的实施方案中，这样调节温度，使得气体传感器 在气体传感器对目标气体具有最大敏感性的工作点运行。从而目标气 体的浓度可以更精确地测量。

有利的是，气体传感器的温度调节仅在测定的温度在预定的温度 范围内时实施，并且在该温度范围之外目标气体的浓度根据气体传感 器的传感器信号和特征值确定。在目标气体-浓度范围内(其中气体传 感器在无温度调节的情况下也具有足够的测量精度和/或其中气体传 感器的温度控制太耗费)，也可以关闭温度调节。由此该方法可以较 简单和用较低能耗地实施。

在本发明的优选的实施方案中，将位于为温度调节而预定的温度 范围之外的温度调节至恒定的温度值。由此可以在关闭温度调节的情 况下避免由于环境温度的波动而引起的测量误差。

有利的是，使为温度调整而预定的温度范围为超过60℃，特别是 超过70℃和任选地超过80℃。气体传感器随后可以通过以简单的加热 来控制温度。

适合的是通过测量气体敏感层的输出功获取传感器信号。在此气 体敏感层优选用对目标气体惰性的电绝缘涂层覆盖，其与气体敏感层 粘结并这样构造，使得所述涂层对于意欲测量浓度的目标气体和不同 于该目标气体的且可吸附于表面区的另外的气体是渗透性的。所述涂 层对于目标气体和所述另外的气体可以具有不同的扩散常数，其中所 述扩散常数、所述目标气体和另一种气体这样彼此选择，使得如果目 标气体的浓度在另一种气体的存在下超出预定的浓度阈值，则气体传 感器对于目标气体的敏感性增加。

传感器信号优选以电容方式穿过空气隙地在气体敏感层测量。但 是在本发明的方法中，传感器信号也可以通过测量气体敏感层的电阻 获取。在此，气体敏感层可以是金属氧化物层，其在曝露于气体中的 情况下改变其电阻。

以下依据附图详细解释本发明的实施例。附图说明：

图1.气体传感器的横截面，所述气体传感器具有SGFET，其通道 区经由空气隙电容耦合在设有钝化涂层的气体敏感层上，

图2.气体传感器的横截面，所述气体传感器具有CCFET，其传感 器电极经由空气隙电容耦合在设有钝化涂层的气体敏感层上，

图3.设置为开尔文探针形式的气体传感器的横截面，其中气体敏 感层具有钝化涂层。