DE19959925C2 - Verfahren zur Bestimmung von Gaskonzentrationen mit einem Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor und Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung von Gaskonzentrationen mit einem Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor und Dünnschicht-Halbleiter-GassensorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Gaskonzentrationen
mit einem Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor, gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1, sowie einen Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 10.
Die Messung von Gaskonzentrationen ist in verschiedenen Bereichen der Technik von
großer Bedeutung. Beispielsweise entstehen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe
toxische Gase, wie z. B. CO, NOx und Ozon. Diese Gase können insbesondere das
menschliche Atmungssystem schädigen und belasten die Umwelt erheblich. Daher ist es
erforderlich, beispielsweise Abgase von Verbrennungsmotoren zu analysieren.
Insbesondere kann durch eine rasche Analyse während des Betriebs durch entsprechende
Rückkopplung der Schadstoffausstoß reduziert werden. Aber auch in anderen Bereichen
der Technik ist es wichtig, Gaskonzentrationen von CO, NO, NO2, HC, O3 usw. bzw.
Mischungen davon z. B. in Luft zu messen.
Eine Möglichkeit zur Gasanalyse bieten Dünnschicht-Halbleiter-Gassensoren, wie sie z. B. in
der Veröffentlichung von Th. Becker, et al "Ozone detection using low-power-consumption
metal-oxide gassensors", vorgestellt auf der Konferenz "European Materials Research
Spring Meeting", Straßburg 16.-19.06.1998, beschrieben sind. Bei derartigen Sensoren
ist ein dünner SnO2-Film als gassensitive Schicht auf einem Heizelement angeordnet.
Durch Messung des elektrischen Widerstandes der gassensitiven Schicht bei bestimmten
Temperaturen lassen sich Gase, wie z. B. CO, NOx oder O3 nachweisen, bzw.
Konzentrationen bestimmen.
Ein Problem bei dieser Messung besteht jedoch darin, daß Konzentrationen einzelner Gase
in einem Gasgemisch nicht oder nicht eindeutig bestimmbar sind. Das Meßergebnis liefert
ein Summensignal, das unterschiedliche Wirkungen der einzelnen Gaskomponenten auf
den elektrischen Widerstand der gassensitiven Schicht beinhaltet.
Als eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems wurde vorgeschlagen, mehrere Sensoren
in der Art eines Arrays anzuordnen, wobei die einzelnen Sensoren bei verschiedenen Tem
peraturen betrieben werden, um unterschiedliche Empfindlichkeiten für einzelne Gaskom
ponenten zu erhalten. Diese Lösung erfordert jedoch einen erhöhten konstruktiven Auf
wand. Hinzu kommt, dass in vielen Fällen eine eindeutige Bestimmung der einzelnen Gas
konzentrationen nicht bzw. kaum möglich ist.
In A. Heilig et al, "Gas identification by modulating temperatures of SnO2-based thick film
sensors", Sensors and Actuators B, 1997, wird ein Dickschicht-Gassensor mit einer gassen
sitiven Schicht aus SnO2 vorgeschlagen, bei dem eine thermische Modulation der gassensi
tiven Schicht erfolgt. Beim Betrieb dieses Sensors wird die Temperatur zwischen 200 und
420°C mit einer Frequenz von 50 mHz moduliert. Durch Frequenzanalyse werden Signal
muster erzeugt, die für bestimmte Gasgemische charakteristisch sind. Auch bei dieser Mes
sung ist die Zuordnung jedoch in vielen Fällen nicht eindeutig, da z. B. verschiedene Gasmi
schungen gleiche Muster erzeugen können. Beispielsweise wirkt sich CO auf das Messer
gebnis aus, ohne dass eine eindeutige Bestimmung verschiedener Gaskonzentrationen in
einem Gemisch mit CO möglich ist.
Die Patentschrift DE 37 36 200 C2 zeigt ein Verfahren zum Betrieb eines nach dem Kalori
meterprinzip arbeitenden Halbleitergassensor mit einem Sensorelement, das eine Katalysa
torschicht aufweist, die mit einem zu untersuchenden Gas katalytisch reagiert. Bei der Mes
sung wird die Heizleistung des Sensorelements moduliert.
In W. Hellmich, et al, "Field-effect-induced gas sensitivity changes in metal oxides", Sensors
and Actuators B 43 (1997) S. 132-139 ist ein Gassensor beschrieben, bei dem durch Anle
gen von elektrischen Feldern eine Veränderung der Elektronendichte in der sensitiven
Schicht erfolgt. Dadurch werden Empfindlichkeiten für bestimmte Gase erhöht, während sie
für andere Gase erniedrigt werden. Jedoch kann auch mit diesem Sensor keine eindeutige
Bestimmung bzw. eindeutige Zuordnung der Messergebnisse zu Gaskonzentrationen in
nerhalb von Gasgemischen erfolgen. Es ist beispielsweise nicht möglich, die Empfindlichkeit
für eine bestimmte Gaskomponente auf Null zu drücken. Das Messergebnis spiegelt somit
immer eine Überlagerung von Einzelempfindlichkeiten wider.
Ein weiteres Problem sind Drifteffekte bei den bekannten Halbleiter-Gassensoren und eine
hohe Leistungsaufnahme. Da herkömmliche Halbleiter-Gassensoren auf nahezu alle redu
zierenden und oxidierenden Gase ansprechen, ist insbesondere eine Akzentuierung von
Hauptempfindlichkeiten bisher nicht bzw. kaum möglich.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung von
Gaskonzentrationen anzugeben, das die Bestimmung einzelner Gaskonzentrationen in
einem Gasgemisch auf eindeutige Weise erlaubt. Weiterhin soll ein Dünnschicht-Halbleiter-
Gassensor geschaffen werden, mit dem eine eindeutige Zuordnung der Meßergebnisse zu
verschiedenartigen Gasgemischen bzw. eine eindeutige Bestimmung der
Gaskonzentrationen in einem Gasgemisch möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst, durch das Verfahren zur Bestimmung von Gaskonzentrationen
gemäß Patentanspruch 1 und durch den Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor gemäß
Patentanspruch 10. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Gaskonzentrationen mit einem
Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor umfaßt die Schritte: Anlegen einer Heizspannung an ein
Heizelement zum Heizen einer sensitiven Schicht des Gassensors; Erzeugen eines
elektrischen Feldes in der sensitiven Schicht; und Messen des elektrischen Widerstandes
der sensitiven Schicht; wobei die Temperatur der sensitiven Schicht und das elektrische
Feld gleichzeitig moduliert werden, um die Empfindlichkeit der sensitiven Schicht für
einzelne Gaskonzentrationen eines Gasgemisches zu steuern. Durch dieses Verfahren
können Gaskonzentrationen in einem Gasgemisch eindeutig bestimmt bzw. gemessen
werden. Empfindlichkeiten für einzelne Gase können durch die gleichzeitige Temperatur-
und Feldmodulation bis auf Null herabgesetzt werden, so daß diese Gaskomponenten das
Meßergebnis nicht mehr beeinflussen. Die Verwendung von dünnen Schichten führt
darüber hinaus zu einer Reduzierung der Meßzeit.
Vorteilhafterweise wird die Heizspannung periodisch verändert, um dadurch Variationen
des elektrischen Feldes in der sensitiven Schicht zu erzeugen. Die Modulation der
Temperatur und des elektrischen Feldes kann mit einer Frequenz von mindestens 0,1 Hz,
bevorzugt 0,26 Hz erfolgen. Bevorzugt wird durch Einstellung der Modulationsfrequenz die
Empfindlichkeit der sensitiven Schicht für reduzierende Gase, insbesondere für CO,
herabgesetzt, während sie z. B. für oxidierende Gase, insbesondere NO2 und/oder O3
erhalten bleibt. Auch kann durch Einstellung der Modulationsfrequenz die Empfindlichkeit
der sensitiven Schicht für NO2 und/oder CO herabgesetzt werden, während sie z. B. für O3
erhalten bleibt. Vorzugsweise wird die Modulationsfrequenz derart gewählt, daß die
Empfindlichkeit für reduzierende Gase herabgesetzt wird, während sie für oxidierende
Gase erhalten bleibt. Dadurch kann beispielsweise in einem Gasgemisch aus NO2 und CO
der reine NO2 Anteil gemessen werden, da der Sensor keine bzw. nur noch eine sehr
geringe Empfindlichkeit für CO aufweist. Bevorzugt wird bei dem Verfahren ein
charakteristisches Signalmuster, beispielsweise in Form eines Amplitudenspektrums,
erzeugt. Das Signalmuster kann dann bei der Auswertung mit einem bekannten Spektrum
verglichen werden. Bevorzugt wird das erzeugte Signalmuster mit solchen Signalmustern
verglichen, die zuvor für verschiedene Gas-Luft-Mischungen als Differenzspektren in Bezug
auf Luft erzeugt wurden. Dabei kann insbesondere zunächst für verschiedene NO2-
Konzentrationen in Luft ein Signalmuster ermittelt werden, und anschließend daraus die
NO2-Konzentration in einem CO/NO2 Gemisch ermittelt werden.
Der erfindungsgemäße Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor umfaßt eine sensitive Schicht,
deren elektrischer Widerstand durch Kontakt mit einem Gas veränderbar ist, ein
Heizelement zum Heizen der sensitiven Schicht, und Elektroden zur Bestimmung des
elektrischen Widerstandes der sensitiven Schicht, wobei eine Steuereinrichtung
vorgesehen ist, die eine modulierte Spannung zum Heizen der sensitiven Schicht und zum
Erzeugen eines modulierten elektrischen Feldes in der sensitiven Schicht erzeugt. Der
erfindungsgemäße Halbleitergassensor dient zur Durchführung des oben genannten
erfindungsgemäßen Verfahrens und ermöglicht eine Bestimmung der Konzentrationen
einzelner Gaskomponenten in einem Gasgemisch mit eindeutiger Zuordnung auf einfache
Weise und ohne großen konstruktiven Aufwand. Dadurch werden auch Kosten eingespart
und der Sensor ist für den Serieneinsatz geeignet.
Bevorzugt ist zwischen der sensitiven Schicht und dem Heizelement eine als Dünnschicht
ausgebildete Isolationsschicht angeordnet, deren Schichtdicke bevorzugt geringer ist als
1 µm. Vorzugsweise liegt die Schichtdicke der Isolationsschicht im Bereich von 700 nm und
weniger. Vorteilhafterweise ist die sensitive Schicht als Dünnschicht ausgebildet, mit einer
Schichtdicke im Bereich von 1 µm und weniger, bevorzugt im Bereich von 300 nm und
weniger. Dadurch kann eine relativ hohe Modulationsfrequenz für die Heizerspannungs-
bzw. Temperaturmodulation gewählt werden, die gleichzeitig einen Feldeffekt
mitmoduliert.
Vorteilhafterweise erzeugt die Steuereinrichtung eine Heizspannung, die mit einer
Frequenz im Bereich von 0,1 bis 300 Hz, bevorzugt im Bereich von 0,3 Hz bis 100 Hz,
moduliert ist. Durch höhere Frequenzen wird beispielsweise die CO-Empfindlichkeit
herabgesetzt, da die Reaktionszeit für CO an der sensitiven Schicht verkürzt wird.
Vorteilhafterweise hat der Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor eine Auswerteeinrichtung zur
Erzeugung eines Amplitudenspektrums. Bevorzugt weist der Sensor Heizelektroden auf,
die derart angeordnet sind, daß beim Anlegen der modulierten Heizspannung das
variierende elektrische Feld eine Variation der Elektronendichte in der sensitiven Schicht
erzeugt.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren beschrieben, in denen
Fig. 1 einen Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein Amplitudenspektrum mit Differenzamplituden CO-Luft in Abhängigkeit von der
CO Konzentration zeigt; und
Fig. 3 ein Amplitudenspektrum der Differenzamplituden NO2-Luft bei verschiedenen NO2
Konzentrationen zeigt.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor. Eine
gassensitive Schicht 1 aus einem Metalloxid, hier SnO2, befindet sich auf einer
Isolationsschicht 2, die aus SiO2 gefertigt ist. Auf beiden Seiten bzw. in den Randbereichen
der gassensitiven Schicht 1 befinden sich elektrische Kontakte 3a, 3b in Form von
Bondpads, die sich in elektrischem Kontakt mit der gassensitiven Schicht 1 befinden. Die
Kontakte 3a, 3b dienen zum Anlegen einer Meßspannung, um den elektrischen Widerstand
der gassensitiven Schicht 1 zu messen. Ebenso wie die gassensitive Schicht 1 befinden
sich die elektrischen Kontakte 3a, 3b auf der Oberseite 2a der Isolationsschicht 2. Die
Isolationsschicht 2 wird von einer Membrane 4 aus Siliziumnitrid bzw. Si3N4, allgemein aus
einem Siliziummaterial, getragen, wobei zwischen der Isolationsschicht 2 und der
Membrane 4 ein Heizelement 5 aus Platin bzw., einem Metall angeordnet ist. Das
Heizelement 5 verläuft meanderförmig an der Schichtgrenze zwischen der
Isolationsschicht 2 und der Membrane 4, wobei es in den Randbereichen elektrische
Kontakte 5a, 5b zum Anlegen einer Heizspannung aufweist bzw. bildet. Die elektrischen
Kontakte 3a, 3b zum Anlegen der Meßspannung oder daran elektrisch gekoppelte
Bereiche liegen einzelnen Bereichen des Heizelements 5 gegenüber und sind von diesem
durch die Isolationsschicht 2 aus SiO2 getrennt. Ein Substrat 6 aus Silizium unterstützt die
Membrane 4 in ihren randlichen Bereichen. Eine Steuereinrichtung 7 dient zur Erzeugung
einer modulierten Spannung zum Heizen der sensitiven Schicht 2 und gleichzeitig zum
Erzeugen eines modulierten elektrischen Feldes in der sensitiven Schicht 2. Der Sensor
bzw. seine Strukturen sind mikromechanisch gefertigt und zeichnen sich durch eine
geringe thermische Zeitkonstante aus, was durch ihre geringe thermische Masse bedingt
ist. Die Steuereinrichtung 7 ermöglicht verschiedene Betriebsarten, wie z. B. sinusförmige
oder sägezahnförmige Anregung, oder auch einen gepulsten Betrieb. Im vorliegenden Fall
ist die Steuereinrichtung 7 so ausgelegt, daß sie eine Modulation der Heizspannung mit
einer Frequenz von ca. 0,1 Hz bis ca. 50 Hz bewirkt. Es sind aber auch tiefere bzw. höhere
Modulationsfrequenzen möglich.
Durch die Anordnung der Metallbereiche bzw. Elektroden 3a, 3b und 5a, 5b wird zusätzlich
zur thermischen Modulation ein moduliertes elektrisches Feld zwischen dem Heizelement
5 und der Zinndioxidschicht 1 bzw. den Elektroden 3a, 3b erzeugt. Es erfolgt also
gleichzeitig mit der thermischen Modulation eine Modulation des Feldeffekts zwischen
dem Heizelement 5 und der Zinndioxidschicht 1. Dies wird insbesondere durch die sehr
geringen Schichtdicken des Halbleiter-Gassensors ermöglicht. Die Isolierschicht 2 aus
SiO2 besitzt eine Schichtdicke von ca. 700 nm, während die Dicke der Zinndioxidschicht 1
ca. 300 nm beträgt. Dadurch kann eine Modulation des Feldeffekts und gleichzeitig der
Temperatur erfolgen.
Durch die gleichzeitige Modulation der Heizersteuerung und des Feldeffekts ist eine
vollständige Unterdrückung des Effekts von reduzierenden Gasen, wie beispielsweise CO,
bei der Messung möglich. Oxidierende Gase, wie NO2 und insbesondere Ozon werden
dagegen sensiert bzw. gemessen.
Bei der gleichzeitigen Modulation der Temperatur und des Feldeffekts wird durch die
Frequenz, die zumeist im Bereich zwischen 0,3 und 100 Hz liegt, die Sensitivität für
bestimmte Gaskomponenten gesteuert. Beispielsweise wird durch Erhöhung der Frequenz
die Gasempfindlichkeit für reduzierende Gase, wie z. B. CO, reduziert oder sogar vollständig
unterdrückt. Damit wird in einem Gasgemisch, in dem neben CO auch NO2 enthalten ist,
der reine NO2 Anteil gemessen. Durch höhere Frequenzen wird also die CO
Empfindlichkeit herabgesetzt, was durch die kürzere Reaktionszeit der CO Moleküle an der
Oberfläche der sensitiven Schicht 1 verursacht wird.
Da die Empfindlichkeit für O3 in einem ähnlichen Temperaturbereich liegt wie die
Empfindlichkeit für NO2, erhält man normalerweise eine Überlagerung der Effekte von O3
und NO2. Jedoch kann man durch weitere Erhöhung der Modulationsfrequenz die NO2-
Empfindlichkeit reduzieren. Demnach wird bei höheren Frequenzen nur noch der O3 Anteil
im Gasgemisch gemessen. Von großer Bedeutung für die Modulationseffekte ist die
Fertigung des Sensors in Dünnschicht-Technologie, da hier ein starkes elektrisches Feld
aufgrund der dünnen Isolationsschicht 2 und der dünnen Sensorschicht 1 erzeugt wird und
gleichzeitig eine geringe thermische Zeitkonstante im Bereich von 5 Millisekunden vorliegt.
Dadurch kann bei den relativ hohen Frequenzen, die hier verwendet werden, noch eine
Messung der Gaskonzentrationen erfolgen. Messungen mit einer Zeitspanne im Bereich
von 1 Minute sind möglich.
Fig. 2 zeigt Differenzen von Amplitudenspektren, die sich aus einer Messung von Luft und
Luft plus 100 ppm CO beziehungsweise Luft und Luft plus 200 ppm CO ergeben. Die
Messung wurde bei einer Grundfrequenz der Modulation im Bereich von 0,26 Hz
durchgeführt. Die Meßzeit betrug 120 Sekunden. Da CO bei der Modulation mit dieser
Frequenz nicht mehr detektiert werden kann, ist die Differenz zwischen dem Luftspektrum
und den beiden CO Spektren ungefähr gleich Null. D. h., unabhängig von der CO
Konzentration ergibt sich keine Differenz in den Spektren gegenüber einer Messung in Luft
ohne CO Gehalt.
Fig. 3 zeigt die Differenzamplituden von Luft mit einem NO2-Gehalt von 5 ppm
beziehungsweise 7 ppm gegenüber reiner Luft. Es ergeben sich unterschiedliche
Signalmuster für verschiedene NO2-Konzentrationen. Dabei ist jedes Signalmuster
charakteristisch für eine bestimmte NO2-Konzentration. Aus den charakteristischen
Signalmustern bzw. Spektren kann so die NO2-Konzentration in einem CO/NO2-Gemisch
bestimmt werden. Bei einer Grundfrequenz der Modulation von 0,26 Hz bleibt die Messung
vom CO-Gehalt unbeeinflußt. Auch bei der Messung gemäß Fig. 3 betrug die Meßzeit 120
Sekunden, wobei eine relative Feuchte von 30% herrschte.
Wird die Modulationsfrequenz weiter erhöht, gelangt man zu einem Punkt, in dem nur noch
die O3-Konzentration in einem Gasgemisch gemessen wird. Mittels zuvor durchgeführter
Eichmessungen bei unterschiedlichen Konzentrationen verschiedener Gase und bei
verschiedenen Frequenzen werden Vergleichsspektren erhalten, mit denen die
Amplitudenspektren, die sich bei der Messung in einem Gasgemisch bei unterschiedlichen
Modulationsfrequenzen ergeben, verglichen werden.
Die Spektren ergeben sich durch eine Frequenzanalyse des Meßsignals, z. B. durch eine
Fast Fourier Transformation. Da die entsprechenden Fourierkoeffizienten eine gewisse
Schwankung aufweisen, werden die Koeffizienten auf den ersten Koeffizienten normiert,
d. h. die Streuung der normierten Werte wird deutlich minimiert. Die Auswertung des
Spektrums kann sowohl durch eine Spektralanalyse mittels einer geeigneten Software, als
auch durch elektronische Filter mit fester Grundfrequenz erfolgen.
Durch die erfindungsgemäße, nicht-gleichspannungsförmige thermische Anregung von
gassensitiven Schichten mittels Heizerstrukturen mit schnellen thermischen
Ansprechzeiten werden eindeutige Signalmuster erzielt, so daß Konzentrationen einzelner
Gaskomponenten in einem Gasgemisch eindeutig ermittelt werden können. Weitere
Vorteile sind die Unterdrückung der Drifteffekte von Halbleiter-Gassensoren, die
Akzentuierung von Hauptempfindlichkeiten, sowie die Reduzierung der
Leistungsaufnahme, insbesondere im gepulsten Betrieb. Durch den modulierten Betrieb
lassen sich die Drifteffekte mathematisch beseitigen und Hauptempfindlichkeiten der
Gassensoren akzentuieren.
Claims (16)
1. Verfahren zur Bestimmung von Gaskonzentrationen mit einem Dünnschicht-Halbleiter-
Gassensor, der eine sensitive Schicht (1), ein Heizelement (5) zu deren Beheizung sowie
Kontakte (3a, 3b) zum Anlegen einer Messspannung aufweist, mit den Schritten:
- - Anlegen einer Heizspannung an das Heizelement (5);
- - Erzeugen eines elektrischen Feldes in der sensitiven Schicht (1); und
- - Messen des elektrischen Widerstands der sensitiven Schicht (1);
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizspannung
periodisch verändert wird, um dadurch Variationen des elektrischen Feldes in der
sensitiven Schicht (1) zu erzeugen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation
der Temperatur und des elektrischen Feldes mit einer Frequenz von mindestens
0,1 Hz, bevorzugt mindestens 0,26 Hz, erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenz der Modulation erhöht wird, um die Empfindlichkeit der sensitiven
Schicht (1) für reduzierende Gase gegenüber ihrer Empfindlichkeit für oxidierende
Gase zu reduzieren.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Mo
dulation weiter erhöht wird, um die Empfindlichkeit der sensitiven Schicht (1) für NO2
gegenüber Ihrer Empfindlichkeit für O3 zu reduzieren.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Frequenz der Modulation im Bereich zwischen 0,3 Hz und 100 Hz eingestellt
wird, um die Empfindlichkeit für einzelne Gaskomponenten zu steuern.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein charakteristisches Signalmuster in Form eines Amplitudenspektrums
erzeugt wird, das bei der Auswertung mit einem bekannten Spektrum verglichen
wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß erzeugte Signalmuster mit solchen Signalmustern verglichen werden, die zuvor
für verschiedene Gas-Luft-Mischungen als Differenzspektren in Bezug auf Luft
erzeugt wurden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst für verschiedene NO2-Konzentrationen in Luft Signalmuster ermittelt
werden, und anschließend daraus die NO2-Konzentration in einem CO/NO2-
Gemisch ermittelt wird.
10. Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor, mit
einer sensitiven Schicht (1), deren elektrischer Widerstand durch Kontakt mit einem Gas veränderbar ist;
einem Heizelement (5) zum Heizen der sensitiven Schicht, und
Elektroden (3a, 3b) zur Bestimmung des elektrischen Widerstands der sensitiven Schicht (1),
gekennzeichnet durch
eine Steuereinrichtung (7), die eine modulierte Spannung zum Heizen der sensitiven Schicht (1) und zum Erzeugen eines modulierten elektrischen Feldes in der sensitiven Schicht (1) erzeugt.
einer sensitiven Schicht (1), deren elektrischer Widerstand durch Kontakt mit einem Gas veränderbar ist;
einem Heizelement (5) zum Heizen der sensitiven Schicht, und
Elektroden (3a, 3b) zur Bestimmung des elektrischen Widerstands der sensitiven Schicht (1),
gekennzeichnet durch
eine Steuereinrichtung (7), die eine modulierte Spannung zum Heizen der sensitiven Schicht (1) und zum Erzeugen eines modulierten elektrischen Feldes in der sensitiven Schicht (1) erzeugt.
11. Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der sensitiven Schicht (1) und dem Heizelement (5) eine als Dünnschicht
ausgebildete Isolationsschicht (2) angeordnet ist, deren Schichtdicke bevorzugt
geringer ist als 1 µm.
12. Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schichtdicke der Isolationsschicht (2) im Bereich von 700 nm und weniger liegt.
13. Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der als Dünnschicht ausgebildeten sensitiven
Schicht (1) im Bereich von 1 µm und weniger liegt, bevorzugt im Bereich von 300 nm
und weniger.
14. Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (7) eine Heizspannung erzeugt, die mit
einer Frequenz im Bereich von 0,1 bis 300 Hz, bevorzugt 0,3 Hz bis 100 Hz
moduliert ist.
15. Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung zur Erzeugung eines
Amplitudenspektrums.
16. Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
gekennzeichnet durch Heizelektroden (5a, 5b), die derart angeordnet sind, daß
beim Anlegen der modulierten Heizspannung das variierende elektrische Feld eine
Variation der Elektronendichte in der sensitiven Schicht (1) erzeugt.
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