[发明专利]用于检测气体的传感器元件和方法

说明书

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（16），其中前电极（18）和后电极（14）为了定性地和/或定量地检测气体可与交流电压源电气接触，并且其中绝缘层（16）至少如此可局部地极化，从而使得绝缘层在极化状态下具有相对的介电常数，所述介电常数比在非极化状态下小一个系数，所述系数位于在大于或等于1.1的范围中。前述传感器元件（10）可通过有利的方式允许高敏感度地并且高选择性地在宽的温度范围中定性地和/或定量地检测气体。本发明还涉及一种传感器装置以及一种用于定性地和/或定量地检测气体的方法。

技术领域

本发明涉及一种传感器元件、尤其是比如用于定性地和定量地检测气体的传感器元件。本发明还涉及一种用于检测气体的方法。

背景技术

具有气体敏感的栅极的场效应晶体管（FET）长期以来被研究并且例如用作气体传感器。基于场效应的半导体元件提供的优点在于小尺寸、小的单件成本以及高的可集成性。对于在高温下的应用，例如碳化硅或其他具有高带隙的半导体的应用是已知的，以便避免自从大约250°C在硅中占优势的本征导电。

由文献DE 10 2009 029 621 A1已知用于检测气体的检测装置和方法。尤其是在该文献中描述了金属-绝缘体-半导体结构（MIS结构），其用于检测气体。在此使用电容结构，其可以由至少一个气体敏感的电极、至少一个电介质、半导材料以及由可导电的后电极组成。

由W.Zhu等人在期刊《应用物理学》，84（9），1998年，第5134-5139页的文献Amorphous ferroelectric（Ba_0.67Sr_0.33）Ti_1.02O₃ thin films with enhanced H₂ inducedinterfacial polyrisation potential还已知，在传感器元件中没有半导体基质的情况下应用确定的电介层并且将直流漏电流考虑为测量信号。

发明内容

本发明的主题是用于定性地和/或定量地检测气体的传感器元件，具有可暴露给有待测量的气体的前电极、后电极以及在所述前电极与后电极之间设置的电绝缘层，其中所述前电极和后电极为了定性地和/或定量地检测气体可与交流电压源电气接触，并且其中所述绝缘层至少可局部地极化，从而使得所述电绝缘层在极化状态下具有相对的介电常数，所述介电常数比在非极化状态下小一个系数，该系数位于大于或等于1.1、尤其是1.5的范围中。

前述传感器元件可以通过有利的方式允许，高敏感地并且高选择性地在宽的温度范围中定性地和/或定量地检测气体。

为此传感器元件具有可暴露给有待测量的气体的前电极、后电极以及布置在所述前电极与后电极之间的不导电层或者电绝缘层。在此该层可以尤其是具有电导率或电阻，正如其原则上对于这样的传感器元件已知的那样。示例性的值位于10^-8S/m的范围中，其中直至10^-3S/m的电导率或者根据具体的应用甚至超过此也可以是可能的。

前电极在此尤其是这样的电极，其可暴露给有待测量的气体或者朝向有待测量的气体。尤其是前电极直接与有待测量的气体接触。前电极可以在此尤其是由一种金属或者由可有机导电的材料连丽如由酞菁的类构成。这可以尤其是实现前电极或传感器装置的特别好的稳定性。例如电极可以具有一种或多种催化活性的材料，以便实现关于不同气体的选择性。催化活性的材料可以包括例如铂（Pt）、钯（Pd）、金（Au）、铑（Rh）、铼（Re）、钌（Ru）、铱（Ir）、钛（Ti）、氮化钛（TiN）、氮化钽（TaN）或具有一种或多种上述组分的合金。在此前电极可以完全由一种或多种上述物质制造，或者仅仅部分地具有这样的材料，例如以在电极结构中设置的微粒的形式。