[发明专利]电阻式金属氧化物气体传感器及其制造方法和操作该传感器的方法

权利要求书

1.电阻式金属氧化物气体传感器，包含：

支撑结构；

布置在支撑结构上或部分地容纳在支撑结构中的多孔传感层(1)；

与多孔传感层(1)电连通的电极(2)；

与多孔传感层(1)热连通的加热器(3)，构造加热器以加热多孔传感层(1)至目标温度从而允许基于经由电极(2)提供的传感信号来测定目标气体的存在或浓度；

其中：

多孔传感层(1)包含

-相互连接的单晶金属氧化物纳米颗粒(14)的网络；和

-该网络的气体选择性涂层(12)；

涂层(12)包含氧化硅和氮化硅中的一种或多种；

多孔传感层(1)的厚度(t1)为至多10μm；

涂层(12)的厚度(t12)小于5nm；和

目标气体是臭氧。

2.根据权利要求1所述的电阻式金属氧化物气体传感器，

其中构造多孔传感层(1)以显示在30％和60％之间的范围内的空隙(11)分数，其表示多孔传感层(1)的孔隙率。

3.根据权利要求1或2所述的电阻式金属氧化物气体传感器，其中

涂层(12)的厚度(t12)在1nm和3mm之间。

4.根据前述权利要求任一项所述的电阻式金属氧化物气体传感器，其中

单晶金属氧化物纳米颗粒的平均尺寸为至多100nm，所述平均尺寸优选小于50nm、更优选在5nm和19nm之间，且甚至更优选在10nm和15nm之间。

5.根据前述权利要求任一项所述的电阻式金属氧化物气体传感器，

其中多孔传感层(1)的厚度(t1)为至多5μm；

优选其中多孔传感层(1)的厚度(t1)为至多1μm。

6.根据前述权利要求任一项所述的电阻式金属氧化物气体传感器，其中：

传感器还包含经构造以操作加热器(3)的控制器(6)，使加热器加热多孔传感层(1)至所述目标温度，所述目标温度在400℃和600℃之间并优选在450℃和550℃之间的温度范围内；

传感器优选包含集成在传感器中并经构造以向控制器提供温度反馈的温度传感器(4)；和

控制器优选集成在传感器中。

7.根据前述权利要求任一项所述的电阻式金属氧化物气体传感器，

其中金属氧化物材料包含SnO2、In2O3、WO3、TiO2、ZnO、Ga2O3和Fe2O3中的一种或多种；

优选其中金属氧化物材料由SnO2、In2O3、WO3、TiO2、ZnO、Ga2O3和Fe2O3中的一种组成。

8.根据前述权利要求任一项所述的电阻式金属氧化物气体传感器，

其中单晶金属氧化物纳米颗粒(14)包含至多10重量％、优选在0.3重量％和4.0重量％之间的贵金属(13)掺杂，

优选其中贵金属(13)是Pt、Pd和Ir之一。

9.根据前述权利要求任一项所述的电阻式金属氧化物气体传感器，

其中将电极(2)布置在支撑结构上或在支撑结构中，并被多孔传感层(1)至少部分覆盖。

10.根据前述权利要求任一项所述的电阻式金属氧化物气体传感器，

其中涂层(12)覆盖由涂层材料的气态前体可达到的该网络的所有表面，

优选其中涂层(12)覆盖该网络的所有表面，与支撑结构、电极(2)和加热器(3)直接接触的表面除外，如果这样，面对气态前体不可达到的多孔传感层(1)中的空隙(13)的表面除外，

优选其中涂层(12)覆盖在涂覆之前面向环境的该网络的顶表面，并还覆盖掩埋在多孔传感层(1)中的表面，

优选其中涂层(12)在它的厚度(t12)方面是均匀的，包括±50％的公差和优选包括±20％的公差。