[go: up one dir, main page]

DE3519397A1 - Sensor for gas analysis and detection - Google Patents

Sensor for gas analysis and detection

Info

Publication number
DE3519397A1
DE3519397A1 DE19853519397 DE3519397A DE3519397A1 DE 3519397 A1 DE3519397 A1 DE 3519397A1 DE 19853519397 DE19853519397 DE 19853519397 DE 3519397 A DE3519397 A DE 3519397A DE 3519397 A1 DE3519397 A1 DE 3519397A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
detector
gas
individual
sensor according
detectors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19853519397
Other languages
German (de)
Inventor
Gerhard Prof. Dr. 8000 München Ertl
Rudolf Prof. Dr. 8135 Söcking Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to DE19853519397 priority Critical patent/DE3519397A1/en
Publication of DE3519397A1 publication Critical patent/DE3519397A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/16Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/18Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested
    • G01N27/185Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested using a catharometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Semiconductor gas sensor operating according to the calorimeter principle and with a bridge connection (Figures 2, 3). In particular, a plurality of sensors of this type having mutually different characteristics are arranged in the manner of a matrix (Figures 4, 5) to detect one or more individual gases contained in a gas mixture. <IMAGE>

Description

Sensor für Gasanalyse bzw. DetektionSensor for gas analysis or detection

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a sensor according to the preamble of claim 1.

Aus der DE-OS 24 07 110 ist ein Gassensor mit einem zur Detektion verwendeten Halbleiterelement und mit einer Selektiveinrichtung bekannt. Das Halbleiterelement ist ein Feldeffekttransistor mit Source, Drain und einem zwischen Source und Drain sich erstreckendem, bis an die Oberfläche des Halbleiterkörpers des Elementes reichenden Kanalbereich. Auf der Oberfläche dieses Halbleiterkörpers befindet sich diesen Kanalbereich überdeckend als Selektiveinrichtung eine Schicht aus ß-Carotin. Bekanntermaßen ist dieses Carotin ein für Gase sensitiver Stoff und seine Verwendung führt bei dem Halbleiter-Feldeffekttransistor zu Ladungsinfluenzierung im Kanalbereich, zu unterschiedlichem Leitungsverhalten des Feldeffekttransistors und/oder zu geänderter Schwellenspannung.From DE-OS 24 07 110 is a gas sensor with a detection used semiconductor element and known with a selective device. The semiconductor element is a field effect transistor with source, drain and one between source and drain extending until reaching the surface of the semiconductor body of the element Canal area. This channel area is located on the surface of this semiconductor body covering a layer of ß-carotene as a selective device. Known is this carotene is a substance that is sensitive to gases and its use leads to this Semiconductor field effect transistor to charge influence in the channel area, to different Conductivity of the field effect transistor and / or to changed threshold voltage.

Zur Detektion von Wasserstoff, der auch in wasserstoffhaltiger Verbindung vorliegen kann, sind in Appl. Phys. Letters, Bd. 26 (1975), S. 55 - 57 Gassensoren beschrieben, die im wesentlichen aus einem MOS-Transistor bestehen, dessen Gate-Elektrode aus Palladium besteht. Palladium ist wie z.B.For the detection of hydrogen, also in hydrogen-containing compounds may be present, are in Appl. Phys. Letters, Vol. 26 (1975), pp. 55-57 gas sensors described, which consist essentially of a MOS transistor, the gate electrode consists of palladium. Palladium is like e.g.

auch Rhodium ein Metall, das katalytische Wirkung für Wasserstoff hat und atomaren Wasserstoff aus molekularen Wasserstoffverbindungen abzuspalten vermag. Der atomare Wasserstoff diffundiert durch das Palladiummetall der Gate-Elektrode hindurch an die zwischen Elektrode und Halbleiteroberfläche befindliche Oxidschicht des Transistors. Der dort absorbierte Wasserstoff bewirkt das Entstehen einer Dipolschicht, durch deren Vorhandensein sich das Maß der Schwellenspannung des Transistors verändert.also rhodium a metal that has catalytic action for hydrogen and split off atomic hydrogen from molecular hydrogen compounds able. The atomic hydrogen diffuses through the palladium metal of the gate electrode through to the one between the electrode and Semiconductor surface located Oxide layer of the transistor. The hydrogen absorbed there causes it to develop a dipole layer, the presence of which increases the level of the threshold voltage of the transistor changed.

Ein wie voranstehend beschriebener Gassensor läßt sich nicht für wasserstofffreie Gase verwenden. Für eine dementsprechende Gasdetektion ist vorzugsweise für CO-Nachweis in "ESSDERC", München, Sept. 1979, in "Int. Vac. Conf.", Cannes, Sept.A gas sensor as described above cannot be used for hydrogen-free Use gases. For a corresponding gas detection, CO detection is preferred in "ESSDERC", Munich, Sept. 1979, in "Int. Vac. Conf.", Cannes, Sept. 1979

1980 und in IEEE Trans. ED 26 (1979), S. 390 - 396, ein MOS-Transistor beschrieben, dessen Gate-Elektrode vorzugsweise wiederum aus Palladium besteht, jedoch diese Palladiumelektrode besitzt eine Vielzahl bis zur Metalloxid-Grenzschicht reichende Löcher.In dem Zusammenhang kommt auch die Verwendung eines NMOS-Transistors in Frage. Solche Transistoren mit perforiertem Palladiumgate haben eine gute Empfindlichkeit für Kohlenmonoxid und stark verminderte "Quer"-Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoff. Als Querempfindlichkeit wird hier eine zusätzlich zur eigentlichen gewünschten Empfindlichkeit des Sensors hinzukommende Empfindlichkeit in bezug auf ein anderes Gas bezeichnet. Für bekannte Anordnungen ist das Maß der Änderung der Schwellenspannung in Abhängigkeit von der Gaskonzentration bekannt, wobei eine weitgehend lineare Abhängigkeit zu beobachten ist. Als nachteilig angesehen wird, daß das Ansprechen eines derartigen Gassensors ein dynamischer Prozeß ist, der mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung auf die Einwirkung des betreffenden Gases, z.B. des Kohlenmonoxids, einsetzt.1980 and in IEEE Trans. ED 26 (1979), pp. 390-396, a MOS transistor described, whose gate electrode is preferably made of palladium, however, this palladium electrode has a plurality up to the metal oxide interface The use of an NMOS transistor is also used in this context in question. Such transistors with a perforated palladium gate have good sensitivity for carbon monoxide and greatly reduced "cross" sensitivity to hydrogen. In addition to the actual desired sensitivity, a cross-sensitivity is used here the added sensitivity of the sensor with respect to another gas. For known arrangements, the amount of change in the threshold voltage is dependent known from the gas concentration, with a largely linear dependence too is watching. Is considered to be disadvantageous that the response of such Gas sensor is a dynamic process with a certain time delay to the action of the gas in question, e.g. carbon monoxide.

Ergänzend sei erwähnt, daß eine gegebene Querempfindlichkeit eines jeweiligen Sensors durch Zusatzmaßnahmen vermindert werden kann. Zum Beispiel kann bei einem wie zuletzt beschriebenen CO-Sensor die Querempfindlichkeit hinsichtlich Wasserstoffs durch eine aufgebrachte spezielle Schutzschicht um mindestens mehr als eine Größenordnung reduziert werden.In addition, it should be mentioned that a given cross-sensitivity is a respective sensor can be reduced by additional measures. For example can in the case of a CO sensor as described last, the cross-sensitivity with regard to Hydrogen through an applied special protective layer around be reduced by at least more than an order of magnitude.

Außerdem ist auch zu erwähnen, daß die quantitative Empfindlichkeit und auch die Verzögerungs-Zeitkonstante temperaturabhängig sind.It should also be mentioned that the quantitative sensitivity and also the delay time constant are temperature dependent.

Bei voranstehend beschriebenen Gassensoren wurde Palladium verwendet.-Als wasserstoffdurchlässig sind außerdem auch Rhodium, Platin und Nickel bekannt. Silber besitzt eine ausgeprägte selektive Durchlässigkeit für Sauerstoff.Palladium was used in the gas sensors described above In addition, rhodium, platinum and nickel are also known to be hydrogen-permeable. silver has a pronounced selective permeability for oxygen.

Es ist auch ein Gassensor (der Firma Figaro) mit gesintertem Zinndioxid für brennbare und für einige toxische Gase bekannt, der auf der Basis einer Widerstandsänderung des leitend gemachten Zinndioxids beruht.It is also a gas sensor (made by Figaro) with sintered tin dioxide known for flammable gases and for some toxic gases, based on a change in resistance of tin dioxide made conductive.

Unter dem Namen "Pellistor" sind Gassensoren bekannt, die nach dem Prinzip der Kalorimetrie arbeiten. Ein Pellistor besteht aus zwei Platinwiderstandsdrähten, auf die je eine poröse Keramikpille aufgesintert ist. Auf eine der beiden Keramikpillen ist ein Katalysator aufgebracht. Bei katalytischer Verbrennung des nachzuweisenden Gases ergibt sich für den Platinwiderstandsdraht mit der mit Katalysator beschichteten Keramikpille eine meßbare Widerstandserhöhung, nämlich gegenüber dem zweiten Platinwiderstandsdraht, wobei zur Messung diese beiden Platinwiderstandsdrähte in eine Brückenschaltung eingefügt sind.Gas sensors are known under the name "Pellistor", which after the Principle of calorimetry work. A pellistor consists of two platinum resistance wires, on each of which a porous ceramic pill is sintered. On one of the two ceramic pills a catalyst is applied. In the case of catalytic combustion of the to be detected Gas results for the platinum resistance wire with the catalyst coated one Ceramic pill a measurable increase in resistance, namely compared to the second platinum resistance wire, for measuring these two platinum resistance wires in a bridge circuit are inserted.

Kalorimetrische Effekte im Zusammenhang mit Katalysatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es sind dies die Verbrennung von Wasserstoff an einem Platinkatalysator, die Erzeugung von NO aus NH3 mit Platin oder Platin-Rhodium als Katalysator bei 200 bis 250O C und von N02 aus NO mit einem Katalysator aus Al203-SiO2-Gel bei 1000 C, und zwar jeweils unter Zugabe entsprechenden Sauerstoffs. SO2 läßt sich mit Sauerstoff zu SO3 oxidieren, und zwar bei erhöhter Temperatur mit Hilfe eines Platin-Katalysators, mit Hilfe eines Katalysators aus Fe203 und mit V205 als Katalysator.Calorimetric effects in connection with catalysts are off known in the art. It is the combustion of hydrogen on one Platinum catalyst, the production of NO from NH3 with platinum or platinum-rhodium as Catalyst at 200 to 250O C and from NO2 from NO with a catalyst from Al203-SiO2 gel at 1000 C, in each case with the addition of appropriate oxygen. SO2 can be oxidized to SO3 with oxygen at an elevated temperature with the aid of a platinum catalyst, with the aid of a catalyst made of Fe 2 O 3 and with V205 as a catalyst.

CO läßt sich mit Hilfe von Palladium bei Temperaturen um oder höher als 1500 C zu C02 oxidieren. Mittels eines Silber-Katalysators läßt sich bei 200 bis 4000 C Methanol zu HCH0 oxidieren.CO can be with the help of palladium at temperatures around or higher than 1500 C oxidize to C02. Using a silver catalyst, at 200 Oxidize methanol to HCH0 up to 4000 C.

Weitere katalytische Prozesse sind aus Gmelins Handbuch der organischen Chemie", aus Winnacker-Küchler, "Chemische Technologie", aus Ullmans, "Enzyklopädie der technischen Chemie" und aus Reich, "Thermodynamik", bekannt.Further catalytic processes are from Gmelin's Handbook of Organic Chemistry ", from Winnacker-Küchler," Chemical Technology ", from Ullmans," Encyclopedia of technical chemistry "and from Reich," Thermodynamics ".

Weitere Druckschriften, die Halbleitersensoren betreffen sind: IEEE Trans. on Biomed. Eng., Vol. BME 19, (1972), S. 342-351, IEEE Trans. on Biomed. Eng., Vol. BME 19, (1972), S.70-71, Umschau, (1970), S. 651, Umschau, (1969), S. 348, DE-PS 1 090 002 US-PS 3 865 550.Further publications relating to semiconductor sensors are: IEEE Trans. On Biomed. Eng., Vol. BME 19, (1972), pp. 342-351, IEEE Trans. On Biomed. Eng., Vol.BME 19, (1972), p.70-71, Umschau, (1970), p. 651, Umschau, (1969), p. 348, German Patent 1,090,002, U.S. Patent 3,865,550.

Im Zusammenhang mit selektiver Wirkung für Gase sind Zeolithe bekannt, die auch als Molekularsieb bezeichnet werden. Solche Molekularsiebe haben die Eigenschaft Moleküle bestimmter Größenwerte und kleiner durchzulassen und größere Moleküle am Durchtritt zu hindern. Zahlreiche Beispiele verwendbarer Zeolithe sind bekannt aus: Grubner u.a. "Molekularsiebe" VEB Dt. Verl. d. Wissensch., Berlin (1968).In connection with a selective effect for gases, zeolites are known, which are also known as molecular sieves. Such molecular sieves have the property Molecules of certain sizes and smaller to let through and larger molecules at To prevent passage. Numerous examples of usable zeolites are known from: Grubner et al. "Molecular Sieves" VEB Dt. Verl. D. Wissensch., Berlin (1968).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen für Gasanalyse geeigneten Sensor anzugeben, der trotz hoher Leistungsfähigkeit relativ einfachen und insbesondere technologisch einfach herstellbaren Aufbau hat. Insbesondere soll der Sensor derart weitergebildet sein, daß er in der Lage ist, ein vorgebbar einzelnes Gas unter sonstigen gegenwärti-gen Gasen, insbesondere simultan selektiv mehrere einzelne, in einem Gasgemisch enthaltene Gaskomponenten zu detektieren bzw. ein nicht bekanntes einzelnes Gas gegebenenfalls neben anderen Gasen zu identifizieren.The object of the present invention is to provide one suitable for gas analysis Specify sensor that is relatively simple and in particular despite its high performance has a structure that is technologically easy to manufacture. In particular, the sensor should be such be trained so that he is able to use a predeterminable single gas among others current gases, in particular simultaneously and selectively several individual gases in one To detect gas components contained in the gas mixture or an unknown individual Identify gas in addition to other gases, if appropriate.

Diese Aufgabe wird mit einem Sensor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und aus den Unteransprüchen gehen weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung hervor.This task is achieved with a sensor with the features of claim 1 solved and from the subclaims go further refinements and developments of the invention.

Um einfachen und technologisch einfach zu realisierenden Aufbau zu erreichen, ist bei der Erfindung Halbleitertechnik und -technologie zugrundegelegt, wobei hier auch der Vorzug der integrierten Schaltung nutzbar gemacht ist, nämlich daß die jeweilige Struktur der beiden Detektorelemente eines Einzeldetektors bzw. die mehreren derartigen Einzeldetektoren (mit ihren jeweils zwei Strukturen) und die zwangsläufig erforderliche Elektronik-(Verstärker-)Schaltung als integrierte Schaltung auf einem gemeinsamen Substrat aus vorzugsweise Silizium aufgebaut sind.In order to have a simple and technologically easy to implement structure achieve, the invention is based on semiconductor technology and technology, whereby the advantage of the integrated circuit is also made usable here, namely that the respective structure of the two detector elements of an individual detector or the several such individual detectors (with their two structures each) and the inevitably required electronic (amplifier) circuit as an integrated Circuit are constructed on a common substrate, preferably made of silicon.

Es ist davon auszugehen, daß zumind-est mit einer nur einfach konzipierten Anordnung kein Detektor zu realisieren ist, der auf allein jeweils nur ein einziges bestimmtes Gas anspricht.It can be assumed that at least one is simply conceived Arrangement is not to be realized with a single detector responds to a certain gas.

Der Weiterbildung liegt der Gedanke zugrunde, daß sich auch mit Detektoren, die jeweils gegenüber einer Mehrzahl einzelner Gase empfindlich sind, jedoch für ein jeweiliges der Gase quantitativ unterschiedliche Empfindlichkeit haben, ein Gassensor bauen läßt, mit dem man sogar eine simultane Detektion verschiedener Gaskomponenten eines Gasgemisches durchführen kann. Gemäß einem Merkmal wird hierfür bei einem mehrere Einzeldetektoren umfassenden Gassensor ein System der Mustererkennung angewendet, das die differenzierte Erkennung der verschiedenen Komponenten erbringt.The training is based on the idea that detectors, which are each sensitive to a plurality of individual gases, but for a respective one of the gases has quantitatively different sensitivity Gas sensor can be built with which you can even detect different gas components simultaneously a gas mixture can perform. According to one feature, this is a system of pattern recognition in the case of a gas sensor comprising several individual detectors applied, which provides the differentiated recognition of the various components.

Ein erfindungsgemäßer Sensor bzw. ein Sensor nach der Weiterbildung hat einen bzw. eine Mehrzahl Einzeldetektoren mit Selektiveinrichtung, so daß voneinander verschiedene Eigenschaften bzw. Empfindlichkeiten hinsichtlich der Gase vorliegen. Als solche Selektiveinrichtungen sind eine jeweilige Katalysatorschicht und/oder ein jeweiliges Zeolith und/oder (Heiz- oder Kühl-)Einrichtungen zur Einhaltung einer vorgegebenen anderen Betriebstemperatur der beiden Strukturen des betreffenden Einzeldetektors.A sensor according to the invention or a sensor according to the development has one or a plurality of individual detectors with selective means so that one another there are different properties or sensitivities with regard to the gases. Such selective devices are a respective catalyst layer and / or a respective zeolite and / or (heating or cooling) devices to maintain a predetermined other operating temperature of the two structures of the individual detector in question.

Eine Selektiveinrichtung kann auch darin bestehen, daß der dynamische Ablauf des Ansprechens (der einen Struktur) des betreffenden Einzeldetektors, der gegebenenfalls ein Einzeldetektor einer Mehrzahl von weiteren sonstigen Einzeldetektoren ist, das auszuwertende, einem bestimmten Gas bzw.A selective device can also consist in that the dynamic Sequence of response (of one structure) of the individual detector concerned, the possibly an individual detector of a plurality of other other individual detectors is the one to be evaluated, a specific gas or

einer bestimmten Gaskomponente entsprechende selektive Detektorkriterium ist.selective detector criterion corresponding to a specific gas component is.

Bei der vorliegenden Erfindung wird der Kalorimetereffekt der Einzeldetektoren genutzt, wobei der jeweilige Einzeldetektor eine elektrische Brückenschaltung umfaßt, um äußere Temperatureinflüsse und dgl. in einfacher Weise zu eliminieren.In the present invention, the calorimeter effect becomes the single detectors used, the respective individual detector comprising an electrical bridge circuit, in order to eliminate external temperature influences and the like in a simple manner.

Aufgrund des bereits oben erwähnten Prinzips der Mustererkennung genügt es für einen erfindungsgemäßen Gassensor, daß er eine Anzahl m Einzeldetektoren umfaßt. Mit diesem ist man in der Lage, simultan eine Anzahl n Gase zu detektieren, wobei n ohne weiteres größer als m sein kann. Es ist dabei die ansonsten unerwünschterweise auftretende Querempfindlichkeit hier positiv ausgenutzt. Die Information über die n einzelnen Gase ist in der Kombination der Meßsignale der m Einzeldetektoren enthalten.Due to the pattern recognition principle already mentioned above, this is sufficient It is for a gas sensor according to the invention that it has a number of m individual detectors includes. With this one is able to simultaneously detect a number n gases, where n can easily be greater than m. It is there the Cross-sensitivity that would otherwise occur undesirably is positively exploited here. The information about the n individual gases is in the combination of the measurement signals the m single detectors included.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zu Ausführungsbeispielen und Weiterbildungen der Erfindung hervor.Further explanations of the invention can be found in the following description on exemplary embodiments and developments of the invention.

Figur 1 zeigt das elektrische Schaltbild eines Einzeldetektors.Figure 1 shows the electrical circuit diagram of a single detector.

Figuren 2 und 3 zeigen im Schnitt Darstellungen von Beispielen eines einzelnen erfindungsgemäßen Gas-Detektors bzw. eines Einzeldetektors eines Detektorarrays.Figures 2 and 3 show in section representations of examples of a individual gas detector according to the invention or a single detector of a detector array.

Figur 4 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Detektorarrays.FIG. 4 shows a basic illustration of a detector array.

Figur 5 zeigt das für eine Weiterbildung der Erfindung verwendete Prinzip der Mustererkennung anhand einer schematischen Darstellung.FIG. 5 shows that used for a further development of the invention Principle of pattern recognition based on a schematic representation.

Figur 1 zeigt den an sich bekannten schaltungsmäßigen Aufbau eines Detektors D. Mit 11 ist sein sensitives Detektorelement und mit 12 sein insensitives Detektorelement bezeichnet. Mit 13 und 14 sind weitere, üblicherweise für eine derartige Brückenschaltung der Figur 1 zu verwendende Elemente bezeichnet, die hier vorzugsweise als Halbleiterbauelement realisierte Widerstände sind. Eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des sensitiven Detektorelements 11, nämlich bei Einwirkung eines oder mehrerer Gase G wird die Brückenschaltung wegen der unverändert beibehaltenen entsprechenden Eigenschaft des Detektorelements 12 verstimmt. Zwischen den Anschlüssen 15 ist das Ausgangssignal des Einzeldetektors D zu erhalten.Figure 1 shows the known circuit structure of a Detector D. With 11 its sensitive detector element and with 12 its insensitive Detector element referred to. With 13 and 14 there are more, usually for one of these Bridge circuit of Figure 1 denotes elements to be used, which are preferably used here are resistors implemented as semiconductor components. A change in electrical Properties of the sensitive detector element 11, namely when an or several gases G will keep the bridge circuit unchanged because of the corresponding Property of the detector element 12 detuned. This is between the connections 15 To obtain output signal of the individual detector D.

In Figur 2 ist ein Aufbaubeispiel mit den zwei Detektorelementen 11 und 12 eines erfindungsgemäßen Detektors D wiedergegeben. Die Lage des Schnittes der Figur 2 geht durch die beiden Detektorelemente 11 und 12. Es ist der Schnitt durch den Substratkörper 21 gezeichnet, wobei dieser Substratkörper 21 im Bereich des jeweiligen der Detektorelemente 11, 12 eine Vertiefung, insbesondere jeweils ein wie in Figur 2 dargestelltes Loch 111, 112 hat. Jeweilige Anteile einer dünnen Schicht 22 überdecken zu einem wesentlichen Anteil ein jedes dieser im Substratkörper 21 befindlichen Löcher. Ein solches Loch hat z.B. einen Durchmesser von etwa 1 mm. Der Substratkörper 21 besteht z.B. aus Silizium. Die Schicht 22 hat elektrisch und auch thermisch isolierende Eigenschaft. Sie besteht z.B. aus Siliziumdioxid und/oder -nitrid. Das Detektorelement 11 umfaßt eine Halbleiterstruktur 23 und das Detektorelement 12 eine Halbleiterstruktur 24. Eine solche Struktur ist ein Halbleiterbauelement mit temperaturabhängigen Eigenschaften und mit wenigstens zwei Anschlüssen. Eine solche Struktur hat einen Durchmesser von z.B. 0,2 mm. Mit 25 und 26 sind der jeweils eine elektrische Anschluß der Strukturen 23 bzw. 24 bezeichnet. Für den anderen elektrischen Anschluß der Diode 23 kann z.B. die katalytische Schicht 27 und deren Anschluß 125 verwendet werden, soweit diese aus Metall oder entsprechend geeignet elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht.FIG. 2 shows a construction example with the two detector elements 11 and 12 of a detector D according to the invention are reproduced. The location of the cut 2 goes through the two detector elements 11 and 12. It is the section drawn through the substrate body 21, this substrate body 21 in the area of the respective detector elements 11, 12 have a recess, in particular in each case has a hole 111, 112 as shown in FIG. Respective proportions of a thin Layer 22 cover each of these in the substrate body to a substantial extent 21 located holes. Such a hole has, for example, a diameter of about 1 mm. The substrate body 21 is made of silicon, for example. Layer 22 has electrical and also thermally insulating property. It consists e.g. of silicon dioxide and / or nitride. The detector element 11 comprises a semiconductor structure 23 and the detector element 12 a semiconductor structure 24. One such structure is a semiconductor component with temperature-dependent properties and with at least two connections. One such structure has a diameter of e.g. 0.2 mm. With 25 and 26 are the respectively denotes an electrical connection of the structures 23 and 24, respectively. For the other electrical connection of the diode 23 can, for example, the catalytic layer 27 and its Terminal 125 can be used if it is made of metal or suitable electrically conductive material.

Mit 126 ist der zum Anschluß 26 gehörende andere Anschluß der Diode 24 bezeichnet. Dieser Anschluß 126 ist eine auf der Oberfläche des Substratkörpers 21 und der Schicht 22 aufgebrachte Metall-Leiterbahn.With 126 belonging to the connection 26 is the other connection of the diode 24 designated. This terminal 126 is one on the surface of the substrate body 21 and the layer 22 applied metal conductor track.

Die Schicht 22 ist zumindest für das Detektorelement 12 tragendes Element der jeweiligen Struktur 24, 23. Ein lediglich prinzipiell ähnlicher Aufbau und seine technologische Herstellung sind aus DE-OS 32 40 180 und 33 33 410 zu entnehmen.The layer 22 is load-bearing at least for the detector element 12 Element of the respective structure 24, 23. A structure that is only basically similar and its technological production can be found in DE-OS 32 40 180 and 33 33 410.

Entsprechend dem jeweils gewählten Beispiel -siehe hierzu die oben angegebenen Kombinationen für einen Katalysatorstoff und ein zugehöriges Gas- besteht die katalytische Schicht 27 beispielsweise aus Palladium. Wasserstoff H2 oder Gas einer wasserstoffhaltigen Verbindung, das an die katalytische Schicht 27 gelangt, wird dort unter Abgabe von Wärme verbrannt. Das bedeutet, daß die Struktur 23 des Detektorelements 11 eine Erwärmung erfährt, und zwar vergleichsweise zur Struktur 24, an der Wasserstoff nichts bewirkt. Die Sensitivität der Struktur 23 vergleichsweise zum insensitiven Verhalten der Struktur 24 führt zu einem Signal S an in der Figur 2 nicht dargestellten Anschlüssen 15 der Brückenschaltung der Figur 1.According to the example chosen, see the above specified combinations for a catalyst and an associated gas the catalytic layer 27 made of palladium, for example. Hydrogen H2 or gas a hydrogen-containing compound that reaches the catalytic layer 27, is burned there, giving off heat. This means that the structure 23 of the Detector element 11 is heated, in comparison to the structure 24, on which hydrogen does nothing. The sensitivity of the structure 23 comparatively the insensitive behavior of the structure 24 leads to a signal S on in the figure 2 connections 15, not shown, of the bridge circuit of FIG. 1.

Aufgrund der dünnschichtigen Ausführung im Bereich der Struktur 23 spricht diese bereits auf geringfügige Wärmezufuhr mit derartiger Temperaturerhöhung an, so daß ein ohne weiteres meßbares Ausgangssignal S bei schon relativ geringer Konzentration des einwirkenden Gases erzielt wird.Due to the thin-layer design in the area of the structure 23 this already speaks to a slight heat supply with such a temperature increase on, so that an easily measurable output signal S at already relatively low Concentration of the acting gas is achieved.

Als Katalysatormaterial für die Schicht 27 eignet sich für den CO-Nachweis Palladium bei einer Temperatur oberhalb 150°C. Für die Detektion von Ammoniakdämpfen eignet sich auch Ruthenium und weitere Beispiele sind oben bereits genannt.A suitable catalyst material for layer 27 is for CO detection Palladium at a temperature above 150 ° C. For the detection of ammonia vapors ruthenium is also suitable and further examples have already been mentioned above.

Durch Wärmezufuhr bzw. durch Kühlung von außen kann eine jeweilige, vorgebbare Betriebstemperatur eingestellt werden, nämlich eine solche, bei der ein Detektor der erfindungsgemäßen Art für ein betreffendes Gas bzw. Gaskomponente optimale Meßempfindlichkeit hat. Insbesondere für den Fall, daß einer oder mehrere Einzeldetektoren eines Detektorarrays auf einer anderen Betriebstemperatur gehalten werden sollen, als dies für weitere der vorhandenen Einzeldetektoren der Fall ist, empfiehlt es sich, ein jeweiliges Heiz- bzw. Kühlelement in die Struktur 23 und 24 zu integrieren. Es kann dies ein Heizwiderstand oder ein Peltier-Kühlelement sein, die in Halbleitertechnologie realisierbar sind. Mit 29 ist ein jeweiliger Heizwiderstand bezeichnet, der sowohl in die Struktur 23 als auch in die Struktur 24 integriert eingefügt ist. Der Übersichtlichkeit halber sind für die beiden Heizwiderstände 29 vorzusehende Stromzuleitungen in der Darstellung der Figur 2 weggelassen. Beide Heizwiderstände 29 werden so gespeist, daß gleich hohe Betriebstemperatur für beide Strukturen 23 und 24 eingestellt ist. Es kann aber auch ausreichend sein, nur die Struktur 23 des eigentlich sensitiven Detektorelementes 11 aufzuheizen. Anstelle der Verwendung zusätzlicher Heizwiderstände kann das Heizen auch durch entsprechend großen Stromfluß durch die jeweilige Struktur (Diodenstrom) bewirkt werden.By supplying heat or cooling from the outside, a respective, Predeterminable operating temperature can be set, namely one at which a Detector of the type according to the invention is optimal for a gas or gas component in question Has measurement sensitivity. Especially in the event that one or more individual detectors a detector array should be kept at a different operating temperature, than is the case for more of the existing individual detectors, it recommends to integrate a respective heating or cooling element into the structure 23 and 24. It can do this be a heating resistor or a Peltier cooling element, which can be realized in semiconductor technology. At 29 there is a respective heating resistor which is integrated into both the structure 23 and the structure 24 is inserted. For the sake of clarity, are for the two heating resistors 29 power supply lines to be provided are omitted in the illustration of FIG. Both Heating resistors 29 are fed so that the same high operating temperature for both Structures 23 and 24 is set. But it can also be sufficient, just that Heat structure 23 of actually sensitive detector element 11. Instead of the use of additional heating resistors can also be used for heating accordingly large current flow through the respective structure (diode current).

Von besonderer Bedeutung ist die zusätzliche Verwendung von oben bereits erwähnten Zeolithen bzw. Molekularsieben bei einem erfindungsgemäßen Sensor. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines Einzeldetektors D' mit einer Schicht 227 aus Zeolith auf einer katalytischen Schicht 27. Weitere Einzelheiten der Ausführungsform der Figur 3, die bereits zu Ausführungsform nach Figur 2 beschrieben worden sind, haben in Figur 3 die bereits beschriebene Bedeutung.The additional use from above is already of particular importance mentioned zeolites or molecular sieves in a sensor according to the invention. figure 3 shows an embodiment of a single detector D ′ with a layer 227 of FIG Zeolite on a catalytic layer 27. Further details of the embodiment of Figure 3, which have already been described for the embodiment according to Figure 2, have the meaning already described in FIG. 3.

Eine solche Schicht 227 aus einem Zeolithen bedeckt die katalytische Schicht 27 wenigstens in demjenigen Bereich, über den hinweg sich die Struktur 23 des sensitiven Detektorelements lla erstreckt. Hinsichtlich des verfügbaren Angebots von Zeolithen sei auf die obengenannte Druckschrift "Molekularsiebe" hingewiesen.Such a layer 227 made of a zeolite covers the catalytic Layer 27 at least in that area over which the structure 23 of the sensitive detector element 11a extends. Regarding the available offer of zeolites, reference is made to the abovementioned publication "Molecular Sieves".

In Figur 4 ist ein Prinzipaufbau eines aus neun Einzeldetektoren D1 bis D9 bestehenden Detektorarrays dargestellt.FIG. 4 shows a basic structure of one of nine individual detectors D1 to D9 existing detector arrays are shown.

Diese Detektoren sind in bzw. auf einem Substratkörper 21 in integrierter Bauweise realisiert und zwar vorzugsweise zusammen mit der Auswertung einer Mustererkennungsmatrix 55.These detectors are integrated in or on a substrate body 21 Realized construction, preferably together with the evaluation of a pattern recognition matrix 55.

H1 bis Hg sind Zuleitungen für Heizungen 29.H1 to Hg are feed lines for heating 29.

Die schematische Darstellung der Figur 5 zeigt das Prinzip eines Gassensors mit einem Detektorarray mit den Einzeldetektoren D1, D2 bis Dm. Für die einzelnen Gase bzw. für die Gaskomponenten G1, G2, G3 ... Gi ... Gn eines Gasgemisches haben die Einzeldetektoren D1, D2... die in der Matrix 54 in der jeweiligen zugehörigen Spalte der Matrix 54 angegebenen Empfindlichkeiten. Ein Pulszeichen bedeutet hohe Empfindlichkeit bzw. Hauptempfindlichkeit, ein Andreaskreuz bedeutet dagegen deutlich mindere Empfindlichkeit und ein Minuszeichen steht für Unempfindlichkeit des betreffenden Einzeldetektors gegenüber der betreffenden Gaskomponente G1, G2 .... Die Einzeldetektoren bilden die Zeile 52 und die Gaskomponenten die Spalte 53 zur Matrix 54. Es sei darauf hingewiesen, daß eine solche Matrix z.B. auch lediglich nur zwei Einzeldetektoren D1 und D2 besitzt.The schematic representation of FIG. 5 shows the principle of a gas sensor with a detector array with the individual detectors D1, D2 to Dm. For the individual Have gases or for the gas components G1, G2, G3 ... Gi ... Gn of a gas mixture the individual detectors D1, D2 ... those in the matrix 54 in the respective associated Column of the matrix 54 indicated sensitivities. A pulse sign means high Sensitivity or main sensitivity, a St. Andrew's cross, on the other hand, means clear lower sensitivity and a minus sign stands for insensitivity of the concerned Individual detector compared to the relevant gas component G1, G2 .... The individual detectors the row 52 and the gas components form the column 53 of the matrix 54. It is on it pointed out that such a matrix, for example, only has two individual detectors D1 and D2 owns.

Die untere Zeile enthält die einzelnen Signalausgänge der Einzeldetektoren D1, D2 ..., die jeweilige Signale S1, S2 bis Sm liefern. Das Signal S1 z.B. ist ein integrales Signal für die Empfindlichkeiten des Einzeldetektors D1 gegenüber den Gaskomponenten G1, G2 bis Gn. Es enthält auch die Information, daß der Einzeldetektor D1 gegenüber den Gaskomponenten Gi und Gn unempfindlich ist. Sinngemäß entsprechendes sagen die übrigen Signale S2 bis Sm aus.The bottom line contains the individual signal outputs of the individual detectors D1, D2 ..., which supply the respective signals S1, S2 to Sm. For example, the signal S1 is an integral signal for the sensitivities of the individual detector D1 the gas components G1, G2 to Gn. It also contains the information that the single detector D1 is insensitive to the gas components Gi and Gn. The same applies accordingly say the remaining signals S2 to Sm.

Sofern z.B. die Gaskomponenten G2 und Gn nicht vorhanden sind, unterscheidet sich ein dann zu erhaltendes Signal S'1 vom Signal S1 darin, daß der ansonsten auf der Gaskomponente G2 beruhende Signalanteil, hier sogar eine Hauptempfindlichkeit des Einzeldetektors gegenüber der Gaskomponente G2, im Signal S'1 fehlt. Das Fehlen der Gaskomponente Gn liefert ersichtlich keinen Beitrag zum vorliegenden Unterschied von S'l gegenüber S1. Das bei z.B. Fehlen der Gaskomponenten G2 und Gn auftretende Signal S'm unterscheidet sich vom Signal Sm darin, daß der Signalanteil der Hauptempfindlichkeit gegenüber der Gaskomponente Gn und die mindere Empfindlichkeit gegenüber der Gaskomponente G2 fehlen.If, for example, the gas components G2 and Gn are not available, a distinction is made Then a signal S'1 to be obtained from the signal S1 is that the otherwise on the signal component based on the gas component G2, here even a main sensitivity of the individual detector compared to the gas component G2, in the signal S'1 is missing. The missing the gas component Gn evidently makes no contribution to the present difference from S'l opposite S1. For example, if there is no gas component G2 and Gn occurring signal S'm differs from the signal Sm in that the signal component the main sensitivity to the gas component Gn and the minor sensitivity compared to the gas component G2 are absent.

Mit 55 ist eine Mustererkennungs-Matrix bezeichnet, die nach Art einer Logik arbeitet. Dieser Matrix werden wie ersichtlich die Detektorsignale, d.h. im jeweiligen Einzelfall die für eine Gaskomponentenmischung x tatsächlich auftretenden Signale S1 bis Sm zugeführt. Diese Matrix 55 ist in der Lage, aus der Gesamtheit der zugeführten Signale S1 bis Sm, d.h. aus der Anzahl m Signale auf das Vorhandensein bzw.With 55 a pattern recognition matrix is referred to, which in the manner of a Logic works. As can be seen, the detector signals, i.e. in the in each individual case those actually occurring for a gas component mixture x Signals S1 to Sm supplied. This matrix 55 is able to obtain from the entirety of the supplied signals S1 to Sm, i.e. from the number m signals for the presence respectively.

Nichtvorhandensein einzelner Gaskomponenten aus einer in die Mustererkennungsmatrix einprogrammierten Anzahl n Gaskomponenten zu schließen. Dabei kann die Anzahl m sogar (um eine sprechende relative Zahl) kleiner als die Anzahl n sein. Es sei angemerkt, daß auch das Vorhandensein eines nicht-einprogrammierten Gases (aufgrund eines nicht zuzuordnenden Restsignals) wenigstens festzustellen ist.Absence of individual gas components from one in the pattern recognition matrix programmed number n gas components to close. The number m even be smaller (by a speaking relative number) than the number n. It should be noted that the presence of a non-programmed gas (due to a non residual signal to be assigned) is at least to be determined.

Der Matrix 54 entspricht mathematisch ausgedrückt das j=n Gleichungssystem Si = Summe (a. G.) mit i von 1 bis m j = 1 1J für die Signale S1 bis Sm.In mathematical terms, the matrix 54 corresponds to the j = n system of equations Si = sum (a. G.) with i from 1 to m j = 1 1J for the signals S1 to Sm.

Die aij mit j verschieden von i sind die oben erwähnten Querempfindlichkeiten.The aij with j different from i are the cross sensitivities mentioned above.

Im Stand der Technik wurde und wird angestrebt, solche Detektoren zu entwickeln, die möglichst kleine Querempfindlichkeiten aufweisen, d.h. bei denen die Matrixelemente für i verschieden von j möglichst klein gegenüber den Matrixelementen a. mit i gleich j sind. Dies erfordert für jede Gaskomponente mindest einen eigenen Einzeldetektor, d.h. m muß gleich oder größer als n sein.In the prior art, such detectors have been and are sought to develop that have the lowest possible cross-sensitivities, i.e. with those the matrix elements for i different from j as small as possible compared to the Matrix elements a. with i equal to j. This requires at least one of its own for each gas component Single detector, i.e. m must be equal to or greater than n.

Bei der Erfindung dagegen werden die Querempfindlichkeiten mit mit i verschieden von j in erfindungswesentlichem Maße genutzt un-d ausgewertet. Bei der Erfindung sind Querempfindlichkeiten gerade erwünscht, was dem bisherigen Entwicklungsstand sogar entgegengesetzt gerichtet ist. In der Ausnutzung der Querempfindlichkeiten ist begründet, daß bei der Erfindung die Anzahl m der Einzeldetektoren ohne weiteres kleiner sein kann als die Anzahl n der zu detektierenden Gaskomponenten.With the invention, on the other hand, the cross-sensitivities are also included i used and evaluated differently from j to an extent that is essential to the invention. at of the invention, cross-sensitivities are just desired, which is what the previous level of development is even directed in the opposite direction. In the exploitation of cross-sensitivities is justified that in the invention, the number m of individual detectors easily can be smaller than the number n of gas components to be detected.

Wenn die aij konstante Werte der jeweiligen Empfindlichkeit des betr-effenden Einzeldetektors Si sind, eingeschlossen der Wert Null, ergibt sich ein lineares Gleichungssystem, das mit Hilfe der Mustererkennungsmatrix 55 gelöst wird. Sofern die a. . eine Funktion abhängig vom Vorhandensein der über die Gaskomponente Gj hinaus vorhandenen weiteren Gase G...If the aij constant values of the respective sensitivity of the person concerned Single detector Si, including the value zero, results in a linear one System of equations that is solved with the aid of the pattern recognition matrix 55. Provided the a. . a function depending on the presence of the gas component Gj in addition to other gases G ...

ist, wird mit Hilfe entsprechender Eichung die Mustererkennungsmatrix 55 in die Lage versetzt, auch dieses Gleichungssystem zu lösen.is the pattern recognition matrix with the help of appropriate calibration 55 enabled to solve this system of equations as well.

Es sind hierzu die entsprechenden Eichungen des aus den Einzeldetektoren bestehenden Detektorarrays unter Verwendung jeweils bekannter, unterschiedlicher Gasmischungen vorzunehmen. Entsprechendes gilt, wenn die Empfindlichkeiten aij eine Funktion der vorliegenden Konzentration des jeweiligen Gases Gj für j = i und/oder der weiteren vorhandenen Gase Gj für j X i ist. Die Mustererkennungsmatrix 55 wird dann derart ausgerüstet, daß sie Iterationen durchzuführen vermag, mit deren Hilfe auch in diesem Falle die eindeutige Zuordnung möglich ist, d.h. die Lösung auf an sich bekanntem mathematischem Wege mit Hilfe der Mustererkennungsmatrix 55 zu erhalten ist.For this purpose, the corresponding calibrations from the individual detectors are used existing detector arrays using each known, different Make gas mixtures. The same applies if the sensitivities aij a Function of the present concentration of the respective gas Gj for j = i and / or of the other gases present is Gj for j X i. The pattern recognition matrix 55 becomes then equipped in such a way that it can perform iterations with their help In this case, too, the clear assignment is possible, i.e. the solution is on known mathematical way with the help of the pattern recognition matrix 55 is to be obtained.

Das Verfahren der Eichung und Mustererkennung kann mathematisch auch als eine Art der Bildung von Korrelationskoeffizienten verstanden werden. Dazu folgendes Beispiel: Für jede zum Zwecke der Eichung vorgegebene Gaskomponente G.The method of calibration and pattern recognition can also be mathematical can be understood as a way of forming correlation coefficients. In addition the following Example: For each gas component G.

* j werden in dem Eichverfahren die Signale S ij für j von 1 bis * n vermittelt. Diese i . j Werte von S ij werden in einem Speicher der Mustererkennungsmatrix 5 abgespeichert. Bei der Messung des zu bestimmenden Gasgemisches werden die Korrelationskoeffizienten ßj gemäß folgender Vorschrift bestimmt: i=m * ß. = Summe S. S 1 = 1 1 1 Der Korrelationskoeffizient ßj gibt dann den Anteil der zu bestimmenden Gaskomponenten G. an. * j, the signals S ij for j from 1 to * n mediated. This i. j values of S ij are stored in a memory of the pattern recognition matrix 5 saved. When measuring the gas mixture to be determined, the correlation coefficients ßj determined according to the following rule: i = m * ß. = Sum S. S 1 = 1 1 1 The correlation coefficient ßj then indicates the proportion of the gas components G. to be determined.

J Die Mustererkennungs-Matrix 55 hat die in Spalte 57 angegebenen Ausgänge Al bis An für die Anzahl n Gaskomponenten G1 bis Gn. An diesen Ausgängen A lassen sich die Einzelwerte für die betreffenden Gaskomponenten abnehmen. J The pattern recognition matrix 55 is as indicated in column 57 Outputs Al to An for the number n gas components G1 to Gn. At these exits A the individual values for the gas components concerned can be obtained.

11 Patentansprüche 5 Figuren11 claims 5 figures

Claims (11)

Patentansprüche 1. Sensor für Gasanalyse bzw. -detektion mit einem nach dem Prinzip der Kalorimetrie arbeitenden Halbleiterdetektor g e k e n n z e i c h n e t dadurch, - daß der Haibleiterdetektor (D) zwei auf einem gemeinsamen Substratkörper (21) vorgesehene in Dünnschichttechnologie ausgeführte Detektorelemente (11, 12) hat, - daß sich das eine Detektorelement (11) von dem anderen Detektorelement (12) durch das Vorhandensein einer Selektiveinrichtung (27, 127, 227) unterscheidet, durch die dieses Detektorelement (11) kolorimetrisch differenziert gassensitiv vergleichsweise zum anderen Detektorelement (12) ist.Claims 1. Sensor for gas analysis or detection with a Semiconductor detector working according to the principle of calorimetry g e k e n n z e i c h n e t by the fact that the semiconductor detector (D) has two on a common The substrate body (21) is provided with detector elements implemented in thin-film technology (11, 12) - that one detector element (11) is different from the other detector element (12) differentiates by the presence of a selective device (27, 127, 227), by means of which this detector element (11) is colorimetrically differentiated in a gas-sensitive manner to the other detector element (12). 2. Sensor nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, - daß die einzelnen Detektorelemente (11, 12) Dioden (23, 24) mit Anschlüssen (25, 125; 26, 126) sind, - daß diese Dioden (23, 24) von einer auf der Oberfläche des Substratkörpers (21) befindlichen Schicht (22) gehaltert sind, die am Ort der Dioden (23, 24) in dem Substratkörper (21) befindliche Vertiefungen (111, 112) überbrückt.2. Sensor according to claim 1, g e k e n n z e i c hn e t characterized, - that the individual detector elements (11, 12) diodes (23, 24) with connections (25, 125; 26, 126) are - that these diodes (23, 24) of one on the surface of the substrate body (21) located layer (22) are held at the location of the diodes (23, 24) in the substrate body (21) located depressions (111, 112) bridged. 3. Sensor nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, - daß die eine oder die mehreren Schichten (27, 127, 227) der Selektiveinrichtung in den Vertiefungen (111, 112) des Substratkörpers (21) derart aufgebracht sind, daß die eine der Schichten (27, 127) an der Diode (11) des sensitiven Detektorelements (23) anliegt.3. Sensor according to claim 2, g e k e n n z e i c hn e t characterized, - that the one or more layers (27, 127, 227) of the selective device in the Depressions (111, 112) of the substrate body (21) are applied in such a way that the one of the layers (27, 127) on the diode (11) of the sensitive detector element (23) is applied. 4. Sensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, g e k e n nz e i c h n e t dadurch, daß eine Selektiveinrichtung eine Katalysatorschicht (27, 127) besitzt.4. Sensor according to claim 1, 2 or 3, g e k e n nz e i c h n e t thereby, that a selective device has a catalyst layer (27, 127). 5. Sensor nach Anspruch 1,2, 3 oder 4, g e k e n nz e i c h n e t dadurch, daß eine Selektiveinrichtung eine Schicht aus einem Zeolith (227) gewählter Dicke besitzt.5. Sensor according to claim 1, 2, 3 or 4, g e k e n nz e i c h n e t in that a selective device selected a layer of a zeolite (227) Thickness owns. 6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g e k e n nz e i c h n e t dadurch, daß die Selektiveinrichtung eines Einzeldetektors (Di) eine Heiz- oder Kühlvorrichtung (29) zum Erreichen einer von übrigen Einzeldetektoren abweichenden Temperatur dieses Einzeldetektors (Di) ist.6. Sensor according to one of claims 1 to 5, g e k e n nz e i c h n e t characterized in that the selective device of an individual detector (Di) has a heating or Cooling device (29) to achieve a different from other individual detectors Temperature of this single detector (Di) is. 7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, g e k e n nz e i c h n e t dadurch, daß die Selektiveinrichtung ein manipulierter Aufbau des Gitters des Halbleitermaterials der sensitiven Diode (11) des vorgegebenen Einzeldetektors (Di) ist.7. Sensor according to one of claims 1 to 6, g e k e n nz e i c h n e t in that the selective device is a manipulated structure of the grid of the Semiconductor material of the sensitive diode (11) of the given individual detector (Di) is. 8. Sensor, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, - daß zur selektiven Detektion wenigstens eines Gases (Gj) einer Anzahl n verschiedener Gase (G1, G2, ...) - eine Anzahl m voneinander verschieden ausgebildeter Einzeldetektoren (D1, D2 ...) in Anordnung eines Arrays (Fig. 4) vorgesehen ist, -daß diese Einzeldetektoren (D1, D2 ...) Halbleiterdiodenanordnungen (Fig. 2, 3) nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 sind, - und daß ein jeweiliger Einzeldetektor sich von den übrigen Einzeldetektoren durch seine ihm zugeordnete Selektiveinrichtung (27; 127, 227) unterscheidet, - wobei wenigstens einzelne der Einzeldetektoren (D1, D2 hinsichtlich jeweils mehrere der zu detektierenden Gase (G1, G2 ...) für den jeweiligen Einzeldetektor spezifische Sensitivität haben.8. Sensor, g e k e n n z e i c h n e t, - that for selective Detection of at least one gas (Gj) of a number n different gases (G1, G2, ...) - a number m of individual detectors (D1, D2 ...) is provided in the arrangement of an array (Fig. 4), -that these individual detectors (D1, D2 ...) semiconductor diode arrangements (Fig. 2, 3) according to one of the claims 1 to 7 are, - and that a respective individual detector is different from the other individual detectors differs through its associated selective device (27; 127, 227), wherein at least some of the individual detectors (D1, D2 regarding several of the gases to be detected (G1, G2 ...) for each individual detector have specific sensitivity. 9. Gassensor nach Anspruch 8, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, daß für die Detektion wenigstens eines Gases (Gj), das in einem Gemisch einer Anzahl Gase (G1 G2 ...) enthalten ist, eine Anzahl m = 1, 2, .. . Einzeldetektoren (0) vorgesehen sind und mit diesen bis zu n = 1, 2, ... Gase zu detektieren sind mit der Anzahl m kleiner/gleich der Anzahl n.9. Gas sensor according to claim 8, g e k e n n z e i c hn e t thereby, that for the detection of at least one gas (Gj) in a mixture of a number Gases (G1 G2 ...) is included, a number m = 1, 2, ... Single detectors (0) are provided and with these up to n = 1, 2, ... gases can be detected with the number m less than / equal to the number n. 10. Gassensor nach Anspruch 8 oder 9, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß die Gesamtheit der vorgesehenen Detektoren (D1, 02 ... Dm) sich auf einem einzigen Halbleitersubstratkörper (21) befinden (Fig. 4).10. Gas sensor according to claim 8 or 9, g e k e n n z e i c h n e t in that all of the detectors provided (D1, 02 ... Dm) are on a single semiconductor substrate body (21) are located (Fig. 4). 11. Anordnung nach Anspruch 10, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, daß sich auf dem Substratkörper (21) zusätzlich die Elektronikschaltungen (55) der Auswertungen befinden.11. The arrangement according to claim 10, g e k e n n z e i c hn e t thereby, that on the substrate body (21) also the electronic circuits (55) of the Evaluations are located.
DE19853519397 1985-05-30 1985-05-30 Sensor for gas analysis and detection Withdrawn DE3519397A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19853519397 DE3519397A1 (en) 1985-05-30 1985-05-30 Sensor for gas analysis and detection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19853519397 DE3519397A1 (en) 1985-05-30 1985-05-30 Sensor for gas analysis and detection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3519397A1 true DE3519397A1 (en) 1986-12-04

Family

ID=6272016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19853519397 Withdrawn DE3519397A1 (en) 1985-05-30 1985-05-30 Sensor for gas analysis and detection

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3519397A1 (en)

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0285833A2 (en) * 1987-04-04 1988-10-12 Hartmann &amp; Braun Aktiengesellschaft Method for determining the concentrations of gases in a gaseous mixture, and probe for measuring the thermal conductivity
DE3736200A1 (en) * 1987-10-26 1989-05-03 Siemens Ag METHOD FOR OPERATING A SEMICONDUCTOR GAS SENSOR WORKING ACCORDING TO THE CALORIMETER PRINCIPLE WITH SEVERAL SENSOR ELEMENTS
DE3736199A1 (en) * 1987-10-26 1989-05-03 Siemens Ag SENSOR ARRANGEMENT FOR GAS ANALYSIS
DE3739406A1 (en) * 1987-11-20 1989-06-01 Siemens Ag Method for operating a sensor arrangement for detecting gases
EP0321785A2 (en) * 1987-12-21 1989-06-28 Siemens Aktiengesellschaft Probe for detecting gases by exothermal catalytic reactions
EP0346127A2 (en) * 1988-06-08 1989-12-13 Vaisala Oy Integrated heatable sensor
DE3839414A1 (en) * 1988-11-22 1990-05-23 Siemens Ag Sensor arrangement for detecting gases by means of exothermic catalytic reactions
EP0446483A2 (en) * 1990-03-14 1991-09-18 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Catalytic gas sensor
DE4110653A1 (en) * 1990-07-12 1992-01-23 Landis & Gyr Betriebs Ag Thermoelectric transducer with several thermoelement pairs - has first junction points with rows of first and second conductive material w.r.t. reference direction
DE4227727A1 (en) * 1992-08-21 1994-02-24 Buna Ag Determining process conditions in gaseous or liq. media - by multiple sensor system using pattern recognition in an adaptive learning phase
EP0608122A2 (en) * 1993-01-21 1994-07-27 Servomex Plc Sensor for combustible gases
EP0645621A2 (en) * 1993-09-28 1995-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Sensor
US5448906A (en) * 1994-07-26 1995-09-12 Rockwell International Corporation Ambient temperature gas sensor
US5629474A (en) * 1993-03-30 1997-05-13 Keele University Production of a sensor for carbon monoxide or water vapor including a semi conductor metallic oxide, catalyst, and rheological agent
EP0966661A1 (en) * 1997-11-14 1999-12-29 Motorola, Inc. Calorimetric hydrocarbon gas sensor
EP1232005A1 (en) * 1999-10-20 2002-08-21 Neokismet L.L.C. Solid state surface catalysis reactor
WO2003023386A1 (en) * 2001-09-05 2003-03-20 Hte Aktiengesellschaft The High Throughput Experimentation Company Method and device for the analysis of a fluid medium
DE102007031869A1 (en) 2007-07-05 2009-01-08 Kerkow, Hartmut, Dr. Photoelectric temperature controller for measuring wire sensor, has infrared phototransistor for measuring emitted heat radiation of thin and hot measuring wire by electronically processed photoelectric current of transistor
DE102007059653A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-18 Siemens Ag gas sensor
WO2015177794A1 (en) * 2014-05-21 2015-11-26 Technion Research And Development Foundation Ltd. Gas sensing device and a method for sensing gas
DE10330610B4 (en) * 2003-07-07 2018-06-07 Robert Bosch Gmbh Electronic sensor component and method for its production
DE102019117427A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-31 EnBW Energie Baden-Württemberg AG Method for determining the calorific value, method for determining the amount of energy of a gas and device for this

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2822787A1 (en) * 1977-05-26 1978-12-07 Kuraray Co SELECTIVE CHEMICALLY SENSITIVE FET CONVERTER
DE3033730A1 (en) * 1979-09-10 1981-03-12 Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo DEVICE FOR DETECTING CHEMICAL SUBSTANCES
DE2947050A1 (en) * 1979-11-22 1981-05-27 Karoly Dr. 4600 Dortmund Dobos Ion, atom, or molecule sensor - with bipolar transistor with perforated gate as sensor
US4457161A (en) * 1980-10-09 1984-07-03 Hitachi, Ltd. Gas detection device and method for detecting gas
DE3417137A1 (en) * 1983-05-11 1984-11-15 Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo Chemically sensitive field-effect transistor having an integrated reference electrode
DE3430941A1 (en) * 1983-08-29 1985-03-14 Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo Chemically sensitive field-effect transistor sensor
DE3330975A1 (en) * 1983-08-27 1985-03-21 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Method and apparatus for encapsulating a semiconductor component

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2822787A1 (en) * 1977-05-26 1978-12-07 Kuraray Co SELECTIVE CHEMICALLY SENSITIVE FET CONVERTER
DE3033730A1 (en) * 1979-09-10 1981-03-12 Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo DEVICE FOR DETECTING CHEMICAL SUBSTANCES
DE2947050A1 (en) * 1979-11-22 1981-05-27 Karoly Dr. 4600 Dortmund Dobos Ion, atom, or molecule sensor - with bipolar transistor with perforated gate as sensor
US4457161A (en) * 1980-10-09 1984-07-03 Hitachi, Ltd. Gas detection device and method for detecting gas
DE3417137A1 (en) * 1983-05-11 1984-11-15 Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo Chemically sensitive field-effect transistor having an integrated reference electrode
DE3330975A1 (en) * 1983-08-27 1985-03-21 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Method and apparatus for encapsulating a semiconductor component
DE3430941A1 (en) * 1983-08-29 1985-03-14 Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo Chemically sensitive field-effect transistor sensor

Cited By (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0285833A2 (en) * 1987-04-04 1988-10-12 Hartmann &amp; Braun Aktiengesellschaft Method for determining the concentrations of gases in a gaseous mixture, and probe for measuring the thermal conductivity
EP0285833A3 (en) * 1987-04-04 1990-01-31 Hartmann &amp; Braun Aktiengesellschaft Method for determining the concentrations of gases in a gaseous mixture, and probe for measuring the thermal conductivity
DE3736200A1 (en) * 1987-10-26 1989-05-03 Siemens Ag METHOD FOR OPERATING A SEMICONDUCTOR GAS SENSOR WORKING ACCORDING TO THE CALORIMETER PRINCIPLE WITH SEVERAL SENSOR ELEMENTS
DE3736199A1 (en) * 1987-10-26 1989-05-03 Siemens Ag SENSOR ARRANGEMENT FOR GAS ANALYSIS
DE3739406A1 (en) * 1987-11-20 1989-06-01 Siemens Ag Method for operating a sensor arrangement for detecting gases
EP0321785A3 (en) * 1987-12-21 1991-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Probe for detecting gases by exothermal catalytic reactions
EP0321785A2 (en) * 1987-12-21 1989-06-28 Siemens Aktiengesellschaft Probe for detecting gases by exothermal catalytic reactions
EP0346127A3 (en) * 1988-06-08 1990-05-23 Vaisala Oy Integrated heatable sensor
EP0346127A2 (en) * 1988-06-08 1989-12-13 Vaisala Oy Integrated heatable sensor
DE3839414A1 (en) * 1988-11-22 1990-05-23 Siemens Ag Sensor arrangement for detecting gases by means of exothermic catalytic reactions
EP0446483A2 (en) * 1990-03-14 1991-09-18 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Catalytic gas sensor
DE4008150A1 (en) * 1990-03-14 1991-09-19 Fraunhofer Ges Forschung CATALYTIC GAS SENSOR
EP0446483A3 (en) * 1990-03-14 1992-02-26 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Catalytic gas sensor
DE4110653A1 (en) * 1990-07-12 1992-01-23 Landis & Gyr Betriebs Ag Thermoelectric transducer with several thermoelement pairs - has first junction points with rows of first and second conductive material w.r.t. reference direction
DE4227727A1 (en) * 1992-08-21 1994-02-24 Buna Ag Determining process conditions in gaseous or liq. media - by multiple sensor system using pattern recognition in an adaptive learning phase
EP0608122A3 (en) * 1993-01-21 1995-11-02 Servomex Plc Sensor for combustible gases.
EP0608122A2 (en) * 1993-01-21 1994-07-27 Servomex Plc Sensor for combustible gases
US5629474A (en) * 1993-03-30 1997-05-13 Keele University Production of a sensor for carbon monoxide or water vapor including a semi conductor metallic oxide, catalyst, and rheological agent
EP0645621A2 (en) * 1993-09-28 1995-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Sensor
EP0645621A3 (en) * 1993-09-28 1995-11-08 Siemens Ag Sensor.
US5448906A (en) * 1994-07-26 1995-09-12 Rockwell International Corporation Ambient temperature gas sensor
EP0966661A4 (en) * 1997-11-14 2006-07-26 Motorola Inc Calorimetric hydrocarbon gas sensor
EP0966661A1 (en) * 1997-11-14 1999-12-29 Motorola, Inc. Calorimetric hydrocarbon gas sensor
EP1232005A1 (en) * 1999-10-20 2002-08-21 Neokismet L.L.C. Solid state surface catalysis reactor
EP1232005A4 (en) * 1999-10-20 2004-08-25 Neokismet Llc Solid state surface catalysis reactor
WO2003023386A1 (en) * 2001-09-05 2003-03-20 Hte Aktiengesellschaft The High Throughput Experimentation Company Method and device for the analysis of a fluid medium
DE10330610B4 (en) * 2003-07-07 2018-06-07 Robert Bosch Gmbh Electronic sensor component and method for its production
DE102007031869A1 (en) 2007-07-05 2009-01-08 Kerkow, Hartmut, Dr. Photoelectric temperature controller for measuring wire sensor, has infrared phototransistor for measuring emitted heat radiation of thin and hot measuring wire by electronically processed photoelectric current of transistor
DE102007059653A1 (en) * 2007-12-10 2009-06-18 Siemens Ag gas sensor
WO2015177794A1 (en) * 2014-05-21 2015-11-26 Technion Research And Development Foundation Ltd. Gas sensing device and a method for sensing gas
US20170205366A1 (en) * 2014-05-21 2017-07-20 Todos Technologies Ltd Gas sensing device and a method for sensing gas
US11585773B2 (en) * 2014-05-21 2023-02-21 Todos Technologies Ltd. Gas sensing device and a method for sensing gas
DE102019117427A1 (en) * 2019-06-27 2020-12-31 EnBW Energie Baden-Württemberg AG Method for determining the calorific value, method for determining the amount of energy of a gas and device for this

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3519397A1 (en) Sensor for gas analysis and detection
EP0203561B1 (en) Method of using a sensor for gas analysis
DE3519435A1 (en) Sensor for gas analysis
EP2300812B1 (en) Sensor element and method for determining gas components in gas mixtures and use thereof
DE69713698T2 (en) gas sensor
DE10121771C2 (en) Method for operating a sensor element
DE19924906C2 (en) Semiconductor gas sensor, gas sensor system and method for gas analysis
DE102007040726A1 (en) gas sensor
DE3116884A1 (en) METHOD AND CIRCUIT FOR MEASURING ION ACTIVITY IN LIQUIDS
WO2002065113A1 (en) Gas sensor and method for measuring a gas component in a gas mixture
DE102008044374A1 (en) Sensor element for e.g. determining nitrogen oxide content in exhaust gas from internal combustion engine, has one electrochemical cells designed as electrochemical pump cell, and outer pump electrode exposed to measuring gas
DE102008044051A1 (en) Gas sensor element for determining nitrogen oxide content in exhaust gas of internal combustion engine, has cell with pump electrodes staying in contact with gas atmosphere of fluid-conductive internal gas areas connected with each other
DE19623434A1 (en) Sensor for determining the concentration of oxidizable components in a gas mixture
EP0904533A1 (en) Sensor for determining the concentration of oxidisable elements in a gas compound
DE3876056T2 (en) METHOD FOR PRODUCING MICROHOLES AND APPLICATION FOR AN ELECTROCHEMICAL SENSOR AND FOR A GAS CHROMATOGRAPHER.
EP2132559B1 (en) Gas sensor for the measurement of a gas component in a gas mixture
DE102018122860A1 (en) Method for operating a sensor device
EP0464244A1 (en) Sensor for detecting reducing gases
DE19930636A1 (en) Electrochemical gas sensor and method for determining gas components
DE4021929A1 (en) SENSOR
EP0332935A1 (en) Sensor material for the measurement of the partial pressure of gases or vapours, and gas sensor
DE3519436A1 (en) Sensor for gas analysis
DE3743399A1 (en) SENSOR FOR DETECTING GASES BY EXOTHERMAL CATALYTIC REACTIONS
EP2179276B1 (en) Method to determine gaseous components in gas mixtures
DE102020211893A1 (en) Sensor for detecting at least one property of a fluid medium in at least one measuring space

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8110 Request for examination paragraph 44
8130 Withdrawal