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WO2002086464A2 - Semiconductor gas sensor having a circular arrangement of interdigital electrodes and heating structures, and method for the producing the sensor during which the sensitive semiconductor layer is applied in the form of drops - Google Patents

Semiconductor gas sensor having a circular arrangement of interdigital electrodes and heating structures, and method for the producing the sensor during which the sensitive semiconductor layer is applied in the form of drops Download PDF

Info

Publication number
WO2002086464A2
WO2002086464A2 PCT/DE2002/000797 DE0200797W WO02086464A2 WO 2002086464 A2 WO2002086464 A2 WO 2002086464A2 DE 0200797 W DE0200797 W DE 0200797W WO 02086464 A2 WO02086464 A2 WO 02086464A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensitive layer
gas sensor
membrane
sensor according
evaluation
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/000797
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2002086464A3 (en
Inventor
Michael Bauer
Detlef Gruen
Christian Krummel
Ulrich Schilling
Erwin Rein
Michael Seiter
Heribert Weber
Odd-Axel Pruetz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2002086464A2 publication Critical patent/WO2002086464A2/en
Publication of WO2002086464A3 publication Critical patent/WO2002086464A3/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer

Definitions

  • the invention relates to a gas sensor with a membrane, a heating structure arranged on the membrane, a first structure arranged on the membrane and a sensitive layer arranged on the membrane, which can be heated by the heating structure and whose electrical resistance can be evaluated by the evaluation structure.
  • the invention further relates to a method for producing a gas sensor, comprising the steps: applying a heating structure to a membrane, applying an evaluation structure to the membrane and applying a sensitive layer to the membrane.
  • Generic semiconductor gas sensors are used for example in gas analysis.
  • semiconductor gas sensors that have good sensitivity to gases such as CO, H 2 , NO, and hydrocarbon.
  • the sensitive layers of the gas sensors usually comprise metal oxides, which are heated by means of suitable structures to, for example, several 100 ° C. and evaluated electrically, mostly on a resistive basis.
  • the measurement principle for polycrystalline zinc oxide depends on the change in conductivity of the low-crystalline state when subjected to reducing or oxidizing gases.
  • the heating structure often has a meandering structure.
  • the evaluation structure generally consists of an interdigital structure (IDT; "Inter ⁇ igitated Transducers").
  • IDT Inter ⁇ igitated Transducers
  • the arrangement with the heating structure, evaluation structure and sensitive layer is generally applied to a membrane.
  • the aim is to use particularly thin membranes. This measure reduces the heat capacity of the system, which leads to a reduction in power consumption.
  • the heating structure and the evaluation structure are applied to the membrane.
  • the sensitive layer is subsequently applied, the level using a screen printing method for this step m.
  • the invention is based on the generic gas sensor in that the sensitive layer is applied as a drop and that the other structures are at least partially adapted to the shape of the sensitive layer.
  • the application of the sensitive layer as a drop enables a non-contact representation of the sensitive layer. In this way it is avoided that the membrane is damaged, for example in the screen printing process.
  • the other structures that is to say, for example, the heating structure or the evaluation structure
  • a layout with a small space requirement can be generated.
  • a membrane that is as thin as possible reduces the heat capacity of the system, which reduces the system's power consumption.
  • the sensitive layer preferably has an essentially circular boundary. The spherical structure of the applied drop leads to the circular structure of the sensitive layer. The circular structure of the sensitive layer can thus ultimately be largely determined when the drop is formed.
  • the evaluation structure is an interdigital structure, which has an essentially circular boundary.
  • An interdigital structure makes it possible to keep the resistance to be evaluated very low. Since the interdigital structure has an essentially circular boundary, this can be adapted to the circular structure of the sensitive layer, so that there is very little space required.
  • the heating structure may also be useful for the heating structure to have an essentially circular boundary.
  • the heating structure can also be adapted in this way to the circular structure of the sensitive layer and, if appropriate, to the evaluation structure. This also leads to a very space-saving layout, which ultimately has, for example, positive effects on the power consumption and the cost of the arrangement.
  • the heating structure is arranged outside the evaluation structure.
  • the heating structure is thus preferably arranged in a circular shape around the circular interdigital structure.
  • a meandering structure of the heating tracks is often provided.
  • the heating structure r is arranged within the evaluation structure.
  • the conductor tracks which form the interdigital structure thus run at least partially outside the heating structure. This can have the advantage that the space requirement is reduced again, since the heating structure does not have to lie outside the evaluation structure with a large diameter.
  • the membrane is circular.
  • the structure of the membrane can thus also be adapted to the structures on the membrane.
  • the sensitive layer is preferably arranged on the heating structure and the evaluation structure.
  • the sensitive layer can thus be in direct thermal contact with the heating structure.
  • the arrangement of the sensitive layer over the evaluation structure serves for the electrical contact for resistance measurement.
  • the gas sensor according to the invention is particularly advantageous in that the sensitive layer has a diameter of less than 1000 ⁇ m. Such small diameters can be realized on the basis of the present invention, this having particular advantages with regard to the space requirement and the power consumption associated therewith.
  • the sensor material preferably has a metal oxide to form the sensitive layer.
  • Metal oxides often have a gas-dependent resistance, for example due to re ⁇ uktion- and oxidation processes on the surface.
  • the merall oxide can be present, for example, in an organic system via which the physical parameters of the sensor material, for example the viscosity, are set. In this way, the diameter of the sensitive layer can ultimately be influenced.
  • the evaluation structure can also be useful for the evaluation structure to be an interdigital structure made up of concentric circles. This is a variant in which there is a particularly small space requirement.
  • the gas sensor according to the invention is usefully designed such that alignment markings are provided on the membrane. Such alignment markings, for example crosses or concentric circles, can be used for precise localization of the application site and for visual inspection of the arrangement.
  • the invention builds on the generic method in that the sensitive layer is applied as a drop and that the other structures are at least partially adapted to the shape of the sensitive layer.
  • This contactless process for applying the sensitive layer prevents the sensitive membrane from being damaged.
  • the layout can be layered with a view to optimizing a reduction in space requirements.
  • the sensor material is usefully applied in the form of a paste in the form of a sensitive layer.
  • the physical nature of the paste can thus be influenced as a parameter for the final structure of the sensitive layer. Structures with a very small diameter can thus be realized.
  • the method according to the invention is developed in such a way that the sensor material for forming the sensitive layer is applied by a dispensing method.
  • a dispensing method With dispensing methods, very small amounts of material can be dosed and localized very precisely.
  • a cannula is used to apply the sensor material to form the sensitive layer with a defined inner diameter that is adapted to the target geometries.
  • cannulas of this type structures can also be produced which are also in the range of a few 100 micrometers. The use of such cannulas enables the representation of a space-saving structure.
  • a screw dispenser is preferably used in the dispensing process. This is a known principle for applying very small amounts of material. It can be equally advantageous that a piston dispenser is used in the dispensing method.
  • the senor material for forming the sensitive layer is applied according to the inkjet principle. This also allows very small quantities of material to be dosed and localized very precisely.
  • the inkjet head used can be operated thermally or piezoelectrically.
  • optical means are provided for adjusting the relative position of the membrane and the dispenser or the inkjet head.
  • These optical means can include, for example, an autofocus device, so that the prerequisites for a production process suitable for mass production are created.
  • the invention is based on the knowledge that by applying a sensitive layer by means of a drop and by adapting the other structures to the shape of the sensitive layer, a gas sensor with a very small space requirement on the membrane can be created. It is possible to apply a sensitive layer with a very small diameter, for example using a dispensing process or using the inkjet principle. Since the structures applied now generally have a round shape, the evaluation structures and the heating structures are preferably also designed to be round. This minimizes the space required on the membrane. drawings
  • Figure 1 is a schematic representation of a membrane surface with structures in a gas sensor according to the invention
  • Figure 2 shows the application of a drop to a membrane with a dispensing process
  • Figure 3 shows the application of a drop on a membrane according to the inkjet principle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a membrane surface with structures in a gas sensor according to the invention.
  • a heating structure 10 is arranged on the outside and has an essentially circular boundary.
  • the heating structure 10 is supplied with electrical energy via the feeds 28, 30.
  • the heating structure 10 is meandering.
  • An evaluation structure 12 can be seen within the heating structure 10. This evaluation structure 12 is also limited in a circle.
  • the evaluation structure 12 is an interdigital structure, which can be seen from the interconnecting conductor strips.
  • the boundary of the sensitive layer 14 is indicated by a circle between the heating structure 10 and the evaluation structure 12.
  • the sensitive layer 14 lies on the evaluation structure, so that the resistance measured at the connections 32, 34 depends on the resistance of the sensitive layer 14.
  • the structures 10, 12, 14 on the membrane 18 all have a round shape.
  • the structures 10, 12 are thus adapted to the natural shape of the sensitive layer 14, which is produced by applying a drop.
  • FIG. 2 shows the application of a drop to a membrane using a dispensing method.
  • a membrane 18 is carried by a substrate 36.
  • the heating structure 10 and the evaluation structure 12 are already located on this membrane 18, these being not recognizable in the present illustration.
  • the sensitive layer 14 is applied as a drop 16 to the membrane 18 by a screw dispenser 22 with a spmdel drive 38, metering needle 20 and metering screw 40.
  • the material to be applied is fed from a feed device 42 to the metering screw 22, a pre-pressure being built up by a piston 44 in the feed device 42.
  • the adjustment of the dosing screw 22 relative to the area on the membrane 18 to which the drop 16 is to be applied is achieved by optical means 24.
  • the membrane 18 advantageously applied markings, for example circles or crosses.
  • the optical means 24 provide a relative positioning of the needle 20 to the membrane 18, in particular the distance by means of, for example, autofocus principle p.
  • FIG. 3 shows the application of a drop to a membrane using an inkjet process.
  • sensor material to be fed is fed from a feed device 42.
  • the material is dosed according to the InKjet-Pnnzip.
  • the inkjet head 26 can thermally or piezoelectrically aerodynamically.
  • the drop 16 is ejected from the metering needle 20 of the inkjet cop 26 and applied to the membrane 18, which is carried by the substrate 36.

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Abstract

The invention relates to a gas sensor comprising a membrane (18), a heating structure (10) that is arranged on the membrane (18), an evaluating structure (12) that is arranged on the membrane (18), and a sensitive layer (14) that is also arranged on the membrane (18). Said layer can be heated by the heating structure (10) and its electrical resistance can be evaluated by the evaluating structure (12). The sensitive layer (14) is applied in the form of drops (16), and the remaining structures (10, 12) are at least partially adapted to the shape of the sensitive layer (14). The invention also relates to a method for producing a gas sensor.

Description

Gassensor und Verfahren zu dessen HerstellungGas sensor and method for its production

Die Erfindung betrifft einen Gassensor mit einer Membran, einer auf der Membran angeordneten Heizstruktur, einer auf der Membran angeordneten Aus ertestruktur und einer auf der Membran angeordneten sensitiven Schicht, die von der Heizstruktur beheizbar ist und deren elektrischer Widerstand von der Auswertestruktur auswertbar ist .The invention relates to a gas sensor with a membrane, a heating structure arranged on the membrane, a first structure arranged on the membrane and a sensitive layer arranged on the membrane, which can be heated by the heating structure and whose electrical resistance can be evaluated by the evaluation structure.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Gassensors mit den Schritten: Aufbringen einer Heizstruktur auf eine Membran, Aufbringen einer Auswertestruktur auf die Membran und Aufbringen einer sensitiven Schicht auf die Membran.The invention further relates to a method for producing a gas sensor, comprising the steps: applying a heating structure to a membrane, applying an evaluation structure to the membrane and applying a sensitive layer to the membrane.

Stand der TechnikState of the art

Gattungsgemäße Halbleitergassensoren kommen beispielsweise bei der Gasanalyse zum Einsatz. Es existieren Halbleitergassensoren, die eine gute Empfindlichkeit gegenüber Gasen, wie zum Beispiel CO, H2, NO-, und Kohlenwasserstoff aufweisen. Die sensitiven Schichten der Gassensoren um- fassen meist Metalloxide, die mittels geeigneter Strukturen auf beispielsweise mehrere 100°C beheizt und elektrisch, meist auf resistiver Basis, ausgewertet werden. Beispielsweise Deruht das Messprinzip bei polykristalli- nem Zinkoxid auf der Leitfahigkeitsanderαng des pol kri- stallmen Zustands bei Beaufschlagung durch reduzierende beziehungsweise oxidierende Gase. Die Heizstruktur hat häufig eine maanderartige Struktur. Die Auswertestruktur besteht m der Regel aus einer InterdigitalstruKtur (IDT; "Interαigitated Transducers" ) . Derartige Interdigital- strukturen gestatten die Messung des elektrischen Widerstandes bei sehr geringem absolutem elektrischem Wider- stand, da durch die Interdigitalstrukturen ein großes Breite-zu-Lange-Verhaltnis der Leiterbahn erreicht werden kann. Dies fuhrt zu der besonderen Empfindlichkeit von Interdigitalstrukturen auf Widerstandsanderungen.Generic semiconductor gas sensors are used for example in gas analysis. There are semiconductor gas sensors that have good sensitivity to gases such as CO, H 2 , NO, and hydrocarbon. The sensitive layers of the gas sensors usually comprise metal oxides, which are heated by means of suitable structures to, for example, several 100 ° C. and evaluated electrically, mostly on a resistive basis. For example, the measurement principle for polycrystalline zinc oxide depends on the change in conductivity of the low-crystalline state when subjected to reducing or oxidizing gases. The heating structure often has a meandering structure. The evaluation structure generally consists of an interdigital structure (IDT; "Interαigitated Transducers"). Such interdigital structures allow the measurement of the electrical resistance with a very low absolute electrical resistance, since a large width-to-long ratio of the conductor track can be achieved through the interdigital structures. This leads to the special sensitivity of interdigital structures to changes in resistance.

Die Anordnung mit Heizstruktur, Auswertestruktur und sensitiver Schicht ist im Allgemeinen auf einer Membran aufgebracht. Dabei ist man bestrebt, besonders dünne Membranen zu verwenden. Durch diese Maßnahme wird die W rmekapazität des System verringert, was eine Verrmge- rung der Leistungsaufnahme mit sich bringt. Zunächst werden auf die Membran die Heizstruktur und die Auswertestruktur aufgebracht. Nachfolgend wird die sensitive Schicht aufgebracht, wobei für diesen Schritt m der Pegel ein Siebdruckverfahren verwendet wird.The arrangement with the heating structure, evaluation structure and sensitive layer is generally applied to a membrane. The aim is to use particularly thin membranes. This measure reduces the heat capacity of the system, which leads to a reduction in power consumption. First, the heating structure and the evaluation structure are applied to the membrane. The sensitive layer is subsequently applied, the level using a screen printing method for this step m.

Bei diesem Fertigungsverfahren treten Probleme aufgrund der Empfindlichkeit der Membranen auf. Bei der Berührung der Membran mit dem Sieb wird die Membran häufig beschädigt. Derartige Beschädigungen, beispielsweise Kratzer, können spontan zum Membranbruch fuhren. Noch kritischer ist es, wenn der Ausfall der Anordnung, durch beispiels- weise einen Memoranbrucn, erst Joei αer Anwendung des Halbleitergassensors erfolgt.This manufacturing process has problems due to the sensitivity of the membranes. The membrane is often damaged when the membrane comes into contact with the sieve. Such damage, such as scratches, can spontaneously lead to the membrane breaking. It is even more critical if the failure of the arrangement, for example by wise a Memoranbrucn, only Joei αer application of the semiconductor gas sensor takes place.

Will man aas Siebdruckverfanren durch ein anderes Verfah- rεn zum Aufbringen der

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Schicht ersetzen, so ist dabei jedoch stets zu berücksichtigen, dass das Verfahren erstens massenfertigungstauglich sein muss. Ferner uss das Verfahren geeignet sein, Strukturen zu erzeugen, die einen möglichst geringen Platzbedarf und eine mog- liehst geringe Leistungsaufnahme aufweisen.If one wants to use a screen printing method by another method for applying the
Figure imgf000005_0001
Replace shift, however, it must always be taken into account that the process must first be suitable for mass production. Furthermore, the method must be suitable for producing structures which require as little space as possible and have as little power consumption as possible.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemaßen Gassensor dadurch auf, dass die sensitive Schicht als Tropfen aufgebracht ist und dass die übrigen Strukturen der Form der sensitiven Schicht zumindest teilweise angepasst sind. Das Aufbringen der sensitiven Schicht als Tropfen ermog- licht eine beruhrungslose Darstellung der sensitiven Schicht. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Membran, wie beispielsweise beim Siebdruckverfahren, beschädigt wird. Indem die übrigen Strukturen zumindest teilweise, das heißt beispielsweise die Heizstruktur bezie- hungsweise die Auswertestruktur, der Form der als Tropfen aufgebrachten sensitiven Schicht angepasst sind, lasst sich ein Layout mit geringem Platzbedarf erzeugen. Eine möglichst dünne Membran verringert die Wärmekapazität des Systems, wodurch die Leistungsaufnahme des Systems ver- mindert wird. Vorzugsweise nat die sensitive Schicht eine im Wesentlichen kreisförmige Begrenzung. Die sphärische Struktur des aufgebrachten Tropfens fuhrt zu der kreisförmigen StruK- tur der sensitiven Schicht. Die kreisförmige StruKtur der sensitiven Schicht kann somit letztlich bereits bei der Bildung des Tropfens weitgehend festgelegt werden.The invention is based on the generic gas sensor in that the sensitive layer is applied as a drop and that the other structures are at least partially adapted to the shape of the sensitive layer. The application of the sensitive layer as a drop enables a non-contact representation of the sensitive layer. In this way it is avoided that the membrane is damaged, for example in the screen printing process. By at least partially adapting the other structures, that is to say, for example, the heating structure or the evaluation structure, to the shape of the sensitive layer applied as drops, a layout with a small space requirement can be generated. A membrane that is as thin as possible reduces the heat capacity of the system, which reduces the system's power consumption. The sensitive layer preferably has an essentially circular boundary. The spherical structure of the applied drop leads to the circular structure of the sensitive layer. The circular structure of the sensitive layer can thus ultimately be largely determined when the drop is formed.

In diesem Zusammenhang ist es besonders nutzlich, dass die Auswertestruktur eine Interdigitalstruktur ist, wel- ehe eine im Wesentlichen kreisförmige Begrenzung hat. Durch eine Interdigitalstruktur ist es möglich, den auszuwertenden Widerstand sehr gering zu halten. Indem die Interdigitalstruktur eine im Wesentlichen kreisförmige Begrenzung hat, kann diese der Kreisförmigen Struktur der sensitiven Schicht angepasst werden, so dass ein sehr geringer Platzbedarf besteht.In this context, it is particularly useful that the evaluation structure is an interdigital structure, which has an essentially circular boundary. An interdigital structure makes it possible to keep the resistance to be evaluated very low. Since the interdigital structure has an essentially circular boundary, this can be adapted to the circular structure of the sensitive layer, so that there is very little space required.

Ebenfalls kann es nutzlich sein, dass die Heizstruktur eine im Wesentlichen kreisförmige Begrenzung hat. Auch die Heizstruktur lasst sich so der kreisförmigen Struktur der sensitiven Schicht und gegebenenfalls der Auswertestruktur anpassen. Auch dies fuhrt zu einem sehr platzsparenden Layout, was letztlich beispielsweise positive Auswirkungen auf αie Leistungsaufnahme und Kosten der Anordnung hat.It may also be useful for the heating structure to have an essentially circular boundary. The heating structure can also be adapted in this way to the circular structure of the sensitive layer and, if appropriate, to the evaluation structure. This also leads to a very space-saving layout, which ultimately has, for example, positive effects on the power consumption and the cost of the arrangement.

Es kann vorgesehen sein, dass die Heizstruktur außerhalb der Auswertestruktur angeordnet ist. Die Heizstruktur ist somit vorzugsweise kreisπngformig um die kreisförmige Interdigitalstruktur angeordnet. Dabei ist häufig eine maanderartige StruKtur der Heizbahnen vorgesehen. Es kann aber auch vorgesenen sein, dass αie Heizstrukt r innerhalb der Auswertestruktur angeordnet ist. D e Leiterbahnen, welche die Interdigitalstruktur bilden, verlaufen somit zumindest teilweise außerhalb der Heizstruk- tur. Dies kann den Vorteil mit sich bringen, dass der Platzbedarf nochmals verringert wird, da die Heizstruktur nicht mit großem Durchmesser außerhalo der Auswertestruktur liegen mαss.It can be provided that the heating structure is arranged outside the evaluation structure. The heating structure is thus preferably arranged in a circular shape around the circular interdigital structure. A meandering structure of the heating tracks is often provided. However, it can also be provided that the heating structure r is arranged within the evaluation structure. The conductor tracks which form the interdigital structure thus run at least partially outside the heating structure. This can have the advantage that the space requirement is reduced again, since the heating structure does not have to lie outside the evaluation structure with a large diameter.

Es kann nützlich sein, wenn die Membran kreisförmig ist. Die Struktur der Membran kann somit ebenfalls den Strukturen auf der Membran angepasst sein.It can be useful if the membrane is circular. The structure of the membrane can thus also be adapted to the structures on the membrane.

Vorzugsweise ist die sensitive Schicht auf der Heizstruk- tur und der Auswertestruktur angeordnet. Die sensitive Schicht Kann somit in direktem thermischen Kontakt mit der Heizstruktur stehen. Die Anordnung der sensitiven Schicht über der Auswertestruktur dient dem elektrischen Kontakt zur Widerstandsmessung.The sensitive layer is preferably arranged on the heating structure and the evaluation structure. The sensitive layer can thus be in direct thermal contact with the heating structure. The arrangement of the sensitive layer over the evaluation structure serves for the electrical contact for resistance measurement.

Der erfmdungsgemaße Gassensor ist besonders dadurch vorteilhaft, dass die sensitive Schicht einen Durchmesser kleiner 1000 μm aufweist. Derartig Kleine Durchmesser lassen sich auf der Grunαlage der vorliegenden Erfindung realisieren, wobei dies insbesondere Vorteile im Hinblick auf den Platzbedarf und die damit m Verbindung stehende Leistungsaufnahme hat.The gas sensor according to the invention is particularly advantageous in that the sensitive layer has a diameter of less than 1000 μm. Such small diameters can be realized on the basis of the present invention, this having particular advantages with regard to the space requirement and the power consumption associated therewith.

Bevorzugt weist das Sensormateπal zur Bildung der sensi- tiven Schicht ein Metalloxid auf. Metalloxide haben häufig einen gasabhangigen Widerstand, beispielsweise auf- grund von Reαuktions- und Oxidationsvorgangen an der Oberflache .The sensor material preferably has a metal oxide to form the sensitive layer. Metal oxides often have a gas-dependent resistance, for example due to reαuktion- and oxidation processes on the surface.

Nαtzlicherweise wird aas Sensormaterial zur Bildung der sensitiven Schicht m Pastenform aufgebracht. Das Merall- oxid kann beispielsweise m einem Organiksystem vorliegen, über welches physiKalische Parameter des Sensormaterials, beispielsweise die Viskosität, eingestellt werden. Auf diese Weise lasst sich letztlich der Durchmesser der sensitiven Schicht beeinflussen.It is necessary to apply the sensor material to form the sensitive layer in paste form. The merall oxide can be present, for example, in an organic system via which the physical parameters of the sensor material, for example the viscosity, are set. In this way, the diameter of the sensitive layer can ultimately be influenced.

Es kann ebenfalls nützlich sein, dass die Auswertestruktur eine aus konzentrischen Kreisen aufgebaute Interdigitalstruktur ist. Dies ist eine Variante, bei der ein besonders geringer Platzöedarf besteht.It can also be useful for the evaluation structure to be an interdigital structure made up of concentric circles. This is a variant in which there is a particularly small space requirement.

Nutzlicherweise ist der erfmdungsgemaße Gassensor so beschaffen, dass auf der Membran Justagemarkierungen vorgesehen sind. Derartige Justagemarkierungen, bei- spielsweise Kreuze oder konzentrische Kreise, können zur genauen Lokalisierung des Aufbringortes als auch zur Sichtprüfung der Anordnung verwendet werden.The gas sensor according to the invention is usefully designed such that alignment markings are provided on the membrane. Such alignment markings, for example crosses or concentric circles, can be used for precise localization of the application site and for visual inspection of the arrangement.

Die Erfindung baut auf dem gattungsgemaßen Verfahren dadurch auf, dass die sensitive Schicht als Tropfen aufgebracht wird und dass die übrigen Strukturen der Form der sensitiven Schicht zumindest teilweise angepasst werden. Durch dieses beruhrungslose Verfahren zur Aufbringung der sensitiven Schicht lasst es sich vermeiden, dass die empfindliche Membran beschädigt wird. Durch die Anpassung der Strukturen an die Form der sensitiven Schicht lasst sich das Layout im Hinblick: auϊ eine Verringerung des Platzbedarfes optimieren.The invention builds on the generic method in that the sensitive layer is applied as a drop and that the other structures are at least partially adapted to the shape of the sensitive layer. This contactless process for applying the sensitive layer prevents the sensitive membrane from being damaged. By adapting the structures to the shape of the sensitive The layout can be layered with a view to optimizing a reduction in space requirements.

Nutzlicherweise wird das Sensormaterial zur Bildung αer sensitiven Schicht m Pastenform aufgebracht. Insbesondere die physikalische Beschaffenheit der Paste kann somit als Parameter für die letztliche StruKtur der sensitiven Schicht beεmflusst werden. Somit sind Strukturen mit sehr geringem Durchmesser realisierbar.The sensor material is usefully applied in the form of a paste in the form of a sensitive layer. In particular, the physical nature of the paste can thus be influenced as a parameter for the final structure of the sensitive layer. Structures with a very small diameter can thus be realized.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das erfmdungs- gemaße Verfahren so weitergebildet, dass das Sensormaterial zur Bildung der sensitiven Schicht durch ein Dispensverfahren aufgebracht wird. Mit Dispensver ahren lassen sich sehr geringe Mateπalmengen sehr genau dosieren und lokalisieren.In a preferred embodiment, the method according to the invention is developed in such a way that the sensor material for forming the sensitive layer is applied by a dispensing method. With dispensing methods, very small amounts of material can be dosed and localized very precisely.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei dem Dispensverfahren eine Kanüle zum Aufbringen des Sensormate- rials zur Bildung der sensitiven Schicht mit einem definierten und für die Zielgeometrien angepassten Innendurchmesser verwendet wird. Mit derartigen Kanülen können Strukturen erzeugt werden, die ebenfalls im Bereich einiger 100 Mikrometer liegen. Durch die Verwendung derarti- ger Kanülen wird somit die Darstellung einer platzsparenden Struktur ermöglicht.For example, it can be provided that in the dispensing method a cannula is used to apply the sensor material to form the sensitive layer with a defined inner diameter that is adapted to the target geometries. With cannulas of this type, structures can also be produced which are also in the range of a few 100 micrometers. The use of such cannulas enables the representation of a space-saving structure.

Vorzugsweise wird bei dem Dispensverfahren ein Schnecken- dispenser verwendet. Dabei handelt es sich um ein bekann- tes Prinzip zum Aufbringen sehr geringer Mateπalmengen . Ebenso vorteilhaft kann es sein, dass bei dem Dispensverfahren ein Kolbendispenser verwendet wird.A screw dispenser is preferably used in the dispensing process. This is a known principle for applying very small amounts of material. It can be equally advantageous that a piston dispenser is used in the dispensing method.

Es kann aber auch nützlich sein, dass das Sensormaterial zur Bildung der sensitiven Schicht nach dem Inkjet- Prinzip aufgebracht wird. Auch hierdurch lassen sich sehr geringe Materialmengen sehr genau dosieren und lokalisieren. Der verwendete Inkjetkopf kann dabei thermisch oder piezoelektrisch betrieben werden.However, it can also be useful that the sensor material for forming the sensitive layer is applied according to the inkjet principle. This also allows very small quantities of material to be dosed and localized very precisely. The inkjet head used can be operated thermally or piezoelectrically.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens sind optische Mittel zum Justieren der Relativposition der Membran und des Dispensers beziehungsweise des Ink- jet-Kopfes vorgesehen. Diese optischen Mittel können beispielsweise eine Autofocuseinrichtung umfassen, so dass die Voraussetzungen für ein massenfertigungstaugliches Fertigungsverfahren geschaffen sind.In an advantageous embodiment of the method, optical means are provided for adjusting the relative position of the membrane and the dispenser or the inkjet head. These optical means can include, for example, an autofocus device, so that the prerequisites for a production process suitable for mass production are created.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Aufbringen einer sensitiven Schicht mittels eines Tropfens und durch das Anpassen der übrigen Strukturen an die Form der sensitiven Schicht ein Gassensor mit sehr geringem Platzbedarf auf der Membran geschaffen werden kann. Es ist möglich, eine sensitive Schicht mit sehr geringem Durchmesser aufzubringen, beispielsweise durch ein Dispensverfahren oder nach dem Inkjet-Prinzip. Da die aufgebrachten Strukturen nun im Allgemeinen eine runde Form haben, werden die Auswertestrukturen und die Heizstrukturen vorzugsweise auch rund gestaltet. Somit wird der Platzbedarf auf der Membran minimiert. ZeichnungenThe invention is based on the knowledge that by applying a sensitive layer by means of a drop and by adapting the other structures to the shape of the sensitive layer, a gas sensor with a very small space requirement on the membrane can be created. It is possible to apply a sensitive layer with a very small diameter, for example using a dispensing process or using the inkjet principle. Since the structures applied now generally have a round shape, the evaluation structures and the heating structures are preferably also designed to be round. This minimizes the space required on the membrane. drawings

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention will now be explained by way of example with reference to the accompanying drawings using preferred embodiments.

Dabei zeigt:It shows:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Membranoberfläche mit Strukturen bei einem erfindungsgemäßen Gassensor;Figure 1 is a schematic representation of a membrane surface with structures in a gas sensor according to the invention;

Figur 2 das Aufbringen eines Tropfens auf eine Membran mit einem Dispensverfahren; undFigure 2 shows the application of a drop to a membrane with a dispensing process; and

Figur 3 das Aufbringen eines Tropfens auf eine Membran nach dem Inkjet-Prinzip.Figure 3 shows the application of a drop on a membrane according to the inkjet principle.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Membranoberfläche mit Strukturen bei einem erfindungsgemäßen Gassensor. Auf einer rechteckigen Membran 18 sind mehrere Strukturen zu erkennen. Außen ist eine Heizstruktur 10 angeordnet, welche eine im Wesentlichen kreisförmige Begrenzung hat. Die Heizstruktur 10 wird über die Zuführungen 28, 30 mit elektrischer Energie versorgt. Die Heizstruktur 10 ist mäanderartig ausgebildet. Innerhalb der Heizstruktur 10 ist eine Auswertestruktur 12 erkennbar. Diese Auswertestruktur 12 ist auch kreisförmig begrenzt. Ebenfalls sind elektrische Zuleitungen 32, 34 vorgesehen, um über diese den ele trιschen Widerstand der Anordnung zu messen. Die Auswertestruktur 12 ist eine Interdigitalstruktur, was an den ineinandergrei enden Leiterbannen zu erkennen ist. Zwischen αer Heizstruktur 10 und der Auswertestruktur 12 ist durch einen Kreis die Begrenzung der sensitiven Schicht 14 angedeutet. Die sensitive Schicht 14 liegt auf der Auswertestruktur, so dass der an den Anschlüssen 32, 34 gemessene Widerstand vom Widerstand der sensitiven Schicht 14 abhangt.Figure 1 shows a schematic representation of a membrane surface with structures in a gas sensor according to the invention. Several structures can be seen on a rectangular membrane 18. A heating structure 10 is arranged on the outside and has an essentially circular boundary. The heating structure 10 is supplied with electrical energy via the feeds 28, 30. The heating structure 10 is meandering. An evaluation structure 12 can be seen within the heating structure 10. This evaluation structure 12 is also limited in a circle. There are also electrical feed lines 32, 34 provided to measure the electrical resistance of the arrangement via this. The evaluation structure 12 is an interdigital structure, which can be seen from the interconnecting conductor strips. The boundary of the sensitive layer 14 is indicated by a circle between the heating structure 10 and the evaluation structure 12. The sensitive layer 14 lies on the evaluation structure, so that the resistance measured at the connections 32, 34 depends on the resistance of the sensitive layer 14.

Es ist zu erkennen, dass die Strukturen 10, 12, 14 auf der Membran 18 alle eine runde Form aufweisen. Damit sind die Strukturen 10, 12 der natürlichen Form der sensitiven Schicht 14 angepasst, welche durch Aufbringen eines Trop- fens erzeugt wird.It can be seen that the structures 10, 12, 14 on the membrane 18 all have a round shape. The structures 10, 12 are thus adapted to the natural shape of the sensitive layer 14, which is produced by applying a drop.

Figur 2 zeigt das Aufbringen eines Tropfens auf eine Membran mit einem Dispensverfahren. Eine Membran 18 wird von einem Substrat 36 getragen. Auf dieser Membran 18 Definden sich bereits die Heizstruktur 10 und die Auswertestruktur 12, wobei diese m der vorliegenden Darstellung nicht erkennbar sind. Die sensitive Schicht 14 wird m vorliegenden Fall durch einen Schneckendispenser 22 mit SpmdelantrieD 38, Dosiernadel 20 und Dosierschnecke 40 als Tropfen 16 auf die Membran 18 aufgebracht. Das aufzubringende Material wird von einer Zufuhreinrichtung 42 der Dosierschnecke 22 zugeführt, wobei m der Zufuhr- emπchtung 42 ein Vordruck durch einen Kolben 44 aufgebaut wird. Die Justierung der Dosierschnecke 22 relatiλλ zu dem Bereich auf der Membran 18, auf welchen der Tropfen 16 aufgebracht werden soll, wird durch optische Mittel 24 erreicht. Zu diesem Zweck sind auf der Membran 18 vorteilhafterweise Markierungen aufgebracht, beispielsweise Kreise oder Kreuze. Die optischen Mittel 24 stellen eine Relativpositionierung der Nadel 20 zur Membran 18 zur Verfugung, msoesondere den Abstand mittels bei- spielswe se Autofocus-Prinz p .FIG. 2 shows the application of a drop to a membrane using a dispensing method. A membrane 18 is carried by a substrate 36. The heating structure 10 and the evaluation structure 12 are already located on this membrane 18, these being not recognizable in the present illustration. In the present case, the sensitive layer 14 is applied as a drop 16 to the membrane 18 by a screw dispenser 22 with a spmdel drive 38, metering needle 20 and metering screw 40. The material to be applied is fed from a feed device 42 to the metering screw 22, a pre-pressure being built up by a piston 44 in the feed device 42. The adjustment of the dosing screw 22 relative to the area on the membrane 18 to which the drop 16 is to be applied is achieved by optical means 24. For this purpose, the membrane 18 advantageously applied markings, for example circles or crosses. The optical means 24 provide a relative positioning of the needle 20 to the membrane 18, in particular the distance by means of, for example, autofocus principle p.

Figur 3 zeigt das Aufbringen eines Tropfens auf eine Membran mit einem InkJet-Verfahren. Auch hier wird von einer Zufuhreinrichtung 42 aas au zubringende Sensormate- rial zugeführt. Die Dosierung des Materials erfolgt nach dem InKjet-Pnnzip. Der Inkjet-Kopf 26 kann thermisch oder piezoelektrisch aroeiten. Beispielsweise wird durch elektrische Anregung eines Piezoaktors 46 der Tropfen 16 aus der Dosiernadel 20 des Inkjet-Kop es 26 ausgestoßen und auf die Membran 18, welche von dem Substrat 36 getragen wird, aufgebracht.FIG. 3 shows the application of a drop to a membrane using an inkjet process. Here too, sensor material to be fed is fed from a feed device 42. The material is dosed according to the InKjet-Pnnzip. The inkjet head 26 can thermally or piezoelectrically aerodynamically. For example, by means of electrical excitation of a piezo actuator 46, the drop 16 is ejected from the metering needle 20 of the inkjet cop 26 and applied to the membrane 18, which is carried by the substrate 36.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausfuhrungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu lllustrati- ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschrankung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen. The preceding description of the exemplary embodiments according to the present invention is used only for illustrative purposes and not for the purpose of restricting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without leaving the scope of the invention and its equivalents.

Claims

Anspr che Claims 1. Gassensor mit einer Membran (18),1. gas sensor with a membrane (18), einer auf der Membran (18) angeordneten HeizstruKtur (10),a heating structure (10) arranged on the membrane (18), einer auf der Membran (18) angeordneten Temperaturmessstruktur unda temperature measurement structure arranged on the membrane (18) and - einer auf der Membran (18) angeordneten sensitiven Schicht (14), die von der Heizstruktur (10) beheizbar ist und deren elektrischer Widerstand von der Auswertestruktur (12) auswertbar ist,a sensitive layer (14) arranged on the membrane (18), which can be heated by the heating structure (10) and whose electrical resistance can be evaluated by the evaluation structure (12), dadurch gekennzeichnet,characterized, dass die sensitive Schicht (14) als Tropfen (16) aufgebracht ist undthat the sensitive layer (14) is applied as a drop (16) and - dass die übrigen Strukturen (10, 12) der Form der sensitiven Schicht (14) zumindest teilweise angepasst sind.- That the other structures (10, 12) are at least partially adapted to the shape of the sensitive layer (14). 2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sensitive Schicht (14) eine im Wesentlichen kreisförmige Begrenzung hat. 2. Gas sensor according to claim 1, characterized in that the sensitive layer (14) has a substantially circular boundary. 3. Gassensor nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertestruktur (12) eine Interdigitalstruktur ist, welche eine im Wesentlichen kreisförmige Begrenzung hat.3. Gas sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation structure (12) is an interdigital structure which has an essentially circular boundary. 4. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstruktur (10) eine im Wesentlichen kreisförmige Begrenzung hat.4. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the heating structure (10) has a substantially circular boundary. 5. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstruktur (10) außerhalb der Auswertestruktur (12) angeordnet ist.5. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the heating structure (10) is arranged outside the evaluation structure (12). 6. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstruktur innerhalb der Auswertestruktur angeordnet ist.6. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the heating structure is arranged within the evaluation structure. 7. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (18) kreisförmig ist.7. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane (18) is circular. 8. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sensitive Schicht (14) auf der Heizstruktur (10) und der Auswertestruktur (12) angeordnet ist.8. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensitive layer (14) on the heating structure (10) and the evaluation structure (12) is arranged. 9. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sensitive Schicht (14) einen Durchmesser kleiner 1000 μm aufweist. 9. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensitive layer (14) has a diameter of less than 1000 microns. 10. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormaterial zur Bildung der sensitiven Schicht (14) ein Metalloxid aufweist.10. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor material for forming the sensitive layer (14) comprises a metal oxide. 11. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormaterial zur Bildung der sensitiven Schicht (14) m Pastenform aufgebracht wird.11. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor material for forming the sensitive layer (14) is applied in the form of a paste. 12. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertestruktur (12) eine aus konzentrischen Kreisen aufgebaute Interdigitalstruktur ist.12. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation structure (12) is an interdigital structure constructed from concentric circles. 13. Gassensor nach einem der vorangehenden Anspr che, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf dem Festland eine Temperaturmessstruktur befindet .13. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that there is a temperature measurement structure on the mainland. 14. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Chip Justagemarkierungen vorgesehen sind.14. Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that alignment markings are provided on the chip. 15. Verfahren zum Herstellen eines Gassensors mit den Schritten:15. A method of manufacturing a gas sensor comprising the steps of: Aufbringen einer Heizstruktur (10) auf eine Membran (18) ,Applying a heating structure (10) to a membrane (18), Aufbringen einer Temperaturmessstruktur auf die Memb- ran (18) und Aufbringen einer sensitiven Schicht (14, au- Membran (18 ) ,Application of a temperature measurement structure to the membrane (18) and Application of a sensitive layer (14, -u membrane (18), dadurch gekennzeichnet,characterized, dass die sensitive Schicht (14) als Tropfen (16) aufgebracht wird undthat the sensitive layer (14) is applied as a drop (16) and - dass die übrigen Strukturen (10, 12) der Form der sensitiven Schicht (14) zumindest teilweise angepasst werden .- That the other structures (10, 12) are at least partially adapted to the shape of the sensitive layer (14). 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormaterial zur Bildung der sensitiven16. The method according to claim 15, characterized in that the sensor material for forming the sensitive Schicht (14) in Pastenform aufgebracht wird.Layer (14) is applied in paste form. 17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormaterial zur Bildung der sensi- tiven Schicht (14) durch ein Dispensverfahren aufgebracht wird.17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that the sensor material for forming the sensitive layer (14) is applied by a dispensing method. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Dispensverfahren eine Kanüle (20) zum Aufbringen des Sensormaterials zur Bildung der sensitiven Schicht (14) mit einem definierten und dem Zieldurchmesser angepassten Innendurchmesser verwendet wird.18. The method according to any one of claims 15 to 17, characterized in that in the dispensing method, a cannula (20) for applying the sensor material to form the sensitive layer (14) with a defined and the target diameter adapted inner diameter is used. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Dispensverfahren ein Schne- ckendispenser (22) verwendet wird. 19. The method according to any one of claims 15 to 18, characterized in that a screw dispenser (22) is used in the dispensing method. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Dispεnsverfahren ein Kolben- dispenser verwendet wird.20. The method according to any one of claims 15 to 19, characterized in that a piston dispenser is used in the dispensing process. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormaterial zur Bildung der sensitiven Schicht (14) nach dem Inkjet-Prinzip aufgebracht wird.21. The method according to any one of claims 15 to 20, characterized in that the sensor material for forming the sensitive layer (14) is applied according to the inkjet principle. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass optische Mittel (24) zum Justieren der Relativposition der Membran (18) und des Dispensers22. The method according to any one of claims 15 to 21, characterized in that optical means (24) for adjusting the relative position of the membrane (18) and the dispenser (22) beziehungsweise des Inkjet-Kopfes (26) vorgesehen sind. (22) or the inkjet head (26) are provided.
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