寬帶λ探測(cè)器以及寬帶λ探測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種寬帶λ探測(cè)器。此外本發(fā)明還涉及一種寬帶λ探測(cè)器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在文獻(xiàn)DE 101 63 942 Al中描述了寬帶λ探測(cè)器的不同實(shí)施方式。寬帶λ探測(cè)器中的每個(gè)具有包括外部的泵電極和內(nèi)部的泵電極的氧氣泵單元和包括能斯特電極和參考電極的能斯特濃縮單元。此外，寬帶λ探測(cè)器中的每個(gè)具有至少一個(gè)在其外側(cè)上設(shè)置的HC電極，借助于該電極在相應(yīng)的寬帶λ探測(cè)器的外部環(huán)境中廢氣的碳?xì)浠衔锖繎?yīng)該是可測(cè)量的。為了保護(hù)免于廢氣的侵蝕性的組成部分，該至少一個(gè)HC電極設(shè)有由氧化鋯組成的多孔保護(hù)層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1的特征的寬帶λ探測(cè)器以及具有權(quán)利要求12的特征的寬帶λ探測(cè)器的制造方法。
[0004]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了寬帶λ探測(cè)器，其設(shè)計(jì)用于氧氣壓力(或者λ值)和至少一種材料的組合檢測(cè)。基于按照本發(fā)明的寬帶λ探測(cè)器的有利的多功能性，需要用于檢測(cè)容積內(nèi)的材料組分的傳感器數(shù)量是可減少的。這也降低了在設(shè)置需要用于檢測(cè)容積內(nèi)的材料組分的傳感器時(shí)的用工成本。此外借助于按照本發(fā)明的寬帶λ探測(cè)器的有利的多功能性可以節(jié)省用于不需要的另外的傳感器的成本。
[0005]按照本發(fā)明的寬帶λ探測(cè)器的顯著優(yōu)點(diǎn)也在于，至少一個(gè)在相應(yīng)測(cè)量空腔中集成的容性傳感器裝置已經(jīng)基于其有利的設(shè)置而被保護(hù)免于在相應(yīng)的寬帶λ探測(cè)器的外部環(huán)境中存在的侵蝕性環(huán)境影響(例如氣體、炭黑、灰燼和/或熱)。由此該寬帶λ探測(cè)器在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這些條件下包含需要的保護(hù)層。本發(fā)明因此也有助于降低多功能寬帶入探測(cè)器的成本和及其制造成本。
[0006]基于按照本發(fā)明的寬帶λ探測(cè)器在測(cè)量空腔中的集成，此外也改善了至少一個(gè)容性傳感器裝置的敏感度。在按照本發(fā)明的寬帶λ探測(cè)器中可以對(duì)于以至少一個(gè)傳感器裝置執(zhí)行的測(cè)量利用在測(cè)量空腔內(nèi)正好限定并且相對(duì)小的氧氣濃度的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樵谙鄳?yīng)的測(cè)量空腔中通常幾乎不存在氧氣，所以也不必須擔(dān)心對(duì)以至少一個(gè)容性傳感器裝置執(zhí)行的測(cè)量的氧氣有關(guān)的橫向影響。因此顯著提高了至少一個(gè)容性傳感器裝置的敏感度。
[0007]在一種有利的實(shí)施方式中，所述至少一個(gè)容性傳感器裝置包括各一個(gè)第一傳感器電極、各一個(gè)第二傳感器電極、各至少一個(gè)存在于第一傳感器電極與第二傳感器電極之間的電介質(zhì)體。由此，至少一個(gè)MIM結(jié)構(gòu)(金屬-絕緣體-金屬結(jié)構(gòu)、金屬-隔離體-金屬結(jié)構(gòu))作為至少一個(gè)容性傳感器裝置集成到寬帶λ探測(cè)器的測(cè)量空腔中。因?yàn)镸IM結(jié)構(gòu)在測(cè)量空腔中可借助于可簡(jiǎn)單構(gòu)造的方法步驟構(gòu)造，所以至少一個(gè)容性傳感器裝置沒(méi)有顯著附加費(fèi)用的情況下集成到寬帶λ探測(cè)器的測(cè)量空腔中是可實(shí)現(xiàn)的。此外至少一個(gè)MM結(jié)構(gòu)可以容易地構(gòu)造在寬帶λ探測(cè)器的測(cè)量空腔中，而為此寬帶λ探測(cè)器的更大的實(shí)施方案不是必要的。
[0008]例如，所述相應(yīng)的容性傳感器裝置的至少一個(gè)電介質(zhì)體至少包括氧化硅、氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭、氧化鋯、氮化硅、氮化硼、碳化硅、硅化鎢和/或硅化鉭。由此，至少一個(gè)電介質(zhì)體可以選自多個(gè)成本有利并且相對(duì)經(jīng)常(特別是在半導(dǎo)體技術(shù)中)應(yīng)用的材料。
[0009]優(yōu)選地，所述相應(yīng)的容性傳感器裝置的至少一個(gè)電介質(zhì)體包括至少一種材料，該材料至少在等于寬帶λ探測(cè)器的運(yùn)行溫度的溫度下具有取決于電壓的電容率和阻抗。特別是所述相應(yīng)的容性傳感器裝置的至少一個(gè)電介質(zhì)體至少包括鉭酸鋇、鉭酸鉛鋯和/或鉭酸鋇鍶作為所述至少一種材料。代替或者補(bǔ)充于在此列舉的材料然而也可以應(yīng)用其他的至少在運(yùn)行溫度下多孔的材料，特別是其他鐵電物質(zhì)。
[0010]在另一有利實(shí)施方式中，所述相應(yīng)的容性傳感器裝置的朝向測(cè)量空腔的第一傳感器電極包括至少一種催化有效的材料。這可以改善傳感器元件的敏感度。
[0011]例如，所述相應(yīng)的容性傳感器裝置的朝向測(cè)量空腔的第一傳感器電極包括金、鉑、鋁、鈀、錸、釕、銥、鈦、氮化鈦、氮化鉭、和/或銠作為所述至少一種催化有效的材料。然而應(yīng)該指出的是，在此列舉的催化有效的材料僅僅應(yīng)該理解為示例性的。
[0012]在另一有利的實(shí)施方式中，所述相應(yīng)的容性傳感器裝置的由測(cè)量空腔指離的第二傳感器電極包括至少一種半導(dǎo)體材料。如果可能，相同容性傳感器裝置的第一傳感器電極具有至少一種半導(dǎo)體材料，特別是與第二傳感器電極相同的半導(dǎo)體材料。
[0013]特別是，所述相應(yīng)的容性傳感器裝置的由測(cè)量空腔指離的第二傳感器電極可以包括硅、鍺、砷化鎵、磷化銦、碳化硅和/或氮化鎵作為所述至少一種半導(dǎo)體材料。在此列舉的半導(dǎo)體材料也可以用于第一傳感器電極。由此多種成本有利的并且在半導(dǎo)體技術(shù)中經(jīng)常應(yīng)用的半導(dǎo)體材料可以用于至少一種容性傳感器裝置的制造。
[0014]優(yōu)選地，所述相應(yīng)的容性傳感器裝置的電容/阻抗借助于在測(cè)量空腔中作為至少一種物質(zhì)的至少一種含氫氣體和/或至少一種氧化氮的在容性傳感器裝置上的濃度的變化是可變的。由此，至少一種容性傳感器裝置可以用于檢測(cè)/證實(shí)例如氫、多種碳?xì)浠衔锢缣貏e是丙烯、氨、一氧化氮和二氧化氮。特別是按照本發(fā)明的寬帶λ探測(cè)器可以由此有利地用于在車輛的排氣系中廢氣的檢測(cè)。
[0015]有利地，所述至少一種容性傳感器裝置通過(guò)印制導(dǎo)線電氣連接到寬帶λ探測(cè)器的分析處理裝置。有利地，該分析處理裝置在該情況下設(shè)計(jì)為，在相應(yīng)的容性傳感器裝置上確定漏電流、電容、取決于電壓的阻抗和/或取決于頻率的阻抗。如下借助于一個(gè)例子所示，該至少一個(gè)容性傳感器裝置由此可以可靠地用于多種證實(shí)和測(cè)量方法。
[0016]上述實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)也可通過(guò)用于寬帶λ探測(cè)器的相應(yīng)地制造方法的執(zhí)行實(shí)現(xiàn)。所述制造方法按照寬帶λ探測(cè)器的上述實(shí)施方式是可改進(jìn)的。
【附圖說(shuō)明】
[0017]以下根據(jù)附圖闡明本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。其中:
圖1a和Ib是寬帶λ探測(cè)器的一種實(shí)施方式的示意性的部分示圖；
圖2a和2b是用于闡明寬帶λ探測(cè)器的前述實(shí)施方式的功能方式的坐標(biāo)系統(tǒng)；以及圖3是用于闡明用于寬帶λ探測(cè)器的制造方法的一種實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1a和Ib示出了寬帶λ探測(cè)器的一種實(shí)施方式的示意性的部分示圖。
[0019]在圖1a中部分地示出的寬帶λ探測(cè)器具有氧氣泵單元，該氧氣泵單元包括外部的泵電極10和內(nèi)部的泵電極12。具有泵電極10和12的氧氣泵單元設(shè)計(jì)為，將氧從寬帶λ探測(cè)器的測(cè)量空腔14轉(zhuǎn)移到寬帶λ探測(cè)器的外部環(huán)境中。然而因?yàn)橥ㄟ^(guò)多孔的擴(kuò)散壁皇16借助于在泵電極10和12之間施加的電壓對(duì)氧氣流的控制由現(xiàn)有技術(shù)是已知的，在此不再更進(jìn)一步對(duì)氧氣泵單元進(jìn)行討論。
[0020]測(cè)量空腔14由多孔的擴(kuò)散壁皇16相對(duì)于寬帶λ探測(cè)器的外部環(huán)境隔離。例如為此可以將在寬帶λ探測(cè)器的殼體/基底結(jié)構(gòu)18中構(gòu)造的開口借助于多孔的擴(kuò)散壁皇16密封，該開口由外部環(huán)境延伸到測(cè)量空腔14。
[0021]寬帶λ探測(cè)器也具有能斯特濃縮單元，其包括能斯特電極20和參考電極22。因?yàn)槟芩固貪饪s單元與氧氣泵單元的相互作用由現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)是已知的，所以在此不再進(jìn)一步討論。外部的泵電極10布置在寬帶λ探測(cè)器的外側(cè)上，而內(nèi)部的泵電極12和能斯特電極20直接布置在測(cè)量空腔14上和/或至少部分伸入到測(cè)量空腔14中。因此在至少一種在測(cè)量空腔14中存在的氣體與電極12和20之間存在直接接觸。參考電極22布置在圖1a中示意性地示出的參考通道24中/上。因?yàn)閷拵Е颂綔y(cè)器的可實(shí)現(xiàn)性不限于參考通道24的構(gòu)造/設(shè)置，在此不再進(jìn)一步討論。
[0022]為了保護(hù)免于侵蝕性的環(huán)境影響，外部的泵電極10可以至少部分地由多孔保護(hù)層26和/或非多孔的保護(hù)層28覆蓋。同樣寬帶λ探測(cè)器的其他外面可以由保護(hù)層26