BE1027365B1 - Sensor for measuring a content of an element in a fluid and / or a change of such content in a fluid - Google Patents
Sensor for measuring a content of an element in a fluid and / or a change of such content in a fluid Download PDFInfo
- Publication number
- BE1027365B1 BE1027365B1 BE20195378A BE201905378A BE1027365B1 BE 1027365 B1 BE1027365 B1 BE 1027365B1 BE 20195378 A BE20195378 A BE 20195378A BE 201905378 A BE201905378 A BE 201905378A BE 1027365 B1 BE1027365 B1 BE 1027365B1
- Authority
- BE
- Belgium
- Prior art keywords
- sensor
- measuring
- recording
- content
- change
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 65
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 65
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 33
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 17
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 12
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 2
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 claims description 2
- 229910001151 AlNi Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 4
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 241000972773 Aulopiformes Species 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- PZIBOVBPVADPBS-UHFFFAOYSA-J S(=O)(=O)([O-])[O-].[Si+4].S(=O)(=O)([O-])[O-] Chemical compound S(=O)(=O)([O-])[O-].[Si+4].S(=O)(=O)([O-])[O-] PZIBOVBPVADPBS-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 1
- NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N azanylidyneindigane Chemical compound [In]#N NWAIGJYBQQYSPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003057 platinum Chemical class 0.000 description 1
- -1 polyphenylene Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 235000019515 salmon Nutrition 0.000 description 1
- 239000005394 sealing glass Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
-
- 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
- G01N27/041—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Sensor (1) voor het opmeten van een gehalte en/of een verandering van zulk gehalte van een element in een fluïdum met een component (2) die een opnamegedeelte (21) onder de vorm van één of meerdere vaste stoflichamen dat bestaat of die bestaan uit een materiaal dat gemakkelijk het betreffende element opneemt en terug afgeeft en waarvan één of meerdere dimensies (B, D, L) toenemen of afnemen naargelang een hoeveelheid van zulk element door het opnamegedeelte (21) wordt opgenomen dan wel wordt afgegeven en een meetgedeelte (22) dat de verandering van één of meerdere dimensies (B, D, L) van het opnamegedeelte (21) opmeet, omvat.Sensor (1) for measuring a content and / or a change of such content of an element in a fluid with a component (2) which has or exist a receiving portion (21) in the form of one or more solid bodies made of a material that readily takes up and releases the element in question and of which one or more dimensions (B, D, L) increase or decrease depending on whether an amount of such element is received or released by the recording portion (21) and a measuring portion ( 22) which measures the change of one or more dimensions (B, D, L) of the recording portion (21).
Description
* BE2019/5378 Sensor voor het opmeten van een gehalte van sen element in een Éluidum en/of een verandering van zulk gehalte in een Éluidum. | 5 | De huidige uitvinding heeft betrekking oc een sensor voor | het opmeten van een gehalte van een element in een fluïdum { en/of een verandering van zulk gehalte in een fluïdum, 9 10 Zonder de uitvinding hiertoe te beperken, heeft de 9 uitvinding betrekking op een sensor die een zuurstofsensor # voor het opmeten van een zuurstofgehalte en/of een 9 verandering van zulk zuurstofgehalte in een fluïdum is of 9 oo Ben waterstofsensor Voor net oometen van een # 15 waterstofgehalte en/of een verandering van zalk waterstofgehalte in een fiuïdum. De uitvinding kan evenwel eveneens betrekking hebben op sensoren die gehaltes aan andere elementen en/of veranderingen aan gehaltes van andere elementen opmeten, waarbij de gehaltes of veranderingen van gehaltes betrekking kunnen hebben op afzonderlijke elementen of op een combinatie van zuike elementen.* BE2019 / 5378 Sensor for measuring a content of an element in an Eluidum and / or a change of such content in an Eluidum. | 5 | The present invention relates to a sensor for | the measurement of a content of an element in a fluid {and / or a change of such content in a fluid, 9 Without limiting the invention thereto, the invention relates to a sensor incorporating an oxygen sensor # for measurement of a oxygen content and / or a change of such oxygen content in a fluid is or 9 oo A hydrogen sensor For just measurements of a # 15 hydrogen content and / or a change in salmon hydrogen content in a fluid. However, the invention may also relate to sensors that measure levels of other elements and / or changes in levels of other elements, wherein the levels or changes in levels can relate to individual elements or to a combination of such elements.
In de hierna volgende tekst worden vele kenmerken van de uitvinding uiteengezet aan de hand van sensoren die zuurstoïsensoren zijn, doch de aangebrachte technieken kunnen door analogie even gced toegerast worden in sensoren voor het meten van gehaltes en/of veranderingen van gehaltes van andere elementen.In the following text, many features of the invention are set forth with reference to sensors that are oxygen sensors, but the techniques applied may also be applied by analogy to sensors for measuring levels and / or changes in levels of other elements.
/ BE2019/5378 ; In sommige gevalien zal evenwel informatie verstrekt worden | die belangrijk kan zijn voor een toepassing in een sensor | die van een andere zoort is dan een zuurstofsensor, waarbij volgens de uitvinding verder alle andere kenmerken van de | 5 zuurstofsensor tevens op de betreffende sensor kunnen 9 toegepast worden. 9 Zuurstofsensoren worden typisch gebruikt pij 9 verbrandingemotoren van voertuigen met een # 18 motormanagementsysteem VOOr het opmeten van het zuurstofgehalte en/oï een verandering van het zuurstofgehalte in de uitlaatgassen van een uitlaatsysteem van zulk voertuig, bijvoorbeeld om de effectiviteit van de verbranding te evalueren en eventueel de verhouding tussen de geïnjecteerde brandstof en lucht aan te passen of bijvoorbeeld om de effectiviteit van een katalysator in het uitlaatsysteem te controleren, Het is echter ook niet uitgesioten de sensor volgens de uitvinding voor andere dceleinden aan te wenden. Volgens de stand van de techniek zijn er reeds vele zuurstoïsensoren bekend, doch deze vertonen een aantal nadelen./ BE2019 / 5378; However, in some cases information will be provided | that can be important for an application in a sensor | which is of a different type than an oxygen sensor, wherein according to the invention all other features of the | The oxygen sensor can also be used on the sensor concerned. 9 Oxygen sensors are typically used with 9 combustion engines of vehicles with a # 18 engine management system FOR measuring the oxygen content and / or a change in the oxygen content in the exhaust gases of an exhaust system of such a vehicle, for example to evaluate and possibly evaluate the effectiveness of combustion. to adjust the ratio between the injected fuel and air or, for example, to check the effectiveness of a catalytic converter in the exhaust system. It is also not excluded, however, to use the sensor according to the invention for other purposes. Many oxygen sensors are already known in the prior art, but they have a number of drawbacks.
Len eerste type bekende en wijdverbreide zuurstofsensoren maakt gebruik van zirkonium oxide en sen Nernst-cel. Hierbij wordt een elektrochemische reactie tot stand gebracht, waarbij het verschil tussen het zuurstofgehalte in het op te meten fluïdum, bijvoorbeeld in een stroom van Uitlaatgassen en het zuurstofgehalte in een referentieThe first type of known and widespread oxygen sensors uses zirconium oxide and sen Nernst cell. An electrochemical reaction is hereby established, whereby the difference between the oxygen content in the fluid to be measured, for example in a flow of Exhaust gases, and the oxygen content in a reference
: fluidum, bijvoorbeeld in de luchtstroom van buitenlucht die naar de motor wordt gevoerd, een potentiaal opwekt, [ Dit potentiaal geeft dus aan hoe groot het verschil in | 5 zuurstofgenaite is tussen beide fluïda, : zen nadeel van deze bekende zuurstofsensoren is dat ze een | tamelijk grote neiging vertonen om te falen door thermische | shock.: fluid, for example in the airflow of outside air that is supplied to the motor, generates a potential, [This potential therefore indicates how big the difference in | 5 oxygen is pleasant between the two fluids: a disadvantage of these known oxygen sensors is that they have a | have a fairly high tendency to fail due to thermal shock.
Nog een ander nadeel van deze bekende zuurstofsensoren is dat ze redelijk groot in omvang zijn. Een bijkomend nadeel van deze bekende zuurstofsensoren is dat de processen die erin plaats hebben ingewikkeld zijn. Nog een ander bekend en wijdverbreid type van zuurstofsensoren zijn de zuurstofsensoren van het resistieve type die gebruik maken van zogenaamde “gemengde oxides” of metaal oxides. Len groot nadeel. van deze bekende zuurstofsensoren is dat de omstandigheden waarin ze gewoonlijk toegepast worden, zoals in een uitlaatsysteem, zeer extreem zijn, wat leidt tot onbetrouwbare elektrische contacten en dus tot een onbetrouwbare werking van de betreffende zuurstofsensor. Nog een nadeel van dit type bekende zuurstofsensoren is dat de werking ervan niet lineair is, zodat een verandering van het zuurstofgehalte niet rechtstreeks kan uitgelezen worden doch een bijkomende bewerking vergt.Yet another drawback of these known oxygen sensors is that they are quite large in size. An additional drawback of these known oxygen sensors is that the processes that take place in them are complicated. Yet another known and widespread type of oxygen sensors are the resistive type oxygen sensors which use so-called "mixed oxides" or metal oxides. Len big drawback. Of these known oxygen sensors, the conditions in which they are usually applied, such as in an exhaust system, are very extreme, which leads to unreliable electrical contacts and thus to an unreliable operation of the oxygen sensor in question. Another drawback of this type of known oxygen sensors is that their operation is not linear, so that a change in the oxygen content cannot be read directly but requires additional processing.
* BE2019/5378 Len bijkomend nadeel van dit type bekende zuurstofsensoren is dat het geen breedbandsensoren zijn, zodat het bepalen van een zuurstofgehalte ermee onmogelijk is. 9 5 De huidige uitvinding heeft dan ook als doel een oplossing ; te bieden aan de voornoemde en/of andere problemen, | Meer bepaald is het een doel van de uitvinding een sensor, 9 in het bijzonder een zuurstofsensor of waterstofsensor, maar 12 niet noodzakelijk zulk soort sensor, aan te bieden die zeer klein uitgevoerd kan worden.* BE2019 / 5378 An additional disadvantage of this type of known oxygen sensors is that they are not broadband sensors, so that it is impossible to determine an oxygen content with them. The present invention therefore aims at a solution; to deal with the aforementioned and / or other problems, | More specifically, it is an object of the invention to provide a sensor, 9 in particular an oxygen sensor or hydrogen sensor, but not necessarily such a sensor, which can be of very small design.
Nog een ander doel van de uitvinding bestaat erin een sensor te verwezenlijken waarbij de elektrische of elektronische gedeelten volledig geïsoleerd zijn van het fluïdum waarin het betreffende gehalte of de verandering van het betreffende gehalte dient opgemeten te worden.Yet another object of the invention consists in realizing a sensor in which the electrical or electronic parts are completely isolated from the fluid in which the relevant content or the change of the relevant content is to be measured.
Zulk fluïdum kan bijvoorbeeld sen stroom van uitlaatgassen zijn.Such fluid may be, for example, a flow of exhaust gases.
Nog een ander doel van de uitvinding bestaat erin een sensor aan te reiken die essentieel op lineaire wijze functioneert.Yet another object of the invention is to provide a sensor that functions essentially in a linear fashion.
Hiertoe betreft de huidige uitvinding een sensor voor het opmeten van een genalte van een element in een fluidum en/of een verandering van zulk gehalte in een fluïdum, waarbij de sensor een elektronische component omvat die ten minste de volgende onderdelen bevat: - een opnamegedeelte onder de vorm van één of meerdere vaste stoflichamen dat bestaat of die bestaan uit een materiaal dat gemakkelijk het betreffende element opneemt en terug afgeeft en waarvan één of meerdere dimensies toeneemt of toenemen of afneemt of afnemen naargelang een hoeveelheid { van zuik element door het opnamegedeelte wordt cogenomen dan 9 wel wordt afgegeven; en, | 5 - een substantieel vlak substraat met daarin een 9 meergedeeite vervat dat de verandering van één of meerdere 9 dimensies van het opnamegedeelte opmeel; { waarbij het opnamegedeelte hecht verbonden is met het 9 meetgedeelte doch elektrisch geïsoleerd is van het 9 10 meergedeelte, Zen groot voordeel van zulke sensor volgens de uitvinding is eerst en vooral dat de sensor en in het bijzonder de voornoemde component ervan zeer klein kan worden uitgevoerd met de technieken die beschikbaar zijn uit de elektronica.To this end, the present invention relates to a sensor for measuring a signal level of an element in a fluid and / or a change of such content in a fluid, the sensor comprising an electronic component comprising at least the following parts: - a recording part below the form of one or more solid bodies consisting of or consisting of a material that readily absorbs and releases the element in question and of which one or more dimensions increases or increases or decreases or decreases as an amount of suction element is cogenomized through the recording portion or 9 is issued; and, | - a substantially planar substrate having a 9 plurality therein that induces the change of one or more 9 dimensions of the recording portion; {wherein the recording part is tightly connected to the measuring part but is electrically isolated from the 9 mooring part, A great advantage of such a sensor according to the invention is first and foremost that the sensor and in particular the aforementioned component thereof can be made very small. with the techniques available from electronics.
Nog een groot voordeel van een sensor volgens de uitvinding is dat een totaal andere methode wordt toegepast om het gehalte van een betreffend element zoals zuurstof en/of een verandering van dat gehalte te bepalen dan bij de bekende sensoren het geval is.Another great advantage of a sensor according to the invention is that a completely different method is used to determine the content of a relevant element such as oxygen and / or a change in that content than is the case with the known sensors.
Meer bepaald is het de bedoeling de verandering van éér of meerdere dimensies van een opnamegedeelte te meten bij opname en afgijte van het betreffende element, bijvoorbeeld zuurstof.More specifically, it is the intention to measure the change of one or more dimensions of a recording part upon absorption and removal of the element concerned, for example oxygen.
Zen eerste voordeel hiervan is dat de verandering in dimensie van het opnamegedeelte rechtstreeks en op lineaire wijze in verband kan gebracht worden met een verandering in opname of afgifte van het betreffende element, zoals zuurstof, in of van het copnamegedeelte.A first advantage of this is that the change in dimension of the recording portion can be directly and linearly related to a change in absorption or release of the particular element, such as oxygen, into or from the recording portion.
© BE2019/5378 Een ander voordeel van deze meettechniek is dat de effecten van de betreffende dimensiewijziging of dimensiewijzigingen kunnen opgemeten worden zonder dat een blootstelling van het | meetcircuit aan het betreffende fluidum noodzakelijk is. | Nog een bijkomend voordeel van deze voorgestelde methode 9 voor het bepalen van het gehalte en/of een verandering van 9 het gehalte van het betreffende element is dat er vele | verschillende meettechnieken voor gebruikt kunnen worden, 9 10 Het meetgedeelte wordt als deel van het substraat omschreven omdat de epitaxiaal gevormde laag gebruikelijk bij het substraat horend wordt aanzien. Het geheel is dan vlak, Ook in deze toestand wordt de wafer normaliter aangeleverd. Pas na deze laag wordt er een topografie gecreëerd, De meetstructuur is gebruikeiijk gemaakt van de epitaziale laag, ofwel door implantatie zoals gebruikelijk bij een silicium substraat, ofwel door etsen zoals gebruikelijk bij andere materialen zoals GaN, Sit en dergelijke meer.© BE2019 / 5378 Another advantage of this measurement technique is that the effects of the relevant dimension change or dimension changes can be measured without exposing the | measuring circuit on the respective fluid is necessary. | Another additional advantage of this proposed method 9 for determining the content and / or a change in the content of the element concerned is that there are many | various measuring techniques can be used. The measuring portion is described as part of the substrate because the epitaxially formed layer is usually considered to be associated with the substrate. The whole is then flat. Also in this condition the wafer is normally delivered. Only after this layer is a topography created. The measurement structure is made use of the epitazial layer, either by implantation as usual with a silicon substrate or by etching as usual with other materials such as GaN, Sit and the like.
in een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een sensor volgens de uitvinding bevat de sensor een omzetgedeelte dat in staat is om een signaal Le genereren, waarbij de verandering van één of meerdere dimensies van het opnamegedeelte meer bepaald wordt omgezet in een signaal, bij voorkeur een optisch of elektrisch signaal, dat verandert in functie van het aanwezige gehalte van het betreffende element en/of de aanwezige verandering van een gehalte van het betreffende element. 36 Zulk omzetgedeelte kan vele vormen aannemen en kan bijvoorbeeld bestaan uit middelen die een spanning, stroom,in a preferred embodiment of a sensor according to the invention, the sensor comprises a conversion portion capable of generating a signal Le, wherein the change of one or more dimensions of the recording portion is in particular converted into a signal, preferably an optical or electrical signal that changes as a function of the content of the element concerned and / or the change in a content of the element in question present. 36 Such a converting portion can take many forms and can consist, for example, of means converting a voltage, current,
cen elektrische laging of gelijk welke andere {fysische grootheid die gegenereerd wordt door het meetgedeeite, kan { omzetten in een signaal overeenkomstig het aanwezige gehalte | van net betreffende element, bijvoorbeeld het zuurstofgehalte, en/of overeenkomstig een aanwezige | verandering van zulk gehalte, Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna als voorbeeld zonder enig beperkend F 10 xarakter enkele voorkeurdragende uitvceringsvormen van een 9 Sensor, met kenmerken die van toepassing zijn op een | zuurstofsensor, evenals op andere sensoren, volgens de uitvinding beschreven, met verwijzing naar bijgaande figuren, waarin:An electrical layer or any other {physical quantity generated by the measurement part, can {convert into a signal according to the content present | of the element concerned, for example the oxygen content, and / or according to an existing | change of such content. With the insight to better demonstrate the characteristics of the invention, below are by way of example without any limiting character some preferred embodiments of a sensor, with characteristics applicable to a sensor. oxygen sensor, as on other sensors, according to the invention described with reference to the accompanying figures, in which:
figuur 1 in perspectief schematisch een uiteengencmen versie van een sensor volgens de uitvinding weergeeft; figuur Z op grotere schaal in perspectief de aansluiting van gedeslten van de sensor op een bedradingsfirame weergeeft; fiquur 3 schematisch in doorsnede en op grotere schaal eer mogelijke uitvosringsvorm van een elektronische component die deel uitmaakt van een sensor volgens de uitvinding weergeeft:;figure 1 schematically represents, in perspective, a disassembled version of a sensor according to the invention; figure Z shows on a larger scale in perspective the connection of parts of the sensor to a wiring frame; fiquur 3 schematically shows in section and on a larger scale a possible embodiment of an electronic component forming part of a sensor according to the invention :;
figuren 4 en 5 in bovenaanzicht en op nog grotere schaal schematisch twee mogelijke uitvoeringsvormen van een meetgedeelte van een sensor volgens de uitvinding weergeeft: figuren 5 tot en met 7 op analoge wijze als in figuurFigures 4 and 5 schematically represent two possible embodiments of a measuring part of a sensor according to the invention in plan view and to an even larger scale: Figures 5 to 7 in an analogous manner to that shown in Figure
3 mogelijke alternatieve uitvoeringsvormen van de elektronische component die deel uitmaakt van een sensor volgens de uitvinding weergeven; en,3 show possible alternative embodiments of the electronic component forming part of a sensor according to the invention; and,
figuren 8 en 9% schematisch in doorsnede illustreren hoe met andere meettechnieken nog andere uitvceringsvormen van een sensor volgens de uitvinding verwezenlijkt 9 kunnen worden. | In figuur 1 is een sensor 1 volgens de uitvinding weergegeven 9 in een uiteengenomen toestand, die bijvoorbeeld een 9 zuurstofsensor 1 is, 9 10 Deze sensor 1 bevat een elektronische component 2 die de : essentie van de sensor 1 uitmaakt, waarvan mogelijke uitvoeringsvormen geïllustreerd zijn in de figuren 3 en 5 tot en met 7 en die verder nog in detail zal besproken worden.Figures 8 and 9% schematically illustrate in cross section how other embodiments of a sensor according to the invention can be realized with other measuring techniques. | Figure 1 shows a sensor 1 according to the invention 9 in a disassembled state, which is for example an oxygen sensor 1, 9 This sensor 1 contains an electronic component 2 which constitutes the essence of the sensor 1, possible embodiments of which are illustrated. in Figures 3 and 5 to 7 and which will be discussed in further detail.
Deze elektronische component 2 is omwille van zijn kleine onvang niet in figuur 1 weergegeven. Aan de hand van figuur 1 wordt echter schematisch geïllustreerd dat de sensor 1 voorzien is van een behuizing 3 waarin de elektronische component 2 ondergebracht is, Hierbij is het uiteraard de bedoeling dat de kern van de sensor 1, die gevormd wordt door de voornoemde elektronische 23 component 2, zo goed mogelijk afgeschermd is om tegen de extreme cmstandigheden bestand te zijn van hitte, gewoonlijk 600°C à 700°C en meer, druk en eventuele agressieve chemische substanties die aanwezig kunnen zijn in het fluidum waarin het gehalte of de verandering van zulk gehalte dient opgemeten te worden,This electronic component 2 is not shown in figure 1 because of its small reception. However, it is schematically illustrated with reference to figure 1 that the sensor 1 is provided with a housing 3 in which the electronic component 2 is housed. It is of course the intention that the core of the sensor 1, which is formed by the aforementioned electronic components 23 component 2, is as well shielded as possible to withstand the extreme conditions of heat, usually 600 ° C to 700 ° C and above, pressure and any aggressive chemical substances that may be present in the fluid in which the content or change of such content should be measured,
De behuizing 3 bevat een kop 4 in de vorm van een cilindervormige bus 4 met een open uiteinde 5 en een gesloten uiteinde 6, : 5 De wanden van de kop 4, meer bepaald de cilindervormige wand | 7 evenals de bodem 8 aan het gesloten uiteinde 5 van de 9 cilindervormige bus 4, zijn geperforeerd uitgevoerd en dus F voorzien van perforaties 9. De behuizing 3 bevat voorts een buis 10 waarop de kop 4 aan Sen uiteinde 11 is aangebracht, Aan het andere uiteinde 12 is de buis 10 voorzien van een flens 13.The housing 3 comprises a head 4 in the form of a cylindrical sleeve 4 with an open end 5 and a closed end 6, 5 The walls of the head 4, in particular the cylindrical wall | 7, as well as the bottom 8 at the closed end 5 of the 9 cylindrical sleeve 4, are perforated and thus F provided with perforations 9. The housing 3 further comprises a tube 10 on which the head 4 is arranged at the end 11. at the end 12, the tube 10 is provided with a flange 13.
De behuizing 3 van de zuurstofsensor 1 bevat verder een Langwerpige huls 14 die in de buis 10 is aangebracht en waarin de elektronische component 2 vervat zit, wat niet is weergegeven in de figuur 1.The housing 3 of the oxygen sensor 1 further includes an elongated sleeve 14 disposed in the tube 10 and containing the electronic component 2, which is not shown in Figure 1.
Hierbij is het de bedoeling dat een opnamegedeelte van de zuurstofsensor 1 zich uitstrekt tot in de kop 4 teneinde blootgesteld te kunnen worden aan een gas of fluïdum dat doorheen de perforaties 9 in de kop 4 stroomt om aldus het op te meten element, zoals bijvoorbeeld zuurstof, te kunnen opnemen in of terug te kunnen afgeven uit het opnamegedeelte van de sensor |, naargelang het betreffende gas rijk dan wel arm is aan het betreffende element, zoals bijvoorbeeld zuurstof of waterstof,It is intended here that a recording portion of the oxygen sensor 1 extends into the head 4 in order to be able to be exposed to a gas or fluid flowing through the perforations 9 in the head 4 in order to thus determine the element to be measured, such as for example oxygen. , to be able to receive in or release back from the receiving part of the sensor |, depending on whether the relevant gas is rich or poor in the relevant element, such as for example oxygen or hydrogen,
De langwerpige huls 14 is beschermd door een afscherming 15 die bestaat uit twee half-cilindervormige gedeelten 16 en | 17 die samen de langwerpige huls 14 omringen, | 5 De half-cilindervormige gedeelten 16 en 17 kunnen bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit magnesium oxide of uit een | afdichtingsglas, zoals een = borosilikaatglas oË een : aluminosilikaatglas, id In figuur 2 is verder weergegeven dat gedeelten 18 van de elextronische component 2 Gij Voorkeur elektrisch aangesloten zijn op een vernikkeld, koperen bedradingsframe 19 door middel van platina draadverbindinogen 20.The elongated sleeve 14 is protected by a shield 15 consisting of two semi-cylindrical portions 16 and | 17 together surrounding the elongated sleeve 14, | The semi-cylindrical portions 16 and 17 may, for example, be made of magnesium oxide or of a | sealing glass, such as a = borosilicate glass or a: aluminosilicate glass, id. In figure 2 it is further shown that portions 18 of the electronic component 2 are preferably electrically connected to a nickel-plated copper wiring frame 19 by means of platinum wire connectors 20.
Hierbij kunnen zowel de gedeelten 18 van de elektronische component 2 als het bedradingsframe 19 in een LCP-houder gehouden worden, waarbij LCP staat voor “Liquid Crystal Polymer”.Here, both the parts 18 of the electronic component 2 and the wiring frame 19 can be held in an LCP container, where LCP stands for "Liquid Crystal Polymer".
Teneinde een goede afdichting van de zuurstofsensor 1 te bekomen, kan poiyfenvleensulfide-overspuiten Of Het zogenaand “PPS overmolding” worden toegepast, Een andere mogelijkheid bestaat erin de elektrische verbindingen te verwezenlijken door direct krimpen of lassen en daarna een afdichting aan te brengen, bij voorkeur een afdichting op basis van één of meerdere fluorkoolstof elastomeren.In order to obtain a good seal of the oxygen sensor 1, polyphenylene sulphide refinishing or the so-called "PPS over molding" can be applied. Another possibility consists in realizing the electrical connections by direct shrinking or welding and then applying a seal, preferably a seal based on one or more fluorocarbon elastomers.
In fiquur 3 is een eerste mogelijke uitvoeringevorm weergegeven van een elektronische component 2 die deel uitmaakt van een sensor 1, bijvoorbeeld sen zuurstofsensor 1, volgens de uitvinding, | Deze elektronische component 2 bevat eerst en vooral een 9 5 cpnamegedeelte, dat in dit geval een zuurstofopnamegedeelte 9 21 is en dat in dit geval gevormd wordt door één vaste stof- | Lichaam 21 dat bestaat uit een materiaal dat gemakkelijk 9 zuurstof opneemt en terug afgeeft, 9 10 in andere uitvoeringsvormen kan het opnamegedeelte 21 og 9 analoge wijze een waterstofcpnamegedeelte 21 zijn en zo meer, Voorts is het de bedoeling dat het materiaal zodanig is dat één of meerdere dimensies van het opnamegedeelte 21 tceneemt of toenemen dan wel afneemt of afnemen naargelang het betreffende cp Le meten element, bijvoorbeeld zuurstof of waterstof, door het cpnamegedesite 21 wordt opgenomen dan wel wordt afgegeven,Fiquur 3 shows a first possible embodiment of an electronic component 2 forming part of a sensor 1, for example an oxygen sensor 1, according to the invention. This electronic component 2 first and foremost contains a 9 5 absorption portion, which in this case is an oxygen absorption portion 9 21 and which in this case is formed by one solid-state | Body 21 consisting of a material which readily absorbs and releases oxygen 9, in other embodiments, the recording portion 21 or 9 may analogously be a hydrogen absorption portion 21 and so on. Furthermore, the material is intended to be such that one or more multiple dimensions of the recording portion 21 increases or increases or decreases or decreases depending on whether the relevant measuring element, for example oxygen or hydrogen, is absorbed or released by the recording site 21,
volgens de uitvinding is dit zuurstofopnamegedeelte 21 hiertoe bij voorkeur vervaardigd uit platina (Pt) in het geval de sensor l dienst doet om zuurstof cp te nemen of af te geven of palladium (Pd) in het geval de sensor 1 dienst doet om waterstof op te nemen of af te geven, wat materialen zijn die typisch onder vaste vorm aan de voornoemde voorwaarden voldoen.according to the invention, for this purpose, this oxygen uptake portion 21 is preferably made of platinum (Pt) in case the sensor 1 serves to take in or release oxygen or palladium (Pd) in the case the sensor 1 serves to store hydrogen. to take or to deliver, which are materials that typically meet the aforementioned conditions in solid form.
De elektronische component 2 bevat voorts een meetgedeelte 22 dat de verandering van de één of meerdere dimensies van het opnamegedesite 217 bijvoorbeeld het zuurstofopnamegedeelte 21, ten gevolge van opname of afgifte van het betreffende element, bijvoorbeeld zuurstof, ogmeet, Dit meetgedselte 22 kan vele vormen aannemen, zoals verder ; 3 nog zal worden besproken. ; De elektronische component Z wordt bij voorkeur vervaardigd | met de technieken die bekend zijn uit de elektronica. : 10 Dit is tevens het geval in de voorbeelden weergegeven in de | figuren, Hierbij ls het meestgedeelte 22 aangebracht op een substantieel vlak substraat 23, dat bijvoorbeeld typisch een 153 siliciumsuostraat is. Met substantieel vlak wordt bedoeld hoofdzakelijk vlak, doch met mogelijk kieine variaties in de hoogte of dikte, waarbij sen zekere topografie van enkele micron ten gevolge van ZU eventueel toegepaste etsprocessen og steeds aanzien wordt als substantieel vlak. Voorts is de elektronische component 2 voorzien van een verwarmingseiement 24 dat het meetgedeelte 22 omringt.The electronic component 2 further comprises a measuring portion 22 which measures the change of one or more dimensions of the recording site 217, for example the oxygen absorption portion 21, as a result of absorption or release of the element concerned, for example oxygen, og. This measurement portion 22 can take many forms. , as further; 3 will be discussed. ; The electronic component Z is preferably manufactured | with the techniques known from electronics. : 10 This is also the case in the examples shown in the | Figures. Here, the most portion 22 is disposed on a substantially planar substrate 23, which is typically a 153 silicon sulfate, for example. By substantially flat is meant essentially flat, but with possibly small variations in height or thickness, whereby a certain topography of a few microns as a result of any etching processes applied is always considered to be substantially flat. Furthermore, the electronic component 2 is provided with a heating element 24 surrounding the measuring portion 22.
Het verwarmingselement 24 is typisch sen wolfraam of platina verwarmingselement 24, Platina wordt verkozen om minder verschillende nmaterislen te gebruiken en het kan rechtstreeks verbonden worden via ultrasoon lassen, het zogenaamde “wirebonding”.The heating element 24 is typically a tungsten or platinum heating element 24, Platinum is preferred to use fewer different materials and it can be connected directly by ultrasonic welding, so-called "wire bonding".
| Om corrosie te vermijden is over het meetgedeelte 22 en over | het verwarmingselement 24 een passiveringslaag 25 aangebracht. 9 > Deze passiverinosiaag 25 bestaat typisch uit aluminiumoxide 9 Of siliciumnitride. 9 Het opnamegedeelte 21 is aangebracht op een gedeelte 26 van 9 de passiveringslaag 25 en is aldus gescheiden van het | 10 meetgedesite 22 door middel van de passiveringslaag 25. Het opnamegedesite 21 is in dit voorbeeld één vaste stof- lichaam dat uitgevoerd is als een balkvormig en/of plaatvormig element 38, doch in andere uitvoeringsvormen hoeft dit niet noodzakelijk het geval te zijn, zoals verder nog zal worden beschreven.| To avoid corrosion, over the measuring section 22 and over | the heating element 24 has a passivation layer 25 applied. 9> This passivation layer 25 typically consists of aluminum oxide 9 or silicon nitride. 9 The recording portion 21 is disposed on a portion 26 of 9 the passivation layer 25 and is thus separated from the | 10 measurement site 22 by means of the passivation layer 25. The recording site 21 in this example is one solid body which is designed as a beam-shaped and / or plate-shaped element 38, but in other embodiments this may not necessarily be the case, as further will still be described.
Door het opnamegedeelte 21 langwerpig uit te voeren en dus met een breedte B en dikte D die ten opzichte van de lengte zo IL relatief gering zijn, zal de krachtopbouw in de lengterichting veel groter zijn dan in de breedterichting en de dikterichting en/of zal de verandering van de dimensies van het opnamegedesite 21 voornamelijk plaatshebben in de lengterichting,By making the receiving portion 21 elongated and thus having a width B and thickness D which are relatively small with respect to the length, the force build-up in the longitudinal direction will be much greater than in the width direction and the thickness direction and / or the change in the dimensions of the recording site 21 mainly take place in the longitudinal direction,
In zulk geval is het evident om met het meetgedeelte 27 deze verandering of deze veranderingen volgens de lengterichting op te meten bij opname of afgifte van het betreffende op te meter element, bijvoorbeeld zuurstof, door het opnamegedeelte 21,In such a case, it is evident to measure this change or these changes along the longitudinal direction with the measuring part 27 when the relevant element to be measured, for example oxygen, is taken up or released by the recording part 21,
: in een mogelijke uitvoeringsvorm van een sensor 1 volgens Se uitvinding kan het meetgedeelte 22 bijvoorbeeld een 9 gedselte 27 bevatten dat bestaat uit een | halfgeleidermateriaal met piëzo-resistieve en/of piëzo- | 5 elektrische sigenschappen. 9 Hierbij strekt het halfgeleidermateriaal zich bij voorkeur 9 uit over een gedeelte 27 met dimensies, in dit geval een 9 breedte B’ en een lengte L’, die zubstantieel overeenstemmen met de dimensies, de breedte B en de lengte L, van het zuurstofopnamegedeelte 21 teneinde in het piézo-resistieve halfgeleidermateriaal sen verandering van de resistiviteitstensor cp Le wekken die overeenstemt met de uitzetting of inkrimping in het aangrenzende materiaal 28, dat in dit geval gevormd wordt door het gedeelte 26 van de passiveringslaag 25, onder de invloed van de uitzetting of inkrimping van het opnamegedeelte 21 door opname of afgifte van het betreffende op te meten element, zoals bijvoorbeeld zuurstof.: in a possible embodiment of a sensor 1 according to the invention, the measuring portion 22 may contain, for example, a portion 27 consisting of a | semiconductor material with piezo resistive and / or piezo | 5 electrical properties. 9 In this case, the semiconductor material preferably extends 9 over a portion 27 with dimensions, in this case a width B 'and a length L', which correspond zubstantially with the dimensions, the width B and the length L, of the oxygen absorption portion 21 in order to create a change in the resistivity tensor c Le in the piezo-resistive semiconductor material corresponding to the expansion or contraction in the adjacent material 28, which in this case is formed by the portion 26 of the passivation layer 25, under the influence of the expansion or shrinkage of the recording portion 21 by receiving or releasing the relevant element to be measured, such as, for example, oxygen.
Het is duidelijk dat zulke verandering van de resistiviteitstensor gemakkelijk kan opgemeten worden met bijkomende middelen door bijvoorbeeld een elektrische stroom doorheen het halfgeleidermateriaal te sturen en de spanning op te meten of andersom door een elektrische spanning aan te leggen over het halfgelsidermateriaal en de resulterende eiektrische stroom cp Le meten. Een haligeleidermateriaal dat voor deze doeleinden geschikt is, kan bijvoorbeeld gallium nitride (GaN) zijn, doch het tcepassen van andere halfgeleidermaterialen zoals silicium, indium nitride (InN}, aluminium nitride (AIN, siliciumIt is clear that such a change of the resistivity tensor can be easily measured by additional means by, for example, passing an electric current through the semiconductor material and measuring the voltage or vice versa by applying an electric voltage across the semiconductor material and the resulting electric current cp Le measure. A haliconductor material suitable for these purposes can be, for example, gallium nitride (GaN), but it can be mixed with other semiconductor materials such as silicon, indium nitride (InN}, aluminum nitride (AIN, silicon
{ 45 BE2019/5378 carbide of carborundum {810}, diamant en/of zink oxide (Zn0}), behoort zeker ook tot de mogelijkheden, en het gebruik van nog andere materialen is uiteraard tevens niet | van de uitvinding uitgesloten. 9 Nog een belangrijk aspect van de uitvinding bestaat erin het : gedeeite 29 van het substantieel vlak substraat 23 ter 9 piaatse van essentiële elementen van de elektronische 9 component 2, zoals het opnamegedeelte 21, het meetgedeelte # 10 22 en het verwarmingselement 24, te ontkoppelen van het resterende gedeelte 30 van het substantieel vlak substraat{45 BE2019 / 5378 carbide or carborundum {810}, diamond and / or zinc oxide (Zn0}), is certainly also possible, and the use of other materials is of course also not possible | excluded from the invention. 9 Another important aspect of the invention consists of: decoupling part 29 of the substantially planar substrate 23 at 9 location from essential elements of the electronic component 2, such as the recording part 21, the measuring part # 22 and the heating element 24. of the remaining portion 30 of the substantially planar substrate
23. Dit is in het getoonde voorbeeld van figuur 3 verwezenlijkt door het gedeelte 295 van het substantieel vlak substraat 23 ter plaatse van de voornoemde essentiële elementen 21, 22 en Zi van de elektronische component 2 substantieel verdund uit te voeren ter vorming van een soort membraan 31, Een verdunde uitvoering van het voornoemde gedeelte 29 kan redelijk eenvoudig verwezenlijkt worden goor het wegetsen van de betreffende gedeelten van het substantieel vlak substraat 23.23. This is achieved in the example shown in Figure 3 by making the portion 295 of the substantially flat substrate 23 at the location of the aforementioned essential elements 21, 22 and Zi of the electronic component 2 substantially thinned to form a kind of membrane. 31. A thinned construction of the aforementioned portion 29 can be realized reasonably easily by etching away the relevant portions of the substantially planar substrate 23.
Een dunne uitvoering van het voornoemde gedeelte 25 van het substantieel viak substraat 23 heeït als voordeel dat de dimensieverandering of = dimensieveranderingen van het vopnamegedeeite 21 zich beter kan of kunnen doorzetten, terwijl het substantieel vlak substraat 23 er tevens een kleinere massa heeft, waardcor het er een grotere weerstand tegen thermische shock heeft.A thin embodiment of the aforementioned part 25 of the substantially flat substrate 23 has the advantage that the dimensional change or dimensional changes of the recording part 21 can or can continue better, while the substantially flat substrate 23 also has a smaller mass there, so that it is more has greater resistance to thermal shock.
Andere en bijkomende manieren om de weerstand Legen thermische shock te vergroten, kunnen erin bestaan het | substantieel vlak substraat 23 te vervaardigen uit een : materiaal dat een relatief Lage volumetrische # & warmtecapaciteit, sen relatief Lage thermische { uitzettingscoëfficiënt en een relatief grote thermische 9 geleidbaarneid heeft, In de figuren 4 en 5 is weergegeven hoe aan het meetdgedeelte Z2 van de sensor 1 een speciale vorm kan gegeven worden die erg geschikt is voor het opmeten van de vervormingen of spanningen, veroorzaakt door het opnemen of afgeven van het betreffende cp te meten element zoals bijvoorbeeld zuurstof, door het cpnamegedeelte 21, In deze uitvoeringsvormen bevat het mestgedeelte 22 een gedeelte 32 met een structuur die bestaat uit minstens een paar aan elkaar gekoppelde structuren 33 en 34 die gelijken op Hali-piaten en die cmgekeerd aan elkaar zijn aangesioten.Other and additional ways to increase the resistance to thermal shock can be the | substantially flat substrate 23 to be manufactured from a material having a relatively low volumetric # & heat capacity, and relatively low coefficient of thermal expansion and a relatively high thermal conductivity. Figures 4 and 5 show how to measure the measuring portion Z2 of the sensor. 1 can be given a special shape which is very suitable for measuring the deformations or stresses caused by the absorption or delivery of the relevant element to be measured, such as, for example, oxygen, through the recording part 21. In these embodiments, the fertilizer part 22 contains a portion 32 having a structure consisting of at least a pair of interlinked structures 33 and 34 resembling Halipiates and interconnected in opposite directions.
Een Hall-plaat is een structuur die met behulp van het Hall- effect het magnetische veld meet. De structuren 33 en 34 zijn elk gelijkvormig aan zulke Hall- 23 plaat in de zin dat ze elk ook gevormd worden door een vierkante, geïsoleerde structuur 33 en 34 met elektrische contacten aar de vier noekpunten, respectievelijk elektrische contacten Ul, Vl, XL en Yi en elektrische contacten UZ, V2, X2 en Y2.A Hall plate is a structure that measures the magnetic field using the Hall effect. The structures 33 and 34 are each similar to such Hall 23 plate in the sense that they are each also formed by a square, insulated structure 33 and 34 with electrical contacts to the four nook points, electrical contacts U1, V1, XL and Yi, respectively. and electrical contacts UZ, V2, X2 and Y2.
3 De elektrische contacten strekken zich uit volgens de diagonale richtingen RR‘, 58" en TT’ van de vierkante | structuren 33 en 34, | 3 Hierbij liggen de elektrische contacten Xl en Y1, evenals | de elektrische contacten XZ en YZ, op tegenoverstaande 9 hoekpunten van de vierkante structuren 33 en 34 die de | richting RR’ van een eerste diagonaal van elke vierkante 9 structuur 33 en 34 vastleggen.3 The electrical contacts extend in the diagonal directions RR ', 58 "and TT' of the square structures 33 and 34, | 3 Here the electrical contacts X1 and Y1, as well as the electrical contacts XZ and YZ, lie on opposite sides. 9 vertices of the square structures 33 and 34 defining the direction RR 'of a first diagonal of each square 9 structure 33 and 34.
9 De structuren 33 en 34 zijn, zoals hiervcor reeds vermeld, omgekeerd aan elkaar aangesloten doordat ze zodanig zijn geplaast dat deze eerste diagonale richtingen RR‘ van elke structuur 33 en 34 zich in het verlengde van elkaar uitstrekken en doordat de elektrische contacten X1 en X2 van de structuren 33 en 34 elektrisch met elkaar verbonden zijn, of, zoals Levens in figuur 4 het geval is, doordat de elektrische contacten X1 en X2 één enkel elektrisch contact vormen, Op dezelfde wijze liggen de eiektrische contacten Ul en VI, evenals de elektrische contacten U2 en V2, op de andere varen tegenoverstaande hoekpunten van de vierkante structuren 33 en 34, De elektrische contacten Ul en Vi van de structuur 33 strekken zich uit volgens de diagonale richting SS’ ervan en de elektrische contacten UZ en V2 van de structuur 34 strekken zich uit volgens de diagonale richting TT’ ervan, Uit het voorgaande volgt dat de diagonale richtingen SS’ en TT’ zich evenwijdig aan elkaar uitstrekken.9 The structures 33 and 34 are, as already mentioned above, connected to each other in reverse by being disposed such that these first diagonal directions RR 'of each structure 33 and 34 extend in line with each other and by the electrical contacts X1 and X2 of the structures 33 and 34 are electrically interconnected, or, as is the case in Levens in Figure 4, in that the electrical contacts X1 and X2 form a single electrical contact. Similarly, the electrical contacts U1 and VI, as well as the electrical contacts U2 and V2, on the other opposite vertices of the square structures 33 and 34, The electrical contacts U1 and Vi of the structure 33 extend along its diagonal direction SS 'and the electrical contacts UZ and V2 of the structure 34 extend according to its diagonal direction TT '. From the foregoing, it follows that the diagonal directions SS' and TT 'extend parallel to each other.
LB BE2019/5378 De elektrische contacten Ul en U2 liggen beiden aan één { zelfde zijde van de gemeenschappelijke diagonale richting | RR’ en de elektrische contacten Vl en V2 liggen beiden aan 9 de andere zijde van de gemeenschappelijke diagonale richting 9 Boven elk van de structuren 33 en 34 is telkens een gedeelte, 9 respectievelijk de gedeelten 35 en 38, van het opnamegedeelte 21 aangebracht, 9 10 9 Elk zulk gedeelte 35 en 36 van het opnamegedeelte 21 bestaat 9 hierbij in dit geval uit een reeks 37 van balkvormige en/of plaatvormige elementen 38 die langwerpig en gelijkvormig zijn en die parallel aan elkaar volgens hun lengterichting en cp gelijke afstand E van elkaar zijn opgesteld. Andere uitvoeringsvormen waarbij de langwerpice elementen 38 niet balkvormig of plaatvormig zijn uitgevoerd, zijn uiteraard niet van de uitvinding uitgesloten.LB BE2019 / 5378 The electrical contacts U1 and U2 are both on one {same side of the common diagonal direction | RR 'and the electrical contacts V1 and V2 are both on the other side of the common diagonal direction 9. Above each of the structures 33 and 34, a portion, 9 and the portions 35 and 38, respectively, of the receiving portion 21 is arranged. 9 9 Each such part 35 and 36 of the receiving part 21 consists in this case of a series 37 of beam-shaped and / or plate-shaped elements 38 which are elongated and uniform and which are parallel to each other in their longitudinal direction and at equal distance E from each other. are drawn up. Other embodiments in which the elongate elements 38 are not of beam-shaped or plate-shaped design are of course not excluded from the invention.
Ook uitvoeringsvormen waarbij een reeks 37 van elementen 38 wordt toegepast, waarbij de elementen 38 niet parallel aan elkaar zijn en/of waarbij de elementen 38 niet gelijkvormig zijn uitgevoerd, zijn niet uitgesloten van de uitvinding.Also embodiments in which a series 37 of elements 38 is used, in which the elements 38 are not parallel to each other and / or in which the elements 38 are not designed uniformly, are not excluded from the invention.
De balkvormige en/of plaatvormige, langwerpige elementen 38 van elke vierkante structuur 33 of 34 strekken zich uit volgens een richting PP, respectievelijk richting 90°. Hierbij is elk van de richtingen PP en 00’ evenwijdig aan een paar Legenoverstaande zijcen van de betreffende vierkante structuur 33 of 34,The beam-shaped and / or plate-shaped, elongated elements 38 of each square structure 33 or 34 extend in a direction PP, respectively direction 90 °. Here each of the directions PP and 00 "is parallel to a pair of opposite sides of the square structure concerned 33 or 34,
La BE2019/5378 Voorts strekken de elementen 38 van de beide structuren 33 ; en 34 zich met hun lengte L uit volgens de betrokken | richtingen PP" en QQ’, die respectievelijk locdrecht op 9 elkaar staan, | 5 9 Voor het meten van een verandering van het betreffende : element, zoals bijvoorbeeld zuurstof, opgenomen door het F opnamegedeelte 21 in de langwerpige elementen 38 is het de 9 bedoeling dat over een paar tegenoverstaande elektrische # 12 contacten van de structuur 33, meer bepaald het paar tegenoverstaande elektrische contacten Xi en Yl in het geval van figuur 4 en het paar Legenoverstaande elektrische contacten Ul en Vl in het geval van figuur 5, een elektrisch spanningsverschil AV wordt aangelegd.La BE2019 / 5378 Furthermore, the elements 38 of the two structures 33; and 34 are expressed with their length L according to the concerned | directions PP "and QQ ', which are respectively located right on top of each other, 9 To measure a change of the element in question, such as for example oxygen, received by the F receiving portion 21 in the elongated elements 38, it is intended. that across a pair of opposite electrical # 12 contacts of the structure 33, more specifically the pair of opposite electrical contacts Xi and Y1 in the case of Figure 4 and the pair of opposite electrical contacts U1 and Vl in the case of Figure 5, an electrical voltage difference AV is being constructed.
Dit elektrisch spanningsverschil AV kan bijvoorbeeld een positief elektrisch spanningsverschil AV zijn tussen een elektrisch contact met een elektrische potentiaal van 0 Volt en een elektrisch contact met een elektrische potentiaal van V+ Volt. Op dezelfde wijze wordt over een overeenstemmend paar tegenoverstaande elektrische contacten van de structuur 34 een even groot elektrisch spanningsverschil AV aangelegd, meer bepaald over het paar Legenoverstaande elektrische contacten Xd en YZ in het geval van figuur 4 en over het paar tegenoverstaande elektrische contacten UZ en V2 in het geval van figuur 5. De meting gebeurt dan door de resulterende elektrische spanning te meten tussen de paren of één van de parenThis electrical voltage difference AV can be, for example, a positive electrical voltage difference AV between an electrical contact with an electrical potential of 0 Volt and an electrical contact with an electrical potential of V + Volt. In the same way, an equal electrical voltage difference AV is applied across a corresponding pair of opposite electrical contacts of the structure 34, more specifically across the pair of opposite electrical contacts Xd and YZ in the case of Figure 4 and across the pair of opposite electrical contacts UZ and V2. in the case of figure 5. The measurement is then made by measuring the resulting electrical voltage between the pairs or one of the pairs
; cverblijvende elektrische contacten van de vierkante, structuren 33 en 34, : In het geval van figuur 4 gebeurt deze meting dus tussen het | & paar elektrische contacten Ul en Vl van de structuur 33 9 en/of het paar elektrische contacten U2 en V2 van de F structuur 34, 9 In het geval van figuur 5 gebeurt: de meting tussen het Daar | 10 elektrische contacten Xl en Y1 van de structuur 33 en/o het 9 paar elektrische contacten X2 en YZ van de structuur 34. Bij afwezigheid van mechanische spanningen en eventuele andere effecten die de elektronenstromen in de structuren 33 en 34 zouden kunnen beïnviceden, kortom in een neutrale toestand, kan ervan uitgegaan worden dat de elektronenstromen doorheen het betreffende halfgeleider materiaal vanaf de elektrische contacten met positieve potentiaal V+ Volt naar de elektrische contacten met nui- potentiaal O Volt zulien lopen, in de richting aangegeven door de pijien ESI en ESZ. in wat volgt, wordt meer uitleg verschaft bij het werkingsprincipe achter de structuur van het meetgedeelte 22 22 van de sensor 1, dat is weergegeven in de figuren 4 en; cresisting electrical contacts of the square, structures 33 and 34,: In the case of figure 4, this measurement is therefore done between the | & pair of electrical contacts Ul and Vl of the structure 33 9 and / or the pair of electrical contacts U2 and V2 of the F structure 34, 9 In the case of Figure 5: the measurement between the There | 10 electrical contacts X1 and Y1 of the structure 33 and / o the 9 pair of electrical contacts X2 and YZ of the structure 34. In the absence of mechanical stresses and any other effects that could affect the electron currents in the structures 33 and 34, in short, in a neutral state, it can be assumed that the electron currents will flow through the semiconductor material in question from the electrical contacts with positive potential V + Volt to the electrical contacts with zero potential 0 Volt, in the direction indicated by the arrows ESI and ESZ. in what follows, more explanation is provided of the operating principle behind the structure of the measuring portion 22-22 of the sensor 1, which is shown in Figures 4 and
5. De opstellingen van de figuren à en 5 werken verschillend naargelang voor de vierkante structuren 33 en 34 halfgeleider materialen met uitgesproken piézo-resistieve eigenschappen, zoals bijvoorbeeld silicium (Sij, worden toegepast, dan wel wannser hiervoor materialen worden ét BE2019/5378 toegepast waarbij voornamelijk piëzorelektrische effecten | optreden, zoals bijvoorbeeld gallium nitride (GaN). 9 Bij het toepassen van materialen met voornamelijk piëzo- 9 5 resistieve effecten zorgt een verandering van de mechanische 9 spanning (cf verlenging of verkorting) volgens een bepaalde [ richting in het halfgeleider materiaal voor een verandering 9 van de ladingsdragermobiliteit die verschillend is in de richting van de aangebrachte mechanische spanning (of 0 verlenging of verkorting) vergeleken met de ladingsdragermobiliteit in de richting daar loodrecht op.5. The arrangements of figures à and 5 work differently depending on whether for the square structures 33 and 34 semiconductor materials with pronounced piezo-resistive properties, such as, for example, silicon (Sij, are used, or when materials are used for this purpose BE2019 / 5378). mainly piezorelectric effects occur, such as, for example, gallium nitride (GaN). 9 When materials with mainly piezo- 9 resistive effects are used, a change in the mechanical stress (cf extension or shortening) in accordance with a certain direction in the semiconductor causes material for a change 9 of the charge carrier mobility that is different in the direction of the applied mechanical stress (or 0 elongation or shortening) compared to the charge carrier mobility in the direction perpendicular thereto.
De vierkante structuren 33 en 34 weergegeven in de figuren à en D die net eigenlijke meetgedeelte 22 vormen kunnen bijvoorbeeld uit een halfgeleider materiaal met uitgesproken piézo-resistieve eigenschap zoals een p-silicium vervaardigd worden, terwijl de balkvormiqge en/oË plaatvormige, langwerpige elementen 38 die het zuurstofopnamegedeeite 21 vormen bijvoorbeeld uit platina kunnen vervaardigd worden.For example, the square structures 33 and 34 shown in Figures and D which form the actual measuring portion 22 can be made of a semiconductor material with pronounced piezo-resistive property such as a p-silicon, while the beam-shaped and / or plate-shaped, elongated elements 38 forming the oxygen uptake portion 21 can be made, for example, from platinum.
In zulk geval zorgt opname van het betreffende te meten element, bijvoorbeeld opname van zuurstof, in de platina elementen 38 voor een trekspanning in de lengterichting LI van deze langwerpige elementen 38, zowel in de elementen 38 zelf ais in het onderliggende silicium van de vierkante structuren 33 en Gé.In such a case, incorporation of the relevant element to be measured, for example oxygen incorporation, into the platinum elements 38 provides a tensile stress in the longitudinal direction LI of these elongated elements 38, both in the elements 38 themselves and in the underlying silicon of the square structures. 33 and Gé.
Hierbij daalt de lokale elektronengeleiding in de richting PP‘ of 209’ van de langwerpige elementen 38.The local electron conduction decreases in the direction PP "or 209" of the elongated elements 38.
9 Zo worden de elektronenstromen afgebogen, weg van de | langwerpige elementen 38, of, met andere woorden, de elektronen hebben een tendens om loodrecht op de langwerpige | elementen 38 te bewegen, 9 Dit resulteert in elektronenstromen min of meer volgens | richtingen aangegeven met de pijlen ES1’ en ES2° in 9 stippellijn in figuren 4 en 5.9 In this way the electron currents are deflected away from the | elongated elements 38, or, in other words, the electrons tend to move perpendicular to the elongated | elements 38, 9 This results in electron flows more or less according to | directions indicated by the arrows ES1 'and ES2 ° in 9 dotted lines in figures 4 and 5.
16 Deze elektronenstromen ES1’ en ES2’ wijken in lijn met het voornoemde principe af van de oorspronkelijk volgens een diagonale richting RR’, SS GE TT? gerichte elektronenstromen ESi en ESZ en dit in de richting van de overeenstemmende elektrische contacten, hetzij de is elektrische contacten Ul en U2 in het geval van figuur 4, hetzij de elektrische contacten Xl en X2 in het geval van figuur 5.16 These electron currents ES1 "and ES2" deviate in line with the aforementioned principle from the originally diagonal direction RR ", SS GE TT? directed electron currents ES1 and ESZ and this in the direction of the corresponding electrical contacts, either the electrical contacts U1 and U2 in the case of figure 4, or the electrical contacts X1 and X2 in the case of figure 5.
De betrokken elektrische contacten, i.e. de elektrische contacten UL en U2 in het geval van figuur 4 en de elektrische contacten Xi en X2 in het geval van figuur 5, kunnen hierbij beschouwd worden als negatieve sensorgolen NS, terwijl de tegenoverliggende elektrische contacten, i.e, de elektrische contacten Vl en V2 in het geval van figuur 4 en de elektrische contacten Yl en Y2 in het geval van figuur 5, beschouwd kunnen worden als positieve sensorpclen PS, Wanneer voor de structuren 33 en 34 echter materialen toegepast worden waarbij voornamelijk piëzorelektrische effecten optreden, dan is de werking ietwat anders en zorgt een verandering van mechanische spanning voor eenThe electrical contacts involved, ie the electrical contacts UL and U2 in the case of Figure 4 and the electrical contacts Xi and X2 in the case of Figure 5, can be regarded as negative sensor points NS, while the opposite electrical contacts, ie, the electrical contacts V1 and V2 in the case of Figure 4 and the electrical contacts Y1 and Y2 in the case of Figure 5 can be considered as positive sensor elements PS, However, when materials are used for the structures 33 and 34 which mainly have piezorelectric effects, then the operation is slightly different and a change of mechanical tension causes one
9 verandering in elektronendensiteit in het betreffende # halfgeleidermateriaal. | De oorzaak hiervan ligt in het feit dat het 9 5 halfgeleidermateriaal van de structuren 33 en 34 en het | Doveniiggende isclatierateriaal verschillende piszo- 9 elektrische constanten hebben. 9 Bijvoorbeeld, wanneer als halfgeleidermateriaal voor het 9 12 vervaardigen van de structuren 33 en 34 gallium nitride : (GaN} wordt toegepast en voor de bovenliggende isclatie als materiaal Al{Ga)N wordt toegepast, dan treedt bij opname van het betreffende te meten element, bijvoorbeeld bij zuurstofopname, in de langwerpige, uit platina vervaardigde elementen 38 een mechanische trekspanning op, evenals onder deze slementen 38. Deze mechanische trekspanning creëert extra ladingsdragers onder de elementen 38, waardoor de geleiding onder de elementen 38 toeneemt, Hierbij heeft de elektronenstroom de neiging om af te buigen in de richting van de elementen 38, wat net het tegengestelde is van wat er in het hiervoor beschreven geval gebeurde,9 change in electron density in the # semiconductor material in question. | This is due to the fact that the semiconductor material of the structures 33 and 34 and the | Quenching isolation material have different piszoelectric constants. 9 For example, when gallium nitride: (GaN} is used as the semiconductor material for the manufacture of structures 33 and 34 9 12 and when Al {Ga) N is used for the above classification as material, then when the element to be measured is included , for example upon oxygen absorption, in the elongated platinum-made elements 38, a mechanical tensile stress, as well as under these segments 38. This mechanical tensile stress creates additional charge carriers under the elements 38, whereby the conductivity under the elements 38 increases. tendency to deflect towards the elements 38, which is just the opposite of what happened in the case described above,
Bi] toepassing van zuike materialen waarbij voornamelijk piëzoreiektrische effecten optreden, neigen de pijlen ES1° en E52’ naar de andere zijde van de betrokken diagonale richting RR’, SS‘ of TT’ af dan weergegeven in de figuren 4 en 5 en de positieve sensorpolen PS en negatieve sensorpolen NS dienen in zulk geval overeenkomstig te worden omgewisseld,When using such materials with predominantly piezoelectric effects, the arrows ES1 ° and E52 'tend to the opposite side of the respective diagonal direction RR', SS 'or TT' than shown in Figures 4 and 5 and the positive sensor poles. PS and negative sensor poles NS must be swapped accordingly in such a case,
| Desalniettemin kan de relatieve afbuiging van de elektronenstromen in elk van de gevallen worden cpgemeten via de betrokken elektrische contacten die loodrecht staan # op de richtingen ES1L en ESZ van de elektronenstromen in de 9 5 neutrale toestand. { Het is enkel de interpretatie var de gemeten | spanningsverschiilen tussen de positieve sensorpolen PS en 9 de negatieve sensorpolen NS, die naargelang het gebruikte 9 10 materiaal moet omgekeerd worden on ze in overeenstemming te # crendgeru met een hoeveelheid zuurstof of ander te maten 9 element of een verandering van de hoeveelheid zuurstof of # ander te meren element die in de langwerpige elementen 38 is cpgenomen, dan wel erdoor is afgegeven, De Structuren 33 of 34 zijn gelijkvormig aan Hall-platen uitgevoerd en zijn daarom elk afzonderlijk ook gevoelig voor het magnetisch veld via het Hall-effect.| Nevertheless, the relative deflection of the electron currents in each of the cases can be measured through the respective electrical contacts which are perpendicular to the directions ES1L and ESZ of the electron currents in the neutral state. {It is only the interpretation of the measured | voltage differences between the positive sensor poles PS and 9 the negative sensor poles NS, which must be inverted according to the material used 9 10 in order to # crend them according to an amount of oxygen or other element to be measured or a change in the amount of oxygen or other The element to be moored which is incorporated in or delivered by the elongated elements 38. Structures 33 or 34 are of the same shape as Hall plates and are therefore each individually sensitive to the magnetic field via the Hall effect.
Echter, door de structuren 33 en 34, zoals beschreven, omgekeerd op elkaar aan te sluiten, wordt het magnetisch veld, alsook thermische gradiënten, procesmatige onvolkomenheden en een veelvoud van andere effecten uit het uitgangssignaal geweerd.However, by inversely connecting structures 33 and 34 as described, the magnetic field, as well as thermal gradients, process imperfections, and a multitude of other effects are excluded from the output signal.
Teneinde een hiervoor beschreven elektronische component 2 voor een sensor 1, bijvoorbeeld een zuurstofsensor 1, voigens de uitvinding te vervaardigen, kan bijvoorbeeld te werk worden gegaan door de volgende stappen volgens een werkwijze in overeenstemming met de uitvinding uit te voeren.In order to manufacture an above-described electronic component 2 for a sensor 1, for example an oxygen sensor 1, according to the invention, it is possible, for example, to proceed by performing the following steps according to a method in accordance with the invention.
Vertrekkende van het substantieel vlak substraat 23 kan eerst door middel van de techniek van epitaxiale groel | (epitaxial growth”) een laag uit gallium nitride of : silicium carbide op Het substantieel vlak substraat worden | 5 afgezet die het meetgedeelte 22 vormt. 9 in een volgende stap kan door etsen deze afgezette laag | worden omgevormd tot de Juiste structuur of vorm, 9 bijvocrbeeid overeenkomstig de structuur weergegeven in figuur 4, Daarna kan een eerste maal een passiveringslaag 25, die bijvoorbeeld uit aluminium oxide bestaat, worden afgezet, bijvoorbeeld door toepassing van zogenaamd “atomic layer deposition” of ALD. In deze passiveringslaag 25 kunnen door etsen vervolgens openingen worden aangebracht voor het maken van elektrische contacten.Starting from the substantially flat substrate 23, it is first possible by means of the epitaxial growth technique (epitaxial growth ”) a layer of gallium nitride or: silicon carbide on The substantially flat substrate | 5 which forms the measuring portion 22. 9 In a next step, this deposited layer | be transformed into the Correct structure or shape, for example in accordance with the structure shown in figure 4, After that, a passivation layer 25, consisting for example of aluminum oxide, can be deposited a first time, for example by applying so-called "atomic layer deposition" or ALD. . Openings can then be formed in this passivation layer 25 by etching for making electrical contacts.
in een volgende stap wordt platina afgezet, Dbijvoorbeeld door het toepassen van een micro-technologisecoh proces, het zogenaamde lift-off proces, waarbij een tantalum/platina adhesie laag kan worden toegepast, Deze platinalaag vormt uiteindelijk de interne elektrische interconnecties, het opnamegedeelte alsook de contactvlakken waarmee extern elektrisch contact gemaakt wordt. Een daaropvolgende stap kan erin bestaan opnieuw een vassiveringslaag af te zetten, die bijvoorbeeld cpnieuw uit aluminium oxide bestaat, waarbij bijvoorbeeld opnieuw het zogenaamde “atomic layer deposition” of ALD wordt toegepast.in a next step, platinum is deposited, for example by applying a micro-technological process, the so-called lift-off process, in which a tantalum / platinum adhesion layer can be applied. This platinum layer ultimately forms the internal electrical interconnections, the recording part as well as the contact surfaces with which external electrical contact is made. A subsequent step may consist in re-deposition of a vassivation layer, which for instance consists of new aluminum oxide, whereby for instance the so-called "atomic layer deposition" or ALD is applied again.
Daarna wordt bij voorkeur etsen toegepast om 9 contacteervlarjes voor het maken van elektrische contacten te openen en om de structuur van het zuurstcfopnamegedeelte | 21 te verwezenlijken, | 5 9 Tot siot kan de groef 3% of de uitholling 40 in het 9 substantieel viak substraat 23 worden gerealiseerd door 9 nogmaals te etsen, waarbij bij voorkeur sen “deep reactive- { ion etching”-techniek wordt toegepast. 9 10 9 Het is duidelijk dat met de voornoemde uitvoeringstechnieken een sensor 1, zoals bijvoorbeeld een zuurstofsensor 1, kan gerealiseerd worden die uiterst klein is, wat de weg opent voor het gebruik ervan in allerhande toepassingen met kleine aîmetingen, maar cok in brandstofcellen, motoren en zo meer, In figuur 6 is een andere uitvceringsvorm van een elektronische component 2 van een sensor 1 volgens de uitvinding weergegeven, waarbij het opnamegedeelte 21 opnieuw is uitgevoerd als een reeks 37 van balkvormige en/of plaatvormige elementen 38 die langwerpig en gelijkvormig zijn en die parallel aan elkaar volgens hun lengterichting en op gelijke afstand E van elkaar zijn opgesteld.Afterwards, etching is preferably used to open 9 bonding flags for making electrical contacts and to improve the structure of the oxygen-receiving portion. 21 to achieve, | Until then, the groove 3% or the recess 40 in the substantially square substrate 23 can be realized by etching 9 again, preferably using a deep reactive ion etching technique. 9 10 9 It is clear that with the aforementioned implementation techniques a sensor 1, such as for example an oxygen sensor 1, can be realized which is extremely small, which opens the way for its use in all kinds of applications with small dimensions, but also in fuel cells, engines. and so on, Figure 6 shows another embodiment of an electronic component 2 of a sensor 1 according to the invention, wherein the receiving portion 21 is redesigned as a series 37 of beam-shaped and / or plate-shaped elements 38 which are elongated and uniform and which are arranged parallel to each other along their longitudinal direction and equidistant E from each other.
Het opnamegedesite 21 kan, zoals reeds werd vermeld, volgens de uitvinding echter op vele andere wijzen worden uitgevoerd, waarbij andere vormen, andere onderlinge posities, hoeken en afstanden kunnen worden toegepast.However, as already mentioned, the recording site 21 can be designed according to the invention in many other ways, whereby other shapes, different relative positions, angles and distances can be used.
Het meetgedeelte 22 bevindt zich onder het opnamegedeelte 2 en is ervan gescheiden door middel van een passiveringslaag 25,The measuring portion 22 is located below the recording portion 2 and separated from it by means of a passivation layer 25,
| Het substantieel vlak substraat 23 heeft tevens een gedeelte 23 ter plaatse van essentiële elementen van de elektronische component 2, zoals het opnamegedeelte 21, het meetgedeelte 9 22 en in mindere mate het verwarningselement 24, dat opnieuw 9 5 ontkoppeld is van het resterende gedeelte 30 van het 9 substantieel viak substraat 23, 9 Echter, in deze uitvoeringvorm is het voornoemde gedeelte | 29 van het substantieel vlak substraat niet verdund 9 10 uitgevoerd, zoals wel het geval was in de voorgaande uitvoeringsvorm, in het geval van figuur 6 is de ontkoppeling verwezenlijkt door middel van een groef 39 die rondom het voornoemde gedeelte 29 ter plaatse van de essentiële elementen 21, 22 en in mindere mate 24 van de elektronische component 2 loopt.| The substantially planar substrate 23 also has a portion 23 at the location of essential elements of the electronic component 2, such as the recording portion 21, the measuring portion 22 and to a lesser extent the heating element 24, which is again decoupled from the remaining portion 30 of the the substantial portion of substrate 23, 9 However, in this embodiment, the aforementioned portion is | 29 of the substantially flat substrate is not made thinned, as was the case in the previous embodiment, in the case of Figure 6 the decoupling is realized by means of a groove 39 which surrounds the aforementioned portion 29 at the location of the essential elements. 21, 22 and to a lesser extent 24 of the electronic component 2.
De groef 39 strekt zich in dit geval meer bepaald uit tot onder het verwarmingselement 24,In this case, the groove 39 in particular extends below the heating element 24,
Zuike groef 39 kan opnieuw gerealiseerd worden door het wegetsen van de betreffende gedeelten van het substantieel viak substraat 23,Suck groove 39 can be re-realized by etching away the relevant portions of the substantially square substrate 23,
253 In figuur 7 is nog een andere uitvoeringsvormn van een elektronische component 2 voor een sensor 1, zoals bijvoorbeeld een zuurstofsensor 1, volgens de uitvinding weergegeven die beschouwd kan worden als een combinatie van de uitvoeringvormen weergegeven in de figuren 3 en 5,Figure 7 shows yet another embodiment of an electronic component 2 for a sensor 1, such as, for example, an oxygen sensor 1, according to the invention, which can be regarded as a combination of the embodiments shown in Figures 3 and 5,
Inderdaad, in de uitvoeringsvorm van figuur 7 is het opnamegedeeite 21 opnieuw, zoals in figuur 6, gerealiseerdIndeed, in the embodiment of Fig. 7, the recording part 21 has been re-realized as in Fig. 6
| ais een reeks 37 van paralleile balkvormige elementen 38, | die bijvoorbeeld uit platina bestaan en die op een afstand 9 E van elkaar op de passiveringslaag 25 zijn aangebracht, 9 3 Anderzijds is het gedeelte 29 van het substantieel vlak 9 substraat 23 ontkoppeld van het resterende gedeslte 31 van net substantieel vlak suostraat 23 door het substantieel veel dunner uit te voeren, net zoals in de uitvoeringsvorm van Éiguur 3, waarbij er onder het gedeelte 29 een weggeëtste uitholling 40 is, In figuur 8 is nog een elektronische component 2 voor een sensor 1 volgens de uitvinding weergegeven, waarbij ditmaal het meetgedeelte 22 een gedesite bevat met een structuur die is een optische goligeleider 41 {optical wavegquide”) vormt en waarbij de lengte van de optische golfgeleider dl een maat is voor de aanwezige hoeveelheid van het op te meten element.| a is a series 37 of parallel beam-shaped elements 38, | consisting for example of platinum and which are arranged on the passivation layer 25 at a distance 9 E from each other, 9 3 On the other hand, the portion 29 of the substantially flat substrate 23 is decoupled from the remaining portion 31 of the substantially flat surface 23 by the substantially flat substrate 23. much thinner, just as in the embodiment of Figure 3, in which there is an etched recess 40 under the portion 29. In Figure 8 an additional electronic component 2 for a sensor 1 according to the invention is shown, this time the measuring portion 22 contains a desite having a structure that forms an optical waveguide 41 (optical waveguide ") and wherein the length of the optical waveguide d1 is a measure of the quantity of the element to be measured.
Deze optische golfgeleider 41 is onder het opnamegedeelte 21 voorzien en is van het opnamegedeelte 21 gescheiden door een passiveringslaag 25. De golfgeleider 41 is bijvoorbeeld vervaardigd uit silicium oxide, #5 Voorts is de optische golfgeleider 41 aangebracht op een golîgeleider bekieding 42 die bijvoorbeeld uit wolfraam is vervaardigd en die russen de golfgeleider 41 en het substantieel vlak substraat 23 is voorzien, doch vele andere technieken kunnen worden toegepast om zulke optische golfgeleider 41 te verwezenlijken,This optical waveguide 41 is provided under the recording portion 21 and is separated from the recording portion 21 by a passivation layer 25. The waveguide 41 is made, for example, of silicon oxide, # 5. Furthermore, the optical waveguide 41 is provided on a waveguide coating 42 which is, for example, of tungsten. is fabricated and provided between the waveguide 41 and the substantially planar substrate 23, but many other techniques can be used to realize such optical waveguide 41,
De passiveringslaag 25 kan bijvoorbeeld uit silicium nitride {SiN} bestaan en het substantieel vlak substraat 23 is | typisch een siliciumsubstraat. # 5 Verder is in de uitvoeringsvorm van figuur 8, net zoals in 9 de gevallen van de figuren 3 en 7, een uitholling 40 van het F substantieel vlak substraat weggeëtst ter vorming van een 9 verdund gedeelte 29 van het substantieel vlak substraat 23 9 ter plaatse van de essentiële elementen 21 en 22 van de : 30 sensor 1, dat als sen soort membraan 31 kan dienst doen, In figuur 9 is een sensor Ì of meer bepaald de elektronische component 2 ervan weergegeven, waarbij in dit geval het meetgedeelte 22 capacitieve middelen 43 bevat waarmee een vervorming van het opnamegedeelte 21 door opname of afgifte van het betreffende op te meten element, zoals zuurstof, kan opgemeten worden.The passivation layer 25 may, for example, consist of silicon nitride {SiN} and the substantially planar substrate 23 is | typically a silicon substrate. # 5 Further, in the embodiment of Figure 8, as in the cases of Figures 3 and 7, a recess 40 of the substantially planar substrate is etched away to form a thinned portion 29 of the substantially planar substrate 23 9b location of the essential elements 21 and 22 of the sensor 1, which can serve as a kind of membrane 31, In figure 9 a sensor Ì or more specifically its electronic component 2 is shown, in this case the measuring part 22 being capacitive. comprises means 43 with which a deformation of the recording portion 21 due to absorption or release of the relevant element to be measured, such as oxygen, can be measured.
In figuur 10 is nog een andere uitvoeringsvorm van een sensor 28 Ll of meer bepaald de elektronische component 2 ervan weergegeven, waarbij in dit geval het meetgedeelte 22 optische meetmiddelen 44 beval waarmee een vervorming, bijvoorbeeld een doorbuiging, van het opnamegedeelte 21 door opname Of afgiïfte van het betreffende op te meten element, zoals zuurstof, kan opgemsten worden.Figure 10 shows yet another embodiment of a sensor 28 L1 or more specifically its electronic component 2, in which case the measuring part 22 comprises optical measuring means 44 with which a deformation, for example a deflection, of the recording part 21 due to recording or release. of the relevant element to be measured, such as oxygen, can be absorbed.
Een voordeel van al de voorgenoemde technieken on tot een sensor L te kcmen volgens de uitvinding is dat zulke sensor l bijkomend probleemloos als breedbandsensor 1 kan functioneren,An advantage of all the aforementioned techniques to form a sensor L according to the invention is that such sensor 1 can also function without problems as broadband sensor 1,
# 30 BE2019/5378# 30 BE2019 / 5378
; De uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en aan de hand van de figuren geïllustreerde sensoren 1 volgens de uitvinding. doch zulks sensor 1 kan; The invention is in no way limited to the sensors 1 according to the invention described by way of example and illustrated with reference to the figures. but this sensor 1 is possible
: op andere manieren worden verwezenlijkt zonder buiten het: be accomplished in other ways without going beyond it
: 5 kader van de uitvindino te treden.: 5 to enter the scope of the invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE20195378A BE1027365B1 (en) | 2019-06-12 | 2019-06-12 | Sensor for measuring a content of an element in a fluid and / or a change of such content in a fluid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE20195378A BE1027365B1 (en) | 2019-06-12 | 2019-06-12 | Sensor for measuring a content of an element in a fluid and / or a change of such content in a fluid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BE1027365A1 BE1027365A1 (en) | 2021-01-14 |
| BE1027365B1 true BE1027365B1 (en) | 2021-01-21 |
Family
ID=67060229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BE20195378A BE1027365B1 (en) | 2019-06-12 | 2019-06-12 | Sensor for measuring a content of an element in a fluid and / or a change of such content in a fluid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE1027365B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02165034A (en) * | 1988-12-19 | 1990-06-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Hydrogen gas sensor |
| WO1994028372A1 (en) * | 1993-05-25 | 1994-12-08 | Rosemount Inc. | Organic chemical sensor |
| WO2002039103A1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-16 | Hrl Laboratories, Llc | Thin film metal hydride hydrogen sensor |
| KR20130137385A (en) * | 2012-06-07 | 2013-12-17 | 전남대학교산학협력단 | Ultrasonic optical-fiber hydrogen detecting sensor |
| US20170343522A1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-11-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gas detection device |
-
2019
- 2019-06-12 BE BE20195378A patent/BE1027365B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02165034A (en) * | 1988-12-19 | 1990-06-26 | Sanyo Electric Co Ltd | Hydrogen gas sensor |
| WO1994028372A1 (en) * | 1993-05-25 | 1994-12-08 | Rosemount Inc. | Organic chemical sensor |
| WO2002039103A1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-16 | Hrl Laboratories, Llc | Thin film metal hydride hydrogen sensor |
| KR20130137385A (en) * | 2012-06-07 | 2013-12-17 | 전남대학교산학협력단 | Ultrasonic optical-fiber hydrogen detecting sensor |
| US20170343522A1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-11-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gas detection device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1027365A1 (en) | 2021-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8519449B2 (en) | Thin-film transistor based piezoelectric strain sensor and method | |
| EP2671091B1 (en) | Magnetic field sensing device | |
| Carbonaro et al. | A resistive-pulse sensor chip for multianalyte immunoassays | |
| US7082838B2 (en) | Extraordinary piezoconductance in inhomogeneous semiconductors | |
| JP2009505045A (en) | Semiconductor sensor | |
| EP3547317A1 (en) | Method for writing data and magnetic memory | |
| BE1027365B1 (en) | Sensor for measuring a content of an element in a fluid and / or a change of such content in a fluid | |
| CN115702358A (en) | Method and apparatus | |
| US7504658B2 (en) | Sensor elements with cantilevered bar structures made of semiconductors based on group III-nitride | |
| US6886402B2 (en) | Gas flow rate and temperature measuring element | |
| US20080238449A1 (en) | Fluid sensor and impedance sensor | |
| US4768011A (en) | Joint structure for diamond body and metallic body | |
| EP4358166B1 (en) | Thermoelectric power generation device | |
| KR102418081B1 (en) | Sensor element for determining particles in a fluid medium | |
| US11762042B2 (en) | Magnetic field sensor and methods of fabricating a magnetic field sensor | |
| CN113196049A (en) | Field effect transistor for sensing target molecules | |
| JP3903181B2 (en) | Resistance oxygen sensor, oxygen sensor device using the same, and air-fuel ratio control system | |
| CN113809106B (en) | Integrated circuit and method for manufacturing the same | |
| CN1212520C (en) | Semiconductor thermocouple type microwave power sensor | |
| JP6164750B2 (en) | Sensor, sensor module and detection method | |
| Moore et al. | The heterode strain sensor: An evaporated heterojunction device | |
| US11043465B2 (en) | Semiconductor device | |
| Tilak et al. | GaN based high temperature strain gauges | |
| JP2000035469A (en) | Semiconductor Hall sensor | |
| JP5135612B2 (en) | Semiconductor element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20210121 |
|
| MM | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20220630 |