宽带λ探测器以及宽带λ探测器的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种宽带λ探测器，所述宽带λ探测器具有氧气泵单元、能斯特浓缩单元以及至少一个容性传感器装置（32），氧气泵单元包括外部的泵电极（10）和内部的泵电极（12），借助于氧气泵单元将氧气从宽带λ探测器的测量空腔（14）转移到宽带λ探测器的外部环境中；能斯特浓缩单元包括能斯特电极（20）和参考电极（22）；容性传感器装置的电容借助于存在于相应的容性传感器装置（32）上的至少一种物质的浓度变化是可变的，其中所述至少一个容性传感器装置（32）如此布置在宽带λ探测器中，从而使得所述至少一个容性传感器装置（32）直接邻接所述测量空腔（14）和/或至少部分地伸入到所述测量空腔（14）中。此外本发明专利技术涉及宽带λ探测器的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种宽带λ探测器。此外本专利技术还涉及一种宽带λ探测器的制造方法。
技术介绍
在文献DE 101 63 942 A1中描述了宽带λ探测器的不同实施方式。宽带λ探测器中的每个具有包括外部的泵电极和内部的泵电极的氧气泵单元和包括能斯特电极和参考电极的能斯特浓缩单元。此外，宽带λ探测器中的每个具有至少一个在其外侧上设置的HC电极，借助于该电极在相应的宽带λ探测器的外部环境中废气的碳氢化合物含量应该是可测量的。为了保护免于废气的侵蚀性的组成部分，该至少一个HC电极设有由氧化锆组成的多孔保护层。
技术实现思路
本专利技术涉及一种具有权利要求1的特征的宽带λ探测器以及具有权利要求12的特征的宽带λ探测器的制造方法。本专利技术实现了宽带λ探测器，其设计用于氧气压力（或者λ值）和至少一种材料的组合检测。基于按照本专利技术的宽带λ探测器的有利的多功能性，需要用于检测容积内的材料组分的传感器数量是可减少的。这也降低了在设置需要用于检测容积内的材料组分的传感器时的用工成本。此外借助于按照本专利技术的宽带λ探测器的有利的多功能性可以节省用于不需要的另外的传感器的成本。按照本专利技术的宽带λ探测器的显著优点也在于，至少一个在相应测量空腔中集成的容性传感器装置已经基于其有利的设置而被保护免于在相应的宽带λ探测器的外部环境中存在的侵蚀性环境影响（例如气体、炭黑、灰烬和/或热）。由此该宽带λ探测器在根据现有技术的这些条件下包含需要的保护层。本专利技术因此也有助于降低多功能宽带λ探测器的成本和及其制造成本。基于按照本专利技术的宽带λ探测器在测量空腔中的集成，此外也改善了至少一个容性传感器装置的敏感度。在按照本专利技术的宽带λ探测器中可以对于以至少一个传感器装置执行的测量利用在测量空腔内正好限定并且相对小的氧气浓度的优点。因为在相应的测量空腔中通常几乎不存在氧气，所以也不必须担心对以至少一个容性传感器装置执行的测量的氧气有关的横向影响。因此显著提高了至少一个容性传感器装置的敏感度。在一种有利的实施方式中，所述至少一个容性传感器装置包括各一个第一传感器电极、各一个第二传感器电极、各至少一个存在于第一传感器电极与第二传感器电极之间的电介质体。由此，至少一个MIM结构（金属-绝缘体-金属结构、金属-隔离体-金属结构）作为至少一个容性传感器装置集成到宽带λ探测器的测量空腔中。因为MIM结构在测量空腔中可借助于可简单构造的方法步骤构造，所以至少一个容性传感器装置没有显著附加费用的情况下集成到宽带λ探测器的测量空腔中是可实现的。此外至少一个MIM结构可以容易地构造在宽带λ探测器的测量空腔中，而为此宽带λ探测器的更大的实施方案不是必要的。例如，所述相应的容性传感器装置的至少一个电介质体至少包括氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽、氧化锆、氮化硅、氮化硼、碳化硅、硅化钨和/或硅化钽。由此，至少一个电介质体可以选自多个成本有利并且相对经常（特别是在半导体技术中）应用的材料。优选地，所述相应的容性传感器装置的至少一个电介质体包括至少一种材料，该材料至少在等于宽带λ探测器的运行温度的温度下具有取决于电压的电容率和阻抗。特别是所述相应的容性传感器装置的至少一个电介质体至少包括钽酸钡、钽酸铅锆和/或钽酸钡锶作为所述至少一种材料。代替或者补充于在此列举的材料然而也可以应用其他的至少在运行温度下多孔的材料，特别是其他铁电物质。在另一有利实施方式中，所述相应的容性传感器装置的朝向测量空腔的第一传感器电极包括至少一种催化有效的材料。这可以改善传感器元件的敏感度。例如，所述相应的容性传感器装置的朝向测量空腔的第一传感器电极包括金、铂、铝、钯、铼、钌、铱、钛、氮化钛、氮化钽、和/或铑作为所述至少一种催化有效的材料。然而应该指出的是，在此列举的催化有效的材料仅仅应该理解为示例性的。在另一有利的实施方式中，所述相应的容性传感器装置的由测量空腔指离的第二传感器电极包括至少一种半导体材料。如果可能，相同容性传感器装置的第一传感器电极具有至少一种半导体材料，特别是与第二传感器电极相同的半导体材料。特别是，所述相应的容性传感器装置的由测量空腔指离的第二传感器电极可以包括硅、锗、砷化镓、磷化铟、碳化硅和/或氮化镓作为所述至少一种半导体材料。在此列举的半导体材料也可以用于第一传感器电极。由此多种成本有利的并且在半导体技术中经常应用的半导体材料可以用于至少一种容性传感器装置的制造。优选地，所述相应的容性传感器装置的电容/阻抗借助于在测量空腔中作为至少一种物质的至少一种含氢气体和/或至少一种氧化氮的在容性传感器装置上的浓度的变化是可变的。由此，至少一种容性传感器装置可以用于检测/证实例如氢、多种碳氢化合物例如特别是丙烯、氨、一氧化氮和二氧化氮。特别是按照本专利技术的宽带λ探测器可以由此有利地用于在车辆的排气系中废气的检测。有利地，所述至少一种容性传感器装置通过印制导线电气连接到宽带λ探测器的分析处理装置。有利地，该分析处理装置在该情况下设计为，在相应的容性传感器装置上确定漏电流、电容、取决于电压的阻抗和/或取决于频率的阻抗。如下借助于一个例子所示，该至少一个容性传感器装置由此可以可靠地用于多种证实和测量方法。上述实现的优点也可通过用于宽带λ探测器的相应地制造方法的执行实现。所述制造方法按照宽带λ探测器的上述实施方式是可改进的。附图说明以下根据附图阐明本专利技术的另外的特征和优点。其中：图1a和1b是宽带λ探测器的一种实施方式的示意性的部分示图；图2a和2b是用于阐明宽带λ探测器的前述实施方式的功能方式的坐标系统；以及图3是用于阐明用于宽带λ探测器的制造方法的一种实施方式的流程图。具体实施方式图1a和1b示出了宽带λ探测器的一种实施方式的示意性的部分示图。在图1a中部分地示出的宽带λ探测器具有氧气泵单元，该氧气泵单元包括外部的泵电极10和内部的泵电极12。具有泵电极10和12的氧气泵单元设计为，将氧从宽带λ探测器的测量空腔14转移到宽带λ探测器的外部环境中。然而因为通过多孔的扩散壁垒16借助于在泵电极10和12之间施加的电压对氧气流的控制由现有技术是已知的，在此不再更进一步对氧气泵单元进行讨论。测量空腔14由多孔的扩散壁垒16相对于宽带λ探测器的外部环境隔离。例如为此可以将在宽带λ探测器的壳体/基底结构18中构造的开口借助于多孔的扩散壁垒16密封，该开口由外部环境延伸到测量空腔14。宽带λ探测器也具有能斯特浓缩单元，其包括能斯特电极20和参考电极22。因为能斯特浓缩单元与氧气泵单元的相互作用由现有技术已经是已知的，所以在此不再进一步讨论。外部的泵电极10布置在宽带λ探测器的外侧上，而内部的泵电极12和能斯特电极20直接布置在测量空腔14上和/或至少部分伸入到测量空腔14中。因此在至少一种在测量空腔14中存在的气体与电极12和20之间存在直接接触。参考电极22布置在图1a中示意性地示出的参考通道24中/上。因为宽带λ探测器的可实现性不限于参考通道24的构造/设置，在此不再进一步讨本文档来自技高网...

【技术保护点】
宽带λ探测器，其具有：氧气泵单元，所述氧气泵单元包括外部的泵电极（10）和内部的泵电极（12），借助于所述氧气泵单元能够将氧气从所述宽带λ探测器的测量空腔（14）转移到宽带λ探测器的外部环境中；能斯特浓缩单元，所述能斯特浓缩单元包括能斯特电极（20）和参考电极（22）；以及至少一个容性传感器装置（32），所述容性传感器装置的电容借助于存在于相应的容性传感器装置（32）上的、至少一种物质的浓度变化是可变的；其特征在于，所述至少一个容性传感器装置（32）如此布置在宽带λ探测器中，从而使得所述至少一个容性传感器装置（32）直接邻接所述测量空腔（14）和/或至少部分伸入到所述测量空腔（14）中。

【技术特征摘要】
2014.01.14 DE 102014200481.01. 宽带λ探测器，其具有：
氧气泵单元，所述氧气泵单元包括外部的泵电极（10）和内部的泵电极（12），借助于所述氧气泵单元能够将氧气从所述宽带λ探测器的测量空腔（14）转移到宽带λ探测器的外部环境中；
能斯特浓缩单元，所述能斯特浓缩单元包括能斯特电极（20）和参考电极（22）；以及
至少一个容性传感器装置（32），所述容性传感器装置的电容借助于存在于相应的容性传感器装置（32）上的、至少一种物质的浓度变化是可变的；
其特征在于，所述至少一个容性传感器装置（32）如此布置在宽带λ探测器中，从而使得所述至少一个容性传感器装置（32）直接邻接所述测量空腔（14）和/或至少部分伸入到所述测量空腔（14）中。
2. 根据权利要求1所述的宽带λ探测器，其中所述至少一个容性传感器装置（32）包括各一个第一传感器电极（34）、各一个第二传感器电极（36）、各至少一个存在于所述第一传感器电极（34）与所述第二传感器电极（36）之间的电介质体（38）。
3. 根据权利要求2所述的宽带λ探测器，其中所述相应的容性传感器装置（32）的至少一个电介质体（38）至少包括氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钽、氧化锆、氮化硅、氮化硼、碳化硅、硅化钨和/或硅化钽。
4. 根据权利要求2或3所述的宽带λ探测器，其中所述相应的容性传感器装置（32）的至少一个电介质体（38）包括至少一种材料，所述材料至少在等于宽带λ探测器的运行温度的温度下具有取决于电压的电容率和阻抗。
5. 根据权利要求4所述的宽带λ探测器，其中所述相应的容性传感器装置（32）的至少一个电介质体（38）至少包括钽酸钡、钽酸铅锆和/或钽酸钡锶作为所述至少一种材料。
6. 根据权利要求2至5中任一项所述的宽带λ探测器，其中所述相应的容性传感器装置（32）的朝向所述测量空腔（14）的第一传感器电极（34）包括至少一种催化有效的材料。
7. 根据权利要求6所述的宽带λ探测器，其中所述相应的容性传感器装置（...

【专利技术属性】
技术研发人员：M施赖福格尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE