專利名稱：用于高溫化學(xué)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ChemFET)廢氣傳感器的適用于廢氣的保護(hù)層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種用于制造一種傳感器元件的方法，這元件包括有至少一個(gè)敏感元器件。發(fā)明此外還涉及一種按照權(quán)利要求11的前序部分所述的傳感器元件。包括有敏感元器件的傳感器元件例如用于測(cè)量在測(cè)量腔室里氣體的至少一種性能。這至少一種性能可以是指氣體的一種物理的和/或化學(xué)的性能，尤其是氣體的成分。例如可以使用一種這樣的傳感器元件，來(lái)測(cè)量在氣體中，例如在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣中，某一種氣體成分的濃度和/或分壓力，或者說(shuō)定性和/或定量地檢測(cè)這些氣體成分。然而例如也可以代替或者附加于一種氣體成分，檢測(cè)其它種類的被分析物，例如在與氣體狀態(tài)不同的集合體狀態(tài)下的分析物，例如液體分析物和/或分析物顆粒。為了測(cè)定在一個(gè)測(cè)量氣體腔室里的氣體性能，傳感器元件一般包括有一個(gè)具有氣體敏感層的元器件，尤其是一種具有氣體敏感層的半導(dǎo)體元器件。這樣的具有氣體敏感層的半導(dǎo)體元器件一般為氣體敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在這樣的氣體敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中， 柵極設(shè)有一個(gè)涂層，在其上面可以吸附氣體分子，這種氣體分子導(dǎo)致了柵極上的電位變化， 這種變化又改變了晶體管通道里的載流子密度，并因此改變了晶體管的特性曲線。這是一種存在有相應(yīng)氣體的信號(hào)。作為涂層分別選用一種對(duì)于某種所要探測(cè)的氣體來(lái)說(shuō)選擇性的材料。這里涂層一般包含有一種催化活性材料。通過(guò)使用不同的氣體敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 它們分別具有特定的柵極涂層，可以探測(cè)不同的氣體。所要探測(cè)的氣體可以按不同的方式與傳感器元件，尤其是與氣體敏感涂層交互作用，例如通過(guò)吸附和/或化學(xué)吸著，化學(xué)反應(yīng)或者也按其它方式。通過(guò)所要探測(cè)的氣體與氣體敏感涂層的交互作用，引起柵極上的電位變化，這在位于其下面的通道部位里影響到場(chǎng)效應(yīng)晶體管的載流子密度。柵極上的電位變化是由于柵極金屬的輸出功相比于柵極介質(zhì)有變化，和/或在介質(zhì)(絕緣體)和半導(dǎo)體材料之間的界面狀態(tài)密度有變化。因此改變了晶體管的特性曲線，這可以評(píng)價(jià)作為存在有各自氣體的信號(hào)。這樣的氣敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管例如表示于DE 26 10 530中，因此對(duì)于這樣的氣敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管可能的結(jié)構(gòu)，可以參見(jiàn)該專利文件。用于探測(cè)氣體成分的傳感器元件例如也使用在汽車的廢氣管路里。用這樣的傳感器元件例如可以得出在氣體中存在有氮氧化物，氨或者碳?xì)浠衔?。然而由于?nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣溫度高，就對(duì)傳感器元件提出了高的要求。此外在廢氣里例如也可能含有顆粒物，它們可能導(dǎo)致柵極涂層磨蝕。這就必須要保護(hù)柵極涂層，其中然而不得由于一種這樣的保護(hù)而影響功能。為了保護(hù)柵極涂層，例如已知的是將一種氣體敏感涂層涂覆在氣敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管上。一種這樣的氣敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有一種多孔，敞開(kāi)的敏感涂層，它例如在DE-AlO 2005 008 051里作了說(shuō)明。一種多孔層涂覆在氣敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管上然而有以下缺點(diǎn)可能損傷很敏感的柵極涂層。此外尤其是在高溫下使用傳感器元件時(shí)，可能由于半導(dǎo)體元器件和保護(hù)層的不同的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生應(yīng)力，這尤其是在涂層厚度從幾個(gè)微米至幾個(gè)毫米時(shí)，可能在保護(hù)層里一起裂紋，或者甚至引起保護(hù)層的剝落。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)一種按照發(fā)明的，用于制造一種包括有至少一個(gè)敏感元器件的傳感器元件的方法有以下步驟(a)將一個(gè)由無(wú)殘留地可以熱分解的材料制成的屏蔽層涂覆在敏感元器件上，其中敏感元器件通過(guò)屏蔽層完全被遮蓋住，(b)在屏蔽層上涂覆一個(gè)由一種熱穩(wěn)定材料制成的保護(hù)層，(C)通過(guò)熱解作用或者一種低溫導(dǎo)引的氧等離子體去除屏蔽層。通過(guò)在涂覆保護(hù)層之后去除屏蔽層，在敏感元器件和保護(hù)層之間產(chǎn)生一個(gè)空腔。 保護(hù)層并不直接位于敏感元器件上。這尤其具有優(yōu)點(diǎn)當(dāng)高溫負(fù)載和溫度交變時(shí)，在保護(hù)層和敏感元器件的熱膨脹系數(shù)有大的差別時(shí)，避免了熱應(yīng)力。這同時(shí)使保護(hù)層穩(wěn)定化，這是因?yàn)楫?dāng)保護(hù)層和敏感元器件由于高溫負(fù)載和溫度交變而膨脹不同時(shí)，在保護(hù)層里并不產(chǎn)生裂紋，而且保護(hù)層不發(fā)生剝落。敏感元器件一般涂覆在載體基質(zhì)上。載體基質(zhì)通常包括有印制導(dǎo)線，用它們可以使敏感元器件接觸。尤其是在傳感器元件的高溫應(yīng)用時(shí)，載體基質(zhì)由一種陶瓷材料制成。當(dāng)使用在低溫場(chǎng)合時(shí)，然而也可以使載體基質(zhì)例如是一種聚合物載體基質(zhì)，如同一般在印刷電路板制造中采用的那樣。然而如果傳感器元件使用在高溫場(chǎng)合的話，例如用于檢查內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣，那么用于制造載體基質(zhì)的材料是一種陶瓷。適合于制造載體基質(zhì)的陶瓷材料例如是硅氮化物 (Si3N4),硅氧化物(SiO2),鋁氧化物(Al2O3)或者鋯氧化物(&0)或者由兩種或幾種這些材料組成的混合物。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感元器件的保護(hù)，需將敏感元器件各向都包圍起來(lái)。為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)，保護(hù)層與載體基質(zhì)相連。為了避免由于保護(hù)層材料和載體基質(zhì)材料不同的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生熱應(yīng)力，這種應(yīng)力可能會(huì)造成保護(hù)層的損壞，例如保護(hù)層的破裂，因此優(yōu)選使保護(hù)層的材料與載體基質(zhì)用的材料是相同的材料。用于保護(hù)層的熱穩(wěn)定的材料因此優(yōu)先是一種陶瓷材料，特別優(yōu)選是硅氮化物。硅氧化物，鋁氧化物，鋯氧化物或者由它們的混合物。用于制成屏蔽層的由無(wú)殘留地可熱分解的材料，優(yōu)選是一種可以熱分解的聚合物材料，或者說(shuō)適合的可以熱分解的聚合物的材料類別，它們可以使用作為屏蔽層，例如是聚酯，聚醚，如聚乙二醇，聚丙二醇，聚環(huán)氧乙烷或者聚環(huán)氧丙烷。此外適合的有聚丙烯酸酯， 聚醋酸脂，聚縮酮，聚碳酸酯，聚氨酯，聚醚酮，脂環(huán)族聚合物，脂肪族聚酰胺，聚對(duì)乙烯基苯酚和環(huán)氧化合物。同樣也適合的有這里所列材料等級(jí)的共-或三聚合物。優(yōu)選的可分解的材料是光敏的或可用光形成構(gòu)造的，例如抗蝕劑。一種可以用光形成構(gòu)造的抗蝕劑尤其可以是由基本聚合物和一種光活性成分組成的以下的組化之一。作為基本聚合物例如可以使用聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚醋酸酯，聚縮醛，具有馬來(lái)酸酐的聚合物，具有叔丁酯(C00C(CnH2n+1)3其中η = 1，2，3)，例如像三甲基丙烯酸丁酯，或者具有叔丁氧碳酸基(OCOO(CnH2lri)3),例如像叔丁氧碳酸基苯乙烯的脂肪族，芳香族或脂環(huán)族共聚合物。作為光活性的成分例如適合的有重氮酮，重氮醌，三苯基锍鹽或者二苯基碘鹽。因此可以使抗蝕劑形成構(gòu)造，例如通過(guò)光刻技術(shù)和腐蝕法。作為適合得到用于由一種基本聚合物和一種光活性成分制成的一種可涂覆的聚合物溶液或者混合物的溶劑，例如甲氧基醋酸丙酯，乙氧基乙酸丙酯，乙氧基丙酸乙酯，N-甲基吡咯烷酮， Y-丁內(nèi)酯，環(huán)己酮，環(huán)戊酮或者醋酸乙酯是合適的。以一種涂層厚度將無(wú)殘留地可熱分解的，用于屏蔽層的材料涂覆在敏感的元器件上，這涂層厚度優(yōu)選為1um至2mm之間。通過(guò)小的屏蔽層的涂層厚度尤其是可以實(shí)現(xiàn)一種緊湊的結(jié)構(gòu)。此外屏蔽還有以下優(yōu)點(diǎn)在陶瓷保護(hù)層以下的涂覆方法中，有機(jī)械敏感的電極的敏感的半導(dǎo)體元器件被保護(hù)，并且避免了在保護(hù)層制造期間電極材料的一種局部出現(xiàn)的侵蝕。此外可以使得熱可分解材料在涂覆方法期間，例如在熱等離子噴射時(shí)，就被熱分解， 并且因此起到起泡劑的作用。如果當(dāng)溫度低于屏蔽層的分解點(diǎn)時(shí)進(jìn)行涂覆過(guò)程的話，那么保護(hù)層優(yōu)選被設(shè)置使得它對(duì)于可分解的材料來(lái)說(shuō)是可以透過(guò)的。因?yàn)槊舾性骷哂腥S的結(jié)構(gòu)，為了涂覆由無(wú)殘留地可熱分解的材料組成的屏蔽層必須使用一種方法，這種方法是三維作用的，這就是說(shuō)，此時(shí)可以通過(guò)至少一個(gè)階段實(shí)現(xiàn)涂覆。用于涂覆無(wú)殘留地可熱分解材料的適合的方法例如是配料，噴墨打印，填塞打印， 離心涂鍍或者浸漬。配料，噴墨打印或者填塞打印此外有以下優(yōu)點(diǎn)可以進(jìn)行添加的涂覆， 以便產(chǎn)生所希望的涂層厚度。為了通過(guò)前面所述的方法之一，在敏感元器件上涂覆無(wú)殘留地可熱分解的材料，將用于涂層的聚合物例如溶解在一種溶劑里，或者彌散在一種溶劑里。 在這種情況下，在無(wú)殘留地可熱分解材料的涂覆之后接著是一個(gè)干燥過(guò)程，以便從可熱分解材料里，尤其是聚合物里去除溶劑。除了使用溶解或者彌散在一種溶劑里的聚合物之外，也可以備選地例如使用具有輻射硬化性能的，尤其是UV(紫外線)硬化性能的單體和/或聚合物，來(lái)構(gòu)成屏蔽層。在這種情況下在涂覆用于屏蔽層的單體和/或聚合物之后，進(jìn)行一種照射步驟，通過(guò)這種步驟使單體和/或聚合物交聯(lián)，并因此硬化成一種堅(jiān)固的，一般不能溶解的聚合物層。具有輻射硬化性能的適合的單體和/或聚合物例如含有環(huán)氧基團(tuán)，丙烯酸酯基團(tuán)，和/或甲基丙烯酸酯基團(tuán)等作為功能基團(tuán)。在例如通過(guò)照射步驟烘干之后，也就是說(shuō)去除溶劑，和/或硬化之后，使一種由熱穩(wěn)定材料制成的保護(hù)層涂覆在屏蔽層上。為了涂覆保護(hù)層通常采用一種噴射法作為涂覆方法。為了制造一種厚的，抗磨蝕保護(hù)層可以考慮和有利地使用不同的噴射方法。優(yōu)選等離子體噴射工藝，用它將熱穩(wěn)定材料組成的保護(hù)層涂覆在屏蔽層上。通過(guò)屏蔽層避免了在等離子體噴射法期間等離子體不可控制地作用于氣體敏感層，這使得保護(hù)層的制造過(guò)程更加穩(wěn)定可靠，并且因此降低成本。在等離子體噴射法期間等離子體的作用例如通過(guò)在涂覆期間敏感元器件的機(jī)械加載而得出。使用等離子體噴射法的優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)整保護(hù)涂層規(guī)定的孔隙率。保護(hù)涂層的孔隙率是必須要的，以便使所要探測(cè)的氣體或者說(shuō)所要研究的氣體混合物透過(guò)保護(hù)層到達(dá)氣體敏感的元器件。然而包含在氣流里的顆粒則被氣體敏感的元器件通過(guò)保護(hù)層阻擋住，從而阻礙了敏感元器件的機(jī)械損壞。在保護(hù)層涂覆之后通過(guò)熱解作用或者一種低溫導(dǎo)引的 (niedertemperaturgefuhrten)氧等離子體除去屏蔽層。在熱解作用或者說(shuō)一種低溫導(dǎo)引的氧等離子體時(shí)產(chǎn)生的氣體狀產(chǎn)物可以通過(guò)多孔保護(hù)層的孔隙來(lái)去除。此外也可以，通過(guò)熱解作用或者一種低溫導(dǎo)引的氧等離子體來(lái)調(diào)整保護(hù)層的孔隙率。尤其是在一種由陶瓷材料組成的保護(hù)層時(shí)，此外優(yōu)選在熱解作用期間，或者說(shuō)通過(guò)一種低溫導(dǎo)引的氧等離子體使保護(hù)層燒結(jié)。此時(shí)通常進(jìn)行一種多孔的燒結(jié)，以便調(diào)整保護(hù)層的孔隙率。用于去除屏蔽層的熱解作用例如可以在空氣中或者在一種富氧的氣氛中實(shí)施。也可以改變?cè)跓峤庾饔闷陂g氣氛的成分。作為富氧的氣氛例如可以采用純氧氣或者富含氧的空氣。在富含氧的空氣時(shí)，氧在氣氛中的比例優(yōu)選在21%至100% (體積)的范圍里，尤其是在22%至50% (體積)的范圍里。此外也可以在一種富氫的氣氛中實(shí)現(xiàn)熱解作用。必要的分解溫度首先取決于可以熱分解的屏蔽材料的選擇。然而可以通過(guò)熱解參數(shù)，例如環(huán)境壓力來(lái)影響溫度。一種按照發(fā)明設(shè)計(jì)的傳感器元件，它例如通過(guò)前面所述的方法制成，包括有至少一個(gè)敏感元器件和一個(gè)由熱穩(wěn)定材料制成的保護(hù)層，其中敏感元器件被熱穩(wěn)定材料制成的保護(hù)層遮蓋住。敏感元器件和保護(hù)層相互有間距。如上所述，由于敏感元器件和保護(hù)層相互有間距，因此避免了由于高溫負(fù)載或者在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力。敏感元器件優(yōu)選是一種半導(dǎo)體傳感器元件，尤其是具有一種半導(dǎo)體材料，碳化硅和/或氮化鎵，的半導(dǎo)體傳感器元件。敏感元器件尤其可以包括有一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或者一種基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器構(gòu)件。敏感元器件特別優(yōu)選是一種化學(xué)敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，尤其是一種氣體敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。一種敏感元器件例如具有一個(gè)傳感器體，它具有至少一個(gè)對(duì)于所要測(cè)量的氣體來(lái)說(shuō)可以到達(dá)的傳感器面。傳感器面通常這樣設(shè)計(jì)，使得用傳感器面可以測(cè)量氣體的至少一種性能。尤其是用傳感器面應(yīng)該可以定量和/或定性地可選擇求出在所要測(cè)量的氣體里至少一種氣體成分的濃度。為此例如可以使傳感器面包括有一個(gè)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體表面，這表面在一定條件下附加地設(shè)有一個(gè)敏感涂層。例如可以包括有一個(gè)敏感涂層，它提高了某一種氣體成分檢出的選擇性。傳感器面例如可以是一個(gè)晶體管元件的，尤其是一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)柵極面。傳感器面優(yōu)選布置在傳感器體的外表面上，例如在一個(gè)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體涂層結(jié)構(gòu)的，尤其是一種半導(dǎo)體芯片的外表面上。氣體敏感層一般包含有一個(gè)催化活性材料，因此當(dāng)與所要測(cè)量的氣體接觸時(shí)，引發(fā)一種化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)這種反應(yīng)使氣體敏感層的電性能發(fā)生變化。為了使所要測(cè)量的氣體能夠觸及氣體敏感的表面，由熱穩(wěn)定材料制成的保護(hù)層是多孔的。保護(hù)層的孔隙率優(yōu)選在2%至50%的范圍里，尤其是在10%至30%的范圍里。


附圖中表示了發(fā)明的各種實(shí)施形式，并在以下加以詳細(xì)說(shuō)明。附圖所示為圖1至4以一種氣體敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例的一種按照發(fā)明的傳感器元件的制造方法步驟。圖1表示了一個(gè)尚未涂覆的傳感器元件。傳感器元件1包括有一個(gè)敏感元器件3， 它與一個(gè)載體基質(zhì)5連接。敏感元器件3在這里所示的實(shí)施形式中是一種氣體敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管。對(duì)這里所示的，具有作為敏感元器件3的一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的實(shí)施形式來(lái)說(shuō)，備選地也可以采用多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管3，例如一個(gè)陣列的氣體敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形式。一個(gè)陣列的氣體敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管例如使用于同時(shí)來(lái)檢出各個(gè)不同的氣體成分。傳感器元件1例如可以用于定性和/或定量地檢出在一個(gè)含有氣體的環(huán)境里的氣體的一種或幾種氣體成分。含有氣體的環(huán)境例如可以是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管路。設(shè)計(jì)成氣體敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的敏感元器件3包括有一個(gè)傳感器體7，它例如完全或者部分地由碳化硅(SiC)和/或氮化鎵(GaN)作為半導(dǎo)體材料必要時(shí)以不同的摻雜構(gòu)成。通常傳感器體7作成半導(dǎo)體芯片。傳感器氣體7—般包括有一個(gè)源極部位9和一個(gè)漏極部位11，它們例如可以通過(guò)在傳感器體7里相應(yīng)的摻雜來(lái)制成。傳感器體7例如具有一個(gè)在源極部位9和漏極部位11里的η-摻雜，相反傳感器體7的其余部位例如可以是ρ-摻雜的。源極部位9與一個(gè)源電極13，漏極部位11與一個(gè)漏電極15連接，用于電觸發(fā)。源電極13或漏電極15的電接觸通過(guò)接觸裝置17進(jìn)行。作為接觸裝置17例如可以在敏感元器件3上印刷有印制導(dǎo)線構(gòu)造，它們將源電極13或漏電極15與載體基質(zhì)5上的印制導(dǎo)線19 連接起來(lái)。然而備選地也可以例如使用對(duì)于專業(yè)人士來(lái)說(shuō)已知的導(dǎo)線接合形式的接線或者各種任意其它的接觸作為接觸裝置，以使源電極13或漏電極15與印制導(dǎo)線19連接。此外在一種特殊的實(shí)施形式中可以考慮用一種倒裝結(jié)構(gòu)。具有氣體敏感涂層25的傳感器表面在陶瓷載體5的方向上示出，其中通過(guò)一個(gè)在載體5里的附加通道保證了氣體進(jìn)入。在電觸發(fā)傳感器元件1時(shí)，在傳感器體7里的源極部位9和漏極部位11之間構(gòu)成一個(gè)電流通道。這個(gè)電流通道的擴(kuò)展和電性能以及一種在源極部位9和漏極部位11之間的電流，在通常的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中受到柵電極21的影響。柵電極21的輥(Rolle)在一種氣體敏感的場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí)，一方面通過(guò)一個(gè)金屬電極與一個(gè)半導(dǎo)體氧化物材料進(jìn)行連接，或者另一方面例如通過(guò)一個(gè)柵極涂層堆疊23，后者設(shè)有一個(gè)氣體敏感的涂層25。柵極涂層堆疊通常由一種介電材料，例如SiO2，Si3Ν4，SiOxNy，Al2O3，HfO2，ZrO2和由此組成的混合物制成。每種任意的，對(duì)專業(yè)人士來(lái)說(shuō)已知的柵極涂層堆疊適合于作為柵極涂層堆疊23，正如它用于按照現(xiàn)有技術(shù)的氣敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管那樣。氣敏涂層25通常用于選擇地吸收氣體分子或者其它所要檢測(cè)的分析物，或者與這些分析物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。所要檢出的分析物，例如所要檢出的氣體成分的氣體分子，在所要研究的氣體里的存在因此確定了柵電極21的電性能，和在源極部位9和漏極部位11之間的電流通道的位置，擴(kuò)展和其余電性能。在源極部位9和漏極部位11之間的電流因此受到所要檢出的分析物的存在的影響。除了這里所示的具有柵極涂層堆疊23的實(shí)施形式之外，在這種堆疊上涂覆了氣敏的涂層25，然而備選地例如也可以將氣敏的涂層25直接涂覆在傳感器體7的一個(gè)表面 27上。然而通常使用一種柵極涂層堆疊23。源電極13和漏電極15通常是由一種導(dǎo)電良好的材料制成的歐姆接點(diǎn)。通常作為源電極13和漏電極15的材料，采用金屬，例如鉭，鉭硅化物，鉻，鈦，鎳，鋁，鈦氮化物，鉬，硅化物，金或者所有可能的涂層序列。為了保護(hù)源電極13，漏電極15，柵極涂層堆疊23和傳感器體7，不受所要研究氣體里的腐蝕性介質(zhì)影響，優(yōu)選在傳感器體7，源電極13和漏電極15上涂覆一種鈍化層四。如果傳感器元件1使用在一種非腐蝕性介質(zhì)里，那么可以不用鈍化層四。作為鈍化層四的材料通常采用陶瓷材料，例如硅氮化物(Si3N4),硅氧化物(Si02)，鋁氧化物(Al2O3), 二氧化鈦(TiO2)和它們的混合物。優(yōu)選的混合物是一種由硅氮化物和硅氧化物組成的混合物。為了不影響敏感元器件3的氣敏特性，鈍化層四并不遮蓋住氣敏涂層25。圖1所示的傳感器元件1然而還具有前面所述的缺點(diǎn)，因?yàn)橛绕涫窃措姌O13和漏電極15以及接觸裝置17和氣敏涂層25可能受到腐蝕性介質(zhì)的損傷。此外傳感器元件 1的整個(gè)表面也機(jī)械地由于在一個(gè)所要研究的氣體流中，尤其是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的，流過(guò)傳感器元件1表面的廢氣里的顆粒而受到損傷。為了消除這種問(wèn)題使敏感元器件3用一種保護(hù)層覆蓋。按照發(fā)明的保護(hù)層制造表示于圖2至4中。涂覆保護(hù)層的第一個(gè)步驟表示于圖2中。在第一步中用一個(gè)屏蔽層31遮蓋住傳感器元件1。屏蔽層由一種無(wú)殘留地可熱分解材料制成。作為無(wú)殘留地可熱分解材料優(yōu)選采用一種聚合物。適合的聚合物，如前面所述，例如有聚酯，聚醚，如聚乙二醇，聚丙二醇，聚環(huán)氧乙烷，聚環(huán)氧丙烷，聚丙烯酸酯，聚醋酸酯，聚縮酮，聚碳酸酯，聚氨酯，聚醚酮，脂環(huán)族聚合物，脂肪族聚酰胺，聚對(duì)乙烯基苯酚和環(huán)氧化合物以及它們的的共-或三聚合物。為了涂覆屏蔽層31，例如可以將聚合物溶解或者彌散在一種溶劑里。在這種情況下在涂覆無(wú)殘留地可熱分解材料之后，進(jìn)行一個(gè)烘干步驟，以便去除溶劑。然而備選地也可以例如應(yīng)用輻射硬化的或者熱硬化的單體和/或聚合物，它們構(gòu)成了屏蔽層。在這種情況下，在涂覆屏蔽層用的材料之后，使傳感器元件1受到輻射或者加熱，以便使聚合物硬化。適合的輻射硬化或者熱硬化的單體和/或聚合物，如前所述，例如含有環(huán)氧基團(tuán)，丙烯酸酯基團(tuán)，和/或甲基丙烯酸酯基團(tuán)等作為功能基團(tuán)。用于屏蔽層31的無(wú)殘留地可熱分解材料通過(guò)一種任意的方法進(jìn)行涂覆，用此方法可以實(shí)現(xiàn)一種三維元件的涂覆。這是必需的，因?yàn)槊舾性骷?高于載體基質(zhì)，敏感元器件3涂覆在這基質(zhì)上。屏蔽層31的涂覆方法因此必須可以克服至少一個(gè)臺(tái)階。涂覆屏蔽層31的適合方法例如是配料(Dispensen)，噴墨打印，填塞打印(Tampondruck)，離心涂鍍或者浸漬。也可以采用對(duì)于專業(yè)人士來(lái)說(shuō)已知的，任意其它適合的方法來(lái)涂覆屏蔽層。在涂覆屏蔽層之后，將一個(gè)由穩(wěn)定的材料制成的保護(hù)層33涂覆在屏蔽層31上。一個(gè)傳感器元件1連同涂覆在屏蔽層31上的保護(hù)層33表示于圖3中。優(yōu)選通過(guò)一種噴射法，尤其是通過(guò)一種等離子體噴射法進(jìn)行保護(hù)層33的涂覆。用等離子體噴射法涂覆的保護(hù)層33的特征優(yōu)選在于高的孔隙率。例如可以采用陶瓷粉末，或者在懸浮等離子體噴射法中采用具有陶瓷成分的懸浮液來(lái)制造保護(hù)層33。制造保護(hù)層33 的等離子體噴射法的優(yōu)點(diǎn)在于這樣可以通過(guò)等離子體噴射法的參數(shù)變化來(lái)很好地調(diào)整孔隙率。粉末或懸浮液在等離子體里的停留時(shí)間是決定性的。長(zhǎng)的停留時(shí)間引起初始物質(zhì)完全熔化并因此使保護(hù)層33關(guān)閉，與此相反短的停留時(shí)間則只是產(chǎn)生一種表面熔化的初始物質(zhì)，并且因此在屏蔽層31上產(chǎn)生一種多孔涂層。此外在一種等離子體噴射法中，顆粒的碰撞速度也可以有變化。碰撞速度通常在 150m/s 一直至450m/s之間。也可以產(chǎn)生厚的涂層，通常在80 μ m和2mm之間，在一種懸浮液等離子體噴射時(shí)，也可能產(chǎn)生較薄的涂層，例如在20 μ m和300 μ m之間。通過(guò)屏蔽層33可以避免由于在等離子體噴射法期間顆粒的高碰撞速度而使敏感元器件3受到損傷。通過(guò)等離子體噴射法也可以使得在制造保護(hù)層33時(shí)傳感器元件1的溫度負(fù)載較小。盡管在等離子體里的溫度很高，達(dá)到30000K，但在傳感器元件1上或在傳感器體7上的溫度小于例如400°C。在傳感器元件1上的溫度尤其是取決于屏蔽的傳感器與等離子體源的距離。在一種等離子體噴射法中，可以取消一個(gè)分開(kāi)的溫度處理步驟，尤其是一個(gè)高溫步驟，它是用于使初始物質(zhì)交聯(lián)成保護(hù)層33的多孔涂層，因?yàn)檫@個(gè)步驟已經(jīng)包括在噴射過(guò)程里了。此外可以很容易再現(xiàn)地實(shí)施一種等離子體噴射法，并且可以集成在一條生產(chǎn)線里。 通過(guò)傳感器元件1在等離子體里有目的的運(yùn)動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)一種用于制造保護(hù)層33的精密涂覆。用一種等離子體噴射法例如可以使一個(gè)傳感器元件1的，包括有整個(gè)敏感元器件 3的整個(gè)傳感器尖部，沒(méi)有問(wèn)題和完全地圍噴射有一種多孔的保護(hù)層33。一種這樣的保護(hù)層33例如使用在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管路里時(shí)，也有利地起到熱沖擊保護(hù)的作用，并且阻止了例如由于小的水滴碰撞在加熱的傳感器元件1上而引起的熱沖擊負(fù)載。作為保護(hù)層33的材料，通常采用陶瓷材料，例如硅氮化物，硅氧化物，鋁氧化物， 鋯氧化物，二氧化鈦和它們的混合物。優(yōu)選應(yīng)用相同的材料，由這材料也制成載體基質(zhì)5。 陶瓷材料應(yīng)用于載體基質(zhì)5尤其是優(yōu)選的，如果傳感器元件1要承受高溫的話，因?yàn)樘沾刹牧峡梢猿惺芨邷?。尤其是也可以避免載體基質(zhì)5在一種熱解步驟中受損，這個(gè)步驟在涂覆保護(hù)層33之后實(shí)施，以便除去屏蔽層31。一種傳感器元件1表示于圖4中，其中屏蔽層31 已經(jīng)去除。通過(guò)熱解步驟使屏蔽層31熱解，并且通過(guò)多孔層33去除所產(chǎn)生的氣體狀產(chǎn)物。為了完全地，無(wú)殘留地地分解屏蔽層31的有機(jī)成分，使熱解優(yōu)選在空氣中和/或一種富氧的或者富氫的氣氛里進(jìn)行。為了得到一種富氧的氣氛，例如可以提高空氣中的氧含量，或者備選地采用純氧。去除屏蔽層31時(shí)的熱解步驟可以與保護(hù)層33的多孔燒結(jié)同時(shí)地采用。此外可以通過(guò)屏蔽層31的熱解調(diào)整保護(hù)層33的孔隙率。那么這樣例如還可以加大保護(hù)層33 的孔隙率。對(duì)于屏蔽層31的熱解來(lái)說(shuō)備選地也可以在一種低溫導(dǎo)引的氧等離子體里進(jìn)行。 在低溫導(dǎo)引的氧等離子體里同樣也將屏蔽層31分解，并且通過(guò)保護(hù)層33將分解產(chǎn)物除去。按照前面所述的方法制造的傳感器元件1可以特別有利地用于測(cè)量在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管路里至少一種氣體成分的濃度。特別有利的是傳感器元件1用于選擇地測(cè)量。 也即是說(shuō)用于定性和/或定量地檢出廢氣中的氮氧化物，氨或者碳?xì)浠衔?。按照發(fā)明的保護(hù)層33，它設(shè)計(jì)成與敏感元器件3有間距，可以保護(hù)整個(gè)敏感元器件3，防止受到例如廢氣中所含有的顆粒的磨蝕。通過(guò)鈍化層四保護(hù)敏感元器件3，防止受到廢氣中化學(xué)成分的損壞并因此防止發(fā)生腐蝕。
權(quán)利要求
1.用于制造包括有至少一個(gè)敏感元器件(3)的傳感器元件(1)的方法，有以下步驟(a)將由無(wú)殘留地可以熱分解的材料制成的屏蔽層(31)涂覆在敏感元器件(3)上，其中敏感元器件(3)通過(guò)屏蔽層(31)基本完全被遮蓋住，(b)在屏蔽層(31)上涂覆由熱穩(wěn)定材料制成的保護(hù)層(33)，(c)通過(guò)熱解作用或者低溫導(dǎo)引的氧等離子體去除屏蔽層(33)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，無(wú)殘留地可以熱分解的材料是可以熱分解的聚合物。
3.按照權(quán)利要求1或者2所述的方法，其特征在于，熱穩(wěn)定的材料是陶瓷材料，尤其是硅氮化物，硅氧化物，鋁氧化物，鋯氧化物或者由它們的混合物。
4.按照權(quán)利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，無(wú)殘留地可熱分解材料涂覆在敏感元器件(3)上的涂層厚度在ΙΟμπι至2mm之間的范圍里。
5.按照權(quán)利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，無(wú)殘留地可熱分解材料通過(guò)配料，噴墨打印，填塞打印，離心涂鍍或者浸漬涂覆在敏感元器件(3)上。
6.按照權(quán)利要求1至5中之一所述的方法，其特征在于，用于涂覆在敏感元器件(3)上的無(wú)殘留地可以熱分解的材料溶解在溶劑里，或者作為溶劑里的懸浮液。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在涂覆由無(wú)殘留地可熱分解材料組成的屏蔽層(31)之后，使敏感元器件(3)被烘干，以便去除溶劑。
8.按照權(quán)利要求1至7中之一所述的方法，其特征在于，通過(guò)等離子體噴射法涂覆用于保護(hù)層(33)的熱穩(wěn)定材料。
9.按照權(quán)利要求1至8中之一所述的方法，其特征在于，保護(hù)層(33)的熱穩(wěn)定材料在步驟(c)中的熱解期間進(jìn)行燒結(jié)。
10.按照權(quán)利要求1至9中之一所述的方法，其特征在于，步驟(C)中的熱解在富氧的情況中進(jìn)行。
11.傳感器元件，包括有至少一個(gè)敏感元器件(3)和由熱穩(wěn)定材料組成的保護(hù)層(33)， 其中敏感元器件(3)被熱穩(wěn)定材料組成的保護(hù)層(33)遮蓋住，其特征在于，敏感元器件(3) 和保護(hù)層(33)相互有間隔。
12.按照權(quán)利要求11所述的傳感器元件，其特征在于，敏感元器件(3)是氣敏的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
13.按照權(quán)利要求11或者12所述的傳感器元件，其特征在于，由熱穩(wěn)定材料組成的保護(hù)層(33)是多孔的。
全文摘要
發(fā)明涉及用于制造傳感器元件(1)的方法，這元件包括有至少一個(gè)敏感元器件(3)，在這方法中，將由無(wú)殘留地可以熱分解的材料制成的屏蔽層(31)涂覆在敏感元器件(3)上，其中敏感元器件(3)通過(guò)屏蔽層(31)基本上完全被遮蓋住，在屏蔽層(31)上涂覆由一種熱穩(wěn)定材料制成的保護(hù)層(33)，并且通過(guò)熱解作用或者一種低溫傳導(dǎo)的氧等離子體去除屏蔽層(31)發(fā)明此外還涉及一種傳感器元件，它包括有至少一個(gè)敏感元器件(3)和由一種熱穩(wěn)定的材料制成的保護(hù)層(33)，其中敏感元器件(3)被由熱穩(wěn)定的材料制成的保護(hù)層(33)遮蓋，其中敏感元器件(3)和保護(hù)層(33)相互有間距。
文檔編號(hào)G01N27/414GK102159941SQ200980136130
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日
發(fā)明者A·馬丁, O·沃爾斯特, T·瓦爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司