Es werden Gassensoren vorgestellt, die auf dem Feldeffekt in Pt-Isolator-SiC-Strukturen mit Schottky-Dioden beruhen. Die Dioden werden aus herkömmlichen n-SiC-Wafern hergestellt, die an der Vorderseite eine niedrig dotierte Epitaxialschicht haben. Eine 200 nm dicke TaSi(x)-Schicht und eine 400 nm dicke Pt-Schicht werden auf die Rückseite gesputtert, um einen Ohm'schen Seitenkontakt zu erzeugen. Als Gate-Kontakte werden 10 nm bzw. 100 nm dicke Schichten aus TaSi(x) bzw. Pt aufgetragen. Die Wafer werden in 4 x2 mm2 große Stücke geschnitten. Das Gate wird mit einem geschweißten Platinband kontaktiert. Um die Sensorantwort zu optimieren, werden die Sensoren bei 670 Grad Celsius 6 Stunden lang einem Gas mit 1 % O2 und 20-s-H2-Impulsen (3 %) ausgesetzt. Dabei oxidiert das TaSi(x) teilweise. Wenn sich die Umgebung von oxidierend auf reduzierend ändert, ergibt sich eine typische Antwortkurve des Sensors. Die Kennlinie sinkt in den Bereich negativer Spannungen ab. Dieses Verhalten kann damit erklärt werden, daß die positiven Ladungen im Isolator zunehmen. Ein Problem bei der Messung der Antwortzeit ist bei schnellen Sensoren der rasche Austausch der Umgebungsluft. Um Sensoren genau untersuchen zu können, wird ein Belüftungssystem für vorbeiströmende Gase entwickelt. Die Düsen werden auf einer Schiene hin und her bewegt, um dem Sensor abwechselnd 2 Gase zuzuleiten. Damit kann dem Sensor innerhalb von einigen Millisekunden ein reduzierendes und ein oxidierendes Gas zugeführt werden. In der Auswertung zeigt sich, daß der Sensor auf O2 Und H2 im ms-Bereich anspricht. Die optimale Betriebstemperatur liegt bei 700 Grad C. Aufgrund der schnellen Reaktion des Sensors kann er vielfältig eingesetzt werden, z.B. als Lambda-Sonde in Verbrennungsmotoren. Der Sensor kann die Abgase als Impulse der Zylinder registrieren und die einzelnen Zylinder unterscheiden. Damit können fehlerhafte Zylinder oder solche mit einem ungünstigen Treibstoff-Luft-Verhältnis erkannt und kalibriert werden, um die Umwelt weniger zu belasten.
Platinum-insulator-silicon carbide structures als small and fast sensors for exhaust gase
Platin-Isolator-Siliziumkarbid-Strukturen als kleine und schnelle Abgassensoren
Tagung der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik, Sensoren und Meßsysteme, 2000 ; 179-190
VDI-Berichte ; 1530
2000
12 Seiten, 9 Bilder, 15 Quellen
Conference paper
English
Fast exhaust-gas sensors for cylinder selective measurement
Automotive engineering | 1991
|Unfallverhütungsvorschrift "Gase"
IuD Bahn | 1996
|BRIEFS - Special Coverage: Sensors - Surface Micromachined Silicon Carbide Accelerometers
Online Contents | 2000