(57)【要約】【課題】導電性構造体に接している、導電性の低い領域を製造する方法を提案すること【解決手段】導電率の低い、導電性の構造体に接する領域を製造する方法であって、ａ）導電性構造体を設けるステップと；ｂ）当該導電性構造体を物質Ａと接触接続させるステップと；ｃ）導電性構造体と接触接続している物質Ａに刺激を加えるステップとを有している形式の方法において、ステップｃ）において刺激を加えることによって少なくとも部分的に物質Ａが物質Ａ１と物質Ａ２に変化するように、物質Ａを選択し、前記物質Ａ１が前記導電性構造体によって取り入れられ、前記物質Ａ２は前記導電性構造体によって取り入れられず、前記導電性構造体および物質Ａよりも低い導電率を有している方法。【選択図】図２ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電率の低い、導電性構造体（２１）に接する領域（４０）を製造する方法であって、以下のステップを含んでおり：
ａ）導電性構造体（２０）を設けるステップと；
ｂ）当該導電性構造体（２０）を物質Ａと接触接続させるステップと；
ｃ）導電性構造体（２０）と接触接続している物質Ａに刺激を加えるステップとを有している形式の方法において、
ステップｃ）において刺激を加えることによって少なくとも部分的に物質Ａが物質Ａ１と物質Ａ２に変化するように、物質Ａを選択し、
前記物質Ａ１が前記導電性構造体（２０、２１）によって取り入れられ、
前記物質Ａ２は前記導電性構造体（２０、２１）によって取り入れられず、前記導電性構造体（２０、２１）および物質Ａよりも低い導電率を有している、
ことを特徴とする、導電率の低い、導電性の構造体に接する領域を製造する方法。
【請求項２】
前記導電性構造体（２０、２１）の材料は金属を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記物質Ａは、一般式Ｍ１Ｍ２Ｏ２の酸化物を含んでおり、ここでＭ１は1価の金属であり、Ｍ２は３価の金属である、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記物質ＡはＣｕＡｌＯ２である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
ステップｃ）における前記刺激の印加は加熱を含んでいる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記導電性構造体（２０）および／または物質Ａをシルクスクリーン印刷によって被着する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６までいずれか１項記載の方法によって得られるセンサ部材であって、
導電率σ１を有する導電性構造体（２１）と、導電率σ２を有している、当該導電性構造体に接している第１の領域（４０）と、導電率σ３を有している、当該第１の領域（４０）に接している第２の領域（３０）とを有しており、ここでσ１はσ２およびσ３よりも高く、σ３はσ２よりも高い形式のものにおいて、
前記第２の領域（３０）は物質Ａを含んでおり、当該物質Ａは刺激の結果、少なくとも部分的に物質Ａ１および物質Ａ２に変化し、ここで前記第１の領域（４０）は物質Ａ２を含んでおり、さらに前記導電性構造体（２１）は付加的に少なくとも部分的に物質Ａ１を含んでいる、
ことを特徴とするセンサ部材。
【請求項８】
前記物質Ａは、一般式Ｍ１Ｍ２Ｏ２の酸化物を含んでおり、ここでＭ１は1価の金属であり、Ｍ２は３価の金属である、請求項７記載のセンサ部材。
【請求項９】
前記導電性構造体（２１）はインターデジタル電極として構成されている、請求項７または８記載のセンサ部材。
【請求項１０】
導電性構造体（２０、２１）に接する、当該導電性構造体（２０、２１）よりも導電率の低い領域（４０）を製造するための、Ｍ１は1価の金属であり、Ｍ２は３価の金属である、一般式Ｍ１Ｍ２Ｏ２の酸化物の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、導電性の構造体に接している、導電性の低い領域を製造する方法に関する。本発明はさらに、このような方法によって得られるセンサ部材並びに、導電性構造体に接する、導電性構造よりも導電性の低い領域を製造するために、一般式Ｍ１Ｍ２Ｏ２の酸化物を使用することに関する。ここでＭ１は1価の金属でありＭ２は３価の金属である。
【背景技術】
【０００２】
近い将来に、エンジンの後ないしはディーゼル粒子フィルタの後の煤放出は、法的な規制によって、走行作動中に監視されなければならなくなる。この関連において、オンボード・ダイアグノーシス（車載式診断システム：ＯＢＤ）が話題になっている。さらに、再生コントロールのためのディーゼル粒子フィルタの負荷予測が高いシステム安全性を得るため、および低コストのフィルタ材料の使用を可能にするために必要である。これは、抵抗性の煤センサによって可能になる。ここでこの煤センサは、煤蓄積（Ｒｕｓｓａｎｌａｇｅｒｕｎｇｅｎ）による、相互に噛み合っている電極構造の電気的特性の変化を、煤量の検出に用いる。その作用に基づいて、抵抗性の煤センサは、統合原理のもとに分類される。
【０００３】
このようなセンサの例はＷＯ０３／００６９７６Ａ２号に記載されている。この特許出願は、ガスフロー内の微粒子、殊に排ガスフロー内の煤粒子を検出するセンサに関する。このセンサは少なくとも２つの測定電極を有しており、これらは、絶縁性の材料から成る基板上に配置される。これらの測定電極は少なくとも部分的に捕獲スリーブによって覆われている。
【０００４】
今日では、導電性粒子に対する抵抗性の粒子センサが知られている。ここでは２つまたは２つよりも多い金属性の電極が構成されている。ここで蓄積している微粒子、殊に煤粒子が、櫛の歯状に相互に噛み合っている電極を短絡させ、センサ面上の粒子濃度が上昇するとともに、低減する抵抗または低減する電圧が電極間で測定される。択一的に、印加される電圧が一定の場合に、増大する電流も検出される。通常は閾値が定められ、収集時間が蓄積された煤量に対する尺度として採用される。煤蓄積後にセンサ部材を再生するために、センサ部材は、組み込まれた加熱部材によって自由に燃焼される。自由燃焼プロセス（Ｆｒｅｉｂｒｅｎｎｐｒｏｚｅｓｓ）の間または直後に、煤量は検出されない。
【０００５】
煤はデンドライトの形で蓄積し、これは電極から、各対向電極まで成長する。デンドライトが閉成された経路の形で２つの電極を接続する場合には、このようなデンドライトは信号に影響を与える。再生直後に、すなわち特定の時間の間、信号変化は検出されない。このような測定不可能な時間の間に、煤経路はまずは、各対向電極まで成長しなければならない。
【０００６】
排気ガス内の実際の煤量を求めるために、例えばディーゼル粒子フィルタの負荷予測のために、信号が修正される。このために使用される修正機能は殊に、常に変化するエンジンパラメータを考慮する。従って、センサにできるだけ継続的に測定信号が供給される場合にのみ正確な修正が可能である。コストの面から、粒子センサのインターデジタル電極は有利には、シルクスクリーン印刷技術によって製造される。目下、低コストの厚膜技術（シルクスクリーン印刷）で製造可能な最小構造体サイズは約１００μｍである。
【０００７】
しかしこれまで、微細構造は、格段にコストのかかる薄膜技術（例えばスパッタリング、ＰＶＤまたはＣＶＤ）によって製造されてきた。しかし１００μｍを下回る寸法を有する相応の構造体は、粒子センサに対して大きな魅力である。これによって殊に、精度およびトリガ速度が格段に高められ、これは将来の規制設定にも対応可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ０３／００６９７６Ａ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
導電性構造体に接している、導電性の低い領域を製造する方法を提案すること。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題は、導電率の低い、導電性の構造体に接する領域を製造する方法であって、以下のステップを含んでおり：
ａ）導電性構造体を設けるステップと；
ｂ）当該導電性構造体を物質Ａと接触接続させるステップと；
ｃ）導電性構造体と接触接続している物質Ａに刺激を加えるステップとを有している
形式の方法において、
ステップｃ）において刺激を加えることによって少なくとも部分的に物質Ａが物質Ａ１と物質Ａ２に変化するように、物質Ａを選択し、
前記物質Ａ１が前記導電性構造体によって取り入れられ、
前記物質Ａ２は前記導電性構造体によって取り入れられず、前記導電性構造体および物質Ａよりも低い導電率を有している、
ことを特徴とする、導電率の低い、導電性の構造体に接する領域を製造する方法によって解決される。
さらに、上述の課題は、上述の方法によって得られるセンサ部材であって、
導電率σ１を有する導電性構造体と、
導電率σ２を有している、当該導電性構造体に接している第１の領域と、
導電率σ３を有している、当該第１の領域に接している第２の領域とを有しており、
ここでσ１はσ２およびσ３よりも高く、σ３はσ２よりも高い、
形式のものにおいて、
前記第２の領域は物質Ａを含んでおり、当該物質Ａは刺激の結果、少なくとも部分的に物質Ａ１および物質Ａ２に変化し、ここで前記第１の領域は物質Ａ２を含んでおり、さらに前記導電性構造体は付加的に少なくとも部分的に物質Ａ１を含んでいる、
ことを特徴とするセンサ部材によって解決される。
さらに上述の課題は、導電性構造体に接する、当該導電性構造体よりも導電率の低い領域を製造するための、Ｍ１は1価の金属であり、Ｍ２は３価の金属である、一般式Ｍ１Ｍ２Ｏ２の酸化物の使用によって解決される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】センサ部材の製造中の段階
【図１ｂ】センサ部材
【図１ｃ】使用状態における、図１ｂのセンサ部材
【図２ａ】別のセンサ部材の製造中の段階
【図２ｂ】別の本発明のセンサ部材
【図２ｃ】使用状態における、図２ｂのセンサ部材
【図３】センサ部材の断面図
【図４】図３の断面図での比Ａｌ：Ｃｕの算定
【図５】シミュレーション計算に対する基礎のセンサ部材
【図６】シミュレーション計算の結果
【図７】シミュレーション計算の別の結果
【図８】センサおよび基準センサの信号
【図９】別のセンサ
【図１０】別のセンサの信号
【図１１】別のセンサの信号
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の開示
従って本発明に相応して、導電性構造体に接している、導電性の低い領域を製造する方法を提案する。ここでこの方法は以下のステップを有している：
ａ）導電性構造体を設ける；
ｂ）この導電性構造体を物質Ａと接触接続させる；
ｃ）導電性構造体と接触接続している物質Ａに刺激を加える
本発明による方法は以下の特徴を有している。すなわち、ステップｃ）における刺激の印加によって少なくとも部分的に物質Ａ１および物質Ａ２に変わるように物質Ａが選択される。ここでこの物質Ａ１は、導電性構造体によって取り込まれ、物質Ａ２は導電性構造体によって取り込まれず、導電性構造体および物質Ａよりも低い導電率を有している。
【００１３】
導電性構造体とは本発明では、半導体および金属に相応する導電率σを有する構造体である。有利にはσは２５℃で、１０−４Ｓ／ｍ以上であり、より有利には１Ｓ／ｍ以上であり、さらに有利には１０６Ｓ／ｍ以上である。
【００１４】
導電性構造体は例えば導体路構造体または電極構造体である。接している領域は、この構造よりも低い導電率を有している。すなわち以下では例えば、このような構造体は、導電性の領域によって取り囲まれており、電気的線路が得られる。
【００１５】
ステップａ）における導電性構造体の提供は、現行の電極製造方法または導体路製造方法に従って行われる。このような構造体は基板上に被着されるか、または既に存在する機構層上に被着される。基板としては例えば酸化アルミニウムまたは別のセラミック並びに別の誘導性材料が使用される。
【００１６】
ステップｂ）において、導電性構造体が物質Ａと接触接続される。すなわちここでは、導電性構造体と物質Ａとの間で直接的な接続が形成されている少なくとも１つの領域が存在する。導電性構造体を接触接続するための物質Ａの被着は、有利には、シルクスクリーン印刷方法または他の厚膜技術方法によって行われる。
【００１７】
導電性構造体を物質Ａ上に設けることも可能である。この場合には、まずは導電性構造体が被着され、次に物質Ａが被着される。
【００１８】
次にステップｃ）において、刺激が加えられる。ここでこの刺激は、導電性構造体と接触接続している物質Ａに作用する。この刺激は物理的性質または化学的性質のものであってよく、この結果、物質Ａ内で物質的な変化が進行する。
【００１９】
本発明では、ここで物質Ａが少なくとも部分的に物質Ａ１および物質Ａ２に変化する。すなわち、刺激を加えた後に、まだ変化していない物質Ａが存在していることは排除されない。さらに、物質Ａ１およびＡ２の他に、物質Ａのさらなる変化物が存在することは排除されていない。変化物Ａ１は例えば金属であり、拡散によって導電性構造体内に取り入れられる。これに対して物質Ａ２は、このような構造体によっては取り入れられず、この構造体および物質Ａよりも低い導電率を有している。
【００２０】
物質Ａ１の取り入れ（Ａｕｆｎａｈｍｅ）は拡散によって行われる。しかし、導電性構造体の材料との化学的な反応によって行われてもよい。化学的な反応物が反応箇所に残る、または気体形状で漏れ出してもよい。物質Ａ１の取り入れによって、材料Ａの成分Ａ１は弱まり、継続的に成分Ａ２は導電性構造の近くで残る。このような経過は有利には、または、むしろ導電性構造体の近傍においてのみ進行する。なぜならここでは成分Ａ１が変化の平衡：
Ａ→Ａ１＋Ａ２
から取り去られるからである。
【００２１】
Ａ２を含んでいる領域の大きさは、拡散の長さによって、すなわち時間および温度を介して調整される。このようにして、数マイクロメートルの領域の構造体サイズが、実現される。例えば、Ａ２を含んでいる領域は、１μｍ以上２０μｍ以下、有利には５μｍ以上１０μｍ以下の厚さおよび直径を有している。
【００２２】
結果において導電性構造体は、物質Ａと接触接続された箇所で、導電率の良くない層、すなわち究極の場合には絶縁部が設けられる。薄膜技術を再び取り上げる必要はない。
【００２３】
ここから複数の利点が生じる。まずは、例えばセンサ部材内で使用される２つの電極の間の間隔が少なくなる。電極間の電気的な絶縁は、Ａ２を含んでいる領域によって非常に小さく保たれる。別の方法は、物質Ａを含んでいる領域自体が電極として使用されることである。ここで、物質Ａを含んでいる領域と別の電極との間の電気的な絶縁が、同じように、非常に小さく維持可能なＡ２を含んでいる領域によって得られる。この別の電極とは、は例えば金属性である、または物質Ａを含んでいる領域である。
【００２４】
この方法の１つの実施形態では金属は、導電性構造体の材料は金属を含んでいる。従って、導電性構造体は金属性の構造体である。有利にはニッケル、パラジウム、プラチナ、銅、銀および／または金が用いられる。金属構造体は良好に被着される。さらに、金属は、別の金属の拡散によって取り入れられる。殊に、物質Ａ１が同じように金属であるのは有利である。
【００２５】
この方法の別の実施形態では、物質Ａは一般式Ｍ１Ｍ２Ｏ２の酸化物を含む。ここでＭ１は1価の金属でありＭ２は３価の金属である。概念「１価の金属」および「３価の金属」は本発明の枠内で、「酸化段階Ｉの金属」および「酸化段階ＩＩＩの金属」と同義語として理解されたい。酸化物はデラホサイト構造で存在している。適切なデラホサイトの例は、ＣｕＳｃＯ２、ＣｕＡｌＯ２、ＣｕＹＯ２、ＣｕＦｅＯ２、ＣｕＣｒＯ２、ＣｕＧａＯ２、ＣｕｌｎＯ２、ＡｇＣｏＯ２、ＡｇＧａＯ２、ＡｇｌｎＯ２、ＡｇＳｃＯ２および／またはＡｇＣｒＯ２である。有利にはここで物質ＡはＣｕＡｌＯ２である。
【００２６】
デラホサイトは相応するスピネル並びに自由金属Ｍ１へ変化可能である。従って例えばＣｕＡｌＯ２は、ＣｕＡｌ２Ｏ４へと反応し得る。得られた銅は、導電性構造体の材料内で拡散する。これは殊に、導電性構造体が金属製の構造体である場合に有利である。通常は、式ＣｕＡｌ２Ｏ４のスピネルが残る。その導電率は、元の材料ＣｕＡｌＯ２よりも低い。
【００２７】
この方法の別の実施形態では、ステップｃ）における刺激の印加は加熱を含む。この加熱は例えば、４００℃以上１４００℃以下の温度、有利には５００℃以上１３００℃以下の温度、有利には７００℃以上１２５０℃以下の温度で行われる。物質Ａが熱によって、物質Ａ１およびＡ２に変化するのは有利である。なぜなら、方法のこのようなステップは既存のプロセス経過内に組み込み可能だからである。さらに、温度が高い場合には、導電性構造体の材料内への物質Ａ１の摂取が高くなる。
【００２８】
この方法の別の実施形態では、導電性構造体および／または物質Ａは、シルクスクリーン印刷によって被着される。シルクスクリーン印刷方法は殊に、本発明の方法に適している。なぜなら、このような厚膜技術によって、その他の場合では可能ではない、僅かな構造寸法が、導電性構造体の周辺で、物質Ａ２の導電性の良くない層に対して容易に可能である。シルクスクリーン印刷方法は同時に、大量のセンサ部材を低コストに製造することを可能にする。物質Ａは例えば、懸垂（Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）の形状で被着される。
【００２９】
本発明の別の構成要件は、本発明に相応する方法によって得られるセンサ部材である。センサ部材は、導電率σ１を有する導電性構造体を含んでおり、この導電性構造体に接している第１の領域は導電率σ２を有しており、この第１の領域に接している第２の領域は導電率σ３を有しており、ここでσ１はσ２およびσ３よりも高く、σ３はσ２よりも高い。
【００３０】
センサ部材は次の特徴を有している。すなわち第２の領域は物質Ａを含んでおり、この物質Ａが刺激の結果、少なくとも部分的に物質Ａ１および物質Ａ２に変化するという特徴を有している。ここでこの第１の領域は物質Ａ２を含んでおり、ここでさらに導電性構造体は付加的に少なくとも部分的に物質Ａ１を含んでいる。
【００３１】
本発明のセンサ部材は上述の方法によって得られる。殊にシルクスクリーン印刷によって得られる。本発明によるセンサ部材内の領域の導電性の連続において、低い導電性を有する領域、すなわち導電率σ２を有する第１の領域が、導電性構造体と、σ３を有する第２の領域との間に位置する。
【００３２】
相互の導電率の比は、次のようなものであり得る：すなわち、σ１：σ２：σ３が１００００以上１０００００００００００以下対１対１０以上１００００以下、有利には５００００以上５０００００以下対１対１００以上１０００以下の領域にある。
【００３３】
有利には本発明のセンサ部材では、低コストで製造され、物質Ａ２を含んでいる電気的絶縁性／低い導電性の領域が小さい寸法で実現される。センサ部材では電極または電気的な線路は導電性構造によっても、物質Ａを含んでいる領域によっても構成される。
【００３４】
有利には、導電性構造体は金属製の構造体である。殊にニッケル、パラジウム、プラチナ、銅、銀および／または金が用いられる。
【００３５】
以降で説明するように、種々異なる領域の種々異なる導電率がさらに、２つの電極間の電気的領域に次のように影響を与える。すなわち、電極構造体を小さくすることによって比較可能な感度が得られるセンサよりも、大きいガス体積がカバーされる。すなわち本発明のセンサ部材内での種々の領域または機能層によって、感度および応答速度が、小さい電極間隔を備えた積層されていないセンサ部材に比べて改善される。
【００３６】
センサ部材の１つの実施形態では、物質Ａは一般式Ｍ１Ｍ２Ｏ２の酸化物を含む。ここでＭ１は1価の金属でありＭ２は３価の金属である。従って物質Ａはデラホサイトの材料クラス内から選択される。本発明に適したデラホサイトの例は既に述べた。
【００３７】
有利には物質ＡはＣｕＡｌＯ２である。この場合には、本発明のセンサ部材内で導電性構造体は基本材料、例えば、ニッケル、パラジウム、プラチナ、銅、銀および／または金も、さらに成分Ａ１として導電性構造体内に内部拡散された銅も含んでいる。同時に、これに接している第２の領域は、ＣｕＡｌＯ２の熱による分解から得られるＣｕＡｌＯ４を含んでいる。これはより低い導電率を有している。
【００３８】
センサ部材の別の実施形態では導電性構造体は、インターデジタル電極として構成されている。このセンサ部材は有利にはガスセンサまたは粒子センサである。本発明の方法によって、このインターデジタル電極内の特に狭い間隔も実現される。これによって、応答時間が短くなり、測定精度が上がる。
【００３９】
このセンサ部材に対する使用領域は例えばガスセンサまたは抵抗性粒子センサである。これは自動車のキャビンまたは排気ガスの監視、工場または固定設置された暖房設備における排ガス検査並びにプロセスコントロールのためのものである。センサ部材を評価および作動させるために、抵抗性測定原理では簡単な電子回路で十分である。
【００４０】
本発明のさらなる構成要件は、導電性構造体に接する、導電性構造体よりも低い導電性を有する構造体を製造するための、一般式Ｍ１Ｍ２Ｏ２の酸化物の使用である。ここでＭ１は1価の金属でありＭ２は３価の金属である。有利には、導電性構造体は金属製の構造体である。デラホサイト構造でも存在可能である上述の酸化物に対する例は、既に上述した。このような酸化物の使用は有利である。なぜならこれはシルクスクリーン印刷方法において、または厚膜技術の別の方法内に組み込み可能であり、同時に小さい構造体サイズが得られる。有利にはＣｕＡｌＯ２が使用される。
【００４１】
物質ＡとしてのＣｕＡｌＯ２に基づくセンサ部材は例えば、２５０℃からの温度で作動可能である。温度を調整するために、加熱装置をセンサ内に組み込むことが可能である。このようなセンサを製造するために、別の部分において、λセンサから公知の技術を使用することが可能である。
【実施例】
【００４２】
本発明を、以下の図面に基づいて詳細に説明する。ここで本発明に従って設けられた導電性構造体は金属製の構造体であるが、本願発明はこれに制限されない。
【００４３】
図１ａは、本発明によるセンサ部材の製造中の段階を示している。ここではまず、例えば酸化アルミニウムである基板１０上に金属製構造体２０が被着される。この構造体はインターデジタル電極の形状で構成可能である。基板１０および金属製構造体２０上に、物質Ａの層３０が被着される。すなわちここで金属性構造体２０は物質Ａと接触する。この図面では、以降の図面と同じように、基板１０は例えばＡｌ２Ｏ３を含んでおり、金属製構造体２０はプラチナを含んでおり、層３０内の物質ＡはＣｕＡｌＯ２を含んでいる。
【００４４】
図１ｂは、本発明のセンサ部材を示している。ここでこのセンサ部材は、図１ａに記載された構造体を加熱した後に得られるものである。加熱することによって、層３０内の物質Ａは、少なくとも部分的に分解する。この層３０は、上述した、本発明のセンサ部材の第２の領域に相当する。ここで、金属製構造体の周辺に、物質Ａ２を有する層４０が生じる。この層４０は、上述した、本発明のセンサ部材の第１の領域に相当する。金属製構造体内に物質Ａ１が取り込まれることによって、金属製構造体２１が得られる。ここで層４０は電気的絶縁体として作用し、層３０と金属構造体２１との間の電流の流れを著しく減少させる。この図では、以降の図と同じように、層４０内の物質Ａ２はＣｕＡｌ２Ｏ４を含んでおり、金属製構造体２１は、内部拡散された銅を有するプラチナを含んでいる。
【００４５】
図１ｃは、使用状態にある、図１ｂに記載された本発明のセンサ部材を示している。ここで煤粒子５０は、センサ部材上に沈殿している。層３０と金属製構造体２１との間に電流が流れ、センサ信号に影響が与えられるように、煤微粒子５０から成る経路は、層４０における導電性の低い材料Ａ２の区間のみを克服すればよい。通常、この経路は僅か数μメータであり、例えば１μｍと１０μｍとの間である。電極間の全体的な隙間が約１００μｍの長さで克服されなければならない、厚膜ベースの積層化されていないセンサと比較して、ここでは、熱による再生後のセンサの格段に短い応答時間が実現可能である。
【００４６】
図２ａは、別の本発明のセンサ部材の製造中の段階を示している。ここではまずは基板１０上に、物質Ａの層３０が被着される。ここでも層３０はシルクスクリーン印刷によって被着される。層３０上に金属製構造体２０が位置する。
【００４７】
図２ｂは、拡散構造化後に得られるセンサ部材を示している。層３０内の物質Ａは少なくとも部分的に物質Ａ１およびＡ２に変化している。物質Ａ１の取り入れによって金属製構造体２１が得られる。Ａ１が取り去られることによって得られた物質Ａ２は、層４０内に、金属製電極構造体２１の下方に位置する。このようにして金属製構造体２１が層３０から離される。
【００４８】
図２ｃは、粒子センサとして使用されている、図２ｂに記載された、得られたセンサ部材を示している。ここでも煤粒子５０は、層３０と電極２１との間に蓄積している。図１の電極と比較して、煤によって橋渡しされるべき距離はさらに短くされている。さらに煤は直接的に電極に蓄積することが可能である。層４０の、電気的導電性の良くない材料Ａ２が、図１の実施形態においては、煤と電気的に直列接続され、ここで電流制限部として作用し、煤信号を低減させる。図２の実施形態では、このような電流制限は行われず、煤の完全な信号関与が利用可能である。
【００４９】
図３は、本発明によるセンサ部材の断面図を示している。Ａｌ２Ｏ３基板上に、プラチナ電極並びに、ＣｕＡｌＯ２から成る層が被着されている。このセンサ部材は熱的に処理され、従って、プラチナ電極の近傍でＣｕＡｌＯ２の変化が生じる。さらに図３には、Ｓ１からＳ２並びにＳ３からＳ４の２つの切断線が示されている。切断線Ｓ１からＳ２はプラチナ電極の間に延在しており、従って、酸化アルミニウム基板、並びにＣｕＡｌＯ２機能層のみを通って延在する。切断線Ｓ３からＳ４はまずは酸化アルミニウムを通り、その後プラチナ電極を通り、最後に、場合によって変化されている機能層を通る。図３には詳細に示されていない最上層は、埋め込み質量体を表している。最下層はＹ−ＺｒＯ２担体基板である。
【００５０】
図４は、図３の切断線に沿った、アルミニウム対銅の比の算定を示している。部材のこの比はエネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＸ）によって求められたものである。アルミニウム対銅の求められたこの比が、切断線に沿った位置ｙに依存して示されている。基準として図４には、ＣｕＡｌＯ２でのアルミニウム対銅の比、すなわち１、並びにＣｕＡｌ２Ｏ４でのアルミニウム対銅の比、すなわち２が示されている。
【００５１】
図４に、点で示された線は、切断線Ｓ１〜Ｓ２に沿った、アルミニウム対銅の比の算定をあらわしている。まずは、下方に位置する酸化アルミウム層において、アルミニウムだけが検出され、銅は検出されない。このような状況は、約２２μｍの位置までの点線のほぼ垂直な特性経過によって表されている。機能層をさらに通過すると、ほぼ１の近傍に位置する銅対アルミニウムの比が得られ、この切断線に沿った機能層が主にＣｕＡｌＯ２から成ることが証明される。最終的に、約４５μｍの位置では、アルミニウム対銅の比が再び上昇する。これは、機能層を再び離れたことを示している。
【００５２】
図４における実線は、切断線Ｓ３〜Ｓ４に沿った検査特性経過を示している。アルミニウム対銅の比に対してまずは高い値が得られる。なぜならここではまず、酸化アルミニウムの割合を含んでいるプラチナ電極が横断しているからである。プラチナ電極自体においても、内部拡散された銅が検出される。ｙ方向においてプラチナ電極を再び離れた後に、機能層に達する。ここで、銅対アルミニウムの比の算定において次のことが示される。すなわち、この値が、線Ｓ１〜Ｓ２に沿ったプラチナ電極間の経過特性に対する値よりも高いことが示される。ここで、ＣｕＡｌ２Ｏ４へのＣｕＡｌＯ２の変化が起こったことが識別される。生じている銅がプラチナ電極内で拡散し、これによって化学的な平衡から取り去られたことによって、この熱的な変化は可能である。銅含有量の勾配も証明される。プラチナ電極から離れるにつれて、切断線Ｓ２〜Ｓ４に沿って銅含有量が上昇する。機能層を離れた後、アルミウム対銅の算定された比が再び上昇する。これはここでも、約４５μｍでの実線の急峻な経過特性で識別される。ＣｕＡｌ２Ｏ４の導電率の良くないエッジはプラチナ電極近傍に位置する。これによってこれは、導電率の良いＣｕＡｌＯ２から離される。
【００５３】
センサ部材での、物質Ａを含んでいる機能層の使用はさらに、センサ部材内の電界にポジティブに作用する。これを以降で、シミュレーション計算に基づいて説明する。
【００５４】
図５は、シミュレーション計算の基礎としての、本発明のセンサ部材を示す。誘導性基板１００上に２つの電極１１０並びに、これらの電極の間に配置されている機能層１２０が位置している。機能層は、割り当てられた導電率を有する物質Ａを含んでいる。層１２０と電極１１０との間には層１３０が位置する。これは、自身に割り当てられている導電率を有する物質Ａ２を含んでいる。しかし後続の２つのシミュレーション計算では電極１１０は考慮されていない。
【００５５】
図６は、層１２０における物質Ａの導電率が、層１３０における物質Ａ２の導電率と同じ場合の、シミュレーション計算の結果を示している。示された線は等ポテンシャル線である。この等ポテンシャル線は、電極の電圧が３０Ｖの場合の１．５Ｖのポテンシャルを示している。
【００５６】
図７は、シミュレーション計算の別の結果を示している。この計算の場合には、図６に示された計算とは異なり、層１２０における物質Ａの導電率が、層１３０における物質Ａ２の導電率よりも１０００倍大きいということが基礎となっている。層１２０における導電率と層１３０における導電率の差が増えるにつれて、層１３０の導電率が良くない材料において、等ポテンシャル線がより強く押されることが識別される。これは一方では、電界の強さがこの箇所で格段に上昇するとう結果をもたらす。さらに、この等ポテンシャル線上に垂直に伸びる電界線（これには堆積された煤粒子が続く）は、電極１１０と層１２０との間の移行の関連領域において大きいｙ成分を有する。これによって電界内に集まった煤が有利にはそこに蓄積する。ここで、この煤は、信号に大きく関与する。これによって結果として、煤粒子センサの精度および応答速度が上がる。さらに電気的な遠野（Ｆｅｒｎｆｅｌｄ）は、図６に示されたものと比較可能である。すなわち、煤が収集される体積はこの構造によって格段には変化しない。
【００５７】
図８は、本発明によるセンサ部材の動作を示している。ここではセンサ部材で、２つの電極の間で測定された電流ならびに煤粒子の濃度が時間に対して示されている。測定の経過において人工排気ガスにおける煤濃度は継続的に０から、最大濃度まで上昇する。このような煤濃度は線２００によって示されている。基準センサの信号は線２２０によって示されており、本発明のセンサは線２１０によって示されている。最大の煤濃度に達する前に既に、本発明のセンサは明確な信号を示し、ここでは図８における水平線として示されているトリガ閾値に、積層されていない基準センサの５０％の時間で達している。
【００５８】
図９は、ガスセンサとして使用される、本発明の別のセンサを概略的に示している。基板３００上には、電極３２０並びに層３１０が位置する。ここでこの層３１０は物質Ａを含んでいる。電極３２０の周辺にある、物質Ａの分解物Ａ２から成る層は図示されていない。
【００５９】
図１０は、本発明によるセンサの測定信号を示している。ここでプラチナ電極はインターデジタル電極の形状で配置されており、相応する電極内の図９に示された層３１０は、ＣｕＡｌＯ２から成る層である。インターデジタル電極の間の電気的抵抗が線４００として示されており、体積％における酸素濃度は線４１０として示されており、体積％におけるＣＯ２の濃度は線４２０として示されている。
【００６０】
酸素濃度は、最初の１２０分の間では、２１体積％で一定である。線における測定値の個々の異常値は、詳細には考慮されていない。１２０分の後に酸素濃度は２４０分まで、１０体積％の値に達するまで徐々に下降する。次に酸素濃度は再び、２１体積％の元来の値まで上昇する。ＣＯ２の濃度は、最初の３０分の間は０体積％であり、次に第２のステップにおいて、最大値まで上昇し、９０分付近で残りの測定の間に再び０体積％に下がる。
【００６１】
３０分までの測定の第１の部分では、酸素濃度が一定であり、二酸化炭素が無い場合には、センサのインターデジタル電極の間に僅かな抵抗が示される。そうでない場合には一定の酸素濃度のもとで、二酸化炭素を添加した後、測定セル抵抗が格段に変化する。
【００６２】
６０分後にさらに二酸化炭素を添加する場合には、インターデジタル電極の間の抵抗がさらに高まる。しかしこれは第１の添加ほどは著しく結果にはならない。９０分〜１２０分の間隔において、依然として酸素濃度が一定の場合には、再びＣＯ２の濃度が０にまで下降する。これに相応してセンサ信号の結果が生じる。１２０分〜２４０分の間の間隔の酸素濃度が徐々に下降する場合には、センサ信号の上昇が識別される。２４０分から酸素濃度が上昇した後、センサは再び、信号における小さい段階の形で反応を示す。全体的に、ＣｕＡｌＯ２を含んでいる機能層を伴うガスセンサは、酸素にもＣＯ２にも反応するという結果が確認される。
【００６３】
図１１は、プロパン算定時の本発明による別のセンサの信号を示している。図１０の測定にも使用されたのと同じセンサである。インターデジタル電極の間の電気的な抵抗は線５００によって示されている。プロパンの濃度はｐｐｍで線５１０によって示されている。
【００６４】
測定は種々の時間間隔に分けられる。第１の時間間隔ではプロパンの濃度は０体積％である。次に、センサは、２１体積％の酸素と４００ｐｐｍのプロパン濃度から成るガス混合体にさらされる。これによって、センサ信号は上昇する。第３の時間間隔においては、２１体積％の酸素濃度並びに０ｐｐｍのプロパンから成るガス混合体が存在する。この結果センサ信号は下降する。次の時間部分においてセンサには、２１体積％の酸素および６３０ｐｐｍのプロパン濃度から成るガス混合体が加えられる。これによってこのセンサ信号は再び上昇する。
【００６５】
次の時間間隔において、プロパンの濃度は再び０に下がり、再び２１体積％の酸素を有するガス混合体が存在する。この結果、センサ信号が再び下降したことが識別される。次に、センサに２１体積％の酸素並びに８７５ｐｐｍのプロパン濃度から成るガス混合体が加えられる。これによってインターデジタル電極の間の抵抗が著しく上昇する。最後の時間間隔では、プロパン濃度が再び０に下がり、センサ信号が再び下降したことが識別される。
【００６６】
従って、ＣｕＡｌＯ２を含んでいるセンサは、炭化水素の算定にも使用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  基板、  ２０、２１  導電性構造体、  ３０  第２の領域、  ４０  第１の領域、  ５０  煤粒子、  １００  基板、  １１０  電極、  １２０  機能層、  １３０  層
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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