專利名稱：氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器，所述氣體傳感器具有至少一個(gè)能夠?qū)щ姷臍饷魧樱?所述氣敏層具有可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域，在所述表面區(qū)域中逸出功取決于與其 形成接觸的目標(biāo)氣體的濃度，并且所述氣體傳感器具有至少一個(gè)通過(guò)氣隙與所述表面區(qū)域 電容性地耦合的電位傳感器。
背景技術(shù)：
由DE 43 33 875 C2公開(kāi)了一種這樣的用于測(cè)量氫氣濃度的氣體傳感器。所述氣 體傳感器具有硅襯底，在所述硅襯底中作為電位傳感器集成有場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng) 晶體管具有漏極、源極和位于其之間的溝道區(qū)域。在所述溝道區(qū)域上設(shè)置有電絕緣層并且 在所述電絕緣層上設(shè)置有柵電極。側(cè)向地在柵電極旁邊設(shè)置有傳感器電極，所述傳感器電 極與柵電極一體地連接成懸浮的柵極。在其朝向襯底的底側(cè)上，傳感器電極涂覆有氣敏層， 所述氣敏層通過(guò)氣隙與源極電容性地耦合。所述氣敏層的朝向襯底的表面區(qū)域可與氫氣形 成接觸，氫氣在與表面區(qū)域接觸時(shí)吸附到表面區(qū)域上。在氫氣濃度變化時(shí)，氣敏層的表面區(qū) 域中的逸出功發(fā)生改變。因?yàn)閭鞲衅麟姌O與表面區(qū)域電容性地耦合并且與柵電極連接，所 以柵電極上的電位也發(fā)生改變。根據(jù)電位變化控制在漏極與源極之間的電流。在通常的室內(nèi)空氣中，一薄層的空氣氧(Luftsauerstoff)解離地吸附在氣敏層 的表面上，也就是說(shuō)，作為氧原子而不是如其在空氣中那樣作為氧分子。當(dāng)目標(biāo)氣體到達(dá)氣 敏層的周圍環(huán)境中時(shí)，首先目標(biāo)氣體吸附在表面上，其中，目標(biāo)氣體部分地排擠吸附在表面 上的空氣氧并且占據(jù)它們的吸附位置。目標(biāo)氣體的吸附和氧覆蓋的減少這兩種效應(yīng)相加地 有助于表面逸出功的變化。但是同時(shí)在表面上，通過(guò)氣敏層的催化作用促進(jìn)，氫與氧之間的 反應(yīng)開(kāi)始，在反應(yīng)時(shí)形成水。在低于約60°C的低溫時(shí)，由此逐步地僅僅減小在表面上的氫覆 蓋。這樣的氫消耗通過(guò)持續(xù)不斷的新吸附氣相的氫補(bǔ)償，從而確保穩(wěn)定的測(cè)量信號(hào)。在高 于約60°C的較高溫時(shí)，反應(yīng)如此快地進(jìn)行，使得由此氫吸附不再可以完全補(bǔ)償由于表面反 應(yīng)的氫消耗并且附加地也降低氣敏層的鄰近周圍環(huán)境中的氫濃度。因此，表面的氧覆蓋可 以重新增加。所有三種效應(yīng)在相反方向上作用逸出功。所述反應(yīng)可以根據(jù)氣敏層的溫度進(jìn) 行若干小時(shí)以上或者進(jìn)行幾秒鐘，從而可以嚴(yán)重地干擾測(cè)量信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種開(kāi)頭所述類型的氣體傳感器，所述氣體傳感器能夠?qū)?現(xiàn)高的測(cè)量精度。所述任務(wù)通過(guò)以下方式解決表面區(qū)域通過(guò)至少一個(gè)凹槽結(jié)構(gòu)化，在所述凹槽中 設(shè)置有與氣敏層導(dǎo)電連接的、面的材料元件，所述材料元件的材料與氣敏層的材料不同并 且包括至少一種金屬和/或至少一種包含金屬的化合物。意想不到地，已經(jīng)證實(shí)，通過(guò)所述結(jié)構(gòu)化使氣敏層如此穩(wěn)定，使得可以減少或者甚 至停止待測(cè)量的目標(biāo)氣體與表面氧和空氣氧的反應(yīng)的相互影響?；衔飪?yōu)選是氧化物。氣敏層優(yōu)選由金屬、尤其是鉬和/或鈀制成。試驗(yàn)已經(jīng)表明，當(dāng)氣體傳感器包括至少一種金屬銀和/或銅時(shí)，特別好地穩(wěn)定氣 體傳感器的測(cè)量信號(hào)。有利的是，借助于掩蔽步驟、尤其是光刻地產(chǎn)生由表面區(qū)域和至少一個(gè)材料元件 形成的結(jié)構(gòu)。由此，在制造氣體傳感器時(shí)可以針對(duì)地并且可復(fù)制地以預(yù)先確定的幾何結(jié)構(gòu) 制造所述結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)優(yōu)選被規(guī)則地構(gòu)造和/或具有規(guī)則的幾何基本形狀。在氣敏層的 俯視圖中，所述結(jié)構(gòu)可以具有直的、彎曲的、正方形的、矩形的、多角形的、多邊形的、橢圓形 的和/或環(huán)形的結(jié)構(gòu)元件。具有至少兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的氣體傳感器的集合也在本發(fā)明的范 疇內(nèi)，其中，結(jié)構(gòu)是相同或者相應(yīng)一致的。但所述至少一種金屬也可包括鐵、錫、鉛、鎳、鋅和/或鈷。這些金屬在電化學(xué)的電 動(dòng)序中與銀和銅相鄰。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選構(gòu)型中，氣敏層的可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域大于至 少一個(gè)位于至少一個(gè)凹槽內(nèi)的材料元件的可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面的1%、在必要時(shí) 大于5%、尤其是大于10%。氣敏層的可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域過(guò)小在表面上導(dǎo) 致很少的目標(biāo)氣體吸附，但是目標(biāo)氣體吸附對(duì)于目標(biāo)氣體檢測(cè)而言起決定性作用。有利的是，至少一個(gè)位于至少一個(gè)凹槽內(nèi)的材料元件的可與目標(biāo)氣體形成接觸 的表面大于氣敏層的可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域(9)的0.001%、在必要時(shí)大于 0. 1%、尤其是大于10%。如果材料元件的可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域過(guò)小，則所述 至少一個(gè)材料元件的穩(wěn)定效果降低。按照目的地，如此結(jié)構(gòu)化可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域，使得所述表面區(qū)域 在任何位置上距至少一個(gè)材料元件都不遠(yuǎn)于500 μ m、在必要時(shí)不遠(yuǎn)于300 μ m、尤其是不遠(yuǎn) 于100 μ m。由此能夠?qū)崿F(xiàn)氣體傳感器的測(cè)量信號(hào)的極為有效的穩(wěn)定。優(yōu)選地，由表面區(qū)域和至少一個(gè)材料元件形成的結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)一致的單元結(jié) 構(gòu)區(qū)域，這些單元結(jié)構(gòu)區(qū)域優(yōu)選在側(cè)向上彼此鄰接并且分別包括至少一個(gè)材料元件和氣敏 層的表面區(qū)域的一個(gè)區(qū)段。在此，所述結(jié)構(gòu)甚至可以由在一行或多行中矩陣式地并列設(shè)置 的多個(gè)這樣的單元結(jié)構(gòu)區(qū)域形成。有利的是，材料元件中的至少兩個(gè)通過(guò)氣敏層的位于其之間的部分區(qū)域在側(cè)向 上彼此間隔開(kāi)，并且這些材料元件的距離至少為50nm、必要時(shí)至少為75nm、優(yōu)選至少為 lOOnm。在此，這些材料元件甚至可以是彼此分離的，其方式是，它們例如完全由氣敏層環(huán) 繞。優(yōu)選如此選擇這些材料元件的與氣敏層鄰接的外輪廓，使得材料元件與氣敏層鄰接所 沿的邊界線盡可能短。這可以尤其是通過(guò)材料元件構(gòu)造為圓盤(pán)形來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施形式中，面的材料元件的厚度至少是單層的厚度的0. 1 倍并且最厚為ΙΟμπι。試驗(yàn)已經(jīng)表明，以IOnm的層厚度以由銅或銅氧化物制成的、面的材料 元件可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)的良好穩(wěn)定。在本發(fā)明的一個(gè)可能的構(gòu)型中，至少一個(gè)材料元件設(shè)置在氣敏層上。但是相反的 布置也是可行的，其中，氣敏層設(shè)置在金屬層上，其中，金屬層的至少一個(gè)未被氣敏層覆蓋 的部分區(qū)域形成所述至少一個(gè)材料元件。隨后在制造氣體傳感器時(shí)僅僅需要使兩個(gè)彼此上 下放置的層中的一個(gè)結(jié)構(gòu)化。但是嵌入的結(jié)構(gòu)也是可行的，其中，至少一個(gè)材料元件完全設(shè) 置在氣敏層的至少一個(gè)凹槽中。在氣敏層的俯視圖中，至少一個(gè)材料元件可設(shè)置在所述凹槽前面、所述凹槽中和/或所述凹槽后面。也可以說(shuō)，所述至少一個(gè)材料元件設(shè)置在所述凹 槽上面、所述凹槽下面和/或所述凹槽中。有利的是，在所述至少一個(gè)材料元件與氣敏層之間設(shè)有增附劑層。由此可以實(shí)現(xiàn) 所述至少一個(gè)材料元件在氣敏層上更好的附著。優(yōu)選如此結(jié)構(gòu)化所述增附劑層，使得所述 增附劑層不覆蓋凹槽中的氣敏層。還應(yīng)當(dāng)提及的是，至少一個(gè)材料元件的材料在氣爆時(shí)應(yīng)當(dāng)是持久穩(wěn)定的，優(yōu)選在 直到約180°C的溫度下。尤其是當(dāng)目標(biāo)氣體是氫氣時(shí)，所述至少一個(gè)材料元件也應(yīng)當(dāng)是持續(xù) 防潮的。此外，所述至少一個(gè)材料元件不應(yīng)抑制氣敏層在與目標(biāo)氣體接觸時(shí)的逸出功變化。在本發(fā)明的一個(gè)有利構(gòu)型中，電位傳感器是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管具 有襯底，在所述襯底上設(shè)置有漏極和源極，其中，在漏極與源極之間形成溝道區(qū)域，其中，所 述溝道區(qū)域直接通過(guò)氣隙或間接地通過(guò)與溝道區(qū)域共同作用的柵電極和與所述柵電極導(dǎo) 電連接的傳感電極與氣敏層的表面區(qū)域電容性地耦合。所述氣體傳感器也可以具有SGFET 和/或CCFET作為電位傳感器。在本發(fā)明的另一構(gòu)型中，氣體傳感器被構(gòu)造為開(kāi)爾文探針(Kelvin-sonde)，其中， 電位傳感器通過(guò)一個(gè)通過(guò)氣隙與氣敏層的表面區(qū)域間隔開(kāi)的、可向著所述氣敏層或遠(yuǎn)離所 述氣敏層地運(yùn)動(dòng)的電極與氣敏層的表面區(qū)域電容性地耦合。這樣的開(kāi)爾文探針優(yōu)選應(yīng)用在 實(shí)驗(yàn)室研究中。


下面根據(jù)附圖更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示出圖1 氣體傳感器的橫截面，所述氣體傳感器具有SGFET，其溝道區(qū)域通過(guò)氣隙與 氣敏層電容性地耦合，圖2 氣體傳感器的橫截面，所述氣體傳感器具有CCFET，其傳感器電極通過(guò)氣隙 與氣敏層電容性地耦合，圖3 構(gòu)造為開(kāi)爾文探針的氣體傳感器的橫截面，圖4 通過(guò)凹槽結(jié)構(gòu)化的氣敏層的第一實(shí)施例的俯視圖，圖5 通過(guò)凹槽結(jié)構(gòu)化的氣敏層的第二實(shí)施例的俯視圖，圖6 氫氣體傳感器的測(cè)量信號(hào)和在所述氣體傳感器的周圍環(huán)境中的氫濃度的示 圖，其中，在橫坐標(biāo)上繪制時(shí)間t (單位秒)并且在縱坐標(biāo)上在左側(cè)繪制測(cè)量信號(hào)的振幅而 在右側(cè)繪制氫濃度，圖7至9 載體部件的部分橫截面，在所述載體部件上設(shè)置有結(jié)構(gòu)化的氣敏層，以 及圖10 通過(guò)凹槽結(jié)構(gòu)化的氣敏層的第三實(shí)施例的俯視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中整體上以1標(biāo)示的氣體傳感器具有襯底2，在所述襯底上在η摻雜的晶體 管下沉部中設(shè)置有漏極3和源極4。漏極3和源極4例如可以由ρ摻雜的硅組成。漏極3 通過(guò)電導(dǎo)軌與在附圖中未詳細(xì)示出的漏極連接端子連接。以相應(yīng)的方式，源極4與源極連 接端子連接。在漏極3與源極4之間，在襯底2中形成溝道區(qū)域5，在所述溝道區(qū)域上設(shè)置有電絕緣的薄氧化層或氮化物，所述薄氧化層或所述氮化物用作柵極介質(zhì)。在溝道區(qū)域5上方，在載體部件6旁邊設(shè)置有氣敏層7，所述氣敏層7例如由貴金 屬、尤其是由鉬或鈀制成并且通過(guò)氣隙8與溝道區(qū)域5間隔開(kāi)。氣敏層7的朝向溝道區(qū)域 5的表面區(qū)域9通過(guò)氣隙8與溝道區(qū)域5電容性地耦合。載體部件6在氣敏層7的兩側(cè)通過(guò)電絕緣層10與襯底2如此連接，使得載體部件 6和氣敏層7形成懸浮的柵極。氣隙8通過(guò)至少一個(gè)在附圖中未詳細(xì)示出的開(kāi)口與圍繞所述氣體傳感器1的大氣 連通。通過(guò)所述開(kāi)口，氣敏層7的表面區(qū)域9可以與待檢測(cè)的目標(biāo)氣體、即氫形成接觸。在 與表面區(qū)域9接觸時(shí)目標(biāo)氣體吸附在表面區(qū)域9上。在此，在表面區(qū)域9中逸出功發(fā)生改 變，這導(dǎo)致溝道區(qū)域5中的電位的改變。在根據(jù)圖1的實(shí)施例中，溝道區(qū)域5被構(gòu)造成敞開(kāi)的(ISFET)并且通過(guò)薄層氧化 物和氣隙8直接與氣敏層7電容性地耦合?？汕宄乜吹?，溝道區(qū)域5設(shè)置在氣隙8的位 于氣敏層7對(duì)面的一側(cè)上。在根據(jù)圖2的實(shí)施例中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管被構(gòu)造為CCFET，其中，溝道區(qū)域5在側(cè)向上 在氣敏層7旁邊設(shè)置在襯底2中并且以柵電極10遮蓋。為了溝道區(qū)域5與氣敏層7的電 容性耦合，柵電極11通過(guò)電連接線12與傳感器電極13連接，所述傳感器電極13在氣隙8 的位于氣敏層7的表面區(qū)域9對(duì)面的一側(cè)上設(shè)置在位于襯底2上的絕緣層10上。絕緣層 10例如可以是SiO2層。SGFET的懸浮的柵極的構(gòu)造與圖1中相同。在圖3中示出的實(shí)施例中，氣體傳感器1被構(gòu)型為開(kāi)爾文探針。氣敏層7設(shè)置在 導(dǎo)電的載體14上并且在其背離載體14的一側(cè)上具有表面區(qū)域9，目標(biāo)氣體可以吸附在所述 表面區(qū)域上。表面區(qū)域9通過(guò)氣隙8與電極15間隔開(kāi)并且與所述電極形成電容?？梢越柚谠诟綀D中未詳細(xì)示出的致動(dòng)器使電極15振動(dòng)。在此，電極15根據(jù)箭 頭Pf交替地向著或遠(yuǎn)離氣敏層7地運(yùn)動(dòng)。電極15和載體14或者氣敏層7與分析與控制 裝置17的連接端子16連接。所述分析與控制裝置17具有在附圖中未詳細(xì)示出的電位傳 感器，所述電位傳感器為了測(cè)量氣敏層7與電極15之間的電壓與連接端子16連接。所述 分析與控制裝置17還具有與電位傳感器形成控制連接的可調(diào)節(jié)電壓源，借助于所述可調(diào) 節(jié)電壓源可以在電位傳感器與電極15和/或載體14之間施加一個(gè)反向電壓。如此選擇所 述反向電壓，使得由所述電位傳感器測(cè)量到的電位平均為零。替換地，也可直接測(cè)量電極15 與載體14之間的電容由振動(dòng)引起的變化，例如其方式是，測(cè)量在電極15與載體14之間流 動(dòng)的電流。氣敏層7的表面區(qū)域9在每個(gè)在圖1-3中示出的實(shí)施例中分別通過(guò)一些凹槽光刻 地結(jié)構(gòu)化，在這些凹槽中分別設(shè)置有與氣敏層導(dǎo)電連接的、面的材料元件18。材料元件18 的材料與氣敏層7的材料不同并且優(yōu)選包含銅和/或銀。氣敏層7的可與目標(biāo)氣體形成接觸的、與溝道區(qū)域5電容性地耦合的表面大于由 氣敏層的表面和材料元件18的表面構(gòu)成的整個(gè)表面的并且小于由氣敏層的表面和材 料元件18的表面構(gòu)成的整個(gè)表面的99. 999%。氣敏層7的可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域9被如此結(jié)構(gòu)化，使得表面區(qū)域9 在任何位置上距材料元件18都不遠(yuǎn)于500 μ m。在圖4中示出的實(shí)施例中，氣敏層7被棋盤(pán)式地結(jié)構(gòu)化。可清楚地看到，氣敏層7的與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域9被劃分成多個(gè)正方形的區(qū)段，這些區(qū)段在多個(gè)行和列 中彼此錯(cuò)開(kāi)空位。在氣敏層7的兩個(gè)彼此相鄰的區(qū)段之間的間隙中分別設(shè)置有材料元件 18，所述材料元件18的表面尺寸相應(yīng)于區(qū)段的表面尺寸。兩個(gè)彼此相鄰的材料元件18的 距離A在IOOnm與500 μ m之間。材料元件18的整個(gè)表面與氣敏層7的表面區(qū)域9的面積 比為1 1。在圖5中示出的實(shí)施例中，材料元件18在所有側(cè)面通過(guò)氣敏層7的位于材料元件 之間的、可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域9彼此間隔開(kāi)?？汕宄乜吹剑杀砻鎱^(qū)域9和材料元件18形成的結(jié)構(gòu)具有多個(gè)一致的單元結(jié)構(gòu) 區(qū)域19，所述單元結(jié)構(gòu)區(qū)域19具有大約正方形的外輪廓。每個(gè)單元結(jié)構(gòu)區(qū)域19分別包括 一個(gè)材料元件18和氣敏層7的表面區(qū)域9的一個(gè)區(qū)段，所述區(qū)段框形地環(huán)繞所述材料元件 18。彼此相鄰的單元結(jié)構(gòu)區(qū)域19與表面區(qū)域9的區(qū)段直接并且無(wú)間斷地彼此鄰接，從而得 到連續(xù)的、可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域9。材料元件18的整個(gè)表面與氣敏層7的表 面區(qū)域9的面積比為B2/(C2-B2)，其中，B是材料元件18的邊長(zhǎng)而C是單元結(jié)構(gòu)區(qū)域19的 邊長(zhǎng)。在圖6中以圖形示出了開(kāi)爾文探針對(duì)于氣敏層7的結(jié)構(gòu)的不同尺寸B、C(參見(jiàn)圖 5)的測(cè)量信號(hào)，其中，目標(biāo)氣體的濃度階梯狀地從大約零升高到最大值并且此后階梯狀地 降低到大約零。可清楚地看到，測(cè)量信號(hào)的振幅取決于結(jié)構(gòu)的尺寸，并且以值B= ΙΟμπι和 C = 50 μ m達(dá)到最大的靈敏度。在圖7中可以看到，氣敏層7設(shè)置在載體部件6上而材料元件18設(shè)置在氣敏層7 上。氣敏層7在載體部件6上不間斷地延伸。氣敏層7附著在載體部件6上而材料元件18 附著在氣敏層7上。材料元件18的厚度在單層的厚度的0.1倍與ΙΟμπι之間。需要時(shí)，在 載體部件6與氣敏層7之間和/或在氣敏層與材料元件18之間設(shè)置有增附劑層。但同樣可行的是，材料元件18設(shè)置在載體部件6上而氣敏層7設(shè)置在具有所述材 料元件18的金屬層上，如其在圖8中所示。在此，材料元件18通過(guò)連續(xù)的金屬層的區(qū)段形 成。所述金屬層附著在載體部件6上而氣敏層7附著在所述金屬層上。需要時(shí)，在載體部 件6與金屬層之間和/或在所述金屬層與氣敏層7之間可以設(shè)置有增附劑層。在圖9中可以看到，氣敏層7與材料元件18也可以并列地設(shè)置在載體部件6上。 材料元件18在側(cè)向上與氣敏層7鄰接。氣敏層7和材料元件18分別直接附著在載體部件 6的表面上。在此，在載體部件6與氣敏層7或材料元件18之間也可以設(shè)置有增附劑層。在圖10中示出了另一個(gè)實(shí)施例，其中，氣敏層的可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū) 域9具有一些環(huán)，在這些環(huán)之間設(shè)置有環(huán)形的材料元件18。在此，表面區(qū)域9的環(huán)和材料元 件18大約彼此同心地布置。在圖10中示出的結(jié)構(gòu)具有多個(gè)假想的單元結(jié)構(gòu)區(qū)域，這些單 元結(jié)構(gòu)區(qū)域被扇形地構(gòu)造并且在角度格柵(Winkelraster)中如此圍繞中心點(diǎn)彼此錯(cuò)開(kāi)， 使得它們不間斷地彼此鄰接。
權(quán)利要求
1.氣體傳感器(1)，具有至少一個(gè)能夠?qū)щ姷臍饷魧?7)，所述氣敏層具有一可與目標(biāo) 氣體形成接觸的表面區(qū)域(9)，在所述表面區(qū)域中逸出功取決于與其形成接觸的目標(biāo)氣體 的濃度，以及具有至少一個(gè)通過(guò)一氣隙(8)與所述表面區(qū)域(9)電容性地耦合的電位傳感 器，其特征在于，所述表面區(qū)域(9)通過(guò)至少一個(gè)凹槽結(jié)構(gòu)化，在所述凹槽中設(shè)置有一導(dǎo)電 地與所述氣敏層(7)連接的、面的材料元件(18)，所述材料元件的材料與所述氣敏層(7)的 材料不同并且包括至少一種金屬和/或至少一種包含金屬的化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，由所述表面區(qū)域(9)和所述至 少一個(gè)材料元件(18)形成的結(jié)構(gòu)是借助于一掩蔽步驟產(chǎn)生的、尤其是光刻地產(chǎn)生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述至少一種金屬包括銀 和/或銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述至少一種金 屬包括鐵、錫、鉛、鎳、鋅和/或鈷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述氣敏層(7) 的可與所述目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域(9)大于所述至少一個(gè)位于所述至少一個(gè)凹槽 內(nèi)的材料元件(18)的可與所述目標(biāo)氣體形成接觸的表面的1%、必要時(shí)大于所述至少一個(gè) 位于所述至少一個(gè)凹槽內(nèi)的材料元件(18)的可與所述目標(biāo)氣體形成接觸的表面的5%，尤 其是大于所述至少一個(gè)位于所述至少一個(gè)凹槽內(nèi)的材料元件(18)的可與所述目標(biāo)氣體形 成接觸的表面的10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述至少一個(gè)位 于所述至少一個(gè)凹槽內(nèi)的材料元件(18)的可與所述目標(biāo)氣體形成接觸的表面大于所述氣 敏層的可與所述目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域(9)的0.001%、必要時(shí)大于所述氣敏層的 可與所述目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域(9)的0. 1%，尤其是大于所述氣敏層的可與所述 目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域(9)的10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述可與所述目 標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域(9)被如此結(jié)構(gòu)化，使得所述表面區(qū)域(9)在任何位置上距所 述至少一個(gè)材料元件(18)均不遠(yuǎn)于500 μ m、必要時(shí)不遠(yuǎn)于300 μ m，尤其是不遠(yuǎn)于100 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，由所述表面區(qū)域 (9)和所述至少一個(gè)材料元件(18)形成的結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)一致的單元結(jié)構(gòu)區(qū)域(19)，這 些單元結(jié)構(gòu)區(qū)域優(yōu)選在側(cè)向上彼此鄰接并且分別包括至少一個(gè)材料元件(18)和所述氣敏 層(7)的表面區(qū)域(9)的一個(gè)區(qū)段。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述材料元件 (18)中的至少兩個(gè)通過(guò)所述氣敏層(7)的一位于其之間的部分區(qū)域在側(cè)向上彼此間隔開(kāi)， 并且所述材料元件(18)的距離為至少50nm、必要時(shí)為至少75nm以及優(yōu)選為至少lOOnm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述面的材料 元件(18)的厚度至少為一個(gè)單層的厚度的0. 1倍并且最高為10 μ m。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述至少一個(gè) 材料元件(18)被設(shè)置在所述氣敏層(7)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述氣敏層 (7)被設(shè)置在一金屬層上，并且所述金屬層的至少一個(gè)未被所述氣敏層(7)覆蓋的部分區(qū)域形成所述至少一個(gè)材料元件(18)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，在所述至少一 個(gè)材料元件(18)與所述氣敏層(7)之間設(shè)置有一增附劑層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，目標(biāo)氣體是一 還原性氣體、尤其是氫。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述電位傳感 器是一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有一襯底，在所述襯底上設(shè)置有一漏極(3)和 一源極G)，在所述漏極C3)與所述源極(4)之間形成一溝道區(qū)域(5)，并且所述溝道區(qū)域 (5)直接通過(guò)所述氣隙(8)或者間接通過(guò)一與所述溝道區(qū)域( 共同作用的柵電極(11)和 一與所述柵電極(11)導(dǎo)電地連接的傳感器電極(13)與所述氣敏層(7)的表面區(qū)域(9)電 容性地耦合。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(1)，其特征在于，所述氣體傳感 器被構(gòu)造為開(kāi)爾文探針，其中，所述電位傳感器通過(guò)一通過(guò)所述氣隙(8)與所述氣敏層(7) 的表面區(qū)域(9)間隔開(kāi)的、可向著和遠(yuǎn)離所述氣敏層(7)運(yùn)動(dòng)的電極(15)與所述氣敏層 (7)的表面區(qū)域(9)電容性地耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器(1)，其具有至少一個(gè)能夠?qū)щ姷臍饷魧?7)，所述氣敏層具有可與目標(biāo)氣體形成接觸的表面區(qū)域(9)，在所述表面區(qū)域中逸出功取決于與其形成接觸的目標(biāo)氣體的濃度。至少一個(gè)電位傳感器通過(guò)氣隙(8)與所述表面區(qū)域(9)電容性地耦合。所述表面區(qū)域(9)通過(guò)至少一個(gè)凹槽結(jié)構(gòu)化，在所述凹槽中設(shè)置有導(dǎo)電地與所述氣敏層(7)連接的、面的材料元件(18)，所述材料元件的材料與所述氣敏層(7)的材料不同并且包括一種金屬和/或一種包含金屬的化合物。
文檔編號(hào)G01N27/00GK102112868SQ200980130863
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
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