[发明专利]气体传感器和用于制造这种气体传感器的方法

说明书

技术领域

本发明的主题是包括场效应晶体管的气体传感器。此外本发明的主题是用于制造这种气体传感器的方法。

背景技术

传感器、如例如化学的气体传感器经常在高温下运行，所述气体传感器基于具有衬底的场效应晶体管，所述衬底例如具有带有大带隙的半导体材料，所述高温能够处于300℃或者以上的范围中。这种温度例如存在于能够布置在内燃机的排气系统中或者上的传感器中。为了实现传感器中恒定的温度，经常还会需要将传感器加热超过环境温度。

除了这种传感器相对于这种温度的机械稳定性以及电学稳定性之外，此外还可能有利的是相对于各种不同的材料、如例如氧气、水或者湿气(Feuchtigkeit)、形成酸的气体、如例如氮氧化物或者硫氧化物并且相对于溶解的物质、如例如金属离子的化学稳定性。

发明内容

本发明的主题是气体传感器，其包括具有衬底的场效应晶体管，在所述衬底上布置有能够暴露于气体的栅电极、源电极和漏电极，其中在衬底和栅电极之间布置有电绝缘部，其中所述电绝缘部构造为层系统，并且其中将规定的、稳定的电荷引入到所述层系统的至少一层中。

这种气体传感器在此包括场效应晶体管，所述场效应晶体管以已知的方式包括衬底。所述衬底能够例如由碳化硅构成并且例如通过相应的掺杂剂而具有源极区域以及漏极区域，在所述源极区域上布置有源电极，在所述漏极区域上布置有漏电极。在所述源极区域和所述漏极区域之间能够布置或者在运行时形成半导体衬底的空间电荷区或者沟道。在所述衬底的空间电荷区上方能够布置绝缘体或者电绝缘部，所述绝缘体或者电绝缘部使得衬底或者空间电荷区与栅电极分开。

因此，对于场效应晶体管或者场效应气体传感器能够以已知的方式尤其理解为一种结构，对所述结构而言在吸附确定的气体或者确定的气体离子时能够通过电场的作用改变电方面和物理方面可测量的参量。所述物理方面可测量的参量能够例如是两个连接触头之间的电阻或者源极触头和漏极触头之间的电流或者电容，所述电容在电极位置和背电极(Rückelektrode)之间是可测量的。

所述背电极尤其能够通过半导体衬底形成，在所述半导体衬底中构造对气体敏感的场效应晶体管的源极区域、漏极区域以及布置在源极区域和漏极区域之间的沟道区域，其中所述沟道区域或者所述空间电荷区域的至少一个表面邻接到绝缘层上。

这种实施方式呈现的优点在于，气体传感器能够以差异最大的变型方案用于气体探测并且因此能够与相应地应用于分析单元的技术相匹配。这又能够再次呈现优点，即气体探测器能够基于半导体衬底制造，其中对于分析的不同方案也能够实施气体传感器的不同方案。所述气体传感器的不同实施方式也能够具有对于不同种类气体的不同的敏感性，从而通过气体传感器的不同设计方案的自由度将上述装置能够应用于高精度的气体探测。

在此栅电极尤其能够是多孔的，以引起位于下面的层与待测量的气体流或者存在于气体流中的物质相互作用。此外，栅电极尤其能够暴露于气体，即能够直接并且紧贴着暴露于待测量的气体流或者能够与所述气体流接触。电极或者传感器相对于流体流或者流体也能够至少短期地暴露，这例如在气体流中冷凝的条件下能够是必需的。

栅电极和衬底或者空间电荷区域之间的电绝缘部尤其能够构造为层系统。层系统在此尤其可以意味着多个具有相同或者不同的材料的单层，所述单层尤其直接相互邻接地布置。所述层系统在下文中也被称为栅极堆(Gatestapel)。例如多个具有必要时不同功能性的层的组合能够形成层系统，所述层系统能够形成电绝缘部。在此所述层系统的至少一层能够被用作电绝缘体，所述至少一层具有大于1×10E7Ohm×cm的比电阻或者具有大于4eV的带隙。这种层结构的其他有利的实施方式能够以尽可能合适的次序形成例如具有良好的绝缘性的良好的扩散阻挡(Diffusionsbarrier)和具有良好的耐腐蚀性的层的组合。

在此能够将规定的、稳定的电荷引入到所述层系统的至少一层中。

上述装置或者如此构造的气体传感器尤其能够改善电绝缘部、如尤其安装在场效应晶体管的活性的沟道区域上的栅极绝缘部的结构方面和电方面的稳定性。此外尤其在高温时能够减少漏电。如上所述，这尤其能够通过在制造期间对层系统中的电绝缘部或者栅极绝缘部的单个层有针对性地并且持续地进行改性实现，所述改性例如通过有针对性地将电荷引入到或者使电荷形成到电绝缘部的相应的层材料或单个的或者全部的层中实现。