[發明專利]場效應氣體傳感器、用于制造場效應氣體傳感器的方法和用于探測氣體的方法

有效

• 申請號: 201110226985.6
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN102375015A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: R.菲克斯;D.孔茨;A.克勞斯;A.馬丁;D.卡爾歇爾
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張濤;李家麟

技術領域

本發明涉及根據獨立權利要求的場效應氣體傳感器、用于制造場效應氣體傳感器的方法和用于探測氣體的方法。?

背景技術

基于場效應的器件——譬如具有氣敏電極、對應電極和在其間的介電體的電容結構、金屬絕緣體半導體結構（MIS結構）和/或場效應晶體管——適于探測氣體。在此，根據目前的知識水平，尤其金屬層和半導體層承擔信號形成的重要任務。要探測的氣體通過金屬層的催化作用（在此主要用Pt來探測氫）來離子化。在此，氣體感生的電荷通過其場而使在半導體材料中的載流子濃度改變，由此又改變半導體與介電體之間的空間電荷區的厚度。該信號例如可以作為電容的改變來測量。在作為場效應晶體管的結構中，載流子濃度的改變也可以作為FET的溝道電阻的改變來測量。載流子濃度的信息由此解釋為溝道電流改變（變換器）。?

絕緣體（也稱介電體）在此承擔如下任務：使半導體和金屬彼此電隔離而且還將金屬（柵極）處的電勢經由場傳遞給半導體。對于目前已知的信號形成機制而言，所使用的介電體起到了次要作用。按標準，將譬如SiO₂或SiO₄的介電體材料用于基于場效應的氣體傳感器，在特別的應用中例如擴散勢壘是有利的。這種傳感器的例子在DE?10?2007?003541?A1中公開。?

在基于場效應的氣體傳感器的靈敏度方面的優化根據目前的現有技術主要涉及催化活性的金屬層，該金屬層例如由Pt或Pd納米結構構成。在此，嘗試通過這種納米多孔金屬層的形態和組分的變化來實現最佳的靈敏度和選擇性。?

發明內容

基于此背景，借助本發明介紹了根據獨立權利要求的場效應氣體傳感器、用于制造場效應氣體傳感器的方法、此外用于探測氣體的方法以及相應的計算機程序產品以及最后氣體探測器，其中該氣體探測器使用該方法。有利的擴展方案從相應的從屬權利要求和以下的描述中得到。?

本發明提出了一種場效應氣體傳感器，其具有如下特征：?

-?對于至少一種預先確定的氣體可透過的多孔電極層；

-?至少一個與電極層鄰接的介電體層，其具有不同于SiO₂和Si₃N₄的材料；以及

-?由金屬或半導體材料構成的后部電極，其中后部電極在與電極層對置的側上與介電體層鄰接。

此外，本發明還提出了一種借助前面所描述的場效應氣體傳感器來探測氣體的方法，其中該方法具有如下步驟：?

-?在場效應氣體傳感器的電極層與后部電極的連接接觸部之間施加電壓，

-?確定在電極層與后部電極的連接接觸部之間或在后部電極的兩個不同的連接接觸部之間的物理量；

-?改變所施加的電壓的頻率或場效應氣體傳感器的溫度；

-?確定在電極層與后部電極的連接接觸部之間或在后部電極的兩個連接接觸部之間的第二物理量；以及

-?在使用物理量和/或第二物理量的情況下確定氣體類型或氣體濃度。

本發明也提出了一種控制設備，其構建為控制、執行或實現根據本發明的方法的步驟。尤其是，控制設備可以具有如下裝置，該裝置構建為控制或實施該方法的步驟。通過本發明在控制設備形式方面的實施變形方案也可以快速且有效地解決本發明所基于的任務。?

控制設備在此可以理解為電設備，其處理傳感器信號并且據此輸出控制信號或探測信號。控制設備可以具有接口，該接口可以以硬件方式和/或以軟件方式來構建。在硬件方式構建的情況下，接口例如可以是所謂系統ASIC的部分，該部分包含控制設備的不同功能。然而也可能的是，接口是自己的集成電路或至少部分由分立器件構成。在軟件方式構建的情況下，接口可以是軟件模塊，軟件模塊例如在微控制器上與其他軟件模塊并存。?

帶有程序代碼的計算機程序產品也是有利的，該計算機程序產品存儲在機器可讀的載體如半導體存儲器、硬盤存儲器或光學存儲器上，并且在程序在控制設備上執行時，用于控制和/或執行根據上面所描述的實施形式之一的方法。?

本發明也提出了一種用于制造場效應氣體傳感器的方法，該方法具有以下步驟：?

-?提供由金屬或半導體材料構成的后部電極；

-?將至少一個二氧化硅層施加在后部電極上并且將至少一個金屬氧化物層施加在二氧化硅層上；

-?加熱二氧化硅層和金屬氧化物層，以便獲得包含硅酸鹽的介電體層；以及