[發明專利]用于運行化學敏感的場效應晶體管的方法

有效

• 申請號: 201480056571.5
• 申請日: 2014-10-06
• 公開（公告）號: CN105612420B
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: J.格拉夫;F.赫南德茨吉倫
• 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: 周志明;傅永霄

一種用于運行具有柵極接頭（2）的化學敏感的場效應晶體管（1）的方法，其中至少在運行所述場效應晶體管（1）期間至少在所述場效應晶體管（1）的一部分內以下述方式產生至少一個電場：至少在所述場效應晶體管（1）的鄰接所述柵極接頭（2）的區域內所存在的能動的離子積聚在所述場效應晶體管（1）的能預先給定的區域內并且保持在那里。

背景技術

已知的是：使用例如由氮化鎵或碳化硅構成的半導體元件來探測包含在流體中的化學物質。相應的半導體元件能夠被構造為化學敏感的場效應晶體管。

關于這種化學敏感的半導體元件的迄今的發展尤其聚焦于其用于探測專門的化學物質的最佳設計方案上。就這種探測而言，典型地觀測到偏置漂移（所謂的“基線漂移”）。這種偏置漂移由于具有不同時間常數的不同原因而造成。尤其是接口狀態的產生、充電和放電，來自附著處的自由帶電粒子的再分配，來自附著處的自由帶電粒子的間距，空穴的產生，在電介質中的能移動電荷的存在性以及在半導體中對弱電載荷來說相對地小的改變都屬于所述的不同原因。總的來說偏置漂移導致，僅僅通過對探測信號的改變進行觀察就能夠檢測到自發出現的、由氣體決定的探測信號，但不可以定量測量。在化學敏感的場效應晶體管的原理的基礎上，不存在純粹測量的氣體傳感器。

發明內容

本發明的主題是一種用于運行具有柵極接頭的化學敏感的場效應晶體管的方法，其特征在于，至少在運行場效應晶體管期間至少在場效應晶體管的一部分內以下述方式產生至少一個電場：至少在場效應晶體管的鄰接柵極接頭的區域內所存在的能動的離子積聚在場效應晶體管的能預先給定的區域內并且保持在那里。

在化學敏感的場效應晶體管中存在的能動的離子的運動—所述運動例如可能由離子漂移和/或由擴散而引起—尤其以偏置漂移的形式對探測信號I_ds產生作用。因此在場效應晶體管運行期間能動的離子不應當改變其在該場效應晶體管內的位置。此外，場效應晶體管的退化（Degradation）會引起偏置漂移，同樣要考慮防止這一點。

利用根據本發明的方法能夠盡量避免了化學敏感的場效應晶體管之內的能動的離子的運動，因為能動的離子借助于電場在場效應晶體管之內被固定在一定的位置上。此外，能夠通過對相應產生的電場的強度的選擇來以不出現退化的方式對化學敏感的場效應晶體管的工作點進行調整。所以，利用根據本發明的方法盡量避免了偏置漂移，從而利用根據本發明而運行的化學敏感的場效應晶體管使得在化學敏感的場效應晶體管的總壽命中對包含在流體中的至少一種化學物質的定量測量或探測成為可能。

能夠使用化學敏感的場效應晶體管來探測流體中的至少一種化學物質，該流體具有在100℃至700℃范圍內的溫度，優選300℃至500℃范圍內的溫度。也通過化學敏感的場效應晶體管的、與之相關聯的熱施加使得場效應晶體管加熱。這種對化學敏感的場效應晶體管的加熱促進了包含在該場效應晶體管內的能動的離子的可運動性，這與上面提到的不利結果、尤其偏置漂移相關聯。因此以優選的方式如此選擇所述電場：在相應地使用化學敏感的場效應晶體管期間所具有的溫度情況下不出現能動的離子的運動并且不出現退化。

優選地，已經在化學敏感的場效應晶體管發生相應的加熱之前就在場效應晶體管的至少一部分內產生電場且保持該電場，直至該化學敏感的場效應晶體管在其不運行時被再次冷卻至正常溫度。由此在化學敏感的場效應晶體管的預熱期間避免了能動的離子的擴散或者說在化學敏感的場效應晶體管的冷卻期間“凍結”該化學敏感的場效應晶體管的運行狀態。

有利地，能動的離子借助于在化學敏感的場效應晶體管的至少一部分內產生的電場被吸引到該化學敏感的場效應晶體管的區域內，以該區域為出發點這些離子對化學敏感的場效應晶體管的源極接頭和漏極接頭之間的線路電流沒有作用。通過存在于相應流體中的物質對借助于電場而保持位置固定的能動的離子的影響是可以忽略的，因為能動的離子借助于電場會保持有效。