[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: 201480056575.3
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN105612421B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 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

本發明涉及一種用于運行化學敏感的場效應晶體管（1）的方法，其特征在于，所述場效應晶體管（1）利用電脈沖來運行，所述電脈沖彼此間的時間間隔（T_A）被選擇成大于每個單個電脈沖的持續時間（T_P）。

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液體中的化學物質。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化學敏感的場效應晶體管的方法，其特征在于，所述場效應晶體管利用電脈沖來運行，所述電脈沖彼此間的時間間隔被選擇成大于每個單個電脈沖的持續時間。

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，因為用于測量的、時間上較短的電脈沖僅僅形成十分小的干擾，并且因此僅僅以下述方式微不足道地影響在化學敏感的場效應晶體管內存在的電荷分布：在位于電脈沖之間的停止時間—在該停止時間內不進行測量—期間，能運動的離子的相應的分布能夠熱放松。特別地，在通常給出的、在約100℃至700℃范圍內的運行溫度情況下，在根據本發明的時間上較短的干擾之后，迅速再次調整存在于化學敏感的場效應晶體管內的能運動的離子的平衡分布。此外，可以借助于根據本發明的時間上較短的電脈沖或與之相關聯的短時間的干擾來實現：較難運動的離子首先根本不運動，即其相應的位置在測量中基本不變化。

電脈沖的時間長度和強度及其彼此間的時間間隔可以如此選擇，使得在按照根據本發明的方法來運行的化學敏感的場效應晶體管上不出現退化。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液體中的至少一種化學物質的定量測量或探測成為可能。此外，按照根據本發明的方法而運行的化學敏感的場效應晶體管由于其十分小的干擾通過測量可以在不同的工作點中運行。

電脈沖的時間長度和強度及其彼此間的時間間隔優選以下述方式來選擇：相應的信噪比是足夠的并且由氣體引起的測量信號是最大的。根據電脈沖的持續時間可以將時間窗口用于信號評估。

能夠使用化學敏感的場效應晶體管來探測液體中的至少一種化學物質，該液體具有在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。因此電脈沖的時間長度和強度及其彼此間的時間間隔優選以下述方式來選擇：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。

為了使得測量結果可信，按照根據本發明的方法而運行的化學敏感的場效應晶體管能夠與按照另一種方法而運行的化學敏感的場效應晶體管一起被布置在同一芯片上。