本發明專利技術涉及用于確定在氣體混合物中含有的物質的氣體傳感器（10），包含基底（12），在該基底上設置有源電極（18）、漏電極（20）和柵電極（22），其中在所述基底（12）和柵電極（22）之間設置有至少一個電絕緣層（28），其中所述柵電極（22）具有導電性的陶瓷材料，和其中所述柵電極（22）具有波動范圍的厚度，該范圍大于或者等于其總厚度的四分之一。這種氣體傳感器（10）特別是可以具有改善的測試性能和另外改善的可制備性。本發明專利技術還涉及這種氣體傳感器（10）的制備方法。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及用于確定在氣體混合物中含有的物質的氣體傳感器。本專利技術還涉及用于確定在氣體混合物中含有的物質的氣體傳感器的制備方法?，F有技術目前已知作為化學氣體傳感器的例如化學敏感的場效應晶體管，其由具有電絕緣性的薄層基底而制備。在這種情況下在基底的柵區和用作柵電極的導電性層之間布置該絕緣性，其中例如該柵電極可以與待檢測氣體發生化學相互作用。該導電性層或者該柵電極可以例如通過貴金屬或者貴金屬混合物(例如包含鉬和/或銠)的陰極濺射而施加。此外，在文獻DE 10 2007 040 726 Al中已知用于確定氣體混合物中的氣體組分的氣體傳感器。這種氣體傳感器包含以場效應晶體管形式實施的傳感器元件，以及多孔的催化活性的層，該層應該用于將在待研究的氣體混合物中含有的氣體組分的分解。這種催化活性層可以以擴散阻隔的形式平面地施加在柵電極上。此外，所述柵電極特別是由貴金屬-金屬氧化物-混合材料而形成。
技術實現思路
本專利技術的主題用于確定在氣體混合物中含有的物質的氣體傳感器，包含基底，在該基底上設置有源電極、漏電極和柵電極，其中在所述基底和柵電極之間設置有至少一個電絕緣層，其中所述柵電極具有導電性的陶瓷材料，和其中所述柵電極具有波動范圍的厚度，該范圍大于或者等于其總厚度的四分之一。通過這樣的氣體傳感器可以實現改善的測試性能，其還可以實現特別好的和廉價的可制備性。其中，氣體傳感器可以是一種裝置，該裝置可以定量和/或定性地檢測在氣流中含有的物質，例如尤其是氣體。其中，在本專利技術的范圍，厚度的波動范圍可以是指厚度的最小值與厚度或者總厚度的最大值之間的差別。其中，柵電極的厚度的波動范圍可以是基于例如整個柵電極的總厚度或者最大厚度，該柵電極例如包含多個單層或者層，或者對于設置多層柵電極的情況特別是基于一個單層。其中，導電性陶瓷可以特別是指一種材料，該材料具有小于1030hm*cm的比電阻或者小于2eV的帶隙。其中，陶瓷材料以本身已知的方式可以特別是指一種材料，該材料特別是無機和非金屬的。在大多數情況下，陶瓷材料或者陶瓷材料產品是在較低的溫度由粗料(Rohmasse)成型的，并且其特別是通過在高溫下進行的燒結過程可以具有其典型的材料特性。其中，上述的氣體傳感器包含場效應晶體管，該晶體管以本身已知的方式包含基底。該基底可以例如由半導體材料例如碳化硅、氮化鎵或者由硅形成的，并且例如通過相應的摻雜具有源區和在空間上與源區分開的漏區，在源區上設置有源電極，在漏區上設置由漏電極。在源區和漏區之間可以設置或者在運行時形成半導體基底的溝道或者空間電荷區(Raumladungszone)。在基底的空間電荷區上面可以設置電絕緣體或者電絕緣層，該電絕緣體或者電絕緣層將基底或者空間電荷區與柵電極分開。因此，場效應晶體管或者場效應氣體傳感器以本身已知的方式特別可以是指一種結構，在該結構中當吸附一定的氣體或者一定的氣體離子時由于電場的作用而使電學和物理學上可測的值發生變化。這些物理學上可測的值可以例如是在兩個接頭接觸之間的電阻或者是電容，該電容可以是在電極層(Lage)和背電極(Rueckelektrode)之間可測的。對于上述以場效應晶體管形式形成的傳感器，通過氣體物質的相互作用，例如空間電荷區中的電荷載體濃度可發生變化，特別是通過柵電極與電絕緣部分的取決于被檢測物質的相互作用，從而可以借助溝道電流的變化識別出一種氣體的存在。所述背電極特別是可以通過所述半導體基底形成，在該基底中形成了氣體敏感的場效應晶體管的源區、漏區和在源區和漏區之間設置的溝道區，其中溝道區或者空間電荷區的至少一個表面可以與絕緣層鄰接。這種實施方式的優點在于，裝置或者氣體傳感器可以在用于氣體檢測的各種不同的變體中使用，并且因此可以適用于在每種情況下所使用的分析單元技術。其優點還可以在于，可以制備基于半導體基底的氣體檢測器，其中對于不同的分析實施方式也可以進行不同的氣體傳感器的實施方式。不同的氣體傳感器的實施方式也可以針對不同種的氣體具有不同的敏感度，從而通過氣體傳感器的不同設計的自由度可以將上述的裝置用于高精度的氣體檢測。通過如下方式特別是明顯簡化了制備方法:設置一種柵電極，該柵電極具有導電性的陶瓷材料，并且還具有波動范圍的厚度，該范圍大于或者等于其總厚度的四分之一。所述制備方法特別是可以特別廉價的，因為所述柵電極的陶瓷材料已經可以具有足夠的導電性，由此可以不用使用額外的材料。總的來說，特別是可以不用為了例如產生例如包含電絕緣陶瓷和導電性材料的混合材料而添加導電性的基于金屬的組分。因此，相比于現有技術中的方法可以節省另一制備步驟，由此可以容易地和廉價地形成所述方法。更確切地，導電性陶瓷層本身可以與待檢測的氣體相互作用并因此形成活性的傳感器層，該傳感器層可以與待檢測氣體相互作用。此外，特別是在使用陶瓷材料的情況下可以特別好地和確切地調節上述的粗糙度。此外，以特別確定的方式可以改善或者調整測試性能或者作用方式。具體來說，可以通過柵電極特定的粗糙度將傳感器的作用方式適用于所希望的應用領域或者特定用于所希望的應用。例如，所述柵電極可以以特別有利的方式實現多種與傳感器相關的功能。這可以是例如柵電極表面的顯著增大，為了有針對性地增加氣體吸附在表面上的影響或者為了有針對性地增加例如催化進行的表面反應的影響。同樣，所述柵電極可以通過其粗糙表面形成空穴，在這些空穴中例如可以儲存待檢測的氣體，例如氧氣或者一種或多種氮氧化物，由此可以顯著提高敏感度。其中，特別是當如上述的粗糙度特別是位于柵電極的朝向待測氣體的一側和因此與基底相反的一側或者表面上時，上述優點以特別有利的方式可以實現。其中，可以通過刻齒或者類似的與理想平面化的表面不同的結構形成這樣的粗糙度。在一個實施方式的范圍,所述導電性陶瓷材料選自導電性的娃_、鋅_、銅_、招_、錫-和/或鈦化合物，特別選自用氮或鋁摻雜的碳化硅、氧化銅、氧化錫和/或氮化鈦。上述的陶瓷材料特別是具有好的導電性和高的耐化學性，這可以使待產生的氣體傳感器具有高的功效能力，例如特別是高的選擇性或者敏感度。因此，特別是在該實施方式中以有利的方式可以不用另外改良所述柵電極。例如，可以基本上完全不用為了改善待制備的氣體傳感器的功效能力而在篩電極上施加另一活性或者基于貴金屬的涂層。在另一實施方式的范圍，所述柵電極可以是多孔的，特別是其中所述柵電極可以具有大于或等于2%到小于或等于80%的多孔性。其中，單個孔的大小還可以是材料厚度的2-80%、優選5-30%。特別是對于多孔材料可以產生特別高的表面粗糙度，這實現了待制備的氣體傳感器的特別好的功效能力。特別是可以通過多孔性的柵電極以特別有利的方式儲存待測氣流中的組分。例如，可能在氣流中含有的和要檢測出的氧氣或者氮氧化物可以結合在孔中并且在那里儲存。通過在孔中發生的氣體物質的積聚或者轉化可以實現特別敏感的測試性能，并且此外特別是通過特定大小和/或幾何形狀的孔可以實現對于單個物質特別好的選擇性。其中，通過多孔性實現了增加的粗糙度和增加的表面積，這可以形成特別敏感的氣體傳感器。由此也可以檢測出在氣體混合物中的最少量的待檢測氣體。對于這一點，陶瓷材料是特別有利的。在很寬范圍度上可以在制備時確定陶瓷層顆粒的大小和形狀，例如從溶液中沉淀顆粒的情況下通過相應本文檔來自技高網...
【技術保護點】
用于確定在氣體混合物中含有的物質的氣體傳感器，包含基底（12），在該基底上設置有源電極（18）、漏電極（20）和柵電極（22），其中在所述基底（12）和柵電極（22）之間設置有至少一個電絕緣層（28），其中所述柵電極（22）具有導電性的陶瓷材料，和其中所述柵電極（22）具有波動范圍的厚度，該范圍大于或者等于其總厚度的四分之一。
【技術特征摘要】
2012.08.02 DE 102012213621.51.用于確定在氣體混合物中含有的物質的氣體傳感器，包含基底(12),在該基底上設置有源電極(18)、漏電極(20)和柵電極(22)，其中在所述基底(12)和柵電極(22)之間設置有至少一個電絕緣層(28)，其中所述柵電極(22)具有導電性的陶瓷材料，和其中所述柵電極(22)具有波動范圍的厚度，該范圍大于或者等于其總厚度的四分之一。2.根據權利要求1的氣體傳感器，其中所述導電性陶瓷材料選自導電性的硅_、鋅_、銅_、鋁_、錫-和/或鈦化合物，特別選自摻雜的碳化硅和/或氮化鈦。3.根據權利要求1或2之一的氣體傳感器，其中所述柵電極(22)是多孔的，特別是其中所述柵電極(22)具有大于或等于2%到小于或等于80%的多孔性。4.根據權利要求1至3之一的氣體傳感器，其中所述電絕緣層(28)具有陶瓷材料，特別是其中該陶瓷材料具有選自基于硅的材料、基于鋁的材料和/或氧化物、氮化物和碳化物的物質。5.根據權利要求1至4之一的氣體傳感器，其中在所述柵電極(22)上施加涂層，特別是其中該涂層是導電性...
【專利技術屬性】
技術研發人員：A克勞斯，A馬丁，
申請(專利權)人：羅伯特·博世有限公司，
類型：發明
國別省市：
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