[发明专利]气敏半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据主权利要求的前序部分所述的气敏半导体装置。此外，本发明还涉及这种装置的应用。

背景技术

这样的装置在现有技术中通常是公知的，并且例如作为所谓的CHEMFET在US 4,411,741中予以描述。

被考虑作为前序部分并且被假定为常规现有技术的技术是气敏半导体器件，所述气敏半导体器件具有气敏(gassensitive)层，所述气敏层的电气特性通过吸收或者吸附气体而是可改变的并且对半导体器件的电子特性产生影响，尤其是以如下效应导致半导电的沟道的电导率改变：例如作为对产生作用的要探测的气体的响应而导致在第一沟道电极(例如漏极)与第二沟道电极(源极)之间流动的电流的改变。

在现有技术中，尤其是利用如下效应：要证实的气体分子与(例如有催化活性的)栅电极的相互作用导致有效地施加的栅极电势的改变，所述栅极电势以所描述的方式导致作为典型的(传感器)测量信号或探测信号的漏极-源极电流的信号改变。

在此，从现有技术中公知的是，通过选择或设立合适的栅电极材料引起相对于某些气体的选择性，也就是说，允许仅仅针对某些气体或气体混合物形成引起电导率改变的所描述的相互作用。

但是难以明确地和选择性良好地显示出相对于唯一的气体种类的这样的选择性，使得通常由于其它的气体成分发生不期望的影响(交叉敏感)。从现有技术中关于这一点公知的是，以电子方式或以计算方式补偿这样形成的叠加的(并且不期望的)信号，其中常见的尤其是还有，借助于多个敏感性不同的CHEMFET的探测器阵列(作为传感器阵列)探测不同的气体种类，以便接着在连接在下游的分析单元中由各个传感器信号以计算方式确定所期望的信号。不管相关的分析花费如何，已经为了进行信号引导而花费高的复用器技术和/或通向相应的各个CHEMFET的多个引线是需要的。

发明内容

因而，本发明的任务是，鉴于简单的、可靠的以及造成低补偿花费的信号产生和分析来改进气敏半导体装置、尤其是作为CHEMFET的气敏半导体器件。

该任务通过具有主权利要求的特征的气敏半导体器件以及根据独立权利要求10所述的应用来解决；本发明的有利的改进方案在从属权利要求中予以描述。

也就是，以根据本发明有利的方式，具有两个面区段(Flaechenabschnitt)的栅电极(作为补充地或者可替换地为栅极绝缘层、作为补充地或可替换地为选用性地可设置的栅极堆叠层)被构造为使得这两个面区段构造具有针对不同气体的敏感性的(共同的)栅电极。由此，实际上在共同的集成的装置中实现两个公知半导体器件的功能，所述共同的集成的装置利用所述两个面区段而具有分别分立地已知的、预先确定的或设立的敏感性特性。在此，在本发明的范围内并且鉴于根据本发明的面区段，“敏感性”应被理解为所述面区段吸收一种气体或多种合适的气体并且作为对该吸收的响应而执行特性改变的能力，所述特性改变以根据本发明所描述的方式对半导电的沟道的电导率改变产生影响。

因此，根据本发明通过这种方式实现的、尤其是被实现成单个半导体器件(例如CHEMFET)的半导体装置允许通过适当地连接第一和第二沟道电极、尤其是根据相应的运行模式以两种不同的极性接有电压来有针对性地分别激活两个面区段之一并且允许与要探测的气体相互作用。因此，提供一种根据本发明被请求保护的半导体装置，所述半导体装置根据所述两个面区段在其气敏性方面是可切换的，其应通过其中一个的敏感性分别经由布线(更确切地：施加的沟道电压的极性)来激活。

根据本发明的原理基于对于本发明作为分开地被请求保护的认知：根据沟道电压的极性(以及由此在半导电的沟道中的第一或第二沟道电极的区域中产生的耗尽区)，适当地以气敏方式被构造的栅电极的气敏效应仅仅在耗尽区中起作用。换言之，在根据本发明的尤其是被实现为CHEMFET的气敏半导体装置运行在工作点时，仅仅被耗尽的沟道区域在气体加载有要探测的气体的情况下对传感器信号(即对电导率改变)有贡献。

根据本发明，这些认知通过如下方式被利用：两个面区段有利地被定位，使得根据相应的布线状态(以及由此造成的沟道中的耗尽区)，两个面区段中的仅仅分别局部相关的那个面区段有效，并且可以相对应地以气体探测的方式影响半导体的导通特性。

在此，首先根据本发明设置和优选的是：沿着沟道的延伸方向大约在中部划分根据本发明的两个面区段，使得形成对称的布局。同样被本发明包括并且根据改进方案视个别情况(尤其是还有相应的耗尽区的实施方式)而定有利的是，两个面区段之间的区域过渡被布置得更接近于两个沟道电极之一。