[发明专利]场效应气体传感器、用于制造场效应气体传感器的方法和用于探测气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的场效应气体传感器、用于制造场效应气体传感器的方法和用于探测气体的方法。 

背景技术

基于场效应的器件——譬如具有气敏电极、对应电极和在其间的介电体的电容结构、金属绝缘体半导体结构（MIS结构）和/或场效应晶体管——适于探测气体。在此，根据目前的知识水平，尤其金属层和半导体层承担信号形成的重要任务。要探测的气体通过金属层的催化作用（在此主要用Pt来探测氢）来离子化。在此，气体感生的电荷通过其场而使在半导体材料中的载流子浓度改变，由此又改变半导体与介电体之间的空间电荷区的厚度。该信号例如可以作为电容的改变来测量。在作为场效应晶体管的结构中，载流子浓度的改变也可以作为FET的沟道电阻的改变来测量。载流子浓度的信息由此解释为沟道电流改变（变换器）。 

绝缘体（也称介电体）在此承担如下任务：使半导体和金属彼此电隔离而且还将金属（栅极）处的电势经由场传递给半导体。对于目前已知的信号形成机制而言，所使用的介电体起到了次要作用。按标准，将譬如SiO₂或SiO₄的介电体材料用于基于场效应的气体传感器，在特别的应用中例如扩散势垒是有利的。这种传感器的例子在DE 10 2007 003541 A1中公开。 

在基于场效应的气体传感器的灵敏度方面的优化根据目前的现有技术主要涉及催化活性的金属层，该金属层例如由Pt或Pd纳米结构构成。在此，尝试通过这种纳米多孔金属层的形态和组分的变化来实现最佳的灵敏度和选择性。 

发明内容

基于此背景，借助本发明介绍了根据独立权利要求的场效应气体传感器、用于制造场效应气体传感器的方法、此外用于探测气体的方法以及相应的计算机程序产品以及最后气体探测器，其中该气体探测器使用该方法。有利的扩展方案从相应的从属权利要求和以下的描述中得到。 

本发明提出了一种场效应气体传感器，其具有如下特征： 

- 对于至少一种预先确定的气体可透过的多孔电极层；

- 至少一个与电极层邻接的介电体层，其具有不同于SiO₂和Si₃N₄的材料；以及

- 由金属或半导体材料构成的后部电极，其中后部电极在与电极层对置的侧上与介电体层邻接。

此外，本发明还提出了一种借助前面所描述的场效应气体传感器来探测气体的方法，其中该方法具有如下步骤： 

- 在场效应气体传感器的电极层与后部电极的连接接触部之间施加电压，

- 确定在电极层与后部电极的连接接触部之间或在后部电极的两个不同的连接接触部之间的物理量；

- 改变所施加的电压的频率或场效应气体传感器的温度；

- 确定在电极层与后部电极的连接接触部之间或在后部电极的两个连接接触部之间的第二物理量；以及

- 在使用物理量和/或第二物理量的情况下确定气体类型或气体浓度。

本发明也提出了一种控制设备，其构建为控制、执行或实现根据本发明的方法的步骤。尤其是，控制设备可以具有如下装置，该装置构建为控制或实施该方法的步骤。通过本发明在控制设备形式方面的实施变形方案也可以快速且有效地解决本发明所基于的任务。 

控制设备在此可以理解为电设备，其处理传感器信号并且据此输出控制信号或探测信号。控制设备可以具有接口，该接口可以以硬件方式和/或以软件方式来构建。在硬件方式构建的情况下，接口例如可以是所谓系统ASIC的部分，该部分包含控制设备的不同功能。然而也可能的是，接口是自己的集成电路或至少部分由分立器件构成。在软件方式构建的情况下，接口可以是软件模块，软件模块例如在微控制器上与其他软件模块并存。 

带有程序代码的计算机程序产品也是有利的，该计算机程序产品存储在机器可读的载体如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上，并且在程序在控制设备上执行时，用于控制和/或执行根据上面所描述的实施形式之一的方法。 

本发明也提出了一种用于制造场效应气体传感器的方法，该方法具有以下步骤： 

- 提供由金属或半导体材料构成的后部电极；

- 将至少一个二氧化硅层施加在后部电极上并且将至少一个金属氧化物层施加在二氧化硅层上；

- 加热二氧化硅层和金属氧化物层，以便获得包含硅酸盐的介电体层；以及