CN117990746A - 用于氢测量的半导体设备和测量介质中的氢浓度的方法 - Google Patents
用于氢测量的半导体设备和测量介质中的氢浓度的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117990746A CN117990746A CN202311407570.8A CN202311407570A CN117990746A CN 117990746 A CN117990746 A CN 117990746A CN 202311407570 A CN202311407570 A CN 202311407570A CN 117990746 A CN117990746 A CN 117990746A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor
- semiconductor device
- hydrogen
- layer
- sensor layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 52
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 50
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 7
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 6
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 52
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Substances [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 3
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- WZZBNLYBHUDSHF-DHLKQENFSA-N 1-[(3s,4s)-4-[8-(2-chloro-4-pyrimidin-2-yloxyphenyl)-7-fluoro-2-methylimidazo[4,5-c]quinolin-1-yl]-3-fluoropiperidin-1-yl]-2-hydroxyethanone Chemical compound CC1=NC2=CN=C3C=C(F)C(C=4C(=CC(OC=5N=CC=CN=5)=CC=4)Cl)=CC3=C2N1[C@H]1CCN(C(=O)CO)C[C@@H]1F WZZBNLYBHUDSHF-DHLKQENFSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002522 swelling effect Effects 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003631 wet chemical etching Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4141—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
- G01N27/16—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
Abstract
本申请涉及一种用于借助传感器芯片(10)测量氢的半导体设备(20)，传感器芯片具有传感器层(14)，传感器层在与氢接触时改变其机械应力。传感器芯片(10)还具有用于检测应力变化的传感器(16)，其中半导体设备(20)的结构为传感器层(14)和/或传感器(16)提供免受其他机械应力的保护。本申请还涉及一种用于测量氢浓度的方法。
Description
技术领域
本申请涉及用于氢测量的半导体设备和用于借助于这种半导体设备测量介质中的氢浓度的方法。
背景技术
氢测量对于不同的应用领域都是重要的。在安全方面，例如必须测量氢的浓度，以识别是否会造成氢氧爆炸。但在其他应用中，有利的是检测氢浓度或氢量，以确保需要氢的技术功能。
发明内容
本申请的目的是创建一种用于氢测量的半导体设备，该半导体设备独立于外部影响执行氢测量。
提出一种用于借助传感器芯片测量氢的半导体设备，其中该传感器芯片具有传感器层，传感器层在与氢接触时改变其机械应力，并且其中传感器芯片还具有用于检测应力变化的传感器，其中半导体设备的结构为传感器层和/或传感器提供免受其他机械应力的保护。在与氢接触时改变其机械应力的传感器层也称作氢活性传感器层。
此外，提出了一种用于借助于这种半导体设备测量介质中的氢浓度的方法，其中在第一步骤中，使传感器层与介质接触，并且在第二步骤中，借助于传感器检测传感器层的应力变化。
半导体设备可以被理解为：具有传感器芯片，但是还具有传感器芯片施加在其上的结构。此外，可能存在的空腔壳体和/或浇注料以及电端子或者其他附件也属于半导体设备。因此，例如可以将半导体设备理解为可作为氢传感器出售的设备。可以特别有利地借助基本上由半导体制造的传感器芯片来实现氢测量，所述传感器芯片可以容易地以高件数廉价且可靠地制造。
这种传感器芯片具有传感器层，传感器层在与氢接触时改变其机械应力。即，使用如下效应：即在一些材料中，氢可以改变层中的机械应力，例如通过扩散和/或吸附。传感器层由H2活性材料构成。H2活性材料由于H2扩散和/或H2吸附而产生机械应力。这种材料的示例是Pd、Pt、Y或者具有Pd、Pt、Y作为基础材料的合金。但铁氧体、特定的硅结构或氮化硅也表现出这种效应。另一组可用于传感器层的H2活性材料在与氢接触时具有所谓的膨胀效应。该组例如包括氧化铟(III)或氧化锡(IV)。
为了检测传感器层的机械应力的变化，传感器芯片具有传感器。在此，可以是根据传感器层中的机械应力的变化而输出变化的电信号(即电压或电流)的电路。
在下文中详述实现测量机械应力变化的物理效应。例如，桥式电路也可以用作用于检测应力变化的传感器，应力变化在机械应力变化的情况下例如产生差分电压，于是差分电压代表该机械应力变化。半导体设备的结构被设计为，使得其为传感器层或传感器提供免受其他机械应力的保护。其他机械应力对于测量是不期望的，即不是由传感器层处或传感器层中的氢引起的。其他机械应力可以例如经由半导体设备的结构或固定而引起，进而影响根据本测量原理的氢的测量，这是不期望的。
氢测量例如可以通过将传感器层与具有压电效应的基于半导体的压力敏感的传感器耦合，其例如具有带有压阻通道或蜿蜒型压阻器的基于CMOS的晶体管结构。磁传感器也是可行的，传感器例如基于磁阻效应。对此的示例是使用压磁效应的传感器，例如压电霍尔效应，或者例如XMR传感器。
用于借助于半导体设备测量介质中的氢浓度的方法实现对氢(H2)的检测。用于测量氢浓度的半导体设备或方法可以进行校准，以便可以将测量值直接例如与氢浓度相关联。
通过在本文中列出的措施和改进形式可以有利地改进上述半导体设备。
在此提出：半导体设备具有塑性和/或弹性可变形的机构，可变形的机构为传感器层和/或传感器提供免受其他机械应力的保护。可变形的机构应当使不期望的机械应力远离传感器芯片或传感器层或传感器或者至少显著地将其衰减，使得其他机械应力对于氢或氢浓度的测量不具有显著影响。塑性或弹性可变形的机构例如可以被设计为芯片上的应力去耦结构和/或半导体设备的低应力结构。
此外提出：传感器芯片还具有其上附接有传感器层和传感器的衬底，其中可变形的机构在衬底中具有一个或多个沟槽，沟槽至少部分地包围传感器层和传感器。通过沟槽，可以将不期望的机械应力引导绕过传感器或传感器层，机械短路或至少被衰减。例如，沟槽的变形吸收弹性应力，然后向外输出。然而，也可以发生塑性变形，塑性变形然后将吸收的机械应力转化为变形能。这种沟槽可以通过合适的结构化技术以半导体技术制造。例如，可以通过干法或湿法化学的蚀刻来制造沟槽。一个或多个沟槽不必完全包围传感器或传感器层，而是通过沟槽进行部分包围就足够。
衬底例如是未掺杂的硅或二氧化硅或其他电绝缘材料。
在多个实施方式中设有空腔壳体，空腔壳体具有开口，空腔经由开口与环境相连，其中可变形的机构包括传感器芯片的布线。在此，空腔和环境可以具有气态介质。在此，氢测量应当测量在介质中存在的氢分子。在此提出：使氢分子经由开口朝传感器层的方向到达。借助布线表示电连接，例如施加的导线或键合线，电连接对传感器或传感器层供电并传输信号。
此外提出：设有空腔壳体，空腔壳体具有开口，空腔经由开口与环境相连，其中可变形的机构包括传感器芯片与空腔壳体的壁的粘合连接、特别是传感器芯片的衬底与空腔壳体的壁的粘合连接。借助粘合连接，可以在没有输送热能量的情况下可靠且持久地连接要连接部件。粘合连接尤其可以被设计为是软的，使得其提供免受其他机械应力的保护。
在多个实施方式中，传感器的应力变化的检测取决于压阻效应和/或压磁效应。即，传感器具有显示压阻效应或压磁效应的区域。氢引起传感器层中的机械应力变化。传感器层与传感器连接，例如机械连接，并且由此将机械应力变化传输到传感器。机械应力变化通过压阻效应或压磁效应通过传感器直接或间接地转化为至少一个电参数的变化，例如电压或电流的变化。压电效应将机械应力变化变换成电和/或磁变化。
例如，氧化铟或氧化锡可以用作这种具有压电效应的传感器的材料。
在压阻效应的情况下，如果将机械应力施加到这种材料上，则改变半导体或金属的电阻。压阻效应已经应用于半导体本身。然而，还存在对于金属硅混合结构的所谓的大压阻效应。
压磁效应是在一些反铁磁和铁磁晶体中观察到的现象。在此，磁极化受机械应力的影响。另一方面，还可以通过使用磁场来引起这种材料中的物理变形。
在一个实施方式中，传感器的应力变化的检测包括差值测量。使用差值测量在测量技术中是用以消除由不期望的影响所造成的效应的可靠方法。因此，如果在要减去的变量中以相同的程度出现所述效应，则其通过形成差值来消除。此外，可以通过差值测量来提高精度。
此外提出：传感器具有带有压阻通道的晶体管，例如场效应晶体管中的漏极和源极。借此，可以通过相应的晶体管电路进行精确测量。在此，例如可以使用所谓的电流镜，其中输出电流根据具有压阻通道的晶体管而受到影响。
此外可行的是：半导体设备的结构具有传感器芯片的带有暴露的传感器层的浇注区域，其中浇注料的热膨胀系数被选择为，使得浇注料为传感器和/或传感器层提供免受热引起的其他机械应力的保护。在此，浇注料例如可以具有树脂，特别是浇注树脂。
为了制造这种半导体设备，其中半导体设备的结构具有传感器芯片的具有暴露的传感器层的浇注区域，并且其中浇注料的热膨胀系数被选择为，使得其为传感器和/或传感器层提供免受热引起的其他机械应力的保护，例如可以选择膜辅助模塑方法或针模塑方法。
附图说明
在附图中示出实施例并且在下面的描述中更详细地解释。其中：
图1a示出传感器芯片的第一示意剖面图，
图1b示出传感器芯片的第二示意剖面图，
图2示出具有示意性示出的传感器芯片以及空腔壳体的半导体设备的视图，
图3示出具有空腔的半导体设备的另一视图，
图4示出具有浇注料的半导体设备的示意图，和
图5示出具有电流镜电路的半导体设备的视图。
在附图中，相同的附图标记用于相同或相似的元件。附图中的表示不必是符合比例的。
具体实施方式
图1a示出具有衬底12的传感器芯片10，通过半导体技术中的结构化措施将一个、两个或更多个沟槽TR引入到衬底中。事实上，也可以是唯一的沟槽TR，该沟槽例如围绕传感器16和传感器层14。例如，传感器16和传感器层14可以由例如呈嵌套的“L形”的深沟槽TR包围。在另一实施方式中，沟槽TR形成弹簧状结构，弹簧状结构完全包围传感器16和传感器层14。因此，传感器16和传感器层14弹性地与进行包围的衬底料12耦合。
由金属层或具有例如铜的金属层系统构成的接触垫26分别被施加在衬底12的外侧。在中间，在衬底12上可见传感器16。传感器16被设计成，使得其以电或磁性的方式检测传感器层14中的变化，该变化通过与氢分子接触而出现。这例如经由传感器16所具有的压阻和/或压磁区域来进行。在传感器层14上方可选地设有催化层18。催化层18具有催化材料，例如钯。催化层18适合于催化将H2分子解离成原子和/或离子。
在图1b中示出图1a中的处于不期望的机械应力下的传感器芯片10。可见，衬底12的具有接触垫26的外部区域向侧向弯曲。这通过沟槽TR实现。借此，由外部机械或者热引起的机械应力保持远离具有催化层18下方的传感器层14的传感器16，从而避免或减少对测量的影响。
图2示出半导体设备20的示意剖视图。在此，设有空腔壳体HG，空腔壳体HG居中向上具有开口O。然后，氢可以通过开口O到达传感器层14。传感器芯片10被布置在开口O下方的中央。然而，它也可以与此偏移地布置。于是当出现氢时，在空腔HR中产生氢渗透。然后，具有传感器层14和传感器16的传感器芯片10可以经由例如压阻、压磁或其他效应来以特定方式检测氢。
衬底12也具有一个沟槽TR或多个沟槽TR，其中键合连接24分别经由接触垫26被引导至相应的接触件22。可选地，图2中所示的实施方式也可以在没有沟槽TR的情况下实施。
可行的并且也适用于其他附图的是：设有多于两个接触垫26，并且相应地也设有多个另外的键合连接24。当为传感器16设置更复杂的电路时，尤其是这种情况。
经由键合连接24可以对传感器芯片10供应电能和/或传输信号。
图3示出图2的替代的实施方式。半导体设备与20表示，同样地空腔壳体以HG表示，空腔以HR表示，并且开口以O表示。同样地，示出具有沟槽TR的衬底12以及具有传感器层14和传感器16的传感器芯片10。经由键合连接24，在接触件22上建立到外界的电连接。此外，设有粘合层28，传感器芯片10粘贴到粘合层上，以便粘合层与壳体HG连接。粘合层28优选地柔软地构成，使得其可以为传感器芯片10提供免受其他机械应力的保护。
氢也可以通过开口O渗透到空腔HR中，然后具有传感器层14的传感器16可以根据其效应来检测氢浓度。在此，如在其他实施方式中那样，校准是有利的。
衬底12也具有一个沟槽TR或多个沟槽TR，其中键合连接24分别经由接触垫26被分别引导至接触件22。可选地，图3中所示的实施方式也可以在没有沟槽TR的情况下实施。
图4示出具有传感器芯片10的半导体设备20的另一视图，传感器芯片被施加到衬底12上，衬底也具有沟槽TR，以及具有键合连接24的接触垫26和接触件22。
在图4中现在设有浇注料30来代替空腔壳体HG，浇注料覆盖具有键合连接24和接触件26的衬底12，而一个沟槽TR或多个沟槽TR和传感器层14是开放的，以备用于测量。在所述实施方式中，沟槽TR是可选的，尤其有利于提供免受其他机械应力的附加的保护。
图5在左侧上示出作为传感器16的晶体管32，其在下方处于机械松弛状态，并且在上方处于机械应力状态。示出具有源极、漏极和栅极的晶体管32。因此是场效应晶体管，优选地以CMOS技术制造。晶体管32被布置在具有输入电流Iin和输出电流Iout的电流镜电路34中。晶体管32被布置在传感器16内，使得其可以接收传感器层14的机械应力。电流镜电路34的右侧的晶体管被布置为，使得其独立于传感器层14的机械应力。
如果晶体管32现在通过传感器层14置于机械应力下，但电流镜34的右侧晶体管没有置于机械应力下，则这改变电流镜34的输出电流Iout。借此，经由该电路可以精确表示所测量的氢浓度。因为氢引起在具有例如压阻通道的晶体管32中的机械应力。这改变了晶体管32的电特性，该电特性在晶体管在电流镜34中的布置中产生电流镜34的输出电流Iout改变。在所述示例中，传感器16具有带有压阻通道的晶体管32和电流镜电路34。压阻通道与传感器层14连接并接收其机械应力。
在一个实施方式中，电流镜电路34可以对称地构造，即其左侧的晶体管32和其右侧的晶体管相同地设计。如果晶体管32没有受到机械应力，如图5的左下半部分所示，则由于电流镜34的对称结构，没有电流流过电流镜34。如果左侧的晶体管32处的机械应力改变，则输出电流Iout不再为零，从而实现氢浓度的测量。
Claims (10)
1.一种用于借助传感器芯片(10)测量氢的半导体设备(20)，所述传感器芯片具有传感器层(14)，所述传感器层在与氢接触时改变其机械应力，并且其中所述传感器芯片(10)还具有用于检测应力变化的传感器(16)，
其中所述半导体设备(20)的结构为所述传感器层(14)和/或所述传感器(16)提供免受其他机械应力的保护。
2.根据权利要求1所述的半导体设备(20)，其中所述半导体设备(20)具有塑性和/或弹性可变形的机构(TR，24，28，30)，所述可变形的机构为所述传感器层(14)和/或所述传感器(16)提供免受其他机械应力的保护。
3.根据权利要求1或2所述的半导体设备(20)，其中所述传感器芯片(10)还具有衬底(12)，所述传感器层(14)和所述传感器(16)被附接在所述衬底上，其中所述可变形的机构具有在所述衬底(12)中的沟槽(TR)，所述沟槽至少部分地包围所述传感器层(14)和所述传感器(16)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的半导体设备(20)，所述半导体设备具有空腔壳体(HG)，所述空腔壳体具有开口(O)，空腔(HR)经由所述开口与环境相连，其中所述可变形的机构包括所述传感器芯片(10)的布线(24)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体设备(20)，所述半导体设备具有空腔壳体(HG)，所述空腔壳体具有开口(O)，空腔(HR)经由所述开口与环境相连，其中所述可变形的机构包括所述传感器芯片(10)与所述空腔壳体(HG)的壁的粘合连接(28)、特别是所述传感器芯片(10)的所述衬底(12)与所述空腔壳体(HG)的壁的粘合连接(28)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的半导体设备(20)，其中所述传感器(16)的应力变化的检测取决于压阻效应和/或压磁效应。
7.根据前述权利要求中任一项所述的半导体设备(20)，其中所述传感器(16)的应力变化的检测包括差值测量。
8.根据权利要求6或7所述的半导体设备(20)，其中所述传感器(16)具有带有压阻通道的晶体管(32)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的半导体设备(20)，其中所述半导体设备(20)的结构具有所述半导体芯片(10)的具有暴露的传感器层(14)的浇注区域，其中所述浇注料(30)的热膨胀系数被选择为，使得所述浇注料为所述传感器层(14)和/或所述传感器(16)提供免受热引起的其他机械应力的保护。
10.一种用于借助于根据权利要求1至9中任一项所述的半导体设备(20)测量介质中的氢浓度的方法，具有以下步骤：
A)使所述传感器层(14)与所述介质接触；
B)借助于所述传感器(16)检测所述传感器层(14)的应力变化。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102022211626.7 | 2022-11-03 | ||
| DE102022211626.7A DE102022211626A1 (de) | 2022-11-03 | 2022-11-03 | Halbleitervorrichtung zur wasserstoffmessung und verfahren zum messen einer wasserstoffkonzentration in einem medium mittels einer solchen halbleitervorrichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117990746A true CN117990746A (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=90732094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311407570.8A Pending CN117990746A (zh) | 2022-11-03 | 2023-10-27 | 用于氢测量的半导体设备和测量介质中的氢浓度的方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240151674A1 (zh) |
| CN (1) | CN117990746A (zh) |
| DE (1) | DE102022211626A1 (zh) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4926155A (en) | 1988-12-12 | 1990-05-15 | Johnson Service Company | Integrated circuit silicon pressure transducer package |
| DE102014000243B4 (de) | 2013-04-29 | 2015-06-25 | Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft | MEMS Sensor für schwierige Umgebungen und Medien |
| DE102014105861B4 (de) | 2014-04-25 | 2015-11-05 | Infineon Technologies Ag | Sensorvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung |
| JP6685839B2 (ja) | 2016-05-30 | 2020-04-22 | 株式会社東芝 | ガス検出装置 |
-
2022
- 2022-11-03 DE DE102022211626.7A patent/DE102022211626A1/de active Pending
-
2023
- 2023-10-27 CN CN202311407570.8A patent/CN117990746A/zh active Pending
- 2023-10-27 US US18/496,428 patent/US20240151674A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240151674A1 (en) | 2024-05-09 |
| DE102022211626A1 (de) | 2024-05-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8297125B2 (en) | Media isolated differential pressure sensor with cap | |
| US9568385B2 (en) | Semiconductor pressure sensor, pressure sensor apparatus, electronic equipment, and method of manufacturing semiconductor pressure sensor | |
| KR100534560B1 (ko) | 온도센서 일체형 압력센서장치 | |
| US20090128129A1 (en) | Current sensor having magnetic gap | |
| US8631707B2 (en) | Differential temperature and acceleration compensated pressure transducer | |
| KR20120065940A (ko) | 반도체 압력 센서 및 그 제조 방법 | |
| JP3662018B2 (ja) | 内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための圧力センサ | |
| CN101305266A (zh) | 传感器、传感器部件和用于制造传感器的方法 | |
| US20030057447A1 (en) | Acceleration sensor | |
| KR100622166B1 (ko) | 압력센서장치 및 압력센서 수납용기 | |
| US20040226373A1 (en) | Acceleration sensor device | |
| US8511170B2 (en) | Pressure transducer having structure for monitoring surface charge | |
| CN117990746A (zh) | 用于氢测量的半导体设备和测量介质中的氢浓度的方法 | |
| US20120206888A1 (en) | Sensor arrangement and chip comprising additional fixing pins | |
| JPH0933371A (ja) | 半導体圧力計 | |
| JP2009265012A (ja) | 半導体センサ | |
| JP2002257663A (ja) | 圧力検出装置 | |
| Ghanam et al. | Full Silicon Capacitive Force Sensors with Low Temperature Drift and High Temperature Range | |
| JPH0979928A (ja) | 半導体圧力センサ装置 | |
| JPH01236659A (ja) | 半導体圧力センサ | |
| CN109073492A (zh) | 压力传感器装置 | |
| US20240151689A1 (en) | Semiconductor device for measuring hydrogen and method for measuring a hydrogen concentration | |
| JP2010190819A (ja) | センサ装置 | |
| CN118089999A (zh) | 压力传感器、压力传感装置及电子设备 | |
| KR930007902Y1 (ko) | 압력 감지기 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |