DE10118200A1 - Gas sensor element used, e.g., in biomedical analysis comprises a first and second metallic electrodes, nanotubes connecting the electrodes together, and a unit for determining the electrical resistance between the electrodes - Google Patents

Gas sensor element used, e.g., in biomedical analysis comprises a first and second metallic electrodes, nanotubes connecting the electrodes together, and a unit for determining the electrical resistance between the electrodes

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Wolfgang Roesner
Johannes Kretz
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Abstract

Providing an improved gas sensor element. Gas sensor element (200) comprises: a first metallic electrode (202); a second metallic electrode (204); nanotubes (203) connecting the electrodes together; and a unit for determining the electrical resistance between the electrodes. An Independent claim is also included for a process for the production of a gas sensor element, comprising forming nanotubes having a partially exposed surface, and forming electrodes so that they are connected by the nanotubes. Preferred Features: The nanotubes are carbon nanotubes or nanotubes doped with boron nitride. The nanotubes are arranged at a constant distance of 10-20 nm apart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gas-Sensorelement, ein Verfahren zum Herstellen eines Gas-Sensorelements und ein Verfahren zur Detektion von Gasen.The invention relates to a gas sensor element, a method for producing a gas sensor element and a method for Detection of gases.

Ein derartiges Gassensorelement ist z. B. in Form eines Gas- Sensors auf Basis von halbleitenden Metall-Oxiden bekannt und wird insbesondere zur Detektion von Stickstoffdioxid (NO2) und Ammoniak (NH3) eingesetzt (vgl. [1]). Mögliche Anwendungsbereiche sind hierbei neben der Umweltmesstechnik insbesondere auch Gasdetektionen bei chemischen Prozesskontrollen oder biomedizinischen Analysen.Such a gas sensor element is e.g. B. in the form of a gas sensor based on semiconducting metal oxides and is used in particular for the detection of nitrogen dioxide (NO 2 ) and ammonia (NH 3 ) (cf. [1]). In addition to environmental measurement technology, possible areas of application include gas detection in chemical process controls or biomedical analyzes.

Dieses Gas-Sensorelement hat jedoch den Nachteil, dass zum Erreichen einer ausreichenden Nachweissensitivität für die zu detektierenden Gase relativ hohe Betriebstemperaturen im Bereich von 200 bis 600°C erforderlich sind, um eine ausreichende chemische Reaktivität zwischen den Gasmolekülen und den Sensormaterialien zu gewährleisten.However, this gas sensor element has the disadvantage that for Achieve sufficient detection sensitivity for the Detecting gases relatively high operating temperatures in the A range of 200 to 600 ° C is required sufficient chemical reactivity between the gas molecules and to ensure the sensor materials.

Es ist ferner auch ein Gas-Sensorelement in Form von Silizium-Bauelementen sowie ein Gas-Sensorelement auf Basis von leitenden Polymeren bekannt. Diese Gas-Sensorelemente eignen sich ebenfalls vor allem zum Nachweis von Stickstoffdioxid oder Ammoniak, weisen jedoch nur eine sehr begrenzte Nachweisempfindlichkeit auf. Des weiteren ist auch ein Gas-Sensorelement auf Basis von organischen Materialien wie z. B. organischen Phthalocyanin-Halbleitern sowie Kohlenstoff-Polymer-Kompositen bekannt, welches jedoch einen sehr hohen elektrischen Widerstand (von 10 GΩ und darüber) besitzt.It is also a gas sensor element in the form of Silicon components and a gas sensor element based known from conductive polymers. These gas sensor elements are also particularly suitable for the detection of Nitrogen dioxide or ammonia, however, have only one limited detection sensitivity. Furthermore is also a gas sensor element based on organic materials such as B. organic phthalocyanine semiconductors and  Carbon-polymer composites known, but one very high electrical resistance (from 10 GΩ and above) has.

Sämtliche der oben genannten Gas-Sensorelemente weisen demnach entweder eine zu geringe Nachweissensitivität auf oder müssen zum Erreichen einer hinreichenden Nachweissensitivität auf Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius aufgeheizt werden.All of the above gas sensor elements have therefore either too little detection sensitivity or need to achieve sufficient Detection sensitivity to temperatures of several hundred Degrees Celsius can be heated.

Somit liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Gas- Sensorelement, ein Verfahren zum Herstellen eines Gas- Sensorelements sowie ein Verfahren zur Detektion von Gasen anzugeben, mit dem bzw. durch das bereits bei Raumtemperatur eine signifikante Erhöhung der Nachweissensitivität erreicht werden kann.The invention is therefore based on the problem of a gas Sensor element, a method of manufacturing a gas Sensor element and a method for the detection of gases to indicate with or through which already at room temperature achieved a significant increase in detection sensitivity can be.

Das Problem wird durch das Gas-Sensorelement, das Verfahren zum Herstellen eines Gas-Sensorelements sowie durch das Verfahren zur Detektion von Gasen mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.The problem is caused by the gas sensor element, the process to manufacture a gas sensor element and by the Method for the detection of gases with the features according to the independent claims solved.

Ein Gas-Sensorelement weist eine erste metallische Elektrode und eine zweite metallische Elektrode sowie wenigstens eine Nanoröhre auf. Die erste und die zweite metallische Elektrode sind über die wenigstens eine Nanoröhre elektrisch miteinander verbunden, wobei die wenigstens eine Nanoröhre eine zumindest teilweise freiliegende Oberfläche aufweist.A gas sensor element has a first metallic electrode and a second metallic electrode and at least one Nanotube on. The first and second metallic electrodes are electrical via the at least one nanotube interconnected, the at least one nanotube has an at least partially exposed surface.

Ferner ist eine Einheit zum Bestimmen des elektrischen Widerstandes zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode vorgesehen. Furthermore, a unit for determining the electrical Resistance between the first and the second metallic Electrode provided.  

Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, dass sich der elektrische Widerstand von Nanoröhren innerhalb weniger Sekunden um etwa drei Größenordnungen ändert, wenn die Nanoröhren einem Gas wie z. B. Stickstoffdioxid (NO2) oder Ammoniak (NH3) ausgesetzt werden.The invention makes use of the knowledge that the electrical resistance of nanotubes changes by approximately three orders of magnitude within a few seconds if the nanotubes are exposed to a gas such as e.g. B. nitrogen dioxide (NO 2 ) or ammonia (NH 3 ).

So wurde in [1] nachgewiesen, dass eine NH3-Atmosphäre zu einer reduzierten elektrischen Leitfähigkeit der Nanoröhren führt, was mit einer Verschiebung der Valenzbandkante weit unter das Fermi-Niveau in den Nanoröhren und einer hierdurch bewirkten Verarmung an Ladungsträgern in Form von Löchern erklärt wurde.It was demonstrated in [1] that an NH 3 atmosphere leads to a reduced electrical conductivity of the nanotubes, which is explained by a shift in the valence band edge far below the Fermi level in the nanotubes and the resulting depletion of charge carriers in the form of holes has been.

Umgekehrt wurde eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Nanoröhren um drei Größenordnungen festgestellt, wenn diese einer NO2-Atmosphäre in einer Konzentration von etwa 200 ppm ausgesetzt wurden, was dadurch erklärt wurde, dass die Fermi-Energie im Bereich der Nanoröhren näher an das Valenzband verschoben wird und demzufolge die Zahl der Ladungsträger in Form von Löchern in den Nanoröhren zunimmt.Conversely, an increase in the electrical conductivity of the nanotubes by three orders of magnitude was found when they were exposed to a NO 2 atmosphere at a concentration of about 200 ppm, which was explained by the fact that the Fermi energy in the region of the nanotubes shifted closer to the valence band and consequently the number of charge carriers in the form of holes in the nanotubes increases.

Somit kann bei dem erfindungsgemäßen Gas-Sensorelement die Gas-Detektion dadurch erfolgen, dass der elektrische Widerstand zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode gemessen wird, da sich dieser elektrische Widerstand infolge der Ablagerung der Gasmoleküle auf der freiliegenden Oberfläche der Nanoröhren ändert.Thus, in the gas sensor element according to the invention Gas detection is done by the electrical Resistance between the first and the second metallic Electrode is measured because this is electrical Resistance due to the deposition of the gas molecules on the exposed surface of the nanotubes changes.

Die Gasdetektion ist hierbei nicht auf Gase wie Stickstoffdioxid (NO2) oder Ammoniak (NH3) beschränkt, sondern es können auch andere Gase wie z. B. Sauerstoff (02) nachgewiesen werden, die zu einer Änderung des elektrischen Widerstandes der Nanoröhren führen.The gas detection is not limited to gases such as nitrogen dioxide (NO 2 ) or ammonia (NH 3 ), but other gases such as e.g. B. oxygen (02) can be detected, which lead to a change in the electrical resistance of the nanotubes.

Die Nanoröhren können z. B. Kohlenstoff-Nanoröhren sein. Es können jedoch auch eine oder mehrere mit Bor-Nitrid dotierte Nanoröhren ausgebildet werden, die sich dadurch auszeichnen, dass sich die Leitfähigkeit durch Anlegen eines elektrischen Feldes beeinflussen lässt (sog. Feldeffekt).The nanotubes can e.g. B. carbon nanotubes. It However, one or more boron nitride doped can Nanotubes are formed, which are characterized by that conductivity is reduced by applying an electrical Field can be influenced (so-called field effect).

Vorzugsweise ist wenigstens eine Nanoröhre zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode freistehend angeordnet.Preferably at least one nanotube is between the first and second metallic electrodes are free-standing arranged.

Vorzugsweise sind die Nanoröhren in einem geordneten Feld zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode angeordnet, wobei sie insbesondere vorteilhaft im wesentlichen geradlinig und parallel zueinander angeordnet sind. Die Nanoröhren sind hierbei vorzugsweise in einem konstanten, im Bereich zwischen 10 und 20 nm liegenden Abstand zueinander angeordnet und können z. B. eine Länge von 1 bis 10 µm aufweisen. Auf diese Weise wird einerseits eine hohe Nachweissensitivität für die durch das Gas-Sensorelement hindurchgeleiteten Gase erreicht, wobei andererseits gleichzeitig noch ein ausreichender Gasdurchfluss gewährleistet ist.The nanotubes are preferably in an ordered field between the first and second metallic electrodes arranged, being particularly advantageous in arranged essentially straight and parallel to each other are. The nanotubes are preferably in one constant, in the range between 10 and 20 nm Spaced from each other and z. B. a length of 1 to 10 µm. In this way, on the one hand high detection sensitivity for the gas sensor element passed gases reached, on the other hand sufficient gas flow at the same time is guaranteed.

Die erste und zweite metallische Elektrode sowie die Nanoröhren können beispielsweise auf einem Halbleiterchip, z. B. einen CMOS-Chip, integriert sein. Die Einheit zum Bestimmen des elektrischen Widerstandes kann dann insbesondere einen auf dem Halbleiterchip integrierten Widerstandsensor umfassen. The first and second metallic electrodes as well as the Nanotubes can, for example, on a semiconductor chip, z. B. a CMOS chip can be integrated. The unit for The electrical resistance can then be determined in particular one integrated on the semiconductor chip Include resistance sensor.  

Ferner kann auch ein Heizelement zum Aufheizen der wenigstens einen Nanoröhre auf dem Halbleiterchip integriert sein. Über das Heizelement kann die Nanoröhre nach Abschluss einer Gas- Detektion auf eine Temperatur von beispielsweise 200°C aufgeheizt werden, um die Bedeckung der Nanoröhren mit den Molekülen des nachzuweisenden Gases wieder aufzuheben.Furthermore, a heating element for heating the at least a nanotube can be integrated on the semiconductor chip. about the heating element can turn the nanotube after a gas Detection at a temperature of, for example, 200 ° C be heated to cover the nanotubes with the Repeat molecules of the gas to be detected.

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Gas-Sensorelements wird wenigstens eine Nanoröhre mit einer zumindest teilweise freiliegenden Oberfläche ausgebildet und eine erste metallische Elektrode und eine zweite metallische Elektrode werden so ausgebildet, dass die erste und die zweite metallische Elektrode über die Nanoröhre(n) elektrisch miteinander verbunden sind.In a method of manufacturing a gas sensor element becomes at least one nanotube with an at least partially exposed surface and a first metallic electrode and a second metallic electrode are designed so that the first and the second metallic electrode over the nanotube (s) electrical are interconnected.

Hierbei wird vorzugsweise ein geordnetes Feld von Nanoröhren zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode ausgebildet.Here, an ordered array of nanotubes is preferred between the first and second metallic electrodes educated.

Insbesondere kann ein Gas-Sensorelement folgendermaßen hergestellt werden:
Auf einer ersten isolierenden Schicht wird ein Schichtsystem aus einer Katalysatorschicht und einer ersten metallischen Schicht aufgebracht, was z. B. mittels MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition = metall-organischer Gasphasenabscheidung) in besonders konformer Weise erfolgen kann.
In particular, a gas sensor element can be manufactured as follows:
On a first insulating layer, a layer system consisting of a catalyst layer and a first metallic layer is applied. B. using MOCVD (metal-organic chemical vapor deposition = metal-organic vapor deposition) can be done in a particularly compliant manner.

Die erste isolierende Schicht kann z. B. aus Silziumdioxid oder auch einem anderen isolierenden Material, z. B. einem anderen Metalloxid gebildet werden. Insbesondere kann eine auf einem Silizium-Substrat abgeschiedene Siliziumdioxidschicht als erste isolierende Schicht verwendet werden.The first insulating layer can e.g. B. from silicon dioxide or another insulating material, e.g. B. one other metal oxide are formed. In particular, a  deposited on a silicon substrate Silicon dioxide layer used as the first insulating layer become.

Die Katalysatorschicht wird vorzugsweise aus Kobalt, Nickel oder Eisen gebildet.The catalyst layer is preferably made of cobalt, nickel or iron formed.

Die erste metallische Schicht kann beispielsweise aus Aluminium gebildet sein oder auch ein anderes metallisch leitendes Material aufweisen.The first metallic layer can, for example, consist of Be formed of aluminum or another metallic have conductive material.

Das Schichtsystem aus Katalysatorschicht und erster metallischer Schicht wird dabei so strukturiert, so dass die Katalysatorschicht eine porenstrukturierte Oberfläche aufweist.The layer system consisting of catalyst layer and first metallic layer is structured so that the Catalyst layer has a pore-structured surface having.

Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass nach dem Aufbringen der ersten metallischen Schicht auf der Katalysatorschicht zum Ausbilden der porenstrukturierten Oberfläche der Katalysatorschicht Poren in der ersten I metallischen Schicht ausgebildet werden. Hierzu kann nach dem Aufdampfen der Aluminiumschicht auf der Kobaltschicht eine Lackmaske mit einer entsprechenden Porenstruktur auf die Aluminiumschicht aufgebracht werden, wonach die Aluminiumschicht in einem Lithographieschritt mit einer der < Lackmaske entsprechenden porenartigen Struktur versehen wird. Alternativ können Verfahren zur Nanostrukturierung von Substraten wie Glas oder Silizium-Wafer eingesetzt werden, d. h. Verfahren, mit denen Nano-Partikel aus Metall auf diesen Substraten erzeugt werden. Insbesondere können Kolloidmasken als Masken zur Erzeugung der Poren verwendet werden.This can be done on the one hand in that after the Application of the first metallic layer on the Catalyst layer for forming the pore-structured Surface of the catalyst layer pores in the first I metallic layer are formed. According to the Evaporate the aluminum layer on the cobalt layer Paint mask with a corresponding pore structure on the Aluminum layer are applied, after which the Aluminum layer in a lithography step with one of the <Paint mask is provided corresponding pore-like structure. Alternatively, methods for nanostructuring of Substrates such as glass or silicon wafers are used, d. H. Processes using nano-particles made of metal on these Substrates are generated. In particular, colloid masks can be used as masks to create the pores.

Alternativ kann jedoch auch zunächst die Aluminiumschicht auf der ersten isolierenden Schicht aufgedampft und vor dem anschließenden Aufdampfen der Kobaltschicht auf der Aluminiumschicht eine porenstrukturierte Lackmaske aufgebracht werden, so dass das Kobalt nur in den Poren der Lackmaske abgeschieden wird.Alternatively, however, the aluminum layer can also be applied first evaporated the first insulating layer and before the  subsequent vapor deposition of the cobalt layer on the Aluminum layer a pore-structured paint mask be applied so that the cobalt only in the pores of the Paint mask is deposited.

Die Porenstruktur in der Lackmaske weist dabei je nach der gewünschten Struktur der aufzuwachsenden Nanoröhren vorzugsweise in einem konstanten, im Bereich zwischen 10 bis 20 nm liegenden Abstand zueinander angeordnete Poren auf.The pore structure in the paint mask depends on the desired structure of the growing nanotubes preferably in a constant, in the range between 10 to Pores located at a distance of 20 nm from one another.

Auf der Katalysatorschicht wird anschließend ein Feld von Nanoröhren, z. B. Kohlenstoff-Nanoröhren oder mit Bor-Nitrid dotierte Nanoröhren in einer der Porenstruktur des Schichtsystems aus Katalysatorschicht und erster metallischer Schicht entsprechenden Anordnung aufgewachsen. Dies kann z. B. mittels Gasphasenabscheidung entsprechend dem in [2] beschriebenen Verfahren erfolgen.A field of Nanotubes, e.g. B. carbon nanotubes or with boron nitride doped nanotubes in one of the pore structures of the Layer system consisting of catalyst layer and first metallic Layer corresponding arrangement grew up. This can e.g. B. by means of vapor deposition corresponding to that in [2] described procedures take place.

Gemäß diesem in [2] dargestellten Verfahren wird das in der Porenstruktur der Aluminiumschicht mit einer Porendichte von z. B. 1,1.1010 Poren/cm2 abgeschiedene Kobalt im Kohlenmonoxid (CO)-Durchfluss bei einer Temperatur von 600°C reduziert. Anschließend wird Acetylen zur Ausbildung eines Feldes von Kohlenstoff-Nanoröhren in der Porenstruktur der Katalysatorschicht in einem Durchfluss aus einem Acetylen/Stickstoff-Gemisch bei 700°C pyrolysiert, wodurch beispielsweise ein regelmäßiges hexagonales Gitter von Nanoröhren mit einem einheitlichen Durchmesser von z. B. 50 nm erhalten werden kann.According to this method shown in [2] that is in the pore structure of the aluminum layer with a pore density of z. B. 1.1.10 10 pores / cm 2 deposited cobalt in the carbon monoxide (CO) flow at a temperature of 600 ° C reduced. Then acetylene is pyrolyzed to form a field of carbon nanotubes in the pore structure of the catalyst layer in a flow from an acetylene / nitrogen mixture at 700 ° C, whereby, for example, a regular hexagonal lattice of nanotubes with a uniform diameter of z. B. 50 nm can be obtained.

Dabei lassen sich Länge, Durchmesser und Anordnung der Nanoröhren dadurch steuern, dass die porenstrukturierte Aluminiumschicht vor dem Aufbringen der Kobalt- Katalysatorschicht einem in [2] näher erläuterten zweifachen Anodisierungsprozess unterzogen wird.The length, diameter and arrangement of the Control nanotubes by making the pore structured Aluminum layer before applying the cobalt  Catalyst layer one in two explained in more detail in [2] Undergoes anodizing process.

Nach der Ausbildung der Nanoröhren und vor dem Aufbringen einer zweiten isolierenden Schicht kann vorteilhafterweise auf der ersten isolierenden Schicht, dem Schichtsystem aus Katalysatorschicht und erster metallischer Schicht und den Nanoröhren eine Haftschicht abgeschieden werden, wobei die Haftschicht nach dem partiellen Entfernen der zweiten metallischen Schicht ebenfalls entfernt wird. Die Haftschicht kann beispielsweise aus Silizium-Nitrid gebildet sein, aber auch ein anderes Material, wie z. B. Titan-Nitrid oder auch ein Mehrfachschichtsystem aus Titan und Titan-Nitrid, aufweisen.After the formation of the nanotubes and before application a second insulating layer can advantageously on the first insulating layer, the layer system Catalyst layer and first metallic layer and the Nanotubes are deposited an adhesive layer, the Adhesive layer after the partial removal of the second metallic layer is also removed. The adhesive layer can be formed from silicon nitride, for example, but another material, such as B. titanium nitride or a multilayer system made of titanium and titanium nitride, exhibit.

Auf dieser Haftschicht wird eine zweite isolierende Schicht unter Bedeckung der Nanoröhren, der ersten metallischen Schicht und der Katalysatorschicht aufgebracht, wobei die zweite isolierende Schicht wiederum Siliziumdioxid oder auch ein anderes isolierendes Material, insbesondere ein Metalloxid aufweisen kann.A second insulating layer is placed on this adhesive layer covering the nanotubes, the first metallic ones Layer and the catalyst layer applied, the second insulating layer again silicon dioxide or another insulating material, especially a May have metal oxide.

In der zweiten isolierenden Schicht wird ein sich bis zur ersten metallischen Schicht erstreckendes Kontaktloch ausgebildet, was insbesondere mittels nasschemischem Ätzen oder Plasmaätzen erfolgen kann.In the second insulating layer, one is up to first metallic layer extending contact hole formed, which in particular by means of wet chemical etching or plasma etching can take place.

Anschließend werden die zweite isolierende Schicht sowie ggf. die Haftschicht z. B. durch Ätzen unter partiellem Freilegen der Nanoröhren teilweise entfernt und in der zweiten isolierenden Schicht wird ein sich bis zur ersten metallischen Schicht erstreckendes Kontaktloch ausgebildet. Then the second insulating layer and possibly the adhesive layer z. B. by etching with partial exposure of the nanotubes partially removed and in the second insulating layer becomes one to the first formed metallic layer extending contact hole.  

Auf die zweite isolierende Schicht wird eine zweite metallische Schicht unter vollständigem Auffüllen des Kontaktlochs und Bedeckung der freigelegten Abschnitte der Nanoröhren aufgebracht. Die zweite metallische Schicht kann z. B. aus Wolfram gebildet sein, wodurch sich eine besonders konforme Abscheidung erreichen lässt. Die zweite metallische Schicht kann jedoch alternativ auch ein beliebiges anderes metallisch leitendes Material wie z. B. Kupfer oder Aluminium aufweisen. Das Abscheiden der zweiten metallischen Schicht kann wiederum konform mittels MOCVD erfolgen.A second is applied to the second insulating layer metallic layer with complete filling of the Contact hole and covering the exposed portions of the Applied nanotubes. The second metallic layer can z. B. be made of tungsten, which makes a particularly compliant separation can be achieved. The second metallic However, layer can alternatively be any other Metallically conductive material such as B. copper or aluminum exhibit. The deposition of the second metallic layer can again be done in conformity with MOCVD.

Die zweite metallische Schicht wird anschließend wiederum durch Ätzen, insbesondere nasschemisches Ätzen oder Plasmaätzen, soweit partiell entfernt, dass ein mit der ersten metallischen Schicht elektrisch verbundener erster Leiterbahnabschnitt und ein mit den Nanoröhren elektrisch verbundener zweiter Leiterbahnabschnitt zur Ausbildung einer ersten und zweiten metallischen Elektrode verbleiben.The second metallic layer then turns again by etching, in particular wet chemical etching or Plasma etching, partially removed so that one with the first metallic layer electrically connected first Conductor section and one with the nanotubes electrical connected second conductor track section to form a first and second metallic electrodes remain.

Anschließend werden auch die zweite isolierende Schicht sowie gegebenenfalls die Haftschicht von der ersten isolierenden Schicht, der Schichtstruktur aus Katalysatorschicht und erster metallischer Schicht, sowie den Kohlenstoff-Nanoröhren durch Ätzen zumindest partiell entfernt. Die Kohlenstoff- Nanoröhren weisen demzufolge eine zumindest teilweise freiliegende Oberfläche auf, auf der sich Gasmoleküle eines zu detektierenden Gases ablagern können.Then the second insulating layer as well optionally the adhesive layer from the first insulating Layer, the layer structure of the catalyst layer and first metallic layer, as well as the carbon nanotubes at least partially removed by etching. The carbon Accordingly, nanotubes at least partially exposed surface on which there are gas molecules to deposit gas to be detected.

Vorzugsweise werden jedoch die zweite isolierende Schicht sowie gegebenenfalls die Haftschicht restefrei entfernt, so dass die Nanoröhren zwischen der aus den verbliebenen Abschnitten der zweiten metallischen Schicht gebildeten ersten und zweiten metallischen Elektrode freistehend angeordnet sind.However, the second insulating layer is preferred and, if necessary, the adhesive layer is removed without residues, so that the nanotubes between those from the remaining Portions of the second metallic layer formed  free standing first and second metallic electrodes are arranged.

Die verbleibenden Abschnitte der zweiten metallischen Schicht bilden demnach eine den ersten Leiterbahnabschnitt umfassende erste metallische Elektrode und eine den zweiten Leiterbahn­ abschnitt umfassende zweite metallische Elektrode aus, wobei die zweite metallische Elektrode mit den Kohlenstoff- Nanoröhren an deren zuvor freigelegten Endabschnitten in Kontakt steht, während die erste metallische Elektrode über die erste metallische Schicht mit den gegenüberliegenden Endabschnitten der Kohlenstoff-Nanoröhren in Kontakt steht.The remaining sections of the second metallic layer accordingly form a first conductor track section first metallic electrode and one the second conductor track section comprising a second metallic electrode, wherein the second metallic electrode with the carbon Nanotubes at their previously exposed end sections in Contact is made while the first metallic electrode is over the first metallic layer with the opposite End sections of the carbon nanotubes is in contact.

Über eine Widerstandsmessung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode kann nunmehr eine Änderung des elektrischen Widerstandes der Nanoröhren über auf den Nanoröhren abgelagerte Gasmoleküle unmittelbar bestimmt und damit ein zu detektierendes, durch die Bereiche zwischen den Nanoröhren hindurchgeleitetes Gas nachgewiesen werden.Via a resistance measurement between the first and the second electrode can now change the electrical Resistance of the nanotubes over on the nanotubes deposited gas molecules immediately determined and thus a too detecting, through the areas between the nanotubes gas passed through it can be detected.

Bei einem Verfahren zur Detektion von Gasen wird in einer Anordnung aus einer ersten metallischen Elektrode, einer zweiten metallischen Elektrode und wenigstens einer Nanoröhre, wobei die erste und die zweite metallische Elektrode über die wenigstens eine Nanoröhre elektrisch miteinander verbunden sind und die wenigstens eine Nanoröhre eine zumindest teilweise freiliegende Oberfläche aufweist, die wenigstens eine Nanoröhre einem zu detektierenden Gas ausgesetzt und der elektrische Widerstand der Nanoröhre gemessen.In a method for the detection of gases in a Arrangement of a first metallic electrode, one second metallic electrode and at least one Nanotube, the first and the second metallic Electrode electrically via the at least one nanotube are interconnected and the at least one nanotube has an at least partially exposed surface, the at least one nanotube a gas to be detected exposed and the electrical resistance of the nanotube measured.

Vorzugsweise wird die wenigstens eine Nanoröhre anschließend auf eine Temperatur von 200°C oder darüber aufgeheizt, um die auf den Nanoröhren angelagerten Gasmoleküle wieder zu entfernen.The at least one nanotube is then preferably connected heated to a temperature of 200 ° C or above to the  gas molecules attached to the nanotubes remove.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im weiteren näher erläutert.Embodiments of the invention are in the figures shown and are explained in more detail below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1A bis 1H Querschnitte durch ein Gas-Sensorelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zu verschiedenen Zuständen während dessen Herstellung; Figs. 1A to 1H are cross sections through a gas sensor element according to an embodiment of the invention at various states during its manufacture;

Fig. 2 ein Flussdiagramm für das Verfahren zur Herstellung eines Gas-Sensorelements gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a flow diagram for the method for producing a gas sensor element according to FIG. 1;

Fig. 3 ein schematisches Layout zur Verdeutlichung der einzelnen Lithographie-Schritte (L1-L6), die bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Verfahren angewendet werden; und Figure 3 is a schematic layout for illustrating the individual steps lithography (L1-L6), which are used in the example shown in Figures 1 and 2 processes...; and

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Gas- Sensorelements zur Erläuterung des Prinzips, welches dem erfindungsgemäßen Gas-Sensorelement zugrunde liegt. Fig. 4 is a schematic representation of a gas sensor element to explain the principle on which the gas sensor element according to the invention is based.

Gemäß Fig. 1A beginnt ein Verfahren zum Herstellen eines Gas- Sensorelements 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einem Silizium-Substrat 101, in welches in einem ersten Lithographieschritt L1 in bekannter Weise Gräben 102 geätzt werden (entsprechend dem Schritt S1 in dem in Fig. 2 dargestellten Flussdiagramm). Anschließend wird auf dem Silizium-Substrat 101 und den Gräben 102 eine erste isolierende Schicht 103 aus Siliziumdioxid mittels eines CVD- Verfahrens abgeschieden (Schritt S2 in Fig. 2).Referring to FIG. 1A, a method for manufacturing begins a gas sensor element 100 according to the embodiment with a silicon substrate 101, in which is etched in a first lithography step L1 in a known manner trenches 102 (corresponding to the step shown in in FIG. 2 S1 Flow chart). A first insulating layer 103 made of silicon dioxide is then deposited on the silicon substrate 101 and the trenches 102 by means of a CVD method (step S2 in FIG. 2).

Anschließend wird in einem zweiten Lithographieschritt L2 die Oberfläche der ersten isolierenden Schicht 103 innerhalb der Gräben 102 soweit abgedeckt, dass jeweils nur ein von den Seitenwänden der Gräben 102 beabstandeter Bereich freigelegt bleibt. Auf diesen freigelegten Bereich werden nacheinander eine Katalysatorschicht 104 aus Kobalt und eine erste metallische Schicht 105 aus Aluminium aufgedampft (Schritt S3 in Fig. 2).Then, in a second lithography step L2, the surface of the first insulating layer 103 within the trenches 102 is covered to such an extent that only a region spaced apart from the side walls of the trenches 102 remains exposed. A catalyst layer 104 made of cobalt and a first metallic layer 105 made of aluminum are evaporated in succession on this exposed area (step S3 in FIG. 2).

In einem weiteren Schritt (S4 in Fig. 2) wird in der ersten metallischen Schicht 105 aus Aluminium nach Aufbringen einer Porenstrukturierten Lackmaske auf die erste metallische Schicht 105 in einem dritten Lithographieschritt L3 eine Porenstruktur erzeugt, wobei der Porenabstand gemäß dem Ausführungsbeispiel etwa 20 nm beträgt. Anschließend wird die Lackmaske wieder entfernt. Die hiernach erhaltene Struktur ist in Fig. 1A dargestellt.In a further step (S4 in FIG. 2), a pore structure is produced in the first metallic layer 105 made of aluminum after application of a pore-structured lacquer mask to the first metallic layer 105 in a third lithography step L3, the pore spacing according to the exemplary embodiment being approximately 20 nm , The paint mask is then removed again. The structure obtained hereafter is shown in Fig. 1A.

In einem nächsten Schritt werden auf der gemäß Fig. 1A strukturierten Katalysatorschicht 104 mittels Gasphasenabscheidung (CVD = "chemical vapor deposition") Nanoröhren, gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Kohlenstoff, aufgewachsen (Schritt S5). Die Kohlenstoff-Nanoröhren 106 weisen gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Länge von etwa 10 µm auf und sind entsprechend dem Abstand der Poren in der ersten metallischen Schicht 105 in einem Abstand von etwa 20 nm voneinander angeordnet.In a next step, nanotubes, according to the exemplary embodiment made of carbon, are grown on the catalyst layer 104 structured according to FIG. 1A by means of gas phase deposition (CVD = "chemical vapor deposition") (step S5). According to the exemplary embodiment, the carbon nanotubes 106 have a length of approximately 10 μm and are arranged at a distance of approximately 20 nm from one another in accordance with the distance between the pores in the first metallic layer 105 .

Anschließend wird auf die erste isolierende Schicht 103, die Schichtstruktur aus Katalysatorschicht 104 und porenstrukturierter erster metallischer Schicht 105 sowie auf die Kohlenstoff-Nanoröhren 106 eine Haftschicht 107, gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Silizium-Nitrid (Si3N4) wiederum mittels Gasphasenabscheidung abgeschieden (Schritt S6 in Fig. 2).Subsequently, on the first insulating layer 103, the layer structure of the catalyst layer 104 and porous structured first metal layer 105 and on the carbon nanotubes 106, a adhesion layer 107, according to the embodiment of silicon nitride (Si 3 N 4) in turn is deposited (by means of gas phase deposition step S6 in Fig. 2).

Auf der Haftschicht 107 wird in einem nächsten Schritt (S7) eine zweite isolierende Schicht 108 mittels Gasphasenabscheidung abgeschieden, die gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wie die erste isolierende Schicht 103 aus Siliziumdioxid gebildet ist. Die hiernach erhaltene Struktur ist in Fig. 1B und Fig. 1C dargestellt, wobei die Darstellung in Fig. 1B einem Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3 und die Darstellung in Fig. 1C einem Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 3 entspricht.In a next step (S7), a second insulating layer 108 is deposited on the adhesive layer 107 by means of gas phase deposition, which according to the exemplary embodiment shown is formed from silicon dioxide like the first insulating layer 103 . The hereinafter structure obtained is shown in Fig. 1B and Fig. 1C, the illustration in Fig. 1B 1C a sectional view taken along the line BB in Fig. 3 corresponds to a section along the line AA in Fig. 3 and the depiction in FIG. ,

Anschließend wird in einem vierten Lithographieschritt L4 in die zweite isolierende Schicht 108 und die Haftschicht 107 ein Kontaktloch 109 geätzt, welches sich von der Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht 108 bis hinunter zur ersten metallischen Schicht 105 aus Aluminium parallel zu den Kohlenstoff-Nanoröhren 106 erstreckt (Schritt S8 in Fig. 2). Die hiernach erhaltene Struktur ist in Fig. 1D entsprechend einem Schnitt der Linie B-B in Fig. 3 dargestellt.Subsequently, in a fourth lithography step L4, a contact hole 109 is etched into the second insulating layer 108 and the adhesive layer 107 , which extends from the surface of the second insulating layer 108 down to the first metallic layer 105 made of aluminum parallel to the carbon nanotubes 106 ( Step S8 in Fig. 2). The structure obtained after this is shown in FIG. 1D according to a section of the line BB in FIG. 3.

In einem nächsten Schritt (59) werden die zweite isolierende Schicht 108 sowie die Haftschicht 107 soweit rückgeätzt, dass jeweils ein Endabschnitt 106a der Kohlenstoff-Nanoröhren 106 an deren der ersten metallischen Schicht abgewandtem Ende freigelegt wird.In a next step ( 59 ), the second insulating layer 108 and the adhesive layer 107 are etched back to such an extent that an end section 106 a of the carbon nanotubes 106 is exposed at its end facing away from the first metallic layer.

Anschließend wird auf der verbleibenden zweiten isolierenden Schicht 108, den freigelegten Abschnitten 106a der Kohlenstoff-Nanoröhren 106 und der innerhalb des Kontaktlochs 109 freigelegten Oberfläche der ersten metallischen Schicht 105 eine zweite metallische Schicht 110, gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Wolfram, mittels CVD abgeschieden (Schritt S10 in Fig. 2). Hierbei wird die zweite metallische Schicht 110 in einer solchen Dicke abgeschieden, dass das Kontaktloch 109 vollständig aufgefüllt sowie die freigelegten Abschnitte 106a der Kohlenstoff-Nanoröhren 106 komplett von der zweiten metallischen Schicht 110 bedeckt sind. Die hiernach erhaltene Struktur ist in Fig. 1E (entsprechend dem Schnitt A-A in Fig. 3) bzw. Fig. 1F (entsprechend dem Schnitt B-B in Fig. 3) dargestellt.A second metallic layer 110 , according to the exemplary embodiment made of tungsten, is then deposited on the remaining second insulating layer 108 , the exposed sections 106 a of the carbon nanotubes 106 and the surface of the first metallic layer 105 exposed within the contact hole 109 by means of CVD (step S10 in Fig. 2). In this case, the second metallic layer 110 is deposited in such a thickness that the contact hole 109 is completely filled and the exposed sections 106 a of the carbon nanotubes 106 are completely covered by the second metallic layer 110 . The structure obtained after this is shown in FIG. 1E (corresponding to the section AA in FIG. 3) or FIG. 1F (corresponding to the section BB in FIG. 3).

In einem nächsten, fünften Lithographieschritt L5 wird die zweite metallische Schicht 110 aus Wolfram durch Ätzen so strukturiert, dass sie gemäß der in Fig. 1 G dargestellten Struktur (entsprechend einem Schnitt B-B in Fig. 3) in zwei voneinander räumlich getrennte Abschnitte 110a, 110b aufgeteilt wird (Schritt S11 in Fig. 2).In a next, fifth lithography step L5, the second metallic layer 110 made of tungsten is structured by etching in such a way that, according to the structure shown in FIG. 1G (corresponding to a section BB in FIG. 3), it is divided into two spatially separated sections 110a , 110 b is divided (step S11 in Fig. 2).

Hierbei bilden die beiden Abschnitte 110a, 110b zwei auf der Oberfläche der zweiten isolierenden Schicht 108 parallel zur Schnittlinie A-A in Fig. 3 verlaufende Leiterbahnen. Die dem Abschnitt 110b entsprechende Leiterbahn deckt die freigelegten Abschnitte 106a der Kohlenstoff-Nanoröhren 106 komplett ab, während die dem Abschnitt 110a entsprechende Leiterbahn sich durch das Kontaktloch 109 hindurch bis hinunter zur ersten metallischen Schicht 105 erstreckt.Here, the two sections 110 a, 110 b form two conductor tracks running on the surface of the second insulating layer 108 parallel to the section line AA in FIG. 3. The conductor track corresponding to section 110 b completely covers the exposed sections 106 a of the carbon nanotubes 106 , while the conductor track corresponding to section 110 a extends through the contact hole 109 down to the first metallic layer 105 .

Die dem Abschnitt 110a entsprechende Leiterbahn steht somit über die erste metallische Schicht 105 ebenfalls mit den Kohlenstoff-Nanoröhren 106, jedoch an deren den freigelegten Abschnitten 106a gegenüberliegenden Endabschnitten in elektrischem Kontakt.The section 110 a corresponding conductor path is thus available over the first metallic layer 105 also connected to the carbon nanotube 106, but at the exposed portions 106 a opposite end portions in electrical contact.

In einem nächsten, sechsten Lithographieschritt L6 werden die Abschnitte 110a, 110b der zweiten metallischen Schicht 110 sowie die Oberfläche der ersten isolierenden Schicht 103 mittels einer Lackmaske abgedeckt, woraufhin die zweite isolierende Schicht 108 mittels nasschemischem Ätzen restefrei weggeätzt und die Lackmaske wieder entfernt wird (Schritt S12 in Fig. 2).In a next, sixth lithography step L6, the sections 110 a, 110 b of the second metallic layer 110 and the surface of the first insulating layer 103 are covered by means of a lacquer mask, whereupon the second insulating layer 108 is etched away using wet chemical etching and the lacquer mask is removed again (Step S12 in Fig. 2).

Anschließend wird auch die Haftschicht 107 von der ersten isolierenden Schicht 103, der Schichtstruktur aus Katalysatorschicht 104 und erster metallischer Schicht 105, sowie den Kohlenstoff-Nanoröhren 106 durch Ätzen restefrei entfernt (Schritt S13 in Fig. 2), so dass die in Fig. 1H entsprechend einem Schnitt B-B in Fig. 3 dargestellte fertige Struktur eines Gas-Sensorelements 100 erhalten wird.Subsequently, the adhesive layer 107 is also removed from the first insulating layer 103 , the layer structure comprising the catalyst layer 104 and the first metallic layer 105 , and the carbon nanotubes 106 by etching (step S13 in FIG. 2), so that the layer in FIG. 1H 3 according to a section BB in FIG. 3 of the finished structure of a gas sensor element 100 is obtained.

In dem Gas-Sensorelement 100 gemäß Fig. 1H bilden die verbleibenden Abschnitte der zweiten metallischen Schicht 110 eine den ersten Leiterbahnabschnitt 110a umfassende erste metallische Elektrode 111 und eine den zweiten Leiterbahnabschnitt 110b umfassende zweite metallische Elektrode 112. Hierbei steht die erste metallische Elektrode 111 mit der ersten metallischen Schicht 105 und damit auch mit den Kohlenstoff-Nanoröhren 106 in elektrischem Kontakt, während die zweite metallische Elektrode 112 mit den Kohlenstoff-Nanoröhren 106 an deren Endabschnitten 106a in elektrischem Kontakt steht.In the gas sensor element 100 according to FIG. 1H, the remaining sections of the second metallic layer 110 form a first metallic electrode 111 comprising the first interconnect section 110 a and a second metallic electrode 112 comprising the second interconnect section 110 b. Here, the first metallic electrode 111 is in electrical contact with the first metallic layer 105 and thus also with the carbon nanotubes 106 , while the second metallic electrode 112 is in electrical contact with the carbon nanotubes 106 at their end sections 106a .

Die Kohlenstoff-Nanoröhren 106 selbst sind nunmehr nach der Entfernung der zweiten isolierenden Schicht 108 sowie der Haftschicht 107 freistehend zwischen der ersten und zweiten metallischen Elektrode 111, 112 angeordnet und stellen über die erste metallische Schicht 105 den elektrischen Kontakt zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode 111 bzw. 112 her.The carbon nanotubes 106 themselves are now freestanding between the first and second metallic electrodes 111 , 112 after the removal of the second insulating layer 108 and the adhesive layer 107 and, via the first metallic layer 105, make the electrical contact between the first and the second metallic Electrode 111 or 112 .

Die so erhaltene Struktur stellt ein erfindungsgemäßes Gas- Sensorelement 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dar, bei der über die erste und zweite metallische Elektrode 111, 112 der elektrische Widerstand der Anordnung aus freistehenden Kohlenstoff-Nanoröhren 106, z. B. über auf einem gemeinsamen CMOS-Chip integrierte Widerstandssensoren, gemessen werden kann.The structure thus obtained provides an inventive gas sensor element 100 in a preferred embodiment wherein the through the first and second metallic electrode 111, 112, the electrical resistance of the assembly of free-standing carbon nanotubes 106 z. B. can be measured on a common CMOS chip integrated resistance sensors.

Anhand der gemessenen Widerstandsänderung werden die zu detektierenden Gase wie oben erläutert nachgewiesen, woraufhin die Nanoröhren zum Entfernen der abgelagerten Gasmoleküle des zu detektierenden Gases auf eine Temperatur von 200°C oder darüber aufgeheizt werden.Based on the measured change in resistance, the detecting gases as explained above, whereupon the nanotubes to remove the deposited Gas molecules of the gas to be detected to a temperature of 200 ° C or above.

In Fig. 4 sind nochmals in einer schematischen Prinzipskizze die wesentlichen Elemente eines erfindungsgemäßen Gas- Sensorelements 200 zum besseren Verständnis dargestellt. Demnach ist in einem Substrat 201 eine leitende Bodenelektrode 202 (entsprechend der ersten metallischen Elektrode 111 aus Fig. 1H) angeordnet. Ferner ist eine freistehende Anordnung von Nanoröhren 203 gezeigt, die mit der leitenden Bodenelektrode 202 in elektrischem Kontakt stehen und sich vertikal von dieser geradlinig und parallel zueinander zu einer ebenfalls elektrisch leitenden Topelektrode 204 erstrecken, mit der sie ebenfalls elektrisch verbunden sind. In FIG. 4, the essential elements of a gas sensor element 200 according to the invention are shown again for clarity, in a schematic principle sketch. Accordingly, a conductive bottom electrode 202 (corresponding to the first metallic electrode 111 from FIG. 1H) is arranged in a substrate 201 . Furthermore, a free-standing arrangement of nanotubes 203 is shown, which are in electrical contact with the conductive bottom electrode 202 and extend vertically therefrom in a straight line and parallel to one another to a likewise electrically conductive top electrode 204 , to which they are also electrically connected.

Ferner sind in Fig. 4 zwei Seitengates 205, 206 gezeigt, die parallel zueinander angeordnet sind und sich von der leitenden Bodenelektrode 202 bis zur leitenden Topelektrode 204 in vertikaler Anordnung zu den Elektroden 202, 204 erstrecken. Die beiden Seitengates 205, 206 sind jeweils von der Topelektrode 204 elektrisch isoliert, so dass die beiden Elektroden 202, 204 wie bei dem Gas-Sensorelement 100 nur über die Nanoröhren 203 in elektrischem Kontakt stehen.Further, 4 two side gates 205, 206 are shown in Fig., Which are arranged parallel to each other and extend from the conductive ground electrode 202 to the conductive top electrode 204 in a vertical arrangement to the electrodes 202, 204. The two side gates 205 , 206 are each electrically insulated from the top electrode 204 , so that the two electrodes 202 , 204 are in electrical contact only via the nanotubes 203 , as in the gas sensor element 100 .

Ein zwischen den Seitengates 205, 206 hindurchgeleitetes, zu detektierendes Gas führt bei dem Gas-Sensorelement 200 in Abhängigkeit von der Position der Seitengates 205, 206 zu einer unterschiedlich raschen Bedeckung der Nanoröhren 203, so dass durch die Positionierung der Seitengates 205, 206 der Arbeitspunkt des Gas-Sensorelements 200 eingestellt werden kann. A gas to be detected which is passed between the side gates 205 , 206 leads to a different rapid coverage of the nanotubes 203 in the gas sensor element 200 depending on the position of the side gates 205 , 206 , so that the working point is caused by the positioning of the side gates 205 , 206 of the gas sensor element 200 can be set.

In diesem Dokument sind die folgenden Veröffentlichungen zitiert:
[1] J. Kong et al., Nanotube Molecular Wires as Chemical Sensors, Science 287, S. 622-625 (2000).
[2] J. S. Suh et al., Highly ordered two-dimensional carbon nanotube arrays, Appl. Phys. Lett. 75, S. 2047-2049 (1999).
The following publications are cited in this document:
[1] J. Kong et al., Nanotube Molecular Wires as Chemical Sensors, Science 287, pp. 622-625 ( 2000 ).
[2] JS Suh et al., Highly ordered two-dimensional carbon nanotube arrays, Appl. Phys. Lett. 75, pp. 2047-2049 ( 1999 ).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100

Gas-Sensorelement
Gas sensor element

101101

Silizium-Substrat
Silicon substrate

102102

Gräben
trenches

103103

erste isolierende Schicht
first insulating layer

104104

Katalysatorschicht (Co)
Catalyst layer (Co)

105105

erste metallische Schicht (Al)
first metallic layer (Al)

106106

Nanoröhren
nanotubes

106106

a Endabschnitte der Nanoröhren
a End sections of the nanotubes

107107

Haftschicht (Si3 Adhesive layer (Si 3

N4 N 4

)
)

108108

zweite isolierende Schicht
second insulating layer

109109

Kontaktloch
contact hole

110110

zweite metallische Schicht (W)
110a, b Leiterbahnabschnitte
second metallic layer (W)
110a, b conductor track sections

111111

erste metallische Elektrode
first metallic electrode

112112

zweite metallische Elektrode
second metallic electrode

200200

Gas-Sensorelement
Gas sensor element

201201

Substrat
substratum

202202

Bodenelektrode
bottom electrode

203203

Nanoröhren
nanotubes

204204

Topelektrode
top electrode

205205

Seitengate
side gate

206206

Seitengate
side gate

Claims (24)

1. Gas-Sensorelement, aufweisend
eine erste metallische Elektrode;
eine zweite metallische Elektrode;
wenigstens eine Nanoröhre, wobei die erste und die zweite metallische Elektrode über die wenigstens eine Nanoröhre elektrisch miteinander verbunden sind und die wenigstens eine Nanoröhre eine zumindest teilweise freiliegende Oberfläche aufweist; und
eine Einheit zum Bestimmen des elektrischen Widerstandes zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode.
1. Gas sensor element, comprising
a first metallic electrode;
a second metallic electrode;
at least one nanotube, the first and second metallic electrodes being electrically connected to one another via the at least one nanotube and the at least one nanotube having an at least partially exposed surface; and
a unit for determining the electrical resistance between the first and second metallic electrodes.
2. Gas-Sensorelement nach Anspruch 1, bei dem die Nanoröhre eine Kohlenstoff-Nanoröhre oder eine mit Bor-Nitrid dotierte Nanoröhre ist.2. Gas sensor element according to claim 1, where the nanotube is a carbon nanotube or a is a nanotube doped with boron nitride. 3. Gas-Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die wenigstens eine Nanoröhre zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode freistehend angeordnet ist.3. Gas sensor element according to claim 1 or 2, in which the at least one nanotube between the first and the second metallic electrode is arranged free-standing is. 4. Gas-Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein geordnetes Feld von Nanoröhren zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode angeordnet ist.4. Gas sensor element according to one of the preceding claims, where an ordered array of nanotubes between the first and the second metallic electrode is arranged. 5. Gas-Sensorelement nach Anspruch 4, bei dem die Nanoröhren im wesentlichen geradlinig und parallel zueinander angeordnet sind.5. Gas sensor element according to claim 4, where the nanotubes are essentially straight and are arranged parallel to each other. 6. Gas-Sensorelement nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Nanoröhren in einem konstanten, im Bereich zwischen 10 bis 20 nm liegenden Abstand zueinander angeordnet sind.6. Gas sensor element according to claim 4 or 5,  where the nanotubes are in a constant, in the range spaced from 10 to 20 nm apart are. 7. Gas-Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nanoröhren eine Länge von 1 bis 10 µm aufweisen.7. Gas sensor element according to one of the preceding claims, in which the nanotubes have a length of 1 to 10 µm. 8. Gas-Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste und zweite metallische Elektrode und die wenigstens eine Nanoröhre auf einem Halbleiterchip gemeinsam integriert sind.8. Gas sensor element according to one of the preceding claims, in which the first and second metallic electrodes and the at least one nanotube on a semiconductor chip together are integrated. 9. Gas-Sensorelement nach Anspruch 8, bei dem die Einheit zum Bestimmen des elektrischen Widerstandes einen auf dem Halbleiterchip integrierten Widerstandsensor aufweist.9. Gas sensor element according to claim 8, in which the unit for determining the electrical Resistance one integrated on the semiconductor chip Resistance sensor has. 10. Gas-Sensorelement nach Anspruch 8 oder 9, bei dem ein Heizelement zum Aufheizen der wenigstens einen Nanoröhre auf dem Halbleiterchip integriert ist.10. Gas sensor element according to claim 8 or 9, in which a heating element for heating the at least one Nanotube is integrated on the semiconductor chip. 11. Verfahren zum Herstellen eines Gas-Sensorelements,
bei dem wenigstens eine Nanoröhre mit einer zumindest teilweise freiliegenden Oberfläche ausgebildet wird und
bei dem eine erste metallische Elektrode und eine zweite metallische Elektrode so ausgebildet werden, dass die erste und die zweite metallische Elektrode über die wenigstens eine Nanoröhre elektrisch miteinander verbunden sind.
11. Method for producing a gas sensor element,
in which at least one nanotube is formed with an at least partially exposed surface and
in which a first metallic electrode and a second metallic electrode are formed in such a way that the first and the second metallic electrode are electrically connected to one another via the at least one nanotube.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem ein geordnetes Feld von Nanoröhren zwischen der ersten und der zweiten metallischen Elektrode ausgebildet wird. 12. The method according to claim 11, where an ordered array of nanotubes between the first and the second metallic electrode becomes.   13. Verfahren nach Anspruch 12,
bei dem auf einer ersten isolierenden Schicht ein Schichtsystem aus einer ersten metallischen Schicht und einer Katalysatorschicht aufgebracht wird, wobei die Katalysatorschicht eine porenstrukturierte Oberfläche aufweist;
bei dem auf der Katalysatorschicht ein der Porenstruktur entsprechendes Feld von Nanoröhren aufgewachsen wird;
bei dem eine zweite isolierende Schicht unter Abdeckung der Nanoröhren und des Schichtsystems aus erster metallischer Schicht und Katalysatorschicht aufgebracht wird;
bei dem die zweite isolierende Schicht unter partiellem Freilegen der Nanoröhren teilweise entfernt und in der zweiten isolierenden Schicht ein sich bis zur ersten metallischen Schicht erstreckendes Kontaktloch ausgebildet wird;
bei dem eine zweite metallische Schicht unter Auffüllen des Kontaktlochs und Bedeckung der Nanoröhren aufgebracht wird; und
bei dem die zweite metallische Schicht unter Belassen eines mit der ersten metallischen Schicht elektrisch verbundenen ersten Leiterabschnitts und eines mit den Nanoröhren elektrisch verbundenen zweiten Leiterabschnitts zur Ausbildung einer ersten und zweiten metallischen Elektrode partiell entfernt wird.
13. The method according to claim 12,
in which a layer system comprising a first metallic layer and a catalyst layer is applied to a first insulating layer, the catalyst layer having a pore-structured surface;
in which a field of nanotubes corresponding to the pore structure is grown on the catalyst layer;
in which a second insulating layer is applied to cover the nanotubes and the layer system comprising the first metallic layer and the catalyst layer;
in which the second insulating layer is partially removed with partial exposure of the nanotubes and a contact hole extending to the first metallic layer is formed in the second insulating layer;
in which a second metallic layer is applied while filling the contact hole and covering the nanotubes; and
in which the second metallic layer is partially removed while leaving a first conductor section electrically connected to the first metallic layer and a second conductor section electrically connected to the nanotubes to form a first and second metallic electrode.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die erste und/oder die zweite isolierende Schicht aus Silziumdioxid gebildet werden.14. The method according to claim 13, in which the first and / or the second insulating layer Silicon dioxide are formed. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Katalysatorschicht aus Kobalt, Nickel oder Eisen gebildet wird. 15. The method according to claim 13 or 14, in which the catalyst layer made of cobalt, nickel or iron is formed.   16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die erste metallische Schicht aus Aluminium gebildet wird.16. The method according to any one of claims 13 to 15, in which the first metallic layer is formed from aluminum becomes. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die zweite metallische Schicht aus Wolfram gebildet wird.17. The method according to any one of claims 13 to 16, in which the second metallic layer is formed from tungsten becomes. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem nach dem Aufbringen der ersten metallischen Schicht auf der Katalysatorschicht zum Ausbilden der porenstrukturierten Oberfläche der Katalysatorschicht Poren in der ersten metallischen Schicht ausgebildet werden.18. The method according to any one of claims 13 to 17, in that after the application of the first metallic layer on the catalyst layer to form the pore-structured surface of the catalyst layer pores are formed in the first metallic layer. 19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Poren in einem konstanten, im Bereich zwischen 10 bis 20 nm liegenden Abstand zueinander ausgebildet werden.19. The method according to claim 18, in which the pores are in a constant range between 10 distance of up to 20 nm from each other can be formed. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem zum Aufwachsen der Nanoröhren das Verfahren der Gasphasenabscheidung angewandt wird.20. The method according to any one of claims 13 to 19, in which the method of growing the nanotubes Vapor deposition is applied. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, bei dem nach dem Aufwachsen der Nanoröhren und vor dem Aufbringen der zweiten isolierenden Schicht eine Haftschicht auf der ersten isolierenden Schicht, dem Schichtsystem aus Katalysatorschicht und erster metallischer Schicht und den Nanoröhren aufgebracht wird, wobei die Haftschicht nach dem partiellen Entfernen der zweiten metallischen Schicht ebenfalls entfernt wird.21. The method according to any one of claims 13 to 20, in which after the growth of the nanotubes and before Applying the second insulating layer an adhesive layer on the first insulating layer, the layer system Catalyst layer and first metallic layer and the Nanotubes is applied, the adhesive layer after the partial removal of the second metallic layer is also removed. 22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Haftschicht aus Silizium-Nitrid gebildet wird. 22. The method according to claim 21, in which the adhesive layer is formed from silicon nitride.   23. Verfahren zur Detektion von Gasen, in einer Anordnung aus einer ersten metallischen Elektrode, einer zweiten metallischen Elektrode und wenigstens einer Nanoröhre, wobei die erste und die zweite metallische Elektrode über die wenigstens eine Nanoröhre elektrisch miteinander verbunden sind und die wenigstens eine Nanoröhre eine zumindest teilweise freiliegende Oberfläche aufweist,
bei dem die wenigstens eine Nanoröhre einem zu detektierenden Gas ausgesetzt wird, und
bei dem der elektrische Widerstand der Nanoröhre gemessen wird.
23. A method for the detection of gases in an arrangement of a first metallic electrode, a second metallic electrode and at least one nanotube, the first and the second metallic electrode being electrically connected to one another via the at least one nanotube and the at least one nanotube at least one partially exposed surface,
in which the at least one nanotube is exposed to a gas to be detected, and
in which the electrical resistance of the nanotube is measured.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Nanoröhre nach der Messung des elektrischen Widerstandes auf eine Temperatur von 200°C oder darüber aufgeheizt wird.24. The method according to claim 23, where the nanotube after measuring the electrical Resistance to a temperature of 200 ° C or above is heated.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004048958A2 (en) * 2002-11-26 2004-06-10 Honeywell International Inc. Nanotube sensor
DE10308051A1 (en) * 2003-02-26 2004-09-09 Abb Research Ltd. Nanotechnology fluid flow monitoring device for measuring fluid velocity, viscosity, density, mass flow or volume flow comprises a sensor unit with a number of nano-components that is brought into direct contact with the fluid
US7013708B1 (en) * 2002-07-11 2006-03-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Carbon nanotube sensors
WO2008023329A2 (en) * 2006-08-24 2008-02-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of manufacturing a semiconductor sensor device and semiconductor sensor device
US7635423B2 (en) 2004-09-30 2009-12-22 E. I. Du Pont De Nemours And Company Redox potential mediated, heterogeneous, carbon nanotube biosensing
US7638036B2 (en) 2004-09-30 2009-12-29 E. I. Du Pont De Nemours And Company Redox potential mediated carbon nanotubes biosensing in homogeneous format
US8038853B2 (en) 2007-06-18 2011-10-18 E.I. Du Pont De Nemours And Company Photo-induced reduction-oxidation chemistry of carbon nanotubes
US8052855B2 (en) * 2006-05-11 2011-11-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Carbon nanotube gas sensor and method of manufacturing the same
US8124419B2 (en) 2007-05-04 2012-02-28 Yazaki Corporation Gas sensor devices comprising organized carbon and non-carbon assembly
CN101718732B (en) * 2009-12-09 2012-07-25 黑龙江大学 Carbon doped boron-nitrogen nanotube/semiconductor oxide composite and preparation method thereof
CN111707715A (en) * 2020-07-21 2020-09-25 艾感科技(广东)有限公司 Three-dimensional nanotube gas sensor array and packaging method thereof
CN111812155A (en) * 2020-07-21 2020-10-23 艾感科技(广东)有限公司 Three-dimensional nanotube gas sensor array without routing bonding and packaging method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19930133A1 (en) * 1998-07-09 2000-01-13 Ims Ionen Mikrofab Syst Carbon film is sputter deposited in a nitrogen-containing gas and then vacuum heat treated

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19930133A1 (en) * 1998-07-09 2000-01-13 Ims Ionen Mikrofab Syst Carbon film is sputter deposited in a nitrogen-containing gas and then vacuum heat treated

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7013708B1 (en) * 2002-07-11 2006-03-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Carbon nanotube sensors
WO2004048958A2 (en) * 2002-11-26 2004-06-10 Honeywell International Inc. Nanotube sensor
US6949931B2 (en) 2002-11-26 2005-09-27 Honeywell International Inc. Nanotube sensor
WO2004048958A3 (en) * 2002-11-26 2005-10-20 Honeywell Int Inc Nanotube sensor
US7230432B2 (en) 2002-11-26 2007-06-12 Honeywell International Inc. Nanotube sensor
DE10308051A1 (en) * 2003-02-26 2004-09-09 Abb Research Ltd. Nanotechnology fluid flow monitoring device for measuring fluid velocity, viscosity, density, mass flow or volume flow comprises a sensor unit with a number of nano-components that is brought into direct contact with the fluid
US7635423B2 (en) 2004-09-30 2009-12-22 E. I. Du Pont De Nemours And Company Redox potential mediated, heterogeneous, carbon nanotube biosensing
US7638036B2 (en) 2004-09-30 2009-12-29 E. I. Du Pont De Nemours And Company Redox potential mediated carbon nanotubes biosensing in homogeneous format
US8052855B2 (en) * 2006-05-11 2011-11-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Carbon nanotube gas sensor and method of manufacturing the same
WO2008023329A3 (en) * 2006-08-24 2008-06-05 Koninkl Philips Electronics Nv Method of manufacturing a semiconductor sensor device and semiconductor sensor device
WO2008023329A2 (en) * 2006-08-24 2008-02-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of manufacturing a semiconductor sensor device and semiconductor sensor device
US8124419B2 (en) 2007-05-04 2012-02-28 Yazaki Corporation Gas sensor devices comprising organized carbon and non-carbon assembly
US8038853B2 (en) 2007-06-18 2011-10-18 E.I. Du Pont De Nemours And Company Photo-induced reduction-oxidation chemistry of carbon nanotubes
CN101718732B (en) * 2009-12-09 2012-07-25 黑龙江大学 Carbon doped boron-nitrogen nanotube/semiconductor oxide composite and preparation method thereof
CN111707715A (en) * 2020-07-21 2020-09-25 艾感科技(广东)有限公司 Three-dimensional nanotube gas sensor array and packaging method thereof
CN111812155A (en) * 2020-07-21 2020-10-23 艾感科技(广东)有限公司 Three-dimensional nanotube gas sensor array without routing bonding and packaging method thereof
CN111707715B (en) * 2020-07-21 2023-09-05 艾感科技(广东)有限公司 Three-dimensional nanotube gas sensor array and packaging method thereof
CN111812155B (en) * 2020-07-21 2023-11-28 艾感科技(广东)有限公司 Three-dimensional nanotube gas sensor array without wire bonding and packaging method thereof

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