DE102009045475A1

DE102009045475A1 - Gassensitive Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102009045475A1
Application number: DE102009045475A
Authority: DE
Inventors: Denis Kunz; Markus Widenmeyer; Alexander Martin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: FR2951273B1; US8513711B2; JP5743478B2; DE102009045475B4; FR2951273A1; CN102033095A; JP2011080996A; US20110121368A1; CN102033095B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gassensitive Halbleitervorrichtung mit einem von einer ersten (12) und einer zweiten (14) Kanalelektrode begrenzten halbleitenden Kanal (10) und einer dem Kanal zugeordneten Gateelektrode (16), die so mit dem Kanal zusammenwirkt, dass als Reaktion auf eine Einwirkung eines Gases eine Leitfähigkeitsänderung des Kanals (10) auftritt, wobei die Gateelektrode (16) und/oder eine die Gateelektrode vom Kanal isolierende Gateisolationsschicht (20) und/oder eine zwischen der Gateelektrode und dem Kanal vorsehbare Gatestapelschicht (18) zwei Flächenabschnitte (22, 24) aufweist, die sich in ihrer Sensitivität für verschiedene Gase unterscheiden.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gassensitive Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer solchen Vorrichtung.
Eine derartige Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und etwa als sogenannter CHEMFET in der US 4,411,741 beschrieben.
Bei dieser als gattungsbildend herangezogenen und als gängiger Stand der Technik vorausgesetzten Technologie handelt es sich um gassensitive Halbleiterbauelemente, welche eine gasempfindliche (gassensitive) Schicht aufweisen, deren elektrische Eigenschaften durch Absorption oder Adsorption von Gas veränderbar sind und sich auf das elektronische Verhalten des Halbleiterbauelements auswirken, insbesondere eine Leitfähigkeitsänderung des halbleitenden Kanals bewirken, mit dem Effekt, dass etwa als Reaktion auf ein einwirkendes, zu detektierendes Gas eine Änderung eines zwischen der ersten Kanalelektrode (z. B. drain) und der zweiten Kanalelektrode (source) fließenden Stroms bewirkt wird.
Insbesondere wird bei dem Stand der Technik der Effekt ausgenutzt, dass eine Wechselwirkung nachzuweisender Gasmoleküle mit einer (z. B. katalytisch aktiven) Gateelektrode eine Änderung des effektiv anliegenden Gatepotenzials bewirkt, welches in der beschriebenen Weise eine Signaländerung eines drain-source-Stromes als typisches (Sensor-)Mess- bzw. Detektionsignals bewirkt.
Aus dem Stand der Technik ist es dabei bekannt, durch Auswahl bzw. Einrichtung geeigneter Gateelektrodenmaterialien Selektivität gegenüber gewissen Gasen herbeizuführen, d. h. die beschriebenen Wechselwirkungen, welche die Leitfähigkeitsänderung herbeiführen, nur für gewisse Gase bzw. Gasgemische entstehen zu lassen.
Allerdings ist es schwierig, derartige Selektivitäten gegenüber einer einzigen Gasspezies eindeutig und trennscharf auszuprägen, sodass es üblicherweise zu unerwünschten Beeinflussungen (Querempfindlichkeiten) durch weitere Gaskomponenten kommt. Aus dem Stand der Technik ist es diesbezüglich bekannt, so entstehende, überlagerte (und unerwünschte) Signale elektronisch bzw. rechnerisch zu kompensieren, wobei es insbesondere auch üblich ist, mithilfe eines Detektorfeldes einer Mehrzahl von CHEMFETs (als Sensorarray) unterschiedlicher Sensitivitäten die verschiedenen Gasspezies zu detektieren, um dann in nachgeschalteten Auswerteeinheiten aus den einzelnen Sensorsignalen die gewünschte Information rechnerisch zu ermitteln. Ungeachtet des zugehörigen Auswerteaufwands ist bereits zur Signalführung aufwendige Multiplexertechnologie und/oder eine Mehrzahl elektrischer Zuleitungen zu den jeweiligen einzelnen CHEMFETs notwendig.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gassensitive Halbleitervorrichtung, insbesondere gassensitives Halbleiterbauelement als CHEMFET, im Hinblick auf eine einfache, zuverlässige und geringen Kompensationsaufwand verursachende Signalerzeugung und -auswertung zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch das gassensitive Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie die Verwendung nach dem unabhängigen Patentanspruch 10 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist nämlich die Gateelektrode (ergänzend oder alternativ die Gateisolationsschicht, ergänzend oder alternativ die fakultativ vorsehbare Gatestapelschicht) mit zwei Flächenabschnitten so ausgebildet, dass diese zwei Flächenabschnitte eine (gemeinsame) Gateelektrode mit Sensitivitäten für verschiedene Gase ausbilden. Damit ist faktisch die Funktionalität zweier bekannter Halbleiterbauelemente in eine gemeinsame integrierte Vorrichtung realisiert, die mit den zwei Flächenabschnitten die jeweils diskret bekannten, vorbestimmten bzw. eingerichteten Sensitivitätseigenschaften aufweisen. Dabei ist als „Sensitivität” im Rahmen der vorliegenden Erfindung und im Hinblick auf die erfindungsgemäßen Flächenabschnitte die Fähigkeit dieser Flächenabschnitte zu verstehen, ein Gas oder mehrere geeignete Gase zu absorbieren und als Reaktion auf die Absorption eine Eigenschaftsänderung durchzuführen, welche sich in der erfindungsgemäß beschriebenen Weise auf die Leitfähigkeitsänderung des halbleitenden Kanals auswirkt.
Eine erfindungsgemäß auf diese Weise realisierte Halbleitervorrichtung, insbesondere realisiert als einzelnes Halbleiterbauelement, z. B. CHEMFET, gestattet es damit, durch geeignetes Beschalten der ersten und zweiten Kanalelektrode, insbesondere das Beschalten mit einer Spannung in zwei unterschiedlichen Polaritäten entsprechend einem jeweiligen Betriebsmodus, jeweils einen der zwei Flächenabschnitte gezielt zu aktivieren und mit einem zu erfassenden Gas interagieren zu lassen. Es wird damit eine erfindungsgemäß beanspruchte Halbleitervorrichtung geschaffen, welche, entsprechend den zwei Flächenabschnitten, umschaltbar in ihrer Gassensitivität ist, welche durch die Sensitivität eines jeweils durch Beschaltung (genauer: Polarität einer anliegenden Kanalspannung) zu aktivieren ist.
Dieses erfindungsgemäße Prinzip basiert auf der als gesondert zur Erfindung beanspruchten Erkenntnis, dass je nach Polarität der Kanalspannung (und der damit im Bereich der ersten bzw. zweiten Kanalelektrode im halbleitenden Kanal erzeugten Verarmungszone) die gassensitive Wirkung einer geeignet gassensitiv ausgebildeten Gateelektrode lediglich im Verarmungsbereich wirkt. Mit anderen Worten, bei Betrieb einer erfindungsgemäßen gassensitiven Halbleitervorrichtung, insbesondere realisiert als CHEMFET im Arbeitspunkt, trägt nur der verarmte Kanalbereich zum Sensorsignal (d. h. zur Leitfähigkeitsänderung) bei Gasbeaufschlagung mit einem zu detektierenden Gas bei.
Diese Erkenntnis wird gemäß der Erfindung dadurch ausgenutzt, dass vorteilhaft die zwei Flächenabschnitte so lokalisiert sind, dass entsprechend einem jeweiligen Beschaltungszustand (und einer dadurch herbeigeführten Verarmungszone im Kanal) lediglich ein jeweils lokal zugehöriger der zwei Flächenabschnitte wirksam ist und entsprechend gasdetektierend das Leitungsverhalten des Halbleiters beeinflussen kann.
Dabei ist es zunächst erfindungsgemäß vorgesehen und bevorzugt, die erfindungsgemäßen zwei Flächenabschnitte entlang der Erstreckungsrichtung des Kanals in etwa mittig aufzuteilen, sodass eine symmetrische Anordnung entsteht. Gleichwohl ist es von der Erfindung umfasst und weiterbildungsgemäß je nach Einzelfall (insbesondere auch Ausprägung einer jeweiligen Verarmungszone) günstig, den Bereichsübergang zwischen den zwei Flächenabschnitten näher an einer der beiden Kanalelektroden anzuordnen.
Zur vorteilhaften Realisierung der Erfindung im Rahmen einer CHEMFET-Architektur ist es zunächst bevorzugt, dass die Gateelektrode (ergänzend oder alternativ, insbesondere bei poröser und damit gasdurchlässiger Gateelektrode), auch eine Oberfläche der Gateisolationsschicht bzw. eine Gatestapelschicht, zwei verschiedene Metalle oder Metalllegierungen entsprechend einem jeweiligen unterschiedlichen Adsorptionsverhalten für die gewünschte Gasselektivität aufweist. Derartige Metalle, Metalllegierungen oder Dotierungen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt.
Ergänzend oder alternativ und in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist es günstig, (nur) einen der zwei Flächenabschnitte der Gateelektrode gasdicht („gasblind”) auszubilden, wobei zu diesem Zweck die Gatefläche mit einem geschlossenen Metallfilm, ggf. einer zusätzlichen Passivierungsschicht, metallisiert wird, während die zweite Hälfte des Gatebereichs mit einer gassensitiven (typischerweise porösen, katalytisch aktiven) Metallschicht versehen wird.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Umschaltbarkeit der Sensitivitäten für verschiedene Gase entsprechend den zwei Flächenabschnitten ist es für den Sensorbetrieb und in der erfindungsgemäßen Weiterbildung vorgesehen, die Halbleitervorrichtung mit Mitteln zur Arbeitspunkteinstellung zu beschalten, welche durch Anlegen bzw. gesteuertes Umkehren der Polarität zwischen den zwei Kanalelektroden die Detektionswirkung zwischen den zwei Flächenabschnitten auswählen und ansteuern kann: So wird in einem ersten erfindungsgemäßen Betriebsmodus durch eine erste elektrische Spannung (typischerweise source-drain-Spannung) der ersten Polarität ein erster der Flächenabschnitte aktiviert, nämlich derjenige Abschnitt der Gateelektrode, welcher oberhalb eines so erzeugten Verarmungsbereichs im Kanal liegt. Eine vorteilhaft nachgeschaltete Erfassungselektronik kann dann geeignet ein Sensorsignal, z. B. den zwischen drain und source fließenden Strom, erfassen. Zum Aktivieren des zweiten Flächenabschnitts bei gleichzeitigem Deaktivieren des ersten Flächenabschnitts würde, im zweiten Betriebsmodus, die an den Kanalelektroden anliegende Spannung von der ersten Polarität in die zweite Polarität umgekehrt, sodass die Verarmungszone an das gegenüberliegende Ende des Kanals wandert, entsprechend den dort lokalisierten Flächenabschnitt aktiviert. Eine erfindungsgemäß verschiedene Sensitivität gegenüber dem ersten Flächenabschnitt führt dann zu einem veränderten Sensorsignal, welches entsprechend ausgewertet werden kann.
In der weiteren Auswertung ist es dann nicht nur möglich und günstig, auf diese Weise mit lediglich einem Halbleiterelement Messsignale für zwei verschiedene Gase (also etwa jeweils zugehörige Konzentrationen) zu erzeugen, auch ist zur Lösung der eingangs zum Stand der Technik beschriebenen Problematik eine einfache und zuverlässige Kompensation möglich: Wenn nämlich etwa ein erster der zwei Flächenabschnitte für NO als Gas sensitiv ist, während der zweite der zwei Flächenabschnitte durch entsprechende Einrichtung für ein Gasgemisch, hier NO und NO₂, sensitiv ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung in einfacher Weise das Ermitteln eines NO₂-Detektionssignals (und damit eine elegante Kompensation der eingangs beschriebenen Querempfindlichkeit) einfach durch Subtraktion der in beiden Betriebsmodi erzeugten Signale (wobei sich der Einfluss von NO auf 0 reduziert). Besonders günstig und vorteilhaft ist eine solche Vorgehensweise etwa schon im Hinblick darauf, dass bei einer traditionellen Realisierung einer solchen Messung mithilfe zweier diskreter Bauelemente jeweilige Bauteiltoleranzen und ggf. unterschiedliche Alterungsverhalten der Sensoren zu berücksichtigen wären, was durch die erfindungsgemäße Realisierung mit lediglich einem Bauelement entfällt.
Damit ist zunächst in offensichtlicher Weise durch die vorliegende Erfindung bei der Realisierung von (traditionell notwendigen) Mehrelemente-Sensorfeldern ein beachtlicher Hardware-Minderaufwand realisierbar, der nicht nur die Halbleiterbauelemente selbst, sondern auch zugehörige Anschlüsse, Verkabelungen, Multiplexer-Technologien oder dergleichen betrifft. Zusätzlich besteht faktisch eine Ersparnis von Halbleiterfläche, welche sich wiederum kostensenkend auswirkt, und im Hinblick auf die räumlich limitierten Einbaubaubedingungen entstehen völlig neue Möglichkeiten.
Damit eignet sich die vorliegende Erfindung prinzipiell für nahezu beliebige, bevorzugt komplexe Gassensorik-Anwendungen, welche dem gattungsgemäßen Prinzip zugänglich sind. Nicht zuletzt durch die kompakte und effiziente physische Realisierung hat sich jedoch ein Einsatz im Kraftfahrzeugbereich, und dort insbesondere im Zusammenhang mit einer Abgasmessung, also einer Messung heißer Gase in korrosiven Umgebungen, als besonders günstig und bevorzugt herausgestellt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in
1 eine Schemadarstellung einer gassensitiven Halbleitervorrichtung als CHEMFET gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einem ersten Betriebsmodus;
2 eine Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels analog für 1, jedoch im zweiten Betriebsmodus;
3 eine Schemadarstellung zum Verdeutlichen der Elektronenkonzentration im Halbleiterkanal;
4 ein Kapazitäts-Spannungsdiagramm an einer MIS-Struktur bei Einwirkung zweier verschiedener Gase zum Verdeutlichen der Wirksamkeit im Bereich der Verarmung;
5 ein Strom-Spannungs-Kennlinienfeld eines CHEMFET zum Verdeutlichen einer üblichen Arbeitspunkteinstellung und
6 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die 1 verdeutlicht schematisch den Aufbau und die Beschaltung einer gassensitiven Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung: Ein CHEMFET, bestehend aus einem halbleitenden Kanal 10, einer Drainelektrode 12 (erster Kanalelektrode), einer Source-Elektrode 14 (zweiter Kanalelektrode) und einer zweigeteilten Gateelektrode 16 mit dazwischenliegender Gateisolatorschicht 20 und Gatestapeloberflächenschicht 18 ist auf dem Gate mit halbseits verschiedenen Gatemetallisierungen versehen. Konkret ist bei diesem Ausführungsbeispiel das metallische Gate 16 zweigeteilt in zwei Flächenabschnitte 22, 24, wobei der Bereichsübergang mittig zwischen Drain und Source und quer zur Kanalerstreckungsrichtung (und damit senkrecht zur Figurenebene) erfolgt. Ein erster der zwei Flächenabschnitte 22, 24 ist zum Erzeugen einer ersten Sensitivität, z. B. ggü. NO, mit Metallen, Metall-Cermets oder Legierungen aus z. B. Pt, Pd, Au, Ag, Ir, Ti, Mn, Ni, Rh, Ru, Re beschichtet, während der zweite der Flächenabschnitte 22, 24 zum Bewirken einer zweiten Sensitivität, z. B. ggü. NO + NO₂, mit Metallen, Metall-Cermets oder Legierungen beschichtet ist, die sich von den in Flächenabschnitt 22 verwendeten Materialien/Materialkombinationen unterscheiden. Typische Schichtdicken der Gatemetallisierungen in den Flächenabschnitten 22, 24 liegen zwischen 10 nm und 200 nm, bevorzugt zwischen 30 nm und 100 nm.
Alternativ können unterschiedliche Sensitivitäten statt der Verwendung zweier verschiedener Materialien bzw. Materialkombinationen auch dadurch erzeugt werden, dass sich das metallische Gate 16 im Flächenabschnitt 22 in Porosität und/oder Morphologie vom metallischen Gate 16 im Flächenabschnitt 24 unterscheidet.
Eine Beschaltung auf einen Arbeitspunkt AP mit Gatespannung U_G von z. B. 2 Volt bei Drain-Source-Spannung U_DS von z. B. 15 Volt erzeugt im Drainbereich (Bereich der ersten Elektrode) eine Verarmungszone im halbleitenden Kanal 10, sodass der Flächenabschnitt 24 der Gateelektrode, mit Sensitivität NO + NO₂ aktiv ist und das Kanal-Leitungsverhalten gemäß der erfassten Gaskonzentration beeinflusst.
Ein Vergleich mit der analogen Darstellung der 2 bei Umpolung der Drain-Source-Spannung U_DS verdeutlicht, dass in diesem zweiten Betriebszustand, wiederum auf der Kennlinie der Gatespannung U_G von 2 Volt, der Verarmungsbereich (Verarmungszone) im Kanalhalbleiter 10 sich in Richtung auf die Source-Elektrode bewegt hat, sodass, gegenüber dem ersten Betriebszustand der 1, nicht mehr der Flächenabschnitt 24 der Gateelektrode, sondern der Flächenabschnitt 22 der Gateelektrode wirksam ist. Da dieser gemäß Einrichtung des beispielhaft gezeichneten Halbleiters für NO sensitiv ist, ist das erzeugte Sensorsignal (Stromfluss durch den Kanal) verschieden vom Beschaltungszustand (Betriebszustand) der 1, sodass durch Vergleich beider Signale, insbesondere Differenzbildung und damit Herausmittelung der NO-Komponente, die beschriebene Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels eine zuverlässige und kompensierte NO₂-Detektion ermöglicht.
Die 3 und 4 verdeutlichen die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ausgenutzte Eigenschaft eines CHEM FET, dass lediglich im Verarmungsbereich des Kanals liegende (Gate-)Flächenabschnitte wirksam zur Kanalleitfähigkeit beitragen, damit also die erfindungsgemäße selektive Auswertbarkeit bzw. Umschaltbarkeit zwischen den zwei Flächenabschnitten ermöglicht ist (insoweit zeigt das Schemadiagramm der 3 einen generischen FET mit zugehörigen Bänderdiagrammen auf Source- bzw. Drainseite, und die 4 verdeutlicht, als Ergebnis von Simulationen, Kapazitätsänderungen in Abhängigkeit von der Kanalgeometrie).
Die 6 verdeutlicht ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung; soweit korrespondierend, wurden mit den 1 bzw. 2 identische Bezugszeichen verwendet. Bei diesem einen Ausführungsbeispiel der 6, wiederum ist eine in zwei Flächenabschnitte 30, 32 geteilte Gateelektrode vorgesehen, ist die Beschichtung der Gateelektrode porös und so ausgestaltet, dass zu detektierendes Gas jeweils durch die Gateelektrode hindurch bis zur Oberfläche der unterliegenden Gatestapelschicht auf der Isolatorschicht dringen kann. Jedoch ist auch hier die Gatestapelschichtoberfläche geometrisch entsprechend den Flächenabschnitten 30, 32 zweigeteilt in Abschnitte 34, 36 und mit Materialien unterschiedlicher Gasselektivität (Sensitivität) versehen. Die Gatestapeloberflächenschicht 34, 36 ist aus elektrisch isolierenden Materialien, beispielsweise aus Oxiden wie Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Hafniumoxid (HfO₂), Tantaloxid (Ta₂O₅), Zirkonoxid (ZrO₂), und/oder aus Nitriden wie z. B. Siliziumnitrid (Si₃N₄), Bornitrid (BN), und/oder aus Carbiden wie z. B. Siliziumcarbid, und/oder aus Siliziden wie z. B. Wolframsilicid (WSi₂), Tantalsilizid (TaSi₂) gefertigt. Unterschiedliche Dotierung der beiden Gatestapeloberflächenschichten 34 und 36 mit Metallen wie z. B. Pt, Pd kann zusätzlich dazu beitragen, dass sich die Gatebereiche 30 und 32 in ihren Sensitivitäten bzw. Selektivitäten unterscheiden. Typische Schichtdicken der Gatestapeloberflächenschichten liegen im Bereich 10 nm bis 500 nm, vorzugsweise zwischen 20 nm und 100 nm.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die anhand der Figuren gezeigten Beispiele beschränkt; vielmehr sind zahlreiche Variationen der Erfindung durch geeignete Ausbildung von Flächenabschnitten der Gateelektrode, der Gateisolationsschicht und/oder der Gatestapeloberfläche möglich, wobei die vorliegende Erfindung auch nicht auf die gezeigte symmetrische Anordnung beschränkt ist, vielmehr die Teilung in die Flächenabschnitte geeignet auf eine der beiden Kanalelektroden hin variiert werden kann.
Insbesondere ist es auch von der Erfindung umfasst, unterschiedliche Sensitivität für Gase der Flächenabschnitte dadurch zu realisieren, dass ein Bereich (entsprechend einem der Flächenabschnitte) gasblind realisiert wird, etwa einen geschlossenen Metallfilm aufweist, sodass die Erfindung mit einem damit lediglich halbseitig gassensitiven Gate eine Halbleitervorrichtung ermöglicht, bei welcher eine Gassensitivität an- bzw. ausgeschaltet werden kann.
Sofern der Gatebereich ganz- oder halbseitig mit einem geschlossenen Metallfilm beschichtet wird, kommt (alternativ zu einer vollständig gasblinden Ausgestaltung) hier vor allem die Detektion von Wasserstoff in Frage, während (ansonsten bekannte) poröse (insbesondere nanoporöse), katalytisch aktive Gatebeschichtungen sich auch für zahlreiche wasserstoffhaltige Gase (z. B. Ammoniak, Kohlenwasserstoffe und weitere) sowie für sauerstoffhaltige Gase (wie Stickoxide, Kohlenmonoxid usw.) eignen. Auch ist beispielsweise eine Realisierung denkbar, bei welcher eine erste Sensitivität eines ersten Flächenabschnitts für Stickstoffoxid kombiniert wird mit einer zweiten Sensitivität (entsprechend einem zweiten der Flächenabschnitte) für Wasserstoffselektivität, sodass z. B. ein Halbleiterbauelement erzeugt werden kann, welches zwischen einer Eignung als NO-Detektor und H₂-Detektor umgeschaltet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4411741 [0002]

Claims

Gassensitive Halbleitervorrichtung mit einem von einer ersten (12) und einer zweiten (14) Kanalelektrode begrenzten halbleitenden Kanal (10) und einer dem Kanal zugeordneten Gateelektrode (16), die so mit dem Kanal zusammenwirkt, dass als Reaktion auf eine Einwirkung eines Gases eine Leitfähigkeitsänderung des Kanals (10) auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateelektrode (16) und/oder eine die Gateelektrode vom Kanal isolierende Gateisolationsschicht (20) und/oder eine zwischen der Gateelektrode und dem Kanal vorsehbare Gatestapelschicht (18) zwei Flächenabschnitte (22, 24) aufweist, die sich in ihrer Sensitivität für Gase unterscheiden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitervorrichtung ein Halbleiterbauelement in Form eines Feldeffekttransistors (FET), insbesondere ein CHEMFET ist, wobei die Kanalelektroden drain (12) bzw. source (14) des FET realisieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Gateelektrode in zwei Bereiche (22, 24) aus unterschiedlichen Materialien entsprechend den zwei Flächenabschnitte geteilt ist, wobei ein Bereichsübergang der Bereiche zwischen den Kanalelektroden liegt, insbesondere quer zu einer Erstreckungsrichtung des Kanals (10) verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateelektrode zum Realisieren der zwei Flächenabschnitte zwei verschiedene Metalle oder Metallisierungen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer der zwei Flächenabschnitte der Gateelektrode eine gasdichte Beschichtung, insbesondere gasdichte Metallisierung, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Flächenabschnitte der Gateelektrode eine poröse, insbesondere nanoporöse, und/oder katalytisch aktive Beschichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateelektrode eine poröse Metallisierung aufweist und die Gatestapelelektrode zur Realisierung der zwei Flächenabschnitte unterschiedliche Oberflächenmaterialien aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Arbeitspunkteinstellung durch Anlegen einer ersten elektrischen Spannung einer ersten Polarität in einem ersten Betriebsmodus zwischen der ersten und der zweiten Kanalelektrode, wobei die Mittel zur Arbeitspunkteinstellung zum gesteuerten Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität in einem zweiten Betriebsmodus ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch elektronische Auswertemittel zum Erfassen von Betriebssignalen, insbesondere in einem Betrieb fließenden Kanalströmen, der Halbleitervorrichtung im ersten und im zweiten Betriebsmodus sowie zum Vergleichen dieser Betriebssignale und/oder Bilden einer Differenz zwischen diesen Betriebssignalen.
Verwendung der gassensitiven Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Realisierung eines Gassensors für die industrielle und/oder Hausautomation, für Überwachungszwecke und/oder als Abgassensor, insbesondere als Sensor für Verbrennungsabgase in der Fahrzeugtechnik.