DE102013210594A1 - Sensor and method for operating a sensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor (100) mit einem Trägersubstrat (117) mit einem Drainanschluss (110) und einem Sourceanschluss, wobei der Drainanschluss (110) durch einen Kanalbereich (105) vom Sourceanschluss (115) getrennt ist. Weiterhin umfasst der Sensor (100) eine Gateeinheit (125), die zumindest teilweise beweglich in Bezug zum Kanalbereich (105) ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit (125) ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung (135) eine Form (w, L) der Gateeinheit (125) und/oder einen Abstand (d) zumindest eines Teils (140) der Gateeinheit (125) zum Kanalbereich (105) zu verändern.The invention relates to a sensor (100) with a carrier substrate (117) with a drain connection (110) and a source connection, the drain connection (110) being separated from the source connection (115) by a channel region (105). Furthermore, the sensor (100) comprises a gate unit (125) which is designed and arranged to be at least partially movable with respect to the channel region (105), the gate unit (125) being designed to shape in response to received electromagnetic radiation (135) (w, L) of the gate unit (125) and / or a distance (d) of at least a part (140) of the gate unit (125) from the channel region (105).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.The present invention relates to a sensor and a method for operating a sensor and to a corresponding computer program product.

Herkömmliche Sensoren bieten bereits eine recht gute Auflösung einer zu erfassenden physikalischen Größe. Beispielsweise offenbart die DE 100 19 408 C2 einen Feldeffekttransistor, insbesondere zur Verwendung als Sensorelement oder Beschleunigungssensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Allerdings ergeben sich Probleme, wenn bestimmte physikalische Größen hoch präzise und in kleinen Flächeneinheiten erfasst werden sollen. Conventional sensors already offer a fairly good resolution of a physical quantity to be detected. For example, the DE 100 19 408 C2 a field effect transistor, in particular for use as a sensor element or acceleration sensor and a method for its production. However, problems arise when certain physical quantities are to be detected with high precision and in small area units.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Sensor und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, a sensor and a method for operating a sensor as well as finally a corresponding computer program product according to the main claims are presented with the approach presented here. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Es wird ein Sensor vorgestellt, der die folgenden Merkmale aufweist:

  • – ein Träger- oder Halbleitersubstrat mit einem Drainanschluss und einem Sourceanschluss, wobei der Drainanschluss durch einen Kanalbereich vom Sourceanschluss getrennt ist; und
  • – eine Gateeinheit, die beweglich in Bezug zum Kanalbereich ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung eine Form der Gateeinheit und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu verändern.
A sensor is presented which has the following features:
  • A carrier or semiconductor substrate having a drain terminal and a source terminal, the drain terminal being separated from the source terminal by a channel region; and
  • A gate unit movably formed and arranged with respect to the channel region, wherein the gate unit is configured to change a shape of the gate unit and / or a distance of at least a part of the gate unit to the channel region in response to a received electromagnetic radiation.

Unter einem Sensor kann vorliegend beispielsweise ein Sensor in der Form eines Transistors, insbesondere eines Feldeffekttransistors verstanden werden. Unter einem Kanalbereich kann ein Kanal zwischen dem Drain- und dem Sourceanschluss verstanden werden. Unter einer Gateeinheit kann eine Einheit verstanden werden, die zumindest ein Teilelement aufweist, welches als Gateelektrode über dem Kanalbereich wirkt und durch ein elektrisches Potenzial in diesem Teilelement einen elektrischen Widerstand oder eine Durchlässigkeit des Kanalbereichs für Elektronen repräsentiert. Dabei ist der zumindest eine Teil der Gateeinheit beweglich gegenüber einer Oberfläche des Kanalbereichs angeordnet ausgebildet. Beispielsweise kann zwischen dem Teil der Gateeinheit und dem Kanalbereich bzw. der Oberfläche des Kanalbereichs ein Abstand vorhanden sein, in dem sich ein Gas wie beispielsweise Luft befindet. Weiterhin kann die Gateeinheit ausgebildet sein, um eine Form, das heißt, eine geometrische Abmessung wie eine Breite und/oder Länge der Gateeinheit oder eines Teils der Gateeinheit zu verändern. Die Änderung der Form und/oder eines Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich kann durch eine von zumindest einem (anderen) Teil der Gateeinheit empfangene elektromagnetische Strahlung verursacht sein. In the present case, a sensor may, for example, be understood to mean a sensor in the form of a transistor, in particular a field-effect transistor. A channel region can be understood as a channel between the drain and the source connection. A gate unit can be understood to mean a unit which has at least one partial element which acts as a gate electrode over the channel region and represents an electrical resistance or a permeability of the channel region for electrons through an electrical potential in this partial element. In this case, the at least one part of the gate unit is designed to be movable relative to a surface of the channel region. For example, there may be a gap between the part of the gate unit and the channel area or the surface of the channel area in which a gas such as air is located. Furthermore, the gate unit may be formed to change a shape, that is, a geometric dimension such as width and / or length of the gate unit or a part of the gate unit. The change of the shape and / or a distance of at least a part of the gate unit to the channel area may be caused by an electromagnetic radiation received from at least one (other) part of the gate unit.

Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch ein bewegliches Element einer Gateeinheit eine sehr präzise Erfassung eines Parameters einer empfangenen elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise einer Intensität oder dergleichen möglich ist. Durch die empfangene elektromagnetische Strahlung kann die Veränderung der Form der Gateeinheit und/oder des Abstands zumindest des Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich bewirkt werden, wodurch bei einer Beaufschlagung dieses Teils der Gateeinheit mit einem bestimmten Potenzial die Wirkung dieses Potenzials auf einen elektrischen Widerstand und/oder eine Elektronendurchlässigkeit im Kanalbereich verändert wird. Diese veränderte Wirkung lässt nun einen Rückschluss auf den Parameter der elektromagnetischen Strahlung zu, der von der Gateeinheit bzw. einen Teil der Gateeinheit empfangenen wird. Nachdem bereits kleine Änderungen der Form und/oder des Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich bereits erhebliche messtechnisch erfassbare Auswirkungen auf den elektrischen Widerstand oder eine Elektronendurchlässigkeit des Kanalbereichs bewirkt, lässt sich durch die Auswertung dieses elektrischen Parameters des Kanalbereichs ein sehr präziser Rückschluss auf die von der Gateeinheit empfangenen elektromagnetischen Strahlung ziehen. Dies gilt sowohl für die Ermittlung einer quantitativen Größe des vorstehend genannten Parameters als auch für eine hochgenaue örtliche Auflösung des vorstehend genannten Parameters. The approach presented here is based on the recognition that a very precise detection of a parameter of a received electromagnetic radiation, for example an intensity or the like, is possible by means of a movable element of a gate unit. By the received electromagnetic radiation, the change of the shape of the gate unit and / or the distance of at least the part of the gate unit to the channel region can be effected, whereby upon application of this part of the gate unit with a certain potential the effect of this potential on an electrical resistance and / or an electron transmission in the channel region is changed. This changed effect now allows a conclusion to be drawn about the parameter of the electromagnetic radiation which is received by the gate unit or part of the gate unit. After even small changes in the shape and / or spacing of at least part of the gate unit to the channel region already causes significant metrological detectable effects on the electrical resistance or electron permeability of the channel region, can be through the evaluation of this electrical parameter of the channel region a very precise inference to the pull from the gate unit received electromagnetic radiation. This applies both to the determination of a quantitative size of the above-mentioned parameter and to a highly accurate local resolution of the aforementioned parameter.

Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, durch einen einfach herzustellenden und kostengünstig verfügbaren Sensor einen Parameter oder eine physikalische Größe einer elektromagnetischen Strahlung sowohl qualitativ als auch örtlich sehr präzise messen zu können.The approach presented here has the advantage of being able to measure a parameter or a physical quantity of electromagnetic radiation both qualitatively and spatially very precisely by means of a sensor which is easy to manufacture and available at low cost.

Ferner wird vorliegend ein Verfahren zum Betreiben eines (Temperatur-)Sensors mit einem Halbleiter- oder Trägersubstrat mit einem Drainanschluss und einem Sourceanschluss vorgestellt, wobei der Drainanschluss durch einen Kanalbereich vom Sourceanschluss getrennt ist und einer Gateeinheit, die beweglich in Bezug zum Kanalbereich ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung eine Form der Gateeinheit und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu verändern, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

  • – Auswerten einer Veränderung der Form der Gateeinheit und/oder des Abstandes zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich durch ein Erfassen eines elektrischen Parameters zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss.
Furthermore, a method for operating a (temperature) sensor with a semiconductor or carrier substrate having a drain connection and a source connection is presented, wherein the drain connection is separated from the source connection by a channel region and a gate unit which is designed and arranged to be movable with respect to the channel region wherein the gate unit is configured to be responsive to a received one Electromagnetic radiation to change a shape of the gate unit and / or a distance of at least a portion of the gate unit to the channel region, the method comprising the following step:
  • - Evaluating a change in the shape of the gate unit and / or the distance of at least a portion of the gate unit to the channel region by detecting an electrical parameter between the drain terminal and the source terminal.

Unter einem elektrischen Parameter zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand, eine Leitfähigkeit und/oder eine Elektronenbeweglichkeit zwischen diesen beiden genannten Bereichen, insbesondere im Kanalbereich, verstanden werden. Beispielsweise kann ein solcher elektrischer Parameter durch das Anlegen einer Spannung zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss ermittelt werden, wobei ein Stromfluss zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss ermittelt zur Bestimmung des elektrischen Parameters verwendet wird.An electrical parameter between the drain connection and the source connection can be understood as meaning, for example, an electrical resistance, a conductivity and / or an electron mobility between these two named regions, in particular in the channel region. For example, such an electrical parameter can be determined by applying a voltage between the drain terminal and the source terminal, wherein a current flow between the drain terminal and the source terminal determined for determining the electrical parameter is used.

Auch wird vorliegend eine Vorrichtung zum Betreiben eines Temperatursensors mit einem Halbleiter- oder Trägersubstrat mit einem Drainanschluss und einem Sourceanschluss vorgestellt, wobei der Drainanschluss durch einen Kanalbereich vom Sourceanschluss getrennt ist und einer Gateeinheit, die beweglich in Bezug zum Kanalbereich ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung eine Form der Gateeinheit und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu verändern, wobei die Vorrichtung das folgende Merkmal aufweist:In the present case, an apparatus for operating a temperature sensor with a semiconductor or carrier substrate having a drain connection and a source connection is also presented, wherein the drain connection is separated from the source connection by a channel region and a gate unit which is designed and arranged to be movable in relation to the channel region Gate unit is adapted to change in response to a received electromagnetic radiation, a shape of the gate unit and / or a distance of at least a portion of the gate unit to the channel region, the device comprising the following feature:

  • – eine Einheit zum Auswerten einer Veränderung der Form der Gateeinheit und/oder des Abstandes zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich durch ein Erfassen eines elektrischen Parameters zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss.- A unit for evaluating a change in the shape of the gate unit and / or the distance of at least a portion of the gate unit to the channel region by detecting an electrical parameter between the drain terminal and the source terminal.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, einen Schritt einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in zumindest einer entsprechenden Einrichtung durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The present invention thus provides a device which is designed to implement or implement a step of a variant of a method presented here in at least one corresponding device. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Somit wird vorliegend ein Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens vorgeschlagen, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.A computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program product is installed on a computer or a device is also of advantage is performed. Thus, in the present case, a computer program product with program code for carrying out a variant of a method presented here is proposed when the program product is executed on a device.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Gateeinheit ausgebildet ist, um eine Form und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich ansprechend auf eine empfangene Infrarot-Strahlung zu verändern. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Infrarot-Strahlung gute Voraussetzungen zur Veränderung von Materialabmessungen des zumindest einen Teils der Gateeinheit wie beispielsweise eine Ausdehnung, einer Verdickung oder dergleichen ermöglicht. Auf diese Weise kann die Änderung der Form und/oder des Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich sehr präzise erfasst werden.Particularly advantageous is an embodiment of the present invention, wherein the gate unit is configured to change a shape and / or a distance of at least a part of the gate unit to the channel area in response to a received infrared radiation. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that an infrared radiation enables good conditions for changing material dimensions of the at least one part of the gate unit, such as, for example, an expansion, a thickening or the like. In this way, the change in the shape and / or the distance of at least part of the gate unit to the channel region can be detected very precisely.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Gateeinheit ausgebildet sein, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 0,5 bis 5 µm oder in einem Wellenlängenbereich von 6 bis 15 µm die Form und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu verändern. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass in einem solchen Wellenlängenbereich die Veränderung der Form und/oder des Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich sehr ausgeprägt ist und somit eine sehr präzise Messung des Parameters der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere einer Quantität und/oder eines Empfangsortes möglich ist.According to a further embodiment of the present invention, the gate unit may be designed to determine the shape and / or a distance of at least a part of the electromagnetic field in a wavelength range of 0.5 to 5 μm or in a wavelength range of 6 to 15 μm, in response to a received electromagnetic radiation Gate unit to change the channel area. Such an embodiment of the present invention offers the advantage that in such a wavelength range, the change in shape and / or spacing of at least part of the gate unit to the channel region is very pronounced and thus a very precise measurement of the parameter of the electromagnetic radiation, in particular a quantity and / or a receiving location is possible.

Um eine elektromagnetischen Strahlung besonders gut auf einem Teil der Gateeinheit empfangenen zu können, ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein für elektromagnetische Strahlung besonders empfindliches Material auf zumindest einem Bereich der Gateeinheit vorgehalten ist. Um eine besonders große Veränderung der Form und/oder des Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu ermöglichen, kann insbesondere ein weiteres Material vorgesehen sein, welches sich von einem Material der Strahlungsaufnahmeschicht unterscheidet. Somit kann gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gateeinheit zumindest eine Strahlungsaufnahmeschicht zur Aufnahme der elektromagnetischen Strahlung aufweisen, wobei sich das Material der Strahlungsaufnahmeschicht von einem weiteren Material der Gateeinheit unterscheidet, insbesondere wobei die Strahlungsaufnahmeschicht auf einer dem Kanalbereich abgewandten Seite der Gateeinheit angeordnet ist. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien, die meist auch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, lässt sich auch eine möglichst große Veränderung der Form der Gateeinheit oder eines Teils der Gateeinheit und/oder des Abstands zwischen einem Teil der Gateeinheit und dem Kanalbereich erreichen, sodass eine präzise Messung zumindest eines Parameters der elektromagnetischen Strahlung möglich wird. In order to be able to receive electromagnetic radiation particularly well on a part of the gate unit, it is advantageous if, according to an embodiment of the present invention, a material which is particularly sensitive to electromagnetic radiation is held on at least one area of the gate unit. In order to allow a particularly large change in the shape and / or the distance of at least part of the gate unit to the channel region, in particular a further material may be provided, which differs from a material of the radiation-receiving layer. Thus, according to a particularly favorable embodiment of the present invention, the gate unit have at least one radiation receiving layer for receiving the electromagnetic radiation, wherein the material of the radiation receiving layer is different from a further material of the gate unit, in particular wherein the radiation receiving layer is disposed on a side facing away from the channel region of the gate unit , By using different materials, which usually also have different coefficients of thermal expansion, the greatest possible change in the shape of the gate unit or a part of the gate unit and / or the distance between a part of the gate unit and the channel area can be achieved, so that a precise measurement at least one parameter of the electromagnetic radiation becomes possible.

Besonders groß und auf beliebige Umgebungsszenarien anwendbar ist eine Veränderung eines elektrischen Parameters in dem Kanalbereich, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gateeinheit derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der Gateeinheit den Kanalbereich berührungslos überlappt. Particularly large and applicable to any environmental scenarios is a change in an electrical parameter in the channel region when according to an embodiment of the present invention, the gate unit is arranged such that at least a part of the gate unit overlaps the channel region without contact.

Ebenfalls kann zur Erreichung einer möglichst großen Veränderung eines elektrischen Parameters in dem Kanalbereich gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gateeinheit an einem Ende eine Halteeinheit aufweisen, mittels der die Gateeinheit an dem Trägersubstrat befestigt ist, wobei die Gateeinheit an einem der Halteeinheit gegenüberliegenden Ende frei beweglich ist. Unter einer Halteeinheit kann beispielsweise ein Befestigungssockel verstanden werden, der die Gateeinheit einseitig hält und an einer Oberfläche des Trägersubstrats oder eines Teils davon befestigt.Also, in order to obtain the largest possible change of an electrical parameter in the channel region according to another embodiment of the present invention, the gate unit may have at one end a holding unit by which the gate unit is fixed to the carrier substrate, the gate unit being exposed at an opposite end to the holding unit is mobile. By a holding unit can be understood, for example, a mounting base, which holds the gate unit on one side and attached to a surface of the carrier substrate or a part thereof.

Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Gateeinheit ausgebildet ist, um ihre Form in einem Gateeinheitsbereich zu verändern, der den Kanalbereich überlappt. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer bereits großen Änderung des Abstands zwischen einem Teil der Gateeinheit im Gateeinheitsbereich und dem Kanalbereich bei einem Empfang einer schwachen elektromagnetischen Strahlung. So kann bietet eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Vorteil durch eine strukturelle Anordnung von Komponenten des Sensors eine Verstärkung oder möglichst große Wirkung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung zu bewirken, sodass eine präzise Messung eines Parameters der elektromagnetischen Strahlung möglich wird.Also advantageous is an embodiment of the present invention, wherein the gate unit is formed to change its shape in a gate unit area overlapping the channel area. Such an embodiment of the present invention offers the advantage of already large change in the distance between a part of the gate unit in the gate unit area and the channel area upon receiving a weak electromagnetic radiation. Thus, such an embodiment of the present invention offers the advantage of effecting, by means of a structural arrangement of components of the sensor, an amplification or maximum effect of the received electromagnetic radiation so that a precise measurement of a parameter of the electromagnetic radiation becomes possible.

Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Gateeinheit ausgebildet ist, um bei einer Temperaturänderung die Form der Halteeinheit zu verändern. Beispielsweise kann sich die Form der Halteeinheit bei einer Temperaturänderung derart verändern, dass ein den Kanalbereich überlappender Teil der Gateeinheit von dem Kanalbereich weg bewegt wird. Auf diese Weise kann auch schon da einer kleinen der Naturänderung unter Berücksichtigung einer Hebelwirkung ein sehr großer Effekt auf einen elektrischen Parameter im Kanalbereich erreicht werden, sodass eine präzise Erfassung eines Parameters oder der Größe der elektromagnetischen Strahlung möglich wird.It is also advantageous embodiment of the present invention, wherein the gate unit is formed to change the shape of the holding unit with a change in temperature. For example, the shape of the holding unit may change with a change in temperature such that a part of the gate unit which overlaps the channel area is moved away from the channel area. In this way, even a small change in nature, taking into account a lever effect, can achieve a very large effect on an electrical parameter in the channel region, so that a precise determination of a parameter or the magnitude of the electromagnetic radiation becomes possible.

Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Auflösung von lokal unterschiedlichen Parametern einer elektromagnetischen Strahlung kann dann erreicht werden, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Sensorfeld mit einer Mehrzahl von miteinander gekoppelten Sensoren gemäß einer hier vorgeschlagenen Variante verwendet wird.A particularly advantageous possibility for the resolution of locally different parameters of an electromagnetic radiation can be achieved if, according to one embodiment of the present invention, a sensor array with a plurality of mutually coupled sensors according to a variant proposed here is used.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensors mit einem Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben eines solchen Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a cross-sectional view of an embodiment of a sensor with a block diagram of an apparatus for operating such a sensor according to an embodiment of the present invention;

2 eine Aufsichtdarstellung auf eine Gateeinheit zur Beschreibung einer Änderungsmöglichkeit einer Form zumindest eines Teils der Gateeinheit, wodurch sich auch eine Form, insbesondere eine Breite und/oder einer Länge des Kanalbereichs ändern kann; 2 a top view of a gate unit for describing a possibility of changing a shape of at least part of the gate unit, whereby a shape, in particular a width and / or a length of the channel region can change;

3 ein Diagramm zur Beschreibung einer Abhängigkeit eines Abstandes zwischen dem Kanalbereich und zumindest einem Teil der Gateeinheit sowie der Temperaturaenderung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 a diagram for describing a dependence of a distance between the channel region and at least a portion of the gate unit and the temperature change according to an embodiment of the present invention;

4 ein Diagramm zur Beschreibung einer Abhängigkeit eines Abstandes zwischen zumindest einem Teil der Gateeinheit und dem Kanalbereich sowie einem Kanalstrom im Kanalbereich gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a diagram for describing a dependence of a distance between at least a portion of the gate unit and the channel region and a channel current in the channel region according to an embodiment of the present invention;

5 eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Sensors, wobei die Gateeinheit an einer Seite mittels auf einer Halteeinheit befestigt ist und an einem der Halteeinheit gegenüberliegenden Ende frei beweglich ist und wobei sich ein den Kanalbereich überlappender Teil der Gateeinheit bei einer Temperaturänderung verformen kann; 5 a cross-sectional view of an embodiment of the sensor, wherein the gate unit is fixed on one side by means of a holding unit and at an opposite end of the holding unit is freely movable and wherein a channel region overlapping part of the gate unit can deform with a change in temperature;

6 eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Sensors, wobei die Gateeinheit an einer Seite mittels auf einer Halteeinheit befestigt ist und an einem der Halteeinheit gegenüberliegenden Ende frei beweglich ist und wobei sich die Halteeinheit bei einer Temperaturänderung verformen kann 6 a cross-sectional view of an embodiment of the sensor, wherein the gate unit is fixed on one side by means of a holding unit and at an opposite end of the holding unit is freely movable and wherein the holding unit can deform upon a change in temperature

7 ein Diagramm zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen einer Temperatur und einer Breite zumindest eines Teils der Gateeinheit, wobei sich die Breite des Teils der Gateeinheit auch auf die Breite des Kanalbereichs auswirken kann; 7 a diagram for describing the dependence between a temperature and a width of at least a portion of the gate unit, wherein the width of the part of the gate unit can also affect the width of the channel region;

8 ein Diagramm zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen einem Kanalstrom und einer Breite eines Teils einer Gateeinheit, die den Kanalbereich überlappt; 8th a diagram for describing the dependence between a channel current and a width of a part of a gate unit that overlaps the channel region;

9 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung als Sensorfeld; und 9 a block diagram of an embodiment of the invention as a sensor array; and

10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 10 a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt einen Sensor 100 (auch als Sensorelement bezeichnet) im Querschnitt entlang des Kanals oder Kanalbereichs 105. Der Kanalbereich 105 ist zwischen einem Drainanschluss 110 und einem Sourceanschluss 115 ausgebildet oder angeordnet, welche in einem Träger- oder Halbleitersubstrat 117 eingebettet sind. Dabei ist der Kanalbereich 105 mittels einer Gateoxidschicht 120 passiviert, sodass eine Oberfläche des Kanalbereichs 105 nicht elektrisch leitend von einer beweglich über dem Kanalbereich 105 aufgehängten Gateeinheit 125 kontaktierbar ist. Die Gateeinheit 125 kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen. Beispielsweise kann die Gateeinheit 125 einen Absorber 130 aufweisen, der beispielsweise eine spezielle Schicht aus einem elektromagnetische Strahlung absorbierenden Material aufweist. Dabei kann der Absorber 130 aus einem anderen Material bestehen, wie zumindest ein weiterer Teil der Gateeinheit 125. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Gateeinheit 125 aus einem einheitlichen Material besteht und somit selbst als Absorber 130 wirkt. Im Zusammenwirken mit dem Trägersubstrat 117 bzw. den darin ausgebildeten Komponenten wie dem Drainanschluss 110, dem Kanalbereich 105 sowie dem Sourceanschluss 115 mit der Gateeinheit 125 bildet der Sensor somit gemäß dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Feldeffekttransistor (FET), wobei eine Länge L des Kanalbereichs 105 zwischen dem Sourceanschluss 115 und dem Drainanschluss 110 gegeben ist. Durch die bewegliche Aufhängung der Gateteinheit 125 ist ferner ein veränderlicher Abstand d (Gateabstand) zwischen der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 realisierbar. Dieser Abstand d kann dann verändert werden, wenn beispielsweise eine elektromagnetische Strahlung wie Infrarotstrahlung 135 (IR-Strahlung, IR = Infrarot) auf eine dem Kanalbereich 105 abgewandte Seite der Gateeinheit 125, insbesondere auf die Seite der Gateeinheit 125, auf der der Absorber 130 angeordnet ist, auftrifft. Ist beispielsweise der Absorber 130 durch ein IR-absorbierendes Material 130 (z. B. PolySilizium) gebildet oder mit absorbierendem Material beschichtet (beispielsweise Kohlenstoffschichten, Oxide oder einem Schichtstapel mit Absorbereigenschaften), oder absorbiert die Aufhängung der Gateeinheit 125 (wie es nachfolgend noch näher erläutert wird) IR-Strahlung bzw. ist mit einem Absorber 130 beschichtet, führt diese IR-Absorption zu einer lokalen Temperaturerhöhung in der Gateeinheit 125 oder einem Teil davon wie beispielsweise einer Aufhängung oder einem den Kanalbereich 105 überlappenden Element 140 der Gateeinheit 125. Durch thermische Ausdehnung im von zumindest einem Teil der Gateeinheit 125 (Gatebereich), d. h. von dem den Kanalbereich 105 überlappenden Teil 140 der Gateeinheit 105 oder einer Aufhängung ändert sich der Abstand zwischen der Gateeinheit bzw. dem den Kanalbereich 105 überlappenden Teil der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 (bzw. der Gateoxidschicht 120). Eine Vergrößerung des Abstands d hat eine geringere Kanalleitfähigkeit des Sensors 100 zur Folge, wodurch sich beispielsweise ein selbstleitender FET implementieren lässt. Die Kanalleitfähigkeit, die sich umgekehrt proportional zum elektrischen Widerstand im Kanalbereich 105 verhält, kann sich je nach Auslegung der Struktur bzw. der Ausgestaltung des Kanalbereichs 105 (beispielsweise auch durch entsprechende Dotierung) mit zunehmendem Abstand d erhöhen, wodurch sich ein selbstsperrender FET realisieren lässt. 1 shows a sensor 100 (also referred to as sensor element) in cross-section along the channel or channel region 105 , The channel area 105 is between a drain 110 and a source connection 115 formed or arranged, which in a carrier or semiconductor substrate 117 are embedded. Here is the channel area 105 by means of a gate oxide layer 120 passivated, leaving a surface of the channel area 105 not electrically conductive from a movable above the channel area 105 suspended gate unit 125 is contactable. The gate unit 125 can consist of one or more parts. For example, the gate unit 125 an absorber 130 comprising, for example, a special layer of electromagnetic radiation absorbing material. In this case, the absorber 130 consist of a different material, as at least another part of the gate unit 125 , Alternatively, it is also conceivable that the gate unit 125 consists of a uniform material and thus even as an absorber 130 acts. In cooperation with the carrier substrate 117 or the components formed therein such as the drain connection 110 , the canal area 105 as well as the source connection 115 with the gate unit 125 The sensor thus forms according to the in the 1 illustrated embodiment, a field effect transistor (FET), wherein a length L of the channel region 105 between the source connection 115 and the drain connection 110 given is. Due to the movable suspension of the gate unit 125 is also a variable distance d (gate pitch) between the gate unit 125 and the channel area 105 realizable. This distance d can then be changed if, for example, an electromagnetic radiation such as infrared radiation 135 (IR radiation, IR = infrared) on one of the channel area 105 opposite side of the gate unit 125 , in particular on the side of the gate unit 125 on which the absorber 130 is arranged, impinges. Is for example the absorber 130 by an IR-absorbing material 130 (eg, poly-silicon) or coated with absorbent material (eg, carbon layers, oxides, or a stack of layers having absorptive properties), or absorbs the suspension of the gate unit 125 (as will be explained in more detail below) IR radiation or is with an absorber 130 coated, this IR absorption leads to a local temperature increase in the gate unit 125 or a part of it, such as a suspension or the channel area 105 overlapping element 140 the gate unit 125 , By thermal expansion in at least part of the gate unit 125 (Gate area), ie from the channel area 105 overlapping part 140 the gate unit 105 or a suspension, the distance between the gate unit and the channel area changes 105 overlapping part of the gate unit 125 and the channel area 105 (or the gate oxide layer 120 ). An increase in the distance d has a lower channel conductivity of the sensor 100 result, for example, which can implement a self-conducting FET. The channel conductivity, which is inversely proportional to the electrical resistance in the channel area 105 behaves, depending on the design of the structure or the design of the channel area 105 (For example, by appropriate doping) increase with increasing distance d, whereby a self-locking FET can be realized.

Um nun eine Leitfähigkeit des Kanalbereichs 105 bzw. einen elektrischen Widerstand im Kanalbereich 105 zu erfassen, kann nun die Vorrichtung 150 zum Betreiben des Temperatursensors 100 verwendet werden. In dieser Vorrichtung 150 ist eine Einheit 155 zum Auswerten vorgesehen, die ausgebildet ist, um beispielsweise eine Spannung zwischen dem Drainanschluss 110 und dem Sourceanschluss 115 anzulegen, wobei an der Gateeinheit 125 ein bestimmtes Potenzial angelegt wird. Hierauf ansprechend wird nun ein Stromfluss zwischen dem Drainanschluss 110 und dem Sourceanschluss 115 erfasst, wobei aus der zwischen dem Drainanschluss 110 und dem Sourceanschluss 115 angelegten Spannung und dem gemessenen Stromfluss die Leitfähigkeit des Materials im Kanalbereich 105 ermittelt werden kann. Durch einen Vergleich zwischen einer nun ermittelten Leitfähigkeit und einer bekannten, zu erwartenden Leitfähigkeit in einem Zustand, in dem die Gateeinheit 125 eine bekannte Temperatur aufweist, kann nun unter Verwendung einer bestimmten Verarbeitungsvorschrift eine als Ausgangssignal der Vorrichtung 150 eine aktuelle Temperatur T der Gateeinheit 125 ermittelt werden. Hierdurch kann nun beispielsweise eine Intensität als Parameter einer elektromagnetischen Strahlung bestimmt werden, die vom Absorber 130 empfangen werden muss, um die Veränderung des Abstandes d zu verursachen, welche zu der ermittelten Leitfähigkeit führt. Now to a conductivity of the channel area 105 or an electrical resistance in the channel area 105 can now capture the device 150 for operating the temperature sensor 100 be used. In this device 150 is a unit 155 provided for evaluation, which is designed to, for example, a voltage between the drain terminal 110 and the source terminal 115 to be applied, wherein at the gate unit 125 a certain potential is created. In response to this, a current flow between the drain connection will now be responsive 110 and the source terminal 115 detected, with the between the drain connection 110 and the source terminal 115 applied voltage and the measured current flow, the conductivity of the material in the channel area 105 can be determined. By comparison between a now-determined conductivity and a known, expected conductivity in a state in which the gate unit 125 has a known temperature can now, using a specific processing regulation as an output signal of the device 150 a current temperature T of the gate unit 125 be determined. As a result, it is now possible, for example, to determine an intensity as a parameter of electromagnetic radiation emitted by the absorber 130 must be received to cause the change in the distance d, which leads to the determined conductivity.

Besonders vorteilhaft erweist sich der hier vorgestellte Sensor, dass durch eine gezielte Auswahl eines Materials des Absorbers 130 ein IR-Wellenlängenbereich wählbar ist, auf den die Gateeinheit 125 mit einer Änderung einer Form und/oder einer Änderung eines Abstandes zwischen zumindest einem Teil der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 reagiert. Beispielsweise kann durch eine besonders günstige Wahl des Absorbermaterials eine Empfindlichkeit der Gateeinheit 125 in einem Wellenlängenbereich von z. B. 1–4µm (d. h. nahe IR-Strahlung) oder 6–15µm (d. h. ferne IR-Strahlung) als empfindlicher Bereich des Absorbers 130 eingestellt werden. Denkbar ist auch, dass andere Bereiche des elektromagnetischen Spektrums wählbar sind, je nach Wahl der Absorbereigenschaften.Particularly advantageous is the sensor presented here, that by a targeted selection of a material of the absorber 130 an IR wavelength range is selectable to which the gate unit 125 with a change of a shape and / or a change of a distance between at least a part of the gate unit 125 and the channel area 105 responding. For example, by a particularly favorable choice of the absorber material, a sensitivity of the gate unit 125 in a wavelength range of z. B. 1-4μm (ie near IR radiation) or 6-15μm (ie distant IR radiation) as a sensitive area of the absorber 130 be set. It is also conceivable that other areas of the electromagnetic spectrum can be selected, depending on the choice of the absorber properties.

2 zeigt eine Aufsicht auf eine Gateeinheit 125 bzw. einen Teil 140 einer Gateeinheit 125, die den Kanalbereich 105 überlappt. Der Kanalbereich 105 befindet sich direkt unter dem Teil 140 der Gateeinheit 125 und ist in der 2 nicht direkt sichtbar, da er durch das Teil 140 der Gateeinheit 125 verdeckt ist. Bei einer Aufnahme von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere einer oben genannten IR-Strahlung, kann sich nicht nur der Abstand d zwischen dem Teil 140 der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 ändern, sondern auch die Form oder die Position der Gateeinheit 125 bzw. eines Teils der Gateeinheit 125 selbst. Beispielsweise kann sich durch thermische Ausdehnung infolge des Empfangs von elektromagnetischer Strahlung eine Länge L und/oder eine Breite w des den Kanalbereich 105 überlappenden Teils 140 der Gateeinheit 125 verändern, wie dies in der 2 durch die dargestellten Pfeile in Richtung der Breite w und der Länge L wiedergegeben ist. Hierdurch wird wiederum eine Änderung der (effektiven) Breite w und/oder der (effektiven) Länge L des Kanalbereichs 105 durch eine kapazitive Kopplung zwischen der (nun formveränderten oder positionsveränderten) Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 bewirkt. Diese Veränderung der (effektiven) Breite w und/oder der (effektiven) Länge führt jedoch wiederum zu einem geänderten Widerstand bzw. einer geänderten Leitfähigkeit des Kanalbereichs 105, der/die mittels der Vorrichtung 150 erkannt werden kann und einen Rückschluss auf die Temperatur der Gateeinheit 125 bzw. des Teils der Gateeinheit 125 liefert. Somit ist auch vorstellbar, dass sich die überdeckte Kanalbreite w durch oben genannte Ausdehnung im Gatebereich 105 des Kanals ändert. Sowohl bei einer Änderung des Abstandes d als auch die Änderung der Form der Gateeinheit 125 ändert sich der Kanalstrom I. Diese Änderung des Kanalstroms I kann detektiert werden und hieraus ein Rückschluss auf die Temperatur der Gateeinheit 125 ermöglicht werden. 2 shows a plan view of a gate unit 125 or a part 140 a gate unit 125 that the channel area 105 overlaps. The channel area 105 is located directly under the part 140 the gate unit 125 and is in the 2 not directly visible as it passes through the part 140 the gate unit 125 is covered. In a recording of electromagnetic radiation, in particular an above-mentioned IR radiation, not only the distance d between the part 140 the gate unit 125 and the channel area 105 but also the shape or position of the gate unit 125 or part of the gate unit 125 For example, thermal expansion due to the reception of electromagnetic radiation may result in a length L and / or a width w of the channel region 105 overlapping part 140 the gate unit 125 change, like this in the 2 is represented by the illustrated arrows in the direction of the width w and the length L. This in turn becomes a change in the (effective) width w and / or the (effective) length L of the channel region 105 by a capacitive coupling between the (now changed shape or positionally changed) gate unit 125 and the channel area 105 causes. However, this change in the (effective) width w and / or the (effective) length again leads to a changed resistance or a changed conductivity of the channel region 105 , the / by means of the device 150 can be detected and a conclusion on the temperature of the gate unit 125 or the part of the gate unit 125 supplies. Thus, it is also conceivable that the covered channel width w by the above expansion in the gate area 105 of the channel changes. Both with a change of the distance d and the change of the shape of the gate unit 125 changes the channel current I. This change of the channel current I can be detected and from this a conclusion on the temperature of the gate unit 125 be enabled.

3 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung einer Abhängigkeit eines Abstandes zwischen dem Kanalbereich und zumindest einem Teil der Gateeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Durch das Diagramm ist ein Verhalten der Abstandsänderung durch Temperaturänderung erkennbar, wobei in dem Diagramm aus der 3 auf der Abszisse ein Abstand d und auf der Ordinate die Temperatur T aufgetragen ist. Bei einer Temperatur T0 (T0 < T1) ist der Abstand d0 < d1. Mit zunehmender Temperatur T steigt der Abstand d, wobei auch ein anderweitiges Verhalten ebenso vorstellbar ist, je nach gewählter Geometrie/Schichteigenschaften der Gateeinheit 125 bzw. des Absorbers 130. Folglich gilt T = f(d) bzw. d = f(T). 3 FIG. 12 is a diagram for describing a dependency of a distance between the channel region and at least a part of the gate unit according to an embodiment of the present invention. FIG. Through the diagram, a behavior of the change in distance by temperature change can be seen, where in the diagram from the 3 on the abscissa a distance d and on the ordinate the temperature T is plotted. At a temperature T 0 (T 0 <T 1 ), the distance d 0 <d 1 . As the temperature T increases, the distance d increases, wherein another behavior is also conceivable, depending on the selected geometry / layer properties of the gate unit 125 or the absorber 130 , Consequently, T = f (d) or d = f (T).

4 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung einer Abhängigkeit eines Abstandes zwischen zumindest einem Teil 140 der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 sowie einem Kanalstrom I im Kanalbereich 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt somit die Abhängigkeit des Kanalstroms I vom Gateabstand d. Ein größerer Abstand d führt zu einem geringerem Strom (d. h. für d1 > d0 gilt I1 < I0). Hierdurch bestimmen sich die Eigenschaften des FET als selbstsperrender bzw. selbstleitender FET. 4 zeigt ein in dem Diagramm eine Darstellung eines selbstleitenden FET. Für die Realisierung eines selbstsperrenden FET kann dieses Leitungsverhalten bzw. die Leitfähigkeit /der Widerstand invertiert werden. 4 shows a diagram for describing a dependence of a distance between at least one part 140 the gate unit 125 and the channel area 105 and a channel current I in the channel region 105 according to an embodiment of the present invention. 4 thus shows the dependence of the channel current I on the gate distance d. A larger distance d leads to a lower current (ie for d 1 > d 0 I 1 <I 0 ). This determines the properties of the FET as a self-locking or self-conducting FET. 4 shows a representation of a self-conducting FET in the diagram. For the realization of a self-locking FET this conduction behavior or the conductivity / the resistance can be inverted.

Anstelle der Abstandsmodulation durch Temperatureinfluss kann auch die überdeckte Kanalbreite w bzw. die Breite des den Kanalbereich 105 überdeckenden Teils 140 der Gateeinheit 125 moduliert werden.Instead of the distance modulation by temperature influence can also covered the Channel width w or the width of the channel area 105 covering part 140 the gate unit 125 be modulated.

5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Sensors 100, wobei die Gateeinheit 125 an einer Seite mittels auf einer Halteeinheit 500 befestigt ist und an einem der Halteeinheit 500 gegenüberliegenden Ende 510 frei beweglich ist und wobei sich ein den Kanalbereich 105 überlappender Teil 140 der Gateeinheit 125 bei einer Temperaturänderung verformen kann. In der 5 ist somit ein Verhalten dargestellt, sofern sich das Gate bzw. die Gateeinheit 125 bei lokaler Temperaturerhöhung selbst verformt. Hierbei ist in der durchgezogenen Darstellung aus der 5 eine Gateeinheit 125 bzw. der den Kanalbereich überlappende Teil 140 der Gateeinheit bei einer Temperatur von T = T0 wiedergegeben, wogegen mittels der gestrichelten Darstellung der Teil 140 der Gateeinheit 140 bei einer Temperatur T = T1 wiedergegeben ist, wobei T1 > T0 gilt. Beispielsweise kann eine solche Verformung dadurch erreicht werden, dass der Teil 140 der Gateeinheit als Bimetallstreifen ausgebildet ist. Auch ist denkbar, dass ein auf dem Teil 140 der Gateeinheit 125 angeordneter und in der 5 nicht dargestellter Absorber 130 einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist und somit bei einer Temperaturveränderung zu einer Verbiegung der Gateeinheit 125 führt. Weiterhin ist aus der 5 zu erkennen, dass ein Querschnitt senkrecht zur Ausdehnung des Kanalbereichs 105 in der der Darstellung in 1 immer kleiner wird, je größer der Abstand d zwischen dem Teil 140 der Gateeinheit 140 und dem Kanalbereich 105 ist. Die überdeckte Kanalbreite w wird hierdurch moduliert. Bei einer Temperatur T = T0 ist der Kanal 105 mit einer Breite w0 überdeckt und damit leitfähig. Bei einer ansteigenden und somit größeren Temperatur T = T1 wird nur ein geringerer Kanal 105 der Breite w1 überdeckt und damit leitfähig. Die effektive Leitfähigkeit des Kanals bzw. Kanalbereichs 105 nimmt somit für steigende Temperaturen T ab. Dabei ist in der 5 der Sourceanschluss vor der Zeichenebene und der Drainanschluss hinter der Zeichenebene. 5 shows a cross-sectional view of an embodiment of the sensor 100 , wherein the gate unit 125 on one side by means of a holding unit 500 is attached and attached to one of the holding unit 500 opposite end 510 is freely movable and where one is the channel area 105 overlapping part 140 the gate unit 125 can deform at a temperature change. In the 5 Thus, a behavior is shown, provided that the gate or the gate unit 125 deformed at local temperature increase itself. This is in the solid line in the 5 a gate unit 125 or the part overlapping the channel area 140 the gate unit at a temperature of T = T 0 reproduced, whereas by means of the dashed representation of the part 140 the gate unit 140 is reproduced at a temperature T = T 1 , where T 1 > T 0 applies. For example, such deformation can be achieved by having the part 140 the gate unit is designed as a bimetallic strip. It is also conceivable that one on the part 140 the gate unit 125 arranged and in the 5 not shown absorber 130 has a different thermal expansion coefficient and thus with a change in temperature to a bending of the gate unit 125 leads. Furthermore, from the 5 to recognize that a cross-section perpendicular to the extension of the channel area 105 in the representation in 1 becomes smaller, the larger the distance d between the part 140 the gate unit 140 and the channel area 105 is. The covered channel width w is thereby modulated. At a temperature T = T 0 is the channel 105 covered with a width w 0 and thus conductive. With an increasing and thus higher temperature T = T 1 , only a smaller channel is used 105 the width w 1 covered and thus conductive. The effective conductivity of the channel or channel area 105 Thus T decreases for increasing temperatures. It is in the 5 the source connection in front of the drawing plane and the drain connection behind the drawing plane.

6 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Sensors 100, wobei die Gateeinheit 125 an einer Seite mittels auf einer Halteeinheit 500 befestigt ist und an einem der Halteeinheit 500 gegenüberliegenden Ende 510 frei beweglich ist und wobei sich die Halteeinheit 500 bei einer Temperaturänderung verformen kann. Statt der Durchbiegung eines Teils 140, der im Ausgangszustand den Kanalbereich 105 abdeckt oder überlappt, kann dasselbe auch durch ein starres Gate 125 bzw. einen starren Teil 140 der Gateeinheit 125 und eine sich verformende Aufhängung 500 als Halteeinheit erreicht werden, wie es in der 6 dargestellt ist. Bevorzugt wäre die Aufhängung 500 (Halteeinheit) ähnlich einem Bimetall-Streifen ausgeführt, d. h. bei Temperaturerhöhung oder Erwärmung tritt eine Verformung auf. Entsprechend ändert sich die überdeckte Kanalbreite w wie dies bereits mit Bezug zur 5 erläutert wurde. Der Teil 140 der Gateeinheit 125 kann dabei formstabil sein und sich bei der Temperaturänderung nicht verformen. Dabei ist in der 6 ebenfalls der Sourceanschluss vor der Zeichenebene und der Drainanschluss hinter der Zeichenebene. 6 shows a cross-sectional view of an embodiment of the sensor 100 , wherein the gate unit 125 on one side by means of a holding unit 500 is attached and attached to one of the holding unit 500 opposite end 510 is freely movable and where the holding unit 500 can deform at a temperature change. Instead of the deflection of a part 140 , which in the initial state the channel area 105 covering or overlapping, the same can also be done by a rigid gate 125 or a rigid part 140 the gate unit 125 and a deforming suspension 500 be achieved as a holding unit, as in the 6 is shown. The suspension would be preferred 500 (Holding unit) designed similar to a bimetallic strip, ie when temperature increases or heating occurs deformation. Accordingly, the covered channel width w changes as already related to 5 was explained. The part 140 the gate unit 125 can be dimensionally stable and not deform when the temperature changes. It is in the 6 likewise the source connection in front of the drawing plane and the drain connection behind the drawing plane.

7 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen einer Temperatur T und einer Breite w zumindest eines Teils 140 der Gateeinheit 125, wobei sich die Breite w des Teils 140 der Gateeinheit 125 auch auf die Breite w des Kanalbereichs auswirken kann. 7 zeigt somit eine Darstellung der Änderung der Kanalbreite (w1, w0) bei verschiedenen Temperaturen (T1, T0). Wie aus der 7 zu erkennen ist, führt eine Erhöhung der Temperatur T somit zur Reduzierung der effektiven überdeckten Kanalbreite w. 7 shows a diagram for describing the dependence between a temperature T and a width w of at least one part 140 the gate unit 125 , where the width w of the part 140 the gate unit 125 also affect the width w of the channel area. 7 thus shows a representation of the change in the channel width (w 1 , w 0 ) at different temperatures (T 1 , T 0 ). Like from the 7 can be seen, an increase in the temperature T thus leads to the reduction of the effective covered channel width w.

8 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen einem Kanalstrom I und einer Breite w eines Teils 140 einer Gateeinheit 125, die den Kanalbereich 105 überlappt bzw. einer Breite w des Kanalbereichs 105. 8 zeigt somit den Zusammenhang des Kanalstroms I als Funktion der Kanalbreite w. Eine geringe Kanalbreite w1 (< w0) hat einen reduzierten Kanalstrom I1 (< I0) zur Folge. 8th shows a diagram for describing the dependence between a channel current I and a width w of a part 140 a gate unit 125 that the channel area 105 overlaps or a width w of the channel region 105 , 8th thus shows the relationship of the channel current I as a function of the channel width w. A small channel width w 1 (<w 0 ) results in a reduced channel current I 1 (<I 0 ).

Ferner ist auch eine einfache Verschaltung durch Matrix-Ansteuerung mehrerer Sensoren 100 wie die in den bereits beschriebenen Sensoren 100 möglich. Beispielsweise zeigt die 9 ein Sensorfeld mit mehreren miteinander gekoppelten Sensoren 100. Hierdurch kann beispielsweise eine sehr gute örtliche Auflösung der Intensitäten der elektromagnetischen Strahlung 135 an den unterschiedlichen Positionen der Sensoren 100 realisiert werden. Furthermore, a simple interconnection by matrix control of multiple sensors 100 like those in the already described sensors 100 possible. For example, the shows 9 a sensor field with several coupled sensors 100 , As a result, for example, a very good spatial resolution of the intensities of the electromagnetic radiation 135 at the different positions of the sensors 100 will be realized.

Auch ist es möglich, einzelne Sensoren der Materix-Anordnung z. B. über Gate-Potenzial selektiert auszuwählen. Möglich ist auch eine in der 9 nicht dargestellte vorgeschaltete Schaltmatrix (z. B. Diodenstruktur) zur Selektion, die Gates 125 im Array befinden sich dann auf demselben Potenzial.It is also possible, individual sensors of the Materix arrangement z. B. select selected via gate potential. It is also possible in the 9 not shown upstream switching matrix (eg diode structure) for selection, the gates 125 in the array are then at the same potential.

Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht eine sehr hohe Ortsauflösung, da Pixelgrößen unter 10 µm Kantenlänge machbar sind. Ferner ist auch der Kanalbereich sehr klein wählbar und eine Umverdrahtung (bzw. durch eine Leiterbahn) unter der beweglichen Gate-Elektrode 125 möglich, was in den Figuren nicht dargestellt ist. Hierdurch lassen sehr hohe Füllfaktoren von Strukturen auf einem Trägersubstrat 135 realisieren.The approach presented here allows a very high spatial resolution, since pixel sizes below 10 μm edge length are feasible. Furthermore, the channel region is also very small and a rewiring (or by a conductor) under the movable gate electrode 125 possible, which is not shown in the figures. This allows very high filling factors of structures on a carrier substrate 135 realize.

Ferner basiert der hier vorgestellte Ansatz auf einer CMOS-Integration, d. h. die Verwendung einer Standard-CMOS-Technik erlaubt geringe Herstellungskosten, kleine Bauhöhe und eine hohe Ortsauflösung. Beispielsweise kann der Sensor 100 (FET) üblicherweise in CMOS-Technik realisiert werden, wobei als Opferschichten zur Freistellung des Gates 125 Oxide (geätzt mit z. B. HF), Silizium (geätzt mit z. B. SF6) oder auf Metalle (z. B. Ti, geätzt mit SF6) Anwendung finden können. Furthermore, the approach presented here is based on CMOS integration, ie the use of a Standard CMOS technology allows low production costs, small height and high spatial resolution. For example, the sensor 100 (FET) are usually realized in CMOS technology, using as sacrificial layers to release the gate 125 Oxides (etched with eg HF), silicon (etched with eg SF6) or metals (eg Ti, etched with SF6) can be used.

Denkbar wäre z. B. die Herstellung von Modulen mit VGA-, SVGA- oder HD-Auflösung unter Verwendung der hier vorgestellten Technik, insbesondere eines Wandlers als Feldeffekttransistor mit beweglichem Gate. Zugleich bietet die sehr hohe Empfindlichkeit des moving-Gate-Wandlers eine hohe Temperaturauflösung. Temperaturänderungen im mK-Bereich und darunter sind mit einem hier vorgestellten Sensor 100 erkennbar.It would be conceivable z. Example, the production of modules with VGA, SVGA or HD resolution using the technique presented here, in particular a converter as a field effect transistor with a movable gate. At the same time, the very high sensitivity of the moving gate converter offers a high temperature resolution. Temperature changes in the mK range and below are with a sensor presented here 100 recognizable.

10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1000 zum Betreiben eines (Temperatur-)Sensors mit einem Halbleitersubstrat mit einem Drainanschluss und einem Sourceanschluss, wobei der Drainanschluss durch einen Kanalbereich vom Sourceanschluss getrennt ist und einer Gateeinheit, die beweglich in Bezug zum Kanalbereich ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung eine Form und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu verändern. Das Verfahren umfasst einen Schritt 1010 des Auswertens einer Veränderung der Form oder Position der Gateeinheit und/oder des Abstandes zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich durch ein Erfassen eines elektrischen Parameters zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss. 10 shows a flowchart of an embodiment of a method 1000 for operating a (temperature) sensor with a semiconductor substrate having a drain terminal and a source terminal, the drain terminal being separated from the source terminal by a channel region and a gate unit movably formed and arranged with respect to the channel region, the gate unit being formed in response to received electromagnetic radiation, altering a shape and / or a distance of at least a portion of the gate unit to the channel region. The method comprises a step 1010 evaluating a change in the shape or position of the gate unit and / or the distance of at least a portion of the gate unit to the channel region by detecting an electrical parameter between the drain terminal and the source terminal.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10019408 C2 [0002] DE 10019408 C2 [0002]

Claims (12)

Sensor (100) mit folgenden Merkmalen: – einem Trägersubstrat (117) mit einem Drainanschluss (110) und einem Sourceanschluss, wobei der Drainanschluss (110) durch einen Kanalbereich (105) vom Sourceanschluss (115) getrennt ist; und – einer Gateeinheit (125), die zumindest teilweise beweglich in Bezug zum Kanalbereich (105) ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit (125) ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung (135) eine Form (w, L) der Gateeinheit (125) und/oder die Position der Gateeinheit (125) und/oder einen Abstand (d) zumindest eines Teils (140) der Gateeinheit (125) zum Kanalbereich (105) zu verändern. Sensor ( 100 ) having the following features: - a carrier substrate ( 117 ) with a drain connection ( 110 ) and a source terminal, wherein the drain terminal ( 110 ) through a channel region ( 105 ) from the source ( 115 ) is separated; and a gate unit ( 125 ) which are at least partially movable with respect to the channel region ( 105 ) is arranged and arranged, wherein the gate unit ( 125 ) is adapted to respond in response to a received electromagnetic radiation ( 135 ) a shape (w, L) of the gate unit ( 125 ) and / or the position of the gate unit ( 125 ) and / or a distance (d) of at least one part (d) 140 ) of the gate unit ( 125 ) to the channel area ( 105 ) to change. Sensor (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangene elektromagnetische Strahlung (125) eine Infrarot-Strahlung (135) ist.Sensor ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the received electromagnetic radiation ( 125 ) an infrared radiation ( 135 ). Sensor (100) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangene elektromagnetische Strahlung (135) in einem Wellenlängenbereich von 0,5 bis 5 µm oder in einem Wellenlängenbereich von 6 bis 15 µm liegt. Sensor ( 100 ) according to claim 1 or claim 2, characterized in that the received electromagnetic radiation ( 135 ) is in a wavelength range of 0.5 to 5 microns or in a wavelength range of 6 to 15 microns. Sensor (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateeinheit (125) zumindest eine Strahlungsaufnahmeschicht (130) zur Aufnahme der elektromagnetischen Strahlung (135) aufweist, wobei sich das Material der Strahlungsaufnahmeschicht (130) von einem weiteren Material der Gateeinheit (125) unterscheidet, insbesondere wobei die Strahlungsaufnahmeschicht (130) auf einer dem Kanalbereich (105) abgewandten Seite der Gateeinheit (125) angeordnet ist. Sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gate unit ( 125 ) at least one radiation receiving layer ( 130 ) for receiving the electromagnetic radiation ( 135 ), wherein the material of the radiation-receiving layer ( 130 ) of another material of the gate unit ( 125 ), in particular wherein the radiation-receiving layer ( 130 ) on a channel area ( 105 ) facing away from the gate unit ( 125 ) is arranged. Sensor (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateeinheit (125) derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil (140) der Gateeinheit (125) den Kanalbereich (105) berührungslos zumindest teilweise überlappt. Sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gate unit ( 125 ) is arranged such that at least one part ( 140 ) of the gate unit ( 125 ) the channel area ( 105 ) Contactless at least partially overlapped. Sensor (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateeinheit (125) an einem Ende eine Halteeinheit (500) aufweist, mittels der die Gateeinheit (125) an dem Trägersubstrat (117) befestigt ist, wobei die Gateeinheit (125) an einem der Halteeinheit (500) gegenüberliegenden Ende (510) frei beweglich ist. Sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gate unit ( 125 ) at one end a holding unit ( 500 ), by means of which the gate unit ( 125 ) on the carrier substrate ( 117 ), the gate unit ( 125 ) on one of the holding units ( 500 ) opposite end ( 510 ) is freely movable. Sensor (100) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateeinheit (125) ausgebildet ist, um ihre Form in einem Bereich zu verändern, der den Kanalbereich (105) überlappt. Sensor ( 100 ) according to claim 6, characterized in that the gate unit ( 125 ) is adapted to change its shape in a region which surrounds the channel region ( 105 ) overlaps. Sensor (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateeinheit (125) ausgebildet ist, um bei einer Temperaturänderung die Form der Halteeinheit (500) zu verändern.Sensor ( 100 ) according to one of the preceding claims 6 or 7, characterized in that the gate unit ( 125 ) is formed in order to change the shape of the holding unit when the temperature changes ( 500 ) to change. Sensorfeld (900) mit einer Mehrzahl von miteinander gekoppelten Sensoren (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche. Sensor field ( 900 ) with a plurality of coupled sensors ( 100 ) according to one of the preceding claims. Verfahren (1000) zum Betreiben eines Sensor (100)s mit einem Halbleitersubstrat (117) mit einem Drainanschluss (110) und einem Sourceanschluss (115), wobei der Drainanschluss (110) durch einen Kanalbereich (105) vom Sourceanschluss (115) getrennt ist und einer Gateeinheit (125), die zumindest teilweise beweglich in Bezug zum Kanalbereich (105) ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit (125) ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung (135) eine Form (w, L) der Gateeinheit (125) und/oder die Position der Gateeinheit (125) und/oder einen Abstand (d) zumindest eines Teils (140) der Gateeinheit (125) zum Kanalbereich (105) zu verändern, wobei das Verfahren (1000) den folgenden Schritt aufweist: – Auswerten (1010) einer Veränderung der Form und/oder der Position und/oder des Abstandes (d) zumindest eines Teils (140) der Gateeinheit (125) zum Kanalbereich (105) durch ein Erfassen eines elektrischen Parameters zwischen dem Drainanschluss (110) und dem Sourceanschluss (115).Procedure ( 1000 ) for operating a sensor ( 100 ) s with a semiconductor substrate ( 117 ) with a drain connection ( 110 ) and a source connection ( 115 ), the drain connection ( 110 ) through a channel region ( 105 ) from the source ( 115 ) and a gate unit ( 125 ) which are at least partially movable with respect to the channel region ( 105 ) is arranged and arranged, wherein the gate unit ( 125 ) is adapted to respond in response to a received electromagnetic radiation ( 135 ) a shape (w, L) of the gate unit ( 125 ) and / or the position of the gate unit ( 125 ) and / or a distance (d) of at least one part (d) 140 ) of the gate unit ( 125 ) to the channel area ( 105 ), the process ( 1000 ) comprises the following step: - evaluating ( 1010 ) a change in the shape and / or the position and / or the distance (d) of at least one part (d) 140 ) of the gate unit ( 125 ) to the channel area ( 105 ) by detecting an electrical parameter between the drain ( 110 ) and the source ( 115 ). Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens (1000) nach Anspruch 10, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung (150) ausgeführt wird.Computer program product with program code for carrying out the method ( 1000 ) according to claim 10, when the program product is stored on a device ( 150 ) is performed. Vorrichtung (150) zum Betreiben eines Sensors (100) mit einem Trägersubstrat (117) mit einem Drainanschluss (110) und einem Sourceanschluss (115), wobei der Drainanschluss (110) durch einen Kanalbereich (105) vom Sourceanschluss (115) getrennt ist und einer Gateeinheit (125), die beweglich in Bezug zum Kanalbereich (105) ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit (125) ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung (135) eine Form der Gateeinheit (125) und/oder eine Position und/oder einen Abstand (d) zumindest eines Teils (140) der Gateeinheit (125) zum Kanalbereich (105) zu verändern, wobei die Vorrichtung das folgende Merkmal aufweist: – eine Einheit (155) zum Auswerten einer Veränderung der Form (w, L) der Gateeinheit (125) und/oder der Position und/oder des Abstandes (d) zumindest eines Teils (140) der Gateeinheit (125) zum Kanalbereich (105) durch ein Erfassen eines elektrischen Parameters zwischen dem Drainanschluss (110) und dem Sourceanschluss (115).Contraption ( 150 ) for operating a sensor ( 100 ) with a carrier substrate ( 117 ) with a drain connection ( 110 ) and a source connection ( 115 ), the drain connection ( 110 ) through a channel region ( 105 ) from the source ( 115 ) and a gate unit ( 125 ) movable with respect to the channel area ( 105 ) is arranged and arranged, wherein the gate unit ( 125 ) is adapted to respond in response to a received electromagnetic radiation ( 135 ) a form of the gate unit ( 125 ) and / or a position and / or a distance (d) of at least one part (d) 140 ) of the gate unit ( 125 ) to the channel area ( 105 ), the device having the following feature: - a unit ( 155 ) for evaluating a change in the shape (w, L) of the gate unit ( 125 ) and / or the position and / or the distance (d) of at least one part (d) 140 ) of the gate unit ( 125 ) to the channel area ( 105 ) by detecting an electrical parameter between the drain ( 110 ) and the source ( 115 ).
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