DE102020120259A1

DE102020120259A1 - Gas or pressure sensor module with a miniaturized structure based on the principle of the Franck-Hertz experiment

Info

Publication number: DE102020120259A1
Application number: DE102020120259.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus Elian; Matthias Eberl; Stefan Kolb; Rainer Markus Schaller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2040-08-01
Also published as: DE102020120259B4

Abstract

Ein Gas- oder Druck-Sensormodul (100) umfasst ein erstes Substrat (10), einen oder mehrere auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats (10) ausgebildete Elektronenemitter (20), ein zweites Substrat (30), und ein erstes Beschleunigungsgitter (40), welches zwischen den Elektronenemittern (20) und dem zweiten Substrat (30) angeordnet ist, wobei dem ersten Substrat (10), dem zweiten Substrat (30) und dem Beschleunigungsgitter (40) elektrische Potentiale zuführbar sind, und wobei das Sensormodul (100) für die Aufnahme von einem oder mehreren Gasen in einem räumlichen Bereich zwischen den Elektronenemittern (20) und dem zweiten Substrat (30) ausgebildet ist.A gas or pressure sensor module (100) comprises a first substrate (10), one or more electron emitters (20) formed on a major surface of the first substrate (10), a second substrate (30), and a first acceleration grid (40) , which is arranged between the electron emitters (20) and the second substrate (30), wherein the first substrate (10), the second substrate (30) and the acceleration grid (40) can be supplied with electrical potentials, and wherein the sensor module (100) is designed for receiving one or more gases in a spatial area between the electron emitters (20) and the second substrate (30).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Gas- oder Druck-Sensormodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Gas- oder Druck-Sensormoduls.The present disclosure relates to a gas or pressure sensor module and a method of manufacturing a gas or pressure sensor module.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Im Laufe der Zeit sind eine Reihe verschiedener Gas- oder Druck-Sensoren entwickelt worden, die auf der Basis verschiedener Prinzipien arbeiten. Bei resistiven Messprinzipien modifiziert das Messgas die Leitfähigkeit einer gassensitiven Schicht. Die Messung des modifizierten spezifischen Widerstandes liefert das Messsignal. Beispiele für gasempfindliche Schichten sind anorganische Metalloxid-Halbleiter oder organisches Phthalocyanin oder Graphen. Bei kapazitiven Gassensoren wird die Kapazität eines gassensitiven Dielektrikums durch das Gas modifiziert. Bei potentiometrischen Prinzipien erzeugt ein Festkörper-Ionenleiter ein bestimmtes Potential wie z.B. die Lambda-Sonde im Auto. Gas-Sensoren auf der Basis von Thermosensoren messen die Wärmekapazität, die gasabhängig ist. Weitere Messprinzipien sind können amperometrisch, optisch, gravimetrisch oder biochemisch genannt werden.A number of different gas or pressure sensors have been developed over time, which work on the basis of different principles. With resistive measuring principles, the measuring gas modifies the conductivity of a gas-sensitive layer. The measurement of the modified specific resistance provides the measurement signal. Examples of gas-sensitive layers are inorganic metal oxide semiconductors or organic phthalocyanine or graphene. With capacitive gas sensors, the capacitance of a gas-sensitive dielectric is modified by the gas. With potentiometric principles, a solid-state ionic conductor generates a specific potential, such as the lambda sensor in a car. Gas sensors based on thermal sensors measure the heat capacity, which is dependent on the gas. Other measuring principles can be named amperometric, optical, gravimetric or biochemical.

Ein Nachteil all dieser Messverfahren ist die fehlende Querempfindlichkeit gegen verschiedene Gase. Dies erfordert Verfahren zur Absorption nur des relevanten Messgases. Eine Detektion und Analyse von Gasgemischen ist nicht möglich. Dies würde große Analysegeräte, z.B. Massenspektrometer, erfordern.A disadvantage of all these measurement methods is the lack of cross-sensitivity to different gases. This requires methods for absorbing only the relevant sample gas. A detection and analysis of gas mixtures is not possible. This would require large analyzers such as mass spectrometers.

Aus diesen und anderen Gründen besteht die Notwendigkeit der vorliegenden Offenbarung.For these and other reasons, there is a need for the present disclosure.

KURZDARSTELLUNGEXECUTIVE SUMMARY

Verschiedene Aspekte betreffen ein Gas- oder Druck-Sensormodul. Das Gas- oder Druck-Sensormodul enthält ein erstes Substrat, einen oder mehrere auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats ausgebildete Elektronenemitter, ein zweites Substrat, und ein erstes Beschleunigungsgitter, welches zwischen den Elektronenemittern und dem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei dem ersten Substrat, dem zweiten Substrat und dem Beschleunigungsgitter elektrische Potentiale zuführbar sind, und wobei das Sensormodul für die Aufnahme von einem oder mehreren Gasen in einem räumlichen Bereich zwischen den Elektronenemittern und dem zweiten Substrat ausgebildet ist.Various aspects relate to a gas or pressure sensor module. The gas or pressure sensor module includes a first substrate, one or more electron emitters formed on a major surface of the first substrate, a second substrate, and a first accelerating grid disposed between the electron emitters and the second substrate, the first substrate, the electrical potentials can be fed to the second substrate and the acceleration grid, and wherein the sensor module is designed to receive one or more gases in a spatial region between the electron emitters and the second substrate.

Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren zur Herstellung eines Gas- oder Druck-Sensormoduls. Das Verfahren enthält das Bereitstellen eines ersten Substrats, welches eine oder mehrere auf einer Hauptoberfläche ausgebildete Elektronenemitter aufweist, das Bereitstellen eines zweiten Substrats, das Bereitstellen eines ersten Beschleunigungsgitters, und das Anordnen des ersten Substrats, des zweiten Substrats und des ersten Beschleunigungsgitters relativ zueinander derart dass die Elektronenemitter dem zweiten Substrat gegenüber stehen und das erste Beschleunigungsgitter zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet ist.Various aspects relate to a method for manufacturing a gas or pressure sensor module. The method includes providing a first substrate having one or more electron emitters formed on a major surface, providing a second substrate, providing a first accelerator grid, and arranging the first substrate, the second substrate, and the first accelerator grid relative to one another such that the electron emitters face the second substrate and the first acceleration grid is arranged between the first substrate and the second substrate.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vorrichtungen und Verfahren gemäß der Offenbarung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander wiedergegeben. Identische Bezugszeichen können identische Komponenten bezeichnen.Devices and methods according to the disclosure are explained in more detail below with reference to drawings. The elements shown in the drawings are not necessarily to scale relative to one another. Identical reference numbers can denote identical components.

Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu relativ zueinander. Gleiche Referenznummern bezeichnen entsprechende gleiche oder ähnliche Teile.

1 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines beispielhaften Gas- oder Druck-Sensormoduls, welches eine einzelne am zweiten Substrat befestigte Beschleunigungselektrode aufweist.
2 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines beispielhaften Gas- oder Druck-Sensormoduls, welches eine einzelne am ersten Substrat befestigte Beschleunigungselektrode aufweist.
3 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht eines beispielhaften Gas- oder Druck-Sensormoduls, welches ein erstes am ersten Substrat befestigtes Beschleunigungsgitter und ein zweites am zweiten Substrat befestigtes Beschleunigungsgitter aufweist.
4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Gas- oder Druck-Sensormoduls mit zwei Beschleunigungsgittern und einer mit Durchgangsöffnungen versehenen umlaufenden Seitenwand in einer perspektivischen, teilweise aufgeschnittenen Draufsicht (A) und einer Querschnittsansicht eines Teilabschnitts davon (B) .
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gas- oder Druck-Sensormoduls.
6 umfasst die 6A und 6B und zeigt seitliche Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gas- oder Druck-Sensormoduls.
7 umfasst die 7A bis 7D und zeigt seitliche Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gas- oder Druck-Sensormoduls.
8 umfasst die 8A und 8B und veranschaulicht, wie ein Gas- oder Druck-Sensormodul gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Mehrzahl verschiedener Gase gleichzeitig messen kann.
9 umfasst die 9A und 9B und zeigt den Versuchsaufbau des Franck-Hertz-Versuchs (A) und den Verlauf des durch die Röhre geflossenen Stroms in Abhängigkeit von der Spannung am Beispiel von Quecksilber (B).

The elements of the drawings are not necessarily to scale relative to one another. The same reference numbers designate corresponding same or similar parts.

1 FIG. 12 shows a schematic cross-sectional side view of an exemplary gas or pressure sensor module having a single accelerating electrode attached to the second substrate.
2 FIG. 12 shows a schematic cross-sectional side view of an exemplary gas or pressure sensor module having a single accelerating electrode attached to the first substrate.
3 12 is a cross-sectional perspective view of an exemplary gas or pressure sensor module having a first accelerator grid attached to the first substrate and a second accelerator grid attached to the second substrate.
4 shows another example of a gas or pressure sensor module with two acceleration grids and a peripheral side wall provided with through-openings in a perspective, partially cut-away plan view (A) and a cross-sectional view of a portion thereof (B).
5 shows a flow chart to illustrate a method for manufacturing a gas or pressure sensor module.
6 includes the 6A and 6B and FIG. 12 shows cross-sectional side views illustrating a method of manufacturing a gas or pressure sensor module.
7 includes the 7A until 7D and FIG. 12 shows cross-sectional side views illustrating a method of manufacturing a gas or pressure sensor module.
8th includes the 8A and 8B and illustrates how a gas or pressure sensor module according to the present disclosure can measure a plurality of different gases simultaneously.
9 includes the 9A and 9B and shows the experimental setup of the Franck-Hertz experiment (A) and the course of the current flowing through the tube as a function of the voltage, using mercury as an example (B).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die Offenbarung praktiziert werden kann. Dabei wird eine richtungsweisende Terminologie wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „führend“, „nachlaufend“ usw. in Bezug auf die Ausrichtung der zu beschreibenden Figur(en) verwendet. Da die Bestandteile von Ausführungsformen in verschiedenen Orientierungen positioniert werden können, wird die Richtungsbezeichnung zur Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es ist zu verstehen, dass auch andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung überschritten wird. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht einschränkend zu verstehen, und der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings which form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the disclosure may be practiced. Indicative terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "leading", "trailing" etc. is used in relation to the orientation of the character(s) being described. Because components of embodiments can be positioned in a variety of orientations, the directional terminology is used for purposes of illustration and is in no way limiting. It is understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present disclosure. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present disclosure is defined by the appended claims.

Es ist zu verstehen, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.It is to be understood that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another unless expressly stated otherwise.

Wie in dieser Spezifikation verwendet, bedeuten die Begriffe „geklebt“, „befestigt“, „verbunden“, „gekoppelt“ und/oder „elektrisch verbunden/elektrisch gekoppelt“ nicht, dass die Elemente oder Schichten direkt miteinander kontaktiert werden müssen; zwischen den „geklebten“, „befestigten“, „verbundenen“, „gekoppelten“ und/oder „elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten“ Elementen können Zwischenelemente oder -schichten vorgesehen werden. Gemäß der Offenbarung können die oben genannten Begriffe jedoch optional auch die spezifische Bedeutung haben, dass die Elemente oder Schichten direkt miteinander kontaktiert werden, d. h. dass keine Zwischenelemente oder -schichten zwischen den „geklebten“, „befestigten“, „verbundenen“, „gekoppelten“ und/oder „elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten“ Elementen vorgesehen sind.As used in this specification, the terms "bonded," "attached," "connected," "coupled," and/or "electrically connected/coupled" do not mean that the elements or layers must be directly contacted with one another; Intermediate elements or layers may be provided between the "bonded", "attached", "connected", "coupled" and/or "electrically connected/coupled" elements. According to the disclosure, however, the above terms can optionally also have the specific meaning that the elements or layers are directly contacted with one another, i. H. that no intermediate elements or layers are provided between the "bonded", "attached", "connected", "coupled" and/or "electrically connected/coupled" elements.

Ferner kann das Wort „über“, das in Bezug auf ein Teil, ein Element oder eine Materialschicht verwendet wird, die „über“ einer Oberfläche gebildet oder angeordnet ist, hierin bedeuten, dass das Teil, das Element oder die Materialschicht „indirekt“ auf der implizierten Oberfläche angeordnet (z. B. platziert, gebildet, abgeschieden usw.) wird, wobei ein oder mehrere zusätzliche Teile, Elemente oder Schichten zwischen der implizierten Oberfläche und dem Teil, dem Element oder der Materialschicht angeordnet werden. Das Wort „über“, das in Bezug auf ein Teil, ein Element oder eine Materialschicht verwendet wird, das/die „über“ einer Oberfläche gebildet oder angeordnet ist, kann jedoch optional auch die spezifische Bedeutung haben, dass das Teil, das Element oder die Materialschicht „direkt auf“, z.B. in direktem Kontakt mit der implizierten Oberfläche, angeordnet (z.B. platziert, geformt, abgeschieden usw.) wird.Further, the word "over" used herein with respect to a part, element, or layer of material formed or disposed "over" a surface may mean that the part, element, or layer of material is "indirectly" on disposed (e.g., placed, formed, deposited, etc.) of the implied surface, wherein one or more additional parts, elements, or layers are disposed between the implied surface and the part, element, or layer of material. However, the word "over" used in relation to a part, element, or layer of material formed or disposed "over" a surface can optionally also have the specific meaning that the part, element, or the layer of material is placed (e.g. placed, shaped, deposited, etc.) "directly on", e.g. in direct contact with the implied surface.

9 umfasst die 9A und 9B und veranschaulicht noch einmal das der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegende Franck-Hertz-Experiment. 9 includes the 9A and 9B and once again illustrates the Franck-Hertz experiment underlying the present disclosure.

9A zeigt einen Glaskolben, in welchem sich ein Gas, beispielsweise Quecksilberdampf, mit niedrigem Druck, typischerweise im Bereich von 10 bis 20 mbar, befindet. An einem Ende befindet sich eine Glühkathode K, die durch die Stromquelle Uh beheizt wird. Das Gitter G liegt durch die regelbare positive Spannung Ub (im Bereich einiger V) auf positivem Potential gegenüber der Kathode. Die Auffangelektrode A, an der der Strom gemessen wird, befindet sich direkt hinter dem Gitter und liegt gegenüber diesem auf leicht negativem Potential Ug von etwa 1 V. Elektronen werden zwischen K und G beschleunigt und stoßen mit den Quecksilberatomen zusammen. Das schwache Gegenfeld zwischen G und A schließt dann alle Elektronen von der Strommessung aus, die beim Durchtritt durch G nicht eine gewisse Mindestenergie haben. Die von der Kathode emittierten Elektronen werden beschleunigt und erreichen unmittelbar vor dem Gitter ihre höchste Geschwindigkeit. Die Elektronen, die auf dem Gitter landen, werden durch die Stromquelle Ub wieder zur Kathode zurücktransportiert. Die anderen passieren das Gitter und werden von dem schwachen elektrischen Feld zwischen Gitter und Auffangelektrode A abgebremst. Elektronen geringer Energie können das Gegenfeld nicht überwinden und landen schließlich auch auf dem Gitter. Nur die Elektronen mit genügender Energie treffen auf A und werden auf dem Rückweg mit Hilfe eines empfindlichen Amperemeters gemessen. 9A shows a glass bulb in which a gas, for example mercury vapour, is present at low pressure, typically in the range from 10 to 20 mbar. At one end there is a thermionic cathode K, which is heated by the current source Uh. Due to the controllable positive voltage Ub (in the range of a few V), the grid G is at a positive potential with respect to the cathode. The collecting electrode A, at which the current is measured, is located directly behind the grid and is at a slightly negative potential Ug of about 1 V. Electrons are accelerated between K and G and collide with the mercury atoms. The weak opposing field between G and A then excludes all electrons from the current measurement that do not have a certain minimum energy when passing through G. The electrons emitted by the cathode are accelerated and reach their highest speed just in front of the grid. The electrons that land on the grid are transported back to the cathode by the current source Ub. The others pass through the grid and are decelerated by the weak electric field between the grid and the collecting electrode A. Electrons of low energy cannot overcome the opposing field and eventually also end up on the grid. Only the electrons with enough energy hit A and become measured on the way back using a sensitive ammeter.

9B zeigt den sich daraus ergebenden Stromverlauf. Die Abstände zwischen den Maxima betragen jeweils 4.9 eV, welches dem Energiebetrag entspricht, welcher ein Außenelektron des Quecksilbers aufnehmen kann. 9B shows the resulting current flow. The distances between the maxima are each 4.9 eV, which corresponds to the amount of energy that an outer electron of the mercury can absorb.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, einen Gas- oder Druck-Sensor anzugeben, welcher nach dem Prinzip des Frank-Hertz-Experiments arbeitet und in einer platzsparenden Weise aufgebaut ist.It is an aim of the present disclosure to provide a gas or pressure sensor which works according to the principle of the Frank-Hertz experiment and is constructed in a space-saving manner.

1 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines beispielhaften Gas- oder Druck-Sensormoduls. 1 FIG. 12 shows a schematic cross-sectional side view of an exemplary gas or pressure sensor module.

Das Gas- oder Druck-Sensormodul 100 gemäß 1 enthält ein erstes Substrat 10, eine Mehrzahl von auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats 10 ausgebildeten Elektronenemittern 20, ein zweites Substrat 30, und ein Beschleunigungsgitter 40, welches zwischen den Elektronenemittern 20 und dem zweiten Substrat 30 angeordnet ist, wobei dem ersten Substrat 10, dem zweiten Substrat 30 und dem Beschleunigungsgitter 40 elektrische Potentiale zuführbar sind, und wobei das Sensormodul 100 für die Aufnahme von einem oder mehreren Gasen in einem räumlichen Bereich zwischen den Elektronenemittern 20 und dem zweiten Substrat 30 ausgebildet ist.The gas or pressure sensor module 100 according to FIG 1 includes a first substrate 10, a plurality of electron emitters 20 formed on a major surface of the first substrate 10, a second substrate 30, and an accelerating grid 40 disposed between the electron emitters 20 and the second substrate 30, the first substrate 10, the Electrical potentials can be supplied to the second substrate 30 and the acceleration grid 40, and wherein the sensor module 100 is designed to receive one or more gases in a spatial region between the electron emitters 20 and the second substrate 30.

Das Gas- oder Druck-Sensormodul 100 gemäß 1 weist eine Mehrzahl von Elektronenemittern 30 auf. Es ist jedoch ebenso möglich, lediglich einen Elektronenemitter vorzusehen.The gas or pressure sensor module 100 according to FIG 1 has a plurality of electron emitters 30 . However, it is also possible to provide only one electron emitter.

Das Sensormodul 100 kann eine Leistungsversorgung 50 aufweisen, durch welche die elektrischen Potentiale bereitgestellt werden. Die Leistungsversorgung 50 kann insbesondere so einstellbar sein, dass die elektrischen Potentiale derart einstellbar sind, dass von den Elektronenemittern 20 emittierte Elektronen in Richtung auf das Beschleunigungsgitter 40 beschleunigt werden und in Richtung vom Beschleunigungsgitter 40 auf das zweite Substrat 30 abgebremst werden. Beispielsweise kann eine erste Spannung V₁₁ zwischen den Elektronenemittern 20 und dem Beschleunigungsgitter 40 im Bereich von +50V bis +100V, insbesondere ca. +100V, liegen, und eine zweite Spannung V₁₂ zwischen dem Beschleunigungsgitter 40 und dem zweiten Substrat kann in einem Bereich von -1V bis -5V, insbesondere ca. -IV, liegen.The sensor module 100 can have a power supply 50 by which the electrical potentials are provided. In particular, the power supply 50 can be adjustable in such a way that the electrical potentials can be adjusted in such a way that electrons emitted by the electron emitters 20 are accelerated in the direction of the acceleration grid 40 and decelerated in the direction of the acceleration grid 40 onto the second substrate 30 . For example, a first voltage V ₁₁ between the electron emitters 20 and the accelerator grid 40 can be in the range of +50V to +100V, in particular about +100V, and a second voltage V ₁₂ between the accelerator grid 40 and the second substrate can be in a range from -1V to -5V, in particular about -IV.

Das Beschleunigungsgitter 40 weist eine metallischen Platte auf, die auf einer Isolationsschicht 60 aufgebracht ist, welche auf dem zweiten Substrat 30 aufgebracht ist. Wie am besten weiter unten in der 4A zu sehen ist, enthalten sowohl die metallische Platte als auch die Isolationsschicht 60 jeweils eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 40.1 und 60.1, die zueinander ausgerichtet sind und insbesondere matrixförmig angeordnet sein können. Die Isolationsschicht 60 kann einen Isolator wie ein Oxid oder einen Photoresist wie SU8 aufweisen.Accelerator grid 40 comprises a metallic plate deposited on an insulating layer 60 deposited on second substrate 30 . As best below in the 4A As can be seen, both the metallic plate and the insulating layer 60 each contain a multiplicity of through-holes 40.1 and 60.1, which are aligned with one another and can be arranged, in particular, in the form of a matrix. The insulating layer 60 may comprise an insulator such as an oxide or a photoresist such as SU8.

Ein durch das Sensormodul 100 fließender elektrischer Strom kann durch eine Strommess-Einrichtung 51 messbar sein, hier gekennzeichnet durch ein Zeichen für ein Amperemeter. Schaltungstechnisch kann dies auf Chipebene beispielsweise durch eine einen Stromspiegel enthaltende Schaltung realisiert werden.An electric current flowing through the sensor module 100 can be measured by a current measuring device 51, identified here by a symbol for an ammeter. In terms of circuitry, this can be implemented at the chip level, for example, by a circuit containing a current mirror.

Das erste Substrat 10 und/oder das zweite Substrat 30 können durch ein Halbleitersubstrat, insbesondere ein siliziumbasiertes Substrat, ein Glassubstrat oder ein Keramiksubstrat gebildet sein.The first substrate 10 and/or the second substrate 30 can be formed by a semiconductor substrate, in particular a silicon-based substrate, a glass substrate or a ceramic substrate.

Das zweite Substrat 30 kann entweder selbst elektrisch leitend sein oder es kann auf seiner unteren Hauptoberfläche eine leitfähige Schicht 31 aufweisen, welcher eines der elektrischen Potentiale zuführbar ist. Die leitfähige Schicht 31 kann eine hochdotierte Oberflächenschicht eines aus einem Halbleiter bestehenden zweiten Substrats 30 oder eine metallische Schicht sein.The second substrate 30 can either itself be electrically conductive or it can have a conductive layer 31 on its lower main surface, to which one of the electrical potentials can be supplied. The conductive layer 31 may be a heavily doped surface layer of a second substrate 30 composed of a semiconductor or a metallic layer.

Ebenso kann auch das erste Substrat 10 entweder selbst elektrisch leitend sein oder auf seiner oberen Hauptoberfläche eine leitfähige Schicht aufweisen, welcher eines der elektrischen Potentiale zuführbar ist. Ein Ausführungsbeispiel hierfür wird weiter unten noch gezeigt werden.Likewise, the first substrate 10 can either itself be electrically conductive or have a conductive layer on its upper main surface, to which one of the electrical potentials can be supplied. An exemplary embodiment of this will be shown further below.

Die Elektronenemitter 20 können auf der Hauptoberfläche des ersten Substrats 10 regelmäßig, insbesondere matrixförmig oder mit gleichen wiederkehrenden Abständen voneinander, angeordnet sein. Insbesondere können die Elektronenemitter 20 in gezielter Weise durch spezielle Strukturierungsverfahren künstlich hergestellt sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Elektronenemitter nicht regelmäßig angeordnet sind und insbesondere in der Form von porösem Silizium, Siliziumgras, oder dergleichen bereitgestellt werden.The electron emitters 20 can be arranged on the main surface of the first substrate 10 regularly, in particular in the form of a matrix or with the same recurring distances from one another. In particular, the electron emitters 20 can be artificially produced in a targeted manner using special structuring methods. However, it is also conceivable that the electron emitters are not arranged regularly and are provided in particular in the form of porous silicon, silicon grass, or the like.

Es wurde bereits erwähnt, dass ein Nachweis für die Existenz bestimmter Gase durch die Messung des durch das Modul fließenden Stroms erfolgen kann. Alternativ dazu oder zusätzlich kann dieser Nachweis auch durch die Messung von Licht erfolgen, welches von den Ionen der Gase emittiert wird. Zu diesem Zweck können ein oder mehrere Lichtdetektoren vorhanden sein, mit welchen das von dem einen oder den mehreren Gasen emittierte Licht detektierbar ist. Diese Lichtdetektoren können beispielsweise auf dem ersten Substrat 10 und/oder dem zweiten Substrat 30 angeordnet und dem räumlichen Bereich zwischen den Elektronenemittern 20 und dem zweiten Substrat 30 zugewandt sein.It has already been mentioned that the existence of certain gases can be verified by measuring the current flowing through the module. As an alternative to this or in addition to this, this detection can also be carried out by measuring light which is emitted by the ions of the gases. For this purpose, one or more light detectors can be present, with which the light emitted by the one or more gases can be detected. These light detectors can for example, be arranged on the first substrate 10 and/or the second substrate 30 and face the spatial area between the electron emitters 20 and the second substrate 30 .

2 zeigt eine schematische seitliche Querschnittsansicht eines weiteren beispielhaften Gas- oder Druck-Sensormoduls. 2 FIG. 12 shows a schematic cross-sectional side view of another exemplary gas or pressure sensor module.

Das Gas- oder Druck-Sensormodul 200 gemäß 2 enthält ein erstes Substrat 10, eine Mehrzahl von auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats 10 ausgebildeten Elektronenemittern 20, ein zweites Substrat 30, und ein Beschleunigungsgitter 140, welches zwischen den Elektronenemittern 20 und dem zweiten Substrat 30 angeordnet ist, wobei dem ersten Substrat 10, dem zweiten Substrat 30 und dem Beschleunigungsgitter 40 elektrische Potentiale zuführbar sind, und wobei das Sensormodul 200 für die Aufnahme von einem oder mehreren Gasen in einem räumlichen Bereich zwischen den Elektronenemittern 20 und dem zweiten Substrat 30 ausgebildet ist.The gas or pressure sensor module 200 according to FIG 2 includes a first substrate 10, a plurality of electron emitters 20 formed on a major surface of the first substrate 10, a second substrate 30, and an accelerating grid 140 disposed between the electron emitters 20 and the second substrate 30, the first substrate 10, the second substrate 30 and the acceleration grid 40 electrical potentials can be supplied, and wherein the sensor module 200 is designed for receiving one or more gases in a spatial region between the electron emitters 20 and the second substrate 30 .

Das Gas- oder Druck-Sensormodul 200 gemäß 2 weist somit wie das Sensormodul 100 der 1 ein einzelnes Beschleunigungsgitter 140 auf. Im Unterschied zu dem Sensormodul 100 der 1 ist jedoch das Beschleunigungsgitter 140 über eine Isolationsschicht 70 an dem ersten Substrat 10 befestigt.The gas or pressure sensor module 200 according to FIG 2 thus has how the sensor module 100 of 1 a single acceleration grid 140 . In contrast to the sensor module 100 of 1 However, the acceleration grid 140 is fixed to the first substrate 10 via an insulating layer 70 .

Das Beschleunigungsgitter 140 weist eine metallischen Platte auf, die auf einer Isolationsschicht 70 aufgebracht ist, welche auf dem ersten Substrat 10 aufgebracht ist. Wie am besten weiter unten in der 4A zu sehen ist, enthält sowohl die metallische Platte als auch die Isolationsschicht 70 jeweils eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 140.1 und 70.1, die zueinander ausgerichtet sind und insbesondere matrixförmig angeordnet sein können. Die Durchgangsbohrungen 140.1 und 70.1. sind jedenfalls so angeordnet, dass sie sich direkt oberhalb der Elektronenemitter 20 befinden. Die Isolationsschicht 70 kann einen Isolator wie ein Oxid oder einen Photoresist wie SU8 aufweisen.Accelerator grid 140 comprises a metal plate deposited on an insulating layer 70 deposited on first substrate 10 . As best below in the 4A As can be seen, both the metallic plate and the insulating layer 70 each contain a multiplicity of through-holes 140.1 and 70.1, which are aligned with one another and can in particular be arranged in the form of a matrix. The through holes 140.1 and 70.1. are in any case arranged so that they are located directly above the electron emitters 20. The insulating layer 70 may comprise an insulator such as an oxide or a photoresist such as SU8.

Auch beim Sensormodul 200 kann eine Leistungsversorgung 150 vorhanden sein, durch welche die elektrischen Potentiale bereitgestellt werden. Die Leistungsversorgung 150 kann insbesondere so konfiguriert sein, dass die elektrischen Potentiale derart einstellbar sind, dass von den Elektronenemittern 20 emittierte Elektronen in Richtung auf das Beschleunigungsgitter 140 beschleunigt werden und in Richtung vom Beschleunigungsgitter 140 auf das zweite Substrat 30 abgebremst werden. Beispielsweise kann eine erste Spannung V₂₁ zwischen den Elektronenemittern 20 und dem Beschleunigungsgitter 140 im Bereich von +50V bis +100V, insbesondere ca. +100V, liegen, und eine zweite Spannung V₂₂ zwischen dem Beschleunigungsgitter 140 und zweiten Substrat kann in einem Bereich von -1V bis -5V, insbesondere ca. -IV, liegen.A power supply 150 can also be present in the sensor module 200, through which the electrical potentials are provided. In particular, the power supply 150 can be configured in such a way that the electrical potentials can be adjusted in such a way that electrons emitted by the electron emitters 20 are accelerated in the direction of the acceleration grid 140 and are decelerated in the direction of the acceleration grid 140 on the second substrate 30 . For example, a first voltage V ₂₁ between the electron emitters 20 and the accelerator grid 140 can be in the range of +50V to +100V, in particular approx. +100V, and a second voltage V ₂₂ between the accelerator grid 140 and the second substrate can be in a range of -1V to -5V, in particular about -IV.

Ein durch das Sensormodul 200 fließender elektrischer Strom kann durch eine Strommess-Einrichtung 151 messbar sein, hier gekennzeichnet durch ein Zeichen für ein Amperemeter. Schaltungstechnisch kann dies auf Chipebene beispielsweise durch eine einen Stromspiegel enthaltende Schaltung realisiert werden.An electrical current flowing through the sensor module 200 can be measured by a current measuring device 151, identified here by a symbol for an ammeter. In terms of circuitry, this can be implemented at the chip level, for example, by a circuit containing a current mirror.

3 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines beispielhaften Gas- oder Druck-Sensormoduls. 3 12 shows a cross-sectional side view of an exemplary gas or pressure sensor module.

Das Gas- oder Druck-Sensormodul 300 gemäß 3 enthält ein erstes Substrat 10, eine Mehrzahl von auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats 10 ausgebildeten Elektronenemittern 20, ein zweites Substrat 30, ein erstes Beschleunigungsgitter 241, welches zwischen den Elektronenemittern 20 und dem zweiten Substrat 30 angeordnet ist, und ein zweites Beschleunigungsgitter 242, welches zwischen dem ersten Beschleunigungsgitter 241 und dem zweiten Substrat 30 angeordnet ist. Dem ersten Substrat 10, dem zweiten Substrat 30, dem ersten Beschleunigungsgitter 241 und dem zweiten Beschleunigungsgitter 242 sind elektrische Potentiale zuführbar und das Sensormodul 300 ist für die Aufnahme von einem oder mehreren Gasen in einem räumlichen Bereich zwischen den Elektronenemittern 20 und dem zweiten Substrat 30 ausgebildet.The gas or pressure sensor module 300 according to FIG 3 includes a first substrate 10, a plurality of electron emitters 20 formed on a main surface of the first substrate 10, a second substrate 30, a first accelerating grid 241 which is arranged between the electron emitters 20 and the second substrate 30, and a second accelerating grid 242 which is arranged between the first acceleration grid 241 and the second substrate 30 . Electrical potentials can be supplied to first substrate 10, second substrate 30, first acceleration grid 241 and second acceleration grid 242, and sensor module 300 is designed to receive one or more gases in a spatial region between electron emitters 20 and second substrate 30 .

Auch beim Sensormodul 300 kann eine Leistungsversorgung 250 vorhanden sein, durch welche die elektrischen Potentiale bereitgestellt werden. Die Leistungsversorgung 250 kann insbesondere so einstellbar sein, dass die elektrischen Potentiale derart einstellbar sind, dass von den Elektronenemittern 20 emittierte Elektronen in Richtung auf das erste Beschleunigungsgitter 241 beschleunigt werden und in Richtung vom Beschleunigungsgitter 241 in Richtung auf das zweite Beschleunigungsgitter 242 beschleunigt werden und vom zweiten Beschleunigungsgitter 242 in Richtung auf das zweite Substrat 30 abgebremst werden. Beispielsweise kann eine erste Spannung V31 zwischen den Elektronenemittern 20 und dem ersten Beschleunigungsgitter 241 in einem Bereich von +50V bis +100V, insbesondere ca. +100V, liegen, eine zweite Spannung zwischen dem ersten Beschleunigungsgitter 241 und dem zweiten Beschleunigungsgitter 242 im Bereich von 0V bis +20V liegen, und eine dritte Spannung V33 zwischen dem zweiten Beschleunigungsgitter 242 und dem zweiten Substrat kann im Bereich zwischen -1V bis -5V, insbesondere ca. -IV, liegen.A power supply 250 can also be present in the sensor module 300, through which the electrical potentials are provided. In particular, the power supply 250 can be adjustable such that the electrical potentials can be adjusted such that electrons emitted by the electron emitters 20 are accelerated in the direction of the first acceleration grid 241 and are accelerated in the direction from the acceleration grid 241 in the direction of the second acceleration grid 242 and from second acceleration grid 242 in the direction of the second substrate 30 are decelerated. For example, a first voltage V31 between the electron emitters 20 and the first acceleration grid 241 can be in a range from +50V to +100V, in particular approx. +100V, and a second voltage between the first acceleration grid 241 and the second acceleration grid 242 can be in the range of 0V to +20V, and a third voltage V33 between the second acceleration grid 242 and the second substrate can be in the range between -1V to -5V, in particular about -IV.

Die beiden Beschleunigungsgitter 241 und 242 können jeweils so aufgebaut sein, wie es bereits anhand der Beschleunigungsgitter 40 und 140 der 1 und 2 erläutert wurde. Die metallischen Platten der Beschleunigungsgitter 241 und 242 sind jeweils auf Isolationsschichten 60 und 70 aufgebracht, welche ihrerseits auf den ersten und zweiten Substraten 10 und 30 aufgebracht sind.The two acceleration grids 241 and 242 can each be constructed as is already the case with the acceleration grids 40 and 140 of FIG 1 and 2 was explained. The metal plates of the acceleration grids 241 and 242 are deposited on insulating layers 60 and 70, respectively, which are deposited on the first and second substrates 10 and 30, respectively.

Als eine weitere Besonderheit gegenüber den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 weist bei dem Sensormodul 300 der 3 das erste Substrat 10 eine leitfähige Schicht 11 auf, die mit den Elektronenemittern 20 in Kontakt steht. Die leitfähige Schicht 11 kann eine hochdotierte Oberflächenschicht eines aus einem Halbleiter bestehenden ersten Substrats 10 oder eine metallische Schicht sein.As a further special feature compared to the exemplary embodiments of 1 and 2 has in the sensor module 300 of 3 the first substrate 10 has a conductive layer 11 which is in contact with the electron emitters 20 . The conductive layer 11 may be a heavily doped surface layer of a first substrate 10 composed of a semiconductor or a metallic layer.

Auf das erste und/oder das zweite Beschleunigungsgitter kann außerdem eine Schutzschicht aufgebracht sein, um das Metall des Gitters vor Korrosion oder anderen schädlichen Einflüssen zu schützen, die insbesondere durch die zu analysierenden Gase verursacht sein können. Die Schutzschicht kann beispielsweise aus SiN oder aus Ti hergestellt sein.A protective layer can also be applied to the first and/or the second acceleration grid in order to protect the metal of the grid from corrosion or other harmful influences which can be caused in particular by the gases to be analyzed. The protective layer can be made of SiN or Ti, for example.

Die 4 umfasst die 4A und 4B und zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gas- oder Druck-Sensormoduls.the 4 includes the 4A and 4B and shows another embodiment of a gas or pressure sensor module.

Das Gas- oder Druck-Sensormodul 400 gemäß 4 kann auf die gleiche Weise aufgebaut sein wie das Sensormodul der 3. Dementsprechend enthält das Sensormodul 400 ein erstes Substrat 10, eine Mehrzahl von auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats 10 ausgebildeten Elektronenemittern 20, ein zweites Substrat 30, ein erstes Beschleunigungsgitter 241, welches zwischen den Elektronenemittern 20 und dem zweiten Substrat 30 angeordnet ist, und ein zweites Beschleunigungsgitter 242, welches zwischen dem ersten Beschleunigungsgitter 241 und dem zweiten Substrat 30 angeordnet ist. Dem ersten Substrat 10, dem zweiten Substrat 30, dem ersten Beschleunigungsgitter 241 und dem zweiten Beschleunigungsgitter 242 sind elektrische Potentiale zuführbar und das Sensormodul 400 ist für die Aufnahme von einem oder mehreren Gasen in einem räumlichen Bereich zwischen den Elektronenemittern 20 und dem zweiten Substrat 30 ausgebildet. Zwischen dem ersten Beschleunigungsgitter 241 und dem zweiten Beschleunigungsgitter 242 ist eine Isolationsschicht 410 angeordnet (in 3 nicht gezeigt), welche Durchgangsöffnungen für den Durchtritt der Elektronen aufweist.The gas or pressure sensor module 400 according to FIG 4 can be constructed in the same way as the sensor module 3 . Accordingly, the sensor module 400 includes a first substrate 10, a plurality of electron emitters 20 formed on a main surface of the first substrate 10, a second substrate 30, a first acceleration grid 241 disposed between the electron emitters 20 and the second substrate 30, and a second Accelerator grid 242, which is arranged between the first acceleration grid 241 and the second substrate 30. Electrical potentials can be supplied to first substrate 10, second substrate 30, first acceleration grid 241 and second acceleration grid 242, and sensor module 400 is designed to receive one or more gases in a spatial region between electron emitters 20 and second substrate 30 . An insulation layer 410 is arranged between the first acceleration grid 241 and the second acceleration grid 242 (in 3 not shown), which has passage openings for the passage of the electrons.

Darüber hinaus weist das Sensormodul 400 eine umlaufende Seitenwand 420 auf, welche das zweite Substrat 30 mit dem ersten Substrat 10 verbindet. Die umlaufende Seitenwand 420 kann aus einem Photolack wie SU8 hergestellt sein und Öffnungen 420.1 für den Durchtritt eines oder mehrerer zu analysierender Gase aus der Umgebung in das Sensormodul 400 aufweisen. Die Öffnungen 420.1 können wahlweise nur in einem Bereich, beispielsweise nur in einer der vier Teil-Seitenwände der Seitenwand 420, vorhanden sein, so dass das Gas oder die Gase nur von dieser Seite aus in das Sensormodul 400 eindringen können. Es können die Öffnungen aber auch durchgehend in allen Bereichen der Seitenwand 420 vorhanden sein, so dass das Gas oder die Gase aus jeder Richtung in das Sensormodul 400 eindringen können. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Öffnungen 420.1 durch eine Membran abgedeckt sind, welche so ausgebildet ist, dass sie einen selektiven Durchtritt eines oder mehrerer gewünschter Gase ermöglicht.In addition, the sensor module 400 has a peripheral side wall 420 which connects the second substrate 30 to the first substrate 10 . The peripheral side wall 420 can be made of a photoresist such as SU8 and have openings 420.1 for the passage of one or more gases to be analyzed from the environment into the sensor module 400. The openings 420.1 can optionally only be present in one area, for example only in one of the four partial side walls of the side wall 420, so that the gas or gases can only penetrate into the sensor module 400 from this side. However, the openings can also be continuous in all areas of the side wall 420, so that the gas or gases can penetrate into the sensor module 400 from any direction. Provision can also be made for the openings 420.1 to be covered by a membrane which is designed in such a way that it allows one or more desired gases to pass through selectively.

Das in 4 gezeigte Sensormodul 400 hat die Größe 1 mm × 1 mm und enthält 12 × 12 = 144 Elektronenemitter. Die Elektronenemitter haben eine Grundfläche mit einem Durchmesser von ca. 280 µm und sind um ca. 750 µm entlang einer Reihe voneinander beanstandet. Generell kann die Größe des Sensors in einem Bereich zwischen 0,5 mm x 0,5 mm und 2 mm x 2mm oder größer liegen. Ebenso kann die Anzahl der Elektronenemitter in einem Bereich zwischen 50 und 200 oder mehr liegen. Der Durchmesser der Grundfläche der Elektronenemitter kann zwischen 50 µm und 400 µm betragen und ihr Abstand voneinander kann in einem Bereich zwischen 200 µm und 1000 µm liegen.This in 4 The sensor module 400 shown has the size 1 mm × 1 mm and contains 12 × 12 = 144 electron emitters. The electron emitters have a base with a diameter of about 280 µm and are spaced apart by about 750 µm along a row. Generally, the size of the sensor can range from 0.5mm x 0.5mm to 2mm x 2mm or larger. Likewise, the number of electron emitters can range from 50 to 200 or more. The diameter of the base area of the electron emitters can be between 50 μm and 400 μm and their distance from one another can be in a range between 200 μm and 1000 μm.

Das Sensormodul kann mit einem kleinen Steuer- oder Controllerchip verbunden werden, welcher einerseits die elektrischen Potentiale bereitstellt, insbesondere eine variable Spannungsrampe liefert, und andererseits mittels der Strom-Messeinrichtung den Stromfluss durch das Modul misst. Zusätzlich kann eine Speichereinrichtung vorhanden sein, um die gemessenen Daten zu speichern. Controllerchip wie Speichereinrichtung können in dem ersten und/oder dem zweiten Substrat integriert sein, womit ein vollständig in Silizium integriertes Sensormodul bereitgestellt wird.The sensor module can be connected to a small control or controller chip, which on the one hand provides the electrical potentials, in particular a variable voltage ramp, and on the other hand measures the current flow through the module using the current measuring device. In addition, a memory device can be present to store the measured data. The controller chip as well as the memory device can be integrated in the first and/or the second substrate, whereby a sensor module that is completely integrated in silicon is provided.

5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gas- oder Druck-Sensormoduls. 5 shows a flow chart to illustrate a method for manufacturing a gas or pressure sensor module.

Das Verfahren 500 gemäß 5 umfasst das Bereitstellen eines ersten Substrats, welches einen oder mehrere auf einer Hauptoberfläche ausgebildete Elektronenemitter aufweist (510), das Bereitstellen eines zweiten Substrats (520), das Bereitstellen eines ersten Beschleunigungsgitters (530), und das Anordnen des ersten Substrats, des zweiten Substrats und des ersten Beschleunigungsgitters relativ zueinander derart dass die Elektronenemitter dem zweiten Substrat gegenüber stehen und das erste Beschleunigungsgitter zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet ist (540).The method 500 according to 5 comprises providing a first substrate having one or more electron emitters formed on a major surface (510), providing a second substrate (520), providing a first accelerator grid (530), and arranging the first substrate, the second substrate and of the first acceleration grid relative to each other such that the electrons emitters face the second substrate and the first acceleration grid is disposed between the first substrate and the second substrate (540).

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß 5 wird das erste Beschleunigungsgitter dadurch bereitgestellt, indem auf einer Hauptoberfläche des ersten oder des zweiten Substrats eine Struktur geformt wird, welche das erste Beschleunigungsgitter enthält. Eine derartige Struktur kann beispielsweise eine Isolationsschicht enthalten, die auf dem ersten oder zweiten Substrat abgeschieden wird. Auf die Isolationsschicht wird dann eine metallische Schicht abgeschieden und anschließend werden Durchgangslöcher in die metallische Schicht und die darunter liegende Isolationsschicht geformt. In dem Fall dass die Elektronenemitter auf dem ersten Substrat ausgebildet werden, werden die Durchgangslöcher oberhalb der Elektronenemitter geformt.According to an embodiment of the method according to 5 For example, the first acceleration grid is provided by forming a structure containing the first acceleration grid on a main surface of one of the first and second substrates. Such a structure may include, for example, an insulating layer deposited on the first or second substrate. A metallic layer is then deposited on top of the insulating layer and vias are then formed in the metallic layer and the underlying insulating layer. In case the electron emitters are formed on the first substrate, the through holes are formed above the electron emitters.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß 5 wird ein zweites Beschleunigungsgitters bereitgestellt und zwischen dem ersten Substrat und dem ersten Beschleunigungsgitter angeordnet. Das zweite Beschleunigungsgitter kann dadurch bereitgestellt werden, indem auf der Hauptoberfläche des zweiten oder des ersten Substrats eine Struktur geformt wird, welche das zweite Beschleunigungsgitter enthält. Das Formen dieser Struktur kann in der gleichen Weise erfolgen, wie es oben bezüglich der Formung des ersten Beschleunigungsgitters beschrieben wurde.According to an embodiment of the method according to 5 a second accelerator grid is provided and disposed between the first substrate and the first accelerator grid. The second acceleration grid can be provided by forming a structure containing the second acceleration grid on the main surface of the second or the first substrate. The shaping of this structure can be done in the same manner as described above with respect to the shaping of the first accelerator grid.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß 5 weist das Verfahren ferner das Bereitstellen einer umlaufenden Seitenwand auf, welche Öffnungen für den Durchtritt eines oder mehrerer zu analysierender Gase aus der Umgebung in das Sensormodul aufweist. Diese Öffnungen können wahlweise in die gesamte Seitenwand oder nur in Teilbereiche der Seitenwand, wie etwa eine der vier Teilwände der Seitenwand, geformt werden. Die Öffnungen können durch eine Membran abgedeckt werden, welche so ausgebildet ist, dass sie einen selektiven Durchtritt eines oder mehrerer gewünschter Gase ermöglicht. Die umlaufende Seitenwand kann das erste Substrat mit dem zweiten Substrat verbinden.According to an embodiment of the method according to 5 the method further includes providing a peripheral sidewall having openings for passage of one or more gases to be analyzed from the environment into the sensor module. These openings can optionally be formed in the entire sidewall or only in portions of the sidewall, such as one of the four subwalls of the sidewall. The openings may be covered by a membrane configured to allow selective passage of one or more desired gases. The peripheral sidewall can connect the first substrate to the second substrate.

6 umfasst die 6A und 6B und zeigt seitliche Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gas- oder Druck-Sensormoduls. 6 includes the 6A and 6B and FIG. 12 shows cross-sectional side views illustrating a method of manufacturing a gas or pressure sensor module.

6A zeigt eine Situation kurz vor Fertigstellung eines Sensormoduls auf der Basis des in der 3 gezeigten Sensormoduls 300. Auf dem ersten Substrat 10 mit der leitfähigen Schicht 11 sind die Elektronenemitter 20, das erste Beschleunigungsgitter 241 und die Isolationsschicht 70 aufgebracht worden. Die Herstellung kann mittels klassischen Lithographie- Verfahren erfolgen. Des Weiteren ist dem ersten Substrat 10 bzw. auf der leitfähigen Schicht 11 die umlaufende Seitenwand 420 aufgebracht worden. Die Seitenwand 420 kann aus einem Photolack wie SU8 hergestellt sein und kann Durchgangslöcher für den Durchtritt von einem oder mehreren Gasen aufweisen. Auf dem zweiten Substrat mit der leitfähigen Schicht 31 ist das zweite Beschleunigungsgitter 242 und die Isolationsschicht 60 aufgebracht worden. 6A shows a situation shortly before the completion of a sensor module based on the 3 shown sensor module 300. On the first substrate 10 with the conductive layer 11, the electron emitter 20, the first acceleration grid 241 and the insulation layer 70 have been applied. The production can take place by means of classic lithographic processes. Furthermore, the peripheral side wall 420 has been applied to the first substrate 10 or to the conductive layer 11 . The sidewall 420 may be made of a photoresist such as SU8 and may have through holes for the passage of one or more gases. The second acceleration grid 242 and the insulation layer 60 have been applied to the second substrate with the conductive layer 31 .

6B zeigt die Situation nach Befestigen des zweiten Substrats 30 an der umlaufenden Seitenwand 420, was beispielsweise durch Kleben erfolgen kann. Als Resultat erhält man ein Sensormodul, bei welchem erstes und zweites Substrat durch die umlaufende Seitenwand 420 miteinander verbunden sind. 6B shows the situation after the second substrate 30 has been attached to the peripheral side wall 420, which can be done, for example, by gluing. The result is a sensor module in which the first and second substrates are connected to one another by the peripheral side wall 420 .

7 umfasst die 7A bis 7D und zeigt seitliche Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines Gas- oder Druck-Sensormoduls. Dieses Verfahren könnte man auch als „bottomup-Herstellung“ des Sensormoduls bezeichnen. 7 includes the 7A until 7D and FIG. 12 shows cross-sectional side views illustrating another method of manufacturing a gas or pressure sensor module. This process could also be described as “bottom-up production” of the sensor module.

7A zeigt eine Situation kurz nach Fertigstellung des unteren ersten Substrataufbaus mit dem ersten Substrat 10, der leitfähigen Schicht 11, den Elektronenemittern 20, des ersten Beschleunigungsgitters 241 und der Isolationsschicht 70. Das rechte Teilbild zeigt eine Draufsicht, in welcher man die matrixförmige Anordnung der Durchgangsöffnungen durch die metallische Schicht des ersten Beschleunigungsgitters 241 und durch die Isolationsschicht 70 und die in den Durchgangsöffnungen angeordneten Elektronenemitter 20 erkennen kann. 7A shows a situation shortly after completion of the lower first substrate structure with the first substrate 10, the conductive layer 11, the electron emitters 20, the first acceleration grid 241 and the insulation layer 70 the metallic layer of the first acceleration grid 241 and through the insulating layer 70 and the electron emitters 20 arranged in the through holes.

7B zeigt ein Zwischenprodukt nach Aufbringen einer Photoresistschicht 710, vorzugsweise aus einem Material wie PMGI, welches nicht mit dem Photoresist der später aufzubringenden Photoresistschicht reagiert. Die Photoresistschicht 710 könnte zu diesem Zweck mit UV-Licht bestrahlt werden, damit ihre obere Schicht vernetzt und somit nicht mit dem späteren Photoresist reagieren kann. 7B 12 shows an intermediate product after application of a photoresist layer 710, preferably made of a material such as PMGI, which does not react with the photoresist of the photoresist layer to be applied later. For this purpose, the photoresist layer 710 could be irradiated with UV light so that its upper layer is crosslinked and thus cannot react with the subsequent photoresist.

7C zeigt ein Zwischenprodukt nach der Herstellung des zweiten Beschleunigungsgitters durch Aufbringen einer metallischen Schicht 720 auf die Photoresistschicht 710, danach Aufbringen einer Isolationsschicht, danach Aufbringen der Kollektorelektrodenschicht 740 und anschließend Aufbringen einer Deckschicht 750 aus einem Photoresist wie SU8. Die Deckschicht 750 weist eine obere horizontale Schicht sowie eine mit dieser verbundene umlaufende Seitenwandschicht auf. 7C Figure 12 shows an intermediate product after fabricating the second accelerator grid by depositing a metallic layer 720 over the photoresist layer 710, then depositing an insulating layer, then depositing the collector electrode layer 740, and then depositing a cap layer 750 of a photoresist such as SU8. The cover layer 750 has a top horizontal layer and a peripheral sidewall layer connected thereto.

7D zeigt ein Produkt nach der Entfernung der Photoresistschicht 710. In die umlaufende Seitenwandschicht können Durchgangsöffnungen 750.1 für den Durchtritt eines Gases oder mehrerer Gase geformt werden. Im rechten Teilbild sieht man eine Draufsicht auf das Produkt, aus der man erkennen kann, dass die Durchgangsöffnungen 750.1 nur in die longitudinalen Abschnitte der umlaufenden Seitenwandschicht geformt wurden. 7D 1 shows a product after the removal of the photoresist layer 710. Through openings 750.1 for the passage of one or more gases can be formed in the peripheral side wall layer. In the right part of the image you can see a top view of the product, from which you can see that the through openings 750.1 were only formed in the longitudinal sections of the peripheral side wall layer.

8 umfasst die 8A und 8B und veranschaulicht, wie ein Gas- oder Druck-Sensormodul gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Mehrzahl verschiedener Gase gleichzeitig messen kann. 8th includes the 8A and 8B and illustrates how a gas or pressure sensor module according to the present disclosure can measure a plurality of different gases simultaneously.

8A zeigt beispielhaft schematisch, wie ein Sensormodul gemäß der vorliegenden Offenbarung die Konzentration der drei verschiedenen Gase N2, O2 und CO2 messen kann. Die Flugrichtung der Elektronen ist von links nach rechts und Stoßprozesse zwischen den Elektronen und den verschiedenen Molekülen sind symbolhaft dargestellt. Lediglich beispielhaft wurde in dieser Darstellung angenommen, die Anregungsenergien der drei Moleküle würden 4eV wurde das N2-Molekül, 5eV für das O2-Molekül und 6eV für das CO2-Molekül betragen. 8A FIG. 12 schematically shows, by way of example, how a sensor module according to the present disclosure can measure the concentration of the three different gases N2, O2 and CO2. The direction of flight of the electrons is from left to right and collision processes between the electrons and the various molecules are symbolically represented. It was assumed in this representation, purely as an example, that the excitation energies of the three molecules would be 4eV for the N2 molecule, 5eV for the O2 molecule and 6eV for the CO2 molecule.

8B zeigt demgemäß ein Messergebnis, wie es sich theoretisch bei dieser Konstellation der Anregungsenergien ergeben könnte. Man erhält Anregungspeaks bei den Spannungen 4V, 5V und 6V, wobei die Höhe der Peaks proportional zu der Gas-Konzentration des jeweiligen Moleküls ist. Die Summe aus diesen Peakhöhen ist wiederum proportional zu dem Gesamtdruck des Gasgemischs im Sensormodul. Somit erklärt sich auch, warum das Sensormodul der vorliegenden Offenbarung als Gas- oder Druck-Sensormodul eingesetzt werden kann. 8B shows a measurement result that could theoretically result from this constellation of excitation energies. Excitation peaks are obtained at the voltages of 4V, 5V and 6V, the height of the peaks being proportional to the gas concentration of the respective molecule. The sum of these peak heights is in turn proportional to the total pressure of the gas mixture in the sensor module. This also explains why the sensor module of the present disclosure can be used as a gas or pressure sensor module.

BEISPIELEEXAMPLES

Im Folgenden werden Vorrichtungen und Verfahren gemäß der Offenbarung anhand von Beispielen erläutert.Devices and methods according to the disclosure are explained below using examples.

Beispiel 1 ist ein Gas- oder Druck-Sensormodul, welches aufweist ein erstes Substrat, einen oder mehrere auf einer Hauptoberfläche des ersten Substrats ausgebildete Elektronenemitter, ein zweites Substrat, und ein erstes Beschleunigungsgitter, welches zwischen der Mehrzahl von Elektronenemittern und dem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei dem ersten Substrat, dem zweiten Substrat und dem ersten Beschleunigungsgitter elektrische Potentiale zuführbar sind, und wobei das Sensormodul für die Aufnahme von einem oder mehreren Gasen in einem räumlichen Bereich zwischen den Elektronenemittern und dem zweiten Substrat ausgebildet ist.Example 1 is a gas or pressure sensor module including a first substrate, one or more electron emitters formed on a main surface of the first substrate, a second substrate, and a first accelerating grid disposed between the plurality of electron emitters and the second substrate , wherein the first substrate, the second substrate and the first acceleration grid can be supplied with electrical potentials, and wherein the sensor module is designed for receiving one or more gases in a spatial area between the electron emitters and the second substrate.

Beispiel 2 ist ein Sensormodul nach Beispiel 1, welches ferner aufweist eine Leistungsversorgung, durch welche die elektrischen Potentiale bereitgestellt werden.Example 2 is a sensor module according to Example 1, which further comprises a power supply, through which the electrical potentials are provided.

Beispiel 3 ist ein Sensormodul nach Beispiel 1 oder 2, bei welchem die elektrischen Potentiale derart einstellbar sind, dass von den Elektronenemittern emittierte Elektronen in Richtung auf das erste Beschleunigungsgitter beschleunigt werden, und in Richtung vom ersten Beschleunigungsgitter auf das zweite Substrat abgebremst werden.Example 3 is a sensor module according to Example 1 or 2, in which the electric potentials can be adjusted such that electrons emitted by the electron emitters are accelerated in the direction of the first acceleration grid and decelerated in the direction from the first acceleration grid to the second substrate.

Beispiel 4 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, bei welchem ein durch das Sensormodul fließender elektrischer Strom durch eine Strom-Messeinrichtung messbar ist.Example 4 is a sensor module according to one of the previous examples, in which an electric current flowing through the sensor module can be measured by a current measuring device.

Beispiel 5 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, welches ferner aufweist eine erste leitfähige Schicht, welche auf dem ersten Substrat bereitgestellt ist und welcher eines der elektrischen Potentiale zuführbar ist.Example 5 is a sensor module according to one of the previous examples, which further has a first conductive layer which is provided on the first substrate and to which one of the electrical potentials can be supplied.

Beispiel 6 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, welches ferner aufweist eine zweite leitfähige Schicht, welche auf dem zweiten Substrat bereitgestellt ist und welcher eines der elektrischen Potentiale zuführbar ist.Example 6 is a sensor module according to one of the previous examples, which further has a second conductive layer which is provided on the second substrate and to which one of the electrical potentials can be fed.

Beispiel 7 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, bei welchem das erste Substrat und/oder das zweite Substrat eines aus einer Gruppe enthaltend ein Halbleitersubstrat, ein siliziumbasiertes Substrat, ein Glassubstrat und ein Keramiksubstrat ist.Example 7 is a sensor module according to any of the previous examples, in which the first substrate and/or the second substrate is one of a group including a semiconductor substrate, a silicon-based substrate, a glass substrate and a ceramic substrate.

Beispiel 8 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, bei welchem das erste Beschleunigungsgitter von dem ersten Substrat oder von dem zweiten Substrat gehaltert wird.Example 8 is a sensor module according to any of the previous examples, in which the first accelerator grid is supported by the first substrate or by the second substrate.

Beispiel 9 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, welches ferner aufweist ein zweites Beschleunigungsgitter, welches zwischen den Elektronenemittern und dem ersten Beschleunigungsgitter angeordnet ist und welchem ein weiteres elektrisches Potential zuführbar ist.Example 9 is a sensor module according to one of the previous examples, which also has a second acceleration grid, which is arranged between the electron emitters and the first acceleration grid and to which a further electrical potential can be supplied.

Beispiel 10 ist ein Sensormodul nach Beispiel 9, bei welchem das weitere elektrische Potential derart einstellbar ist, dass von den Elektronenemittern Elektronen in Richtung auf das zweite Beschleunigungsgitter angezogen werden.Example 10 is a sensor module according to example 9, in which the further electrical potential can be set in such a way that electrons are attracted by the electron emitters in the direction of the second acceleration grid.

Beispiel 11 ist ein Sensormodul nach Beispiel 9 oder 10, bei welchem das zweite Beschleunigungsgitter von dem zweiten Substrat gehaltert wird.Example 11 is a sensor module according to Example 9 or 10, in which the second acceleration grid is supported by the second substrate.

Beispiel 12 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, bei welchem auf dem ersten und/oder dem zweiten Beschleunigungsgitter eine Schutzschicht aufgebracht ist.Example 12 is a sensor module according to one of the previous examples, in which a protective layer is applied to the first and/or the second accelerator grid.

Beispiel 13 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, bei welchem die Schutzschicht eine SiN- oder eine Ti-Schicht ist.Example 13 is a sensor module according to any of the previous examples, in which the protective layer is a SiN or a Ti layer.

Beispiel 14 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, bei welchem die Elektronenemitter auf der Hauptoberfläche des ersten Substrats regelmäßig, insbesondere matrixförmig, angeordnet sind.Example 14 is a sensor module according to one of the previous examples, in which the electron emitters are arranged regularly, in particular in the form of a matrix, on the main surface of the first substrate.

Beispiel 15 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, welches ferner aufweist ein oder mehrere Lichtdetektoren, mit welchen von dem einen oder den mehreren Gasen emittiertes Licht detektierbar ist.Example 15 is a sensor module according to one of the previous examples, which further comprises one or more light detectors with which light emitted by the one or more gases can be detected.

Beispiel 16 ist ein Sensormodul nach Beispiel 14, bei welchem die ein oder mehreren Lichtdetektoren auf dem ersten Substrat und/oder dem zweiten Substrat angeordnet und dem räumlichen Bereich zwischen den Elektronenemittern und dem zweiten Substrat zugewandt sind.Example 16 is a sensor module according to Example 14, wherein the one or more light detectors are disposed on the first substrate and/or the second substrate and face the spatial region between the electron emitters and the second substrate.

Beispiel 17 ist ein Sensormodul nach einem der vorherigen Beispiele, welches ferner aufweist eine umlaufende Seitenwand, welche das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbindet, und welche Öffnungen für den Durchtritt eines oder mehrerer zu analysierender Gase aus der Umgebung in das Sensormodul aufweist.Example 17 is a sensor module according to any of the previous examples, further comprising a peripheral side wall connecting the first substrate and the second substrate and having openings for the passage of one or more gases to be analyzed from the environment into the sensor module.

Beispiel 18 ist ein Sensormodul nach Beispiel 17, bei welchem die Öffnungen durch eine Membran abgedeckt sind, welche so ausgebildet ist, dass sie einen selektiven Durchtritt eines oder mehrerer gewünschter Gase ermöglicht.Example 18 is a sensor module according to Example 17 in which the openings are covered by a membrane configured to allow selective passage of one or more desired gases.

Beispiel 19 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gas- oder Druck-Sensormoduls, welches aufweist das Bereitstellen eines ersten Substrats, welches eine auf einer Hauptoberfläche ausgebildete Mehrzahl von Elektronenemittern aufweist, das Bereitstellen eines zweiten Substrats, das Bereitstellen eines ersten Beschleunigungsgitters, und das Anordnen des ersten Substrats, des zweiten Substrats und des ersten Beschleunigungsgitters relativ zueinander derart dass die Elektronenemitter dem zweiten Substrat gegenüber stehen und das erste Beschleunigungsgitter zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet ist.Example 19 is a method of manufacturing a gas or pressure sensor module, comprising providing a first substrate having a plurality of electron emitters formed on a major surface, providing a second substrate, providing a first accelerator grid, and arranging the the first substrate, the second substrate and the first acceleration grid relative to each other such that the electron emitters face the second substrate and the first acceleration grid is arranged between the first substrate and the second substrate.

Beispiel 20 ist ein Verfahren nach Beispiel 19, bei welchem das erste Beschleunigungsgitter dadurch bereitgestellt wird indem auf einer Hauptoberfläche des zweiten Substrats eine Struktur geformt wird, welche das erste Beschleunigungsgitter enthält.Example 20 is a method according to Example 19, in which the first acceleration grid is provided by forming a structure containing the first acceleration grid on a main surface of the second substrate.

Beispiel 21 ist ein Verfahren nach Beispiel 19 oder 20, welches ferner aufweist das Bereitstellen eines zweiten Beschleunigungsgitters und Anordnen des zweiten Beschleunigungsgitters zwischen dem ersten Substrat und dem ersten Beschleunigungsgitter.Example 21 is a method according to example 19 or 20, further comprising providing a second accelerator grid and disposing the second accelerator grid between the first substrate and the first accelerator grid.

Beispiel 22 ist ein Verfahren nach Beispiel 21, bei welchem das zweite Beschleunigungsgitter dadurch bereitgestellt wird indem auf der Hauptoberfläche des ersten Substrats eine Struktur geformt wird, welche das zweite Beschleunigungsgitter enthält.Example 22 is a method according to Example 21, in which the second acceleration grid is provided by forming a structure containing the second acceleration grid on the main surface of the first substrate.

Beispiel 23 ist ein Verfahren nach einem der Beispiele 19 bis 21, welches ferner aufweist das Bereitstellen einer umlaufenden Seitenwand, welche das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander verbindet und welche Öffnungen für den Durchtritt eines oder mehrerer zu analysierender Gase aus der Umgebung in das Sensormodul aufweist.Example 23 is a method according to any one of Examples 19 to 21, further comprising providing a peripheral side wall connecting the first substrate and the second substrate and having openings for the passage of one or more gases to be analyzed from the environment into the sensor module having.

Beispiel 24 ist ein Verfahren nach einem der Beispiele 19 bis 23, bei welchem mikromechanische Herstellungsverfahren eingesetzt werden.Example 24 is a method according to any one of Examples 19 to 23, in which micromechanical production methods are used.

Obwohl hier spezifische Ausführungsformen illustriert und beschrieben wurden, werden diejenigen, die sich in der Kunst gewöhnlich auskennen, es zu schätzen wissen, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Implementierungen können die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen, ohne dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung überschritten wird. Dieser Antrag soll alle Anpassungen oder Variationen der hier besprochenen spezifischen Ausführungsformen abdecken. Es ist daher beabsichtigt, dass diese Offenbarung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt wird.Although specific embodiments have been illustrated and described herein, those of ordinary skill in the art will appreciate that a variety of alternative and/or equivalent implementations may be substituted for the specific embodiments shown and described without departing from the scope of the present revelation is exceeded. This application is intended to cover any adaptations or variations of the specific embodiments discussed herein. Therefore, it is intended that this disclosure be limited only by the claims and their equivalents.

Claims

A gas or pressure sensor module (100) comprising: a first substrate (10); one or more electron emitters (20) formed on a main surface of the first substrate (10); a second substrate (30); and a first acceleration grid (40; 140) disposed between the plurality of electron emitters (20) and the second substrate (30); electrical potentials being able to be supplied to the first substrate (10), the second substrate (30) and the first acceleration grid (40; 140); and wherein the sensor module (100) for receiving one or more gases in a spatial Area between the electron emitters (20) and the second substrate (30) is formed.

Sensor module (100) after claim 1 , further comprising: a power supply (50) through which the electrical potentials are provided.

Sensor module (100) after claim 1 or 2 , in which the electrical potentials can be set in such a way that electrons emitted by the electron emitters (20) are accelerated in the direction of the first acceleration grid (40) and are decelerated in the direction of the first acceleration grid (40) onto the second substrate (30).

Sensor module (100) according to one of the preceding claims, in which an electric current flowing through the sensor module (100) can be measured by a current measuring device (51).

Sensor module (100) according to any one of the preceding claims, which further comprises: a first conductive layer (11) which is provided on the first substrate (30) and to which one of the electrical potentials can be fed.

Sensor module (100) according to any one of the preceding claims, which further comprises: a second conductive layer (31) which is provided on the second substrate (10) and to which one of the electrical potentials can be supplied.

Sensor module (100) according to one of the preceding claims, in which the first substrate (10) and/or the second substrate (30) is one from a group comprising a semiconductor substrate, a silicon-based substrate, a glass substrate and a ceramic substrate.

Sensor module (100) according to one of the preceding claims, in which the first acceleration grid (40; 140) is supported by the first substrate (10) or by the second substrate (30).

Sensor module (300) according to any one of the preceding claims, which further comprises: a second acceleration grid (242) which is arranged between the electron emitters (20) and the first acceleration grid (241) and to which a further electrical potential can be supplied.

Sensor module (300) after claim 9 , in which the further electrical potential can be set in such a way that electrons are attracted by the electron emitters (20) in the direction of the second acceleration grid (242).

Sensor module (300) after claim 9 or 10 wherein the second acceleration grid (242) is supported by the second substrate (30).

Sensor module (100) according to one of the preceding claims, in which a protective layer is applied to the first (241) and/or the second acceleration grid (242).

Sensor module (100) according to one of the preceding claims, in which the protective layer is a SiN or a Ti layer.

Sensor module (100) according to one of the preceding claims, in which the electron emitters (20) are arranged regularly, in particular in the form of a matrix, on the main surface of the first substrate (10).

Sensor module (100) according to any one of the preceding claims, which further comprises: one or more light detectors, with which light emitted by the one or more gases can be detected.

Sensor module (100) after Claim 14 wherein the one or more light detectors are arranged on the first substrate (10) and/or the second substrate (30) and face the spatial area between the electron emitters (20) and the second substrate (30).

Sensor module (400) according to any one of the preceding claims, which further comprises: a peripheral side wall (420) which connects the first substrate (10) and the second substrate (30) to one another and which has openings (420.1) for the passage of one or more gases to be analyzed from the environment into the sensor module (400).

Sensor module (100) after Claim 17 , in which the openings (420.1) are covered by a membrane which is designed in such a way that it allows a selective passage of one or more desired gases.

A method of manufacturing a gas or pressure sensor module, comprising: - providing a first substrate having a plurality of electron emitters formed on a major surface; - providing a second substrate; - providing a first acceleration grid; and - relatively arranging the first substrate, the second substrate and the first accelerator grid to each other such that the electron emitters face the second substrate and the first acceleration grid is arranged between the first substrate and the second substrate.

procedure after claim 19 wherein the first acceleration grid is provided by forming a structure containing the first acceleration grid on a main surface of the second substrate.

procedure after claim 19 or 20 further comprising: - providing a second accelerator grid and arranging the second accelerator grid between the first substrate and the first accelerator grid.

procedure after Claim 21 wherein the second acceleration grid is provided by forming a structure containing the second acceleration grid on the main surface of the first substrate.

Procedure according to one of claims 19 until 21 which further comprises: - providing a peripheral side wall which connects the first substrate and the second substrate to one another and which has openings for the passage of one or more gases to be analyzed from the environment into the sensor module.

Procedure according to one of claims 19 until 23 , in which micromechanical manufacturing processes are used.