DE19960798C2 - Elektrisch beheizter Hochtemperaturgassensor - Google Patents
Elektrisch beheizter HochtemperaturgassensorInfo
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Abstract
Es wird ein Sensoraufbau mit kostengünstigen, einseitig kontaktierbaren Sensorchips vorgestellt, der trotz zweiseitiger Nutzung des Sensorsubstrates mittels der Verwendung von Durchkontaktierungen eine einseitige Kontaktierung erlaubt und gleichzeitig durch die Verwendung von Guard-Ring- oder Guard-Shield-Strukturen die Querbeeinflussung durch Leckströme verringert.
Description
Die Erfindung betrifft einen auf einem Substrat aufgebauten
Hochtemperaturgassensor, der bei Temperaturen bis 950°C be
trieben werden kann und dazu elektrisch beheizt wird. Auf ge
genüberliegenden Seiten eines solchen Sensors befinden sich
verschiedene Strukturen, die eine Heizungsstruktur und eine
Meßelektrodenstruktur.
Hochtemperaturgassensoren sind meist derart aufgebaut, daß
sich auf einem Substrat keramischen Materials auf der Ober-
und Unterseite verschiedene Strukturen befinden, wobei meist
eine Seite für die Bereitstellung der Einsatz- oder Betriebs
temperatur zuständig ist, also eine Heizung betrifft. Die an
dere Seite ist stellvertretend für den eigentlichen Sensor
und weist eine Meßelektrodenstruktur auf, die in Kontakt mit
einer gassensitiven Schicht steht. Dabei können verschieden
artige Meßprinzipien angewandt werden. Das zwischenliegende
Substrat dient nicht nur als Träger, sondern auch als Isola
tor. Ein derartig strukturierter Aufbau ist in erster Nähe
rung nicht mit den Problemen des Übersprechens, also der ge
genseitigen Beeinflussung von benachbart angesiedelten elekt
rischen Kreisen behaftet. Für eine Detektion kleiner Signal
änderungen hingegen sind von der Heizungsstruktur herrührende
Störsignale aufgrund der endlichen Isolation des Substrats
nicht mehr vernachlässigbar.
Aus EP 0 781 993 A1 ist ein Gassensor bekannt, eine Sensor
drift zu minimieren. Dazu ist er mit einer Abschirmelektrode
ausgestattet, welche als Äquipotentialfläche für das elektri
sche Feld über den Meßelektroden dient; die Abschirmelektrode
schirmt somit das elektrische Feld gegenüber dem Außenraum
vollständig ab. Die Abschirmelektrode weist keine elektri
schen Anschlüsse auf. Das elektrische Feld ist deshalb auf
den Bereich zwischen den Meßelektroden und der Abschirmelekt
rode beschränkt.
Da die Materialstärke des Substrats meist erheblich größer
ist als die entsprechenden Dimensionen der Strukturen auf dem
Sensor werden die Anschlüsse für die Ober- und Unterseite
meist auf der jeweiligen Seite angebracht, was einer zweisei
tigen Kontaktierung entspricht. Die zweiseitige Kontaktierung
sieht vor, daß sowohl das Heizsystem als auch das Detektions
system jeweils auf einer Seite des Substrats angebracht ist
und auch an dieser zugehörigen Seite mit Versorgungs- oder
Meßleitungen kontaktiert wird.
Dieses Vorgehen ist bezüglich der Kosten und der Optimierung
des für den Herstellungsprozeß kritischen Einbaus in ein Ge
häuse als ungünstig anzusehen. In Bezug auf eine kostengün
stige Herstellung von derartigen Gassensoren wird die Umstel
lung der bisherig zweiseitigen Kontaktierung vorgeschlagen.
Dies ermöglicht die Anbringung der elektrischen Anschlüsse
für die beschriebenen elektrischen Strukturen lediglich von
einer einzigen Seite des Sensortypaufbaus. Eine einseitige
Kontaktierung erfordert eine sog. Durchkontaktierung im Be
reich von Anschlußpads durch das Substrat hindurch, so daß
für ein auf einer Seite des Substrats aufgebrachtes System
eine Anschlußmöglichkeit für Versorgungs- oder Meßleitungen
auf der gegenüberliegenden Seite des gesamten Aufbaus vorhan
den ist. Somit ist eine einseitige Kontaktierung für beide
elektrischen Systeme in einem derartigen Hochtemperatur
gassensor gegeben.
Dabei ergeben sich jedoch zusätzlich Probleme hinsichtlich
einer gegenseitigen Beeinflussung der Potentiale des Heizsy
stems und des gassensitiven Detektionssystems die bei der
Herstellung einer Kontaktierungsmöglichkeit von einer Seite
nicht mehr durch die bei der zweiseitigen Kontaktierung vor
handene elektrische Isolation des isolierenden Substrats ge
trennt sind.
Bisher wurde versucht, einen einseitig kontaktierbaren Sen
soraufbau zu verwenden, bei dem Heiz- und Detektionsbereiche
nebeneinander angeordnet sind. Dies bedeutet eine Vergröße
rung der effektiven Substratfläche und damit eine Erhöhung
des Heizenergiebedarfs, sowie eine im allgemeinen schlechtere
Homogenität der Temperaturverteilung.
Ein anderer Lösungsansatz für eine einseitige Kontaktierung
sieht vor, daß die Heizelemente unter den Detektionselementen
(Meßelektroden) angebracht sind und daß beide durch ein Die
lektrikum, beispielsweise Siliziumdioxid, elektrisch getrennt
sind. Hierbei konnte jedoch keine ausreichende elektrische
Isolierung erreicht werden. Es traten sog. Pinholes auf, und
das Dielektrikum wies keine ausreichend hohe Isolationsfähig
keit auf.
Da durch die oben genannten Effekte eine ausreichende Genau
igkeit in meßtechnischer Hinsicht bisher nicht erreicht wer
den konnte, werden weiterhin Alternativen gesucht und bis da
hin die zweiseitige Kontaktierung eingesetzt. Diese zweisei
tige Kontaktierung ist jedoch insgesamt nicht kostengünstig,
führt zu erhöhten Ausfallraten und ist mit einer nicht opti
malen Herstellungszeit verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Probleme eines
elektrisch beheizten Hochtemperaturgassensors hinsichtlich
der gegenseitigen Beeinflussung von Systemen unterschiedli
cher Potentiale zu reduzieren.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombi
nation entsprechend Anspruch 1.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Strukturen
und Anschlußflächen der Heiz- und der Meßkreise dabei derart
gegenseitig abgeschirmt werden, daß ein Übersprechen, insbe
sondere eine Störung des Meßkreises durch das in der Regel
höhere Potential des Heizkreises, nicht erfolgt. Die Abschir
mung geschieht durch den Einsatz elektrisch leitender Ab
schirmstrukturen bei den beschriebenen Hochtemperaturgassen
soren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen ent
nommen werden.
Die Abschirmstrukturen, z. B. Guard-Shield- oder Ground-
Plain-Strukturen, werden bevorzugt auf ein Potential gelegt,
daß im Bereich des Potentials des Sensormeßkreises liegt. So
mit werden alle Potentialanhebungen und Ausgleichsströme, so
wie Beeinflussungen, die durch die endliche Isolationsfähig
keit des Substrats gegeben sind, deutlich vermindert.
Es können mehrere Abschirmstrukturen vorhanden sein, z. B.
eine Ground-Plain-Struktur zur Abschirmung der Meßelektroden
struktur gegenüber der Heizstruktur und zusätzlich Guard-
Shield-Strukturen zur Abschirmung der Meßelektrodenstruktur
gegenüber Durchkontaktierungen bei einseitiger Kontaktierung
des Gassensors.
Es ist insbesondere vorteilhaft, dieses Potential auf Masse
zu legen oder auf einen Minimalwert, Maximalwert bzw. auf ei
nen mittleren Wert des Potentialbereichs des Sensormeßkreises
zu legen.
Es ist auch günstig, wenn eine einseitige Kontaktierung von
zwei Seiten eines Sensors mittels Durchkontaktierung durch
das Substrat hindurch herstellbar ist. Durch die einseitige
Kontaktierung verringert sich die Isolationswirkung vor allem
im Bereich der Anschlußpads, da Strukturen auf der gleichen
Seite liegen und sehr eng benachbart sind. Durch Verwendung
von Abschirmstrukturen, insbesondere der Guard-Technologie,
wird die Beeinflussung von den Anschlußpads des Meßkreises
ferngehalten.
Es ist vorteilhaft, insbesondere bei einseitiger Kontaktie
rung, wenn mindestens eine Abschirmstruktur eine Guard-
Shield-Struktur ist. Da sich durch den Aufbau dieser Gassen
soren Guard Rings in der Regel nur schwer darstellen lassen,
werden sog. Guard Shields verwendet, die nicht in sich ge
schlossen sind. Die beiden Begriffe Guard Rings und Guard
Shields sind in der Fachliteratur gängige Begriffe, die am
zutreffendsten mit Abschirmring oder Abschirmschild übersetzt
werden können.
Falls Guard-Ring-Strukturen doch möglich sind, können diese
einzeln oder in Kombination mit Guard-Shield-Strukturen auf
treten. Guard-Shield- oder Guard-Ring-Strukturen werden vor
teilhaft als Abschirmelemente positioniert, so daß sie zwi
schen den Anschlußpads von unterschiedlichen Stromkreis ange
ordnet und auf entsprechendes Potential gelegt werden.
Offene Guard-Shield-Strukturen können untereinander verbunden
werden, wobei eine Hybridstruktur entstehen kann.
Falls eine Guard-Ring- oder eine Guard-Shield-Struktur nicht
an einem Massepotential, beispielsweise an einem Anschlußpad
für eine Heizungsstruktur angeschlossen wird, so kann sie mit
einem eigenen Anschlußpad versehen werden, wobei durch eine
selbständige Kontaktierung ein definiertes Potential abge
griffen werden kann.
Es ist auch vorteilhaft, eine Ground-Plain-Struktur zu ver
wenden, die flächig zwischen Heizstruktur und Substrat aufge
bracht ist. Der Begriff Ground Plain ist ein in der Fachlite
ratur gängiger Begriff, der am zutreffendsten mit Abschirmbo
den übersetzt werden kann. Durch die Ground-Plain-Struktur
wird insbesondere die Beeinflussung der Meßelektrodenstruktur
durch die Heizstruktur aufgrund der nicht idealen Isolierung
des Substrats reduziert, und zwar unabhängig von der Art der
Kontaktierung. Zur elektrischen Trennung von Ground-Plain-
Struktur und Heizungsstruktur sind diese durch eine elek
trisch isolierende Zwischenschicht getrennt.
Weil eine Nachbearbeitung des Substrats sehr aufwendig ist,
wird meist das Substrat mit einer Ground-Plain-Struktur be
schichtet, und auf diese wiederum die elektrisch isolierende
Zwischenschicht abgeschieden. Auf die Zwischenschicht wird
die Heizstruktur aufgebracht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zwischenschicht aus
einem hochtemperaturbeständigen und festen Material besteht,
insbesondere wenn es dem Substrat zur Vermeidung schädlicher
Risse thermomechanisch ähnelt. Bei Verwendung von Substraten
auf Keramik oder ein keramikähnlichem Material wird auch eine
analoge Bandbreite von Zwischenschichten bevorzugt. Besonders
wird dabei SiO2 (in allen Ausführungen wie polykristallin
oder als Quarz), Al2O3, SiC, Si3N4 oder Sialon bevorzugt. Das
Material kann, aber muß nicht, mit dem Substratmaterial iden
tisch sein.
Im folgenden werden anhand von schematischen, die Erfindung
nicht einschränkenden Figuren Ausführungsbeispiele beschrie
ben.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Hochtemperatursensoraufbau,
der Durchkontaktierungszonen aufweist und
zur einseitigen Kontaktierung geeignet
ist,
die Fig. 3 und 4 zeigen einen Sensoraufbau nach dem Stand
der Technik, wobei eine Kontaktierung
zweiseitig an der jeweiligen Struktur
vorgenommen wird,
Fig. 5 zeigt die Verwendung von Guard Shields im Sensor
aufbau,
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführung mit Guard-Shield-
Strukturen auf einer Sensorseite zur Elimination
von transversalen Leitfähigkeitskomponenten,
Fig. 7 zeigt die Verwendung einer Ground-Plain-Struktur
im Sensoraufbau,
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführung mit Ground-Plain-
Struktur
Fig. 9 zeigt eine Lage einer Ground-Plain-Struktur von
einer Sensorseite aus,
Fig. 10 zeigt eine Lage einer Ground-Plain-Struktur von
einer anderen Sensorseite aus.
Als Durchkontaktierungen werden allgemein ein oder mehrere
Löcher betrachtet, die beliebige Form aufweisen können. Diese
durch das Substrat hindurchgeführten Löcher dienen als elek
trische Verbindungen, wobei eine entsprechende elektrische
Leitfähigkeit hergestellt wird. Diese elektrische Leitfähig
keit kann durch Beschichtungen der Lochwände mit elektrisch
leitenden Materialien geschehen, wobei reine Metalle oder in
Trägermaterial gebundene Metalle eingesetzt werden können.
Die Füllung des Lochinneren mit gebrannten oder ursprünglich
pastösen Materialien ist ebenso möglich. Dabei werden Pasten
aus Binder und Leitpartikeln eingesetzt. Eine Kombination
beider Techniken ist vorteilhaft.
Der Nachteil der einseitigen Kontaktierung bei Hochtempera
turgassensoren besteht darin, daß gleichzeitig verschiedene
elektrische Potentiale auf kleinstem Raum nebeneinander lie
gen. Bei einem beschriebenen Hochtemperaturgassensor sind
dies die Heizungsanschlüsse und die Anschlüsse für die Wider
standsmessung durch die Meßelektrodenstruktur. Als Gründe für
die gegenseitige Beeinflussung sind die endliche elektrische
Isolation zu nennen. Dies trifft insbesondere für die Sub
stratoberfläche zu, die infolge von Prozessierungsschritten
zumindest bereichsweise amorphisiert sein kann und damit eine
höhere Leitfähigkeit aufweist als das Substratvolumen im In
neren. Somit besteht durch die Durchkonaktierungen und durch
die Prozessierung des Sensoraufbaus zunehmend die Gefahr des
Übersprechens von elektrischen Signalen in benachbarte elek
trische Kreise. Für die beschriebenen Sensoren bedeutet dies
z. B. daß beim Einsatz von halbleitenden Galliumoxiddünn
schichten der Heizkreis mit typischen Spannungen von 10 V den
Meßkreis mit typischen Spannungen von 0,5 V beeinflussen bzw.
stören kann.
Um diese Beeinflussungen weitgehend zu eliminieren, wurde die
Technologie der Guard Rings oder Guard Shields für die
Hochtemperaturgassensoren in modifizierter Weise eingesetzt.
Da sich durch den Aufbau derartiger Gassensoren Guard-Ring-
Strukturen oft nicht direkt übernehmen lassen, werden vor
zugsweise Guard-Shield-Strukturen verwendet, die in sich
nicht geschlossen sind. Die Guard-Shield- oder Guard-Ring-
Strukturen können ein- oder beidseitig aufgebracht werden,
wobei eine einseitige Kontaktierung des Sensors immer gegeben
sein sollte. Die Abschirmstrukturen werden nun auf ein Poten
tial gelegt, daß ungefähr dem Potential des Sensormeßkreises,
beispielsweise einem mittleren von 0,25 V bei einem maximalen
Bereich von 0 bis 0,25 V im Meßkreis entspricht. Somit werden
Potentialanhebungen, die durch die geringere Beabstandung von
sich beeinflussenden elektrischen Kreisen oder durch eine
Verringerung des Widerstandes des Substrats verursacht wurden
von den Anschlüssen für den Sensormeßkreis ferngehalten. Aus
diesem Grund wird das in Fig. 5 dargestellte zweite Hei
zungspad 6 auf Masse gelegt. Die über die Sensorpads 3, 4
durchgeführte Messung ist in einem diesem Potential nahegele
genen Bereich angesiedelt, so daß die Guard-Shield-Strukturen
7 an das Heizungspad 6 angeschlossen werden konnten.
Insgesamt können über die Sensorpads 3, 4 durchgeführte Mes
sungen, unabhängig vom eingesetzten Meßprinzip, mit signifi
kant reduzierter Störung durch benachbarte Potential und Si
gnale durchgeführt werden. Sollte diese Abschirmung nicht
ausreichen, so können beispielsweise vollständige Guard-Ring-
Strukturen integriert werden, oder es kann durch eine zusätz
liche Verwendung einer Ground-Plain-Struktur 11 eine weitere
Verbesserung erreicht werden. Zur Anpassung der Positionie
rung der Guard-Shield- und Guard-Ring-Strukturen hinsichtlich
ihrer optimalen Abschirmwirkung können diese unter oder über
der Heizungsstruktur oder der Meßelektrodenstruktur angeord
net werden. Damit sind sie mit zusätzlichen isolierenden
Schichten zu versehen und je nach Bedarf an ein vorgegebenes
Potential anzuschließen.
Die Fig. 3 und 4 stellen den bisherigen Sensorchipaufbau
mit zweiseitiger Kontaktierung dar. Die Leiterbahngeometrie
des Substrats wird auf der Vorderseite dargestellt durch eine
Interdigitalelektrodenstruktur zur Messung der elektrischen
Leitfähgikeit einer darüber oder darunter angesiedelten Sensorschicht
entsprechend Fig. 3. Die Rückseite des Sensorchi
paufbaus weist entsprechend Fig. 4 mäanderförmige Leiterbah
nen, beispielsweise aus Platin auf und stellt eine Heizungs
struktur 2 dar. Jede der beiderseitigen Strukturen verfügt
über erste und zweite Sensorpads 3, 4 und erste und zweite
Heizungspads 5, 6, die auch Anschlußflecken genannt werden.
Beide Strukturen sind auf dem Substrat 8 aufgebracht. Die
Kontaktierung erfolgt jeweils auf der zugehörigen Seite, also
zweiseitig.
Der Einsatz von Durchkontaktierungen oder Durchkontaktie
rungszonen kann zunächst eine einseitige Kontaktierung reali
siert werden. Dies ist in den Fig. 1 und 2 angedeutet, wo
bei wiederum auf dem Substrat 8 beidseitig Strukturen aufge
bracht sind, wie im Stand der Technik bekannt. Entsprechend
Fig. 1, der Darstellung der Vorderseite des Sensorchipauf
baus, wird eine Durchkontaktierung der ersten und zweiten An
schlußpads 3, 4 der Meßelektrodenstruktur 1 vorgenommen, so
daß entsprechend Fig. 2 die Durchkontaktierungen 10 für die
Sensorpads 3, 4 auf der Rückseite des Sensorchipaufbaus ent
sprechend Fig. 2 dargestellt werden. Somit lassen sich so
wohl die Heizungsstruktur 2 über das erste und zweite Hei
zungspad 5, 6 von dieser Rückseite 2 kontaktieren, als auch
das ersten und zweite Sensorpad 3, 4 der Meßelektrodenstruk
tur durch Zwischenschaltung der Durchkontaktierungen 10.
Fig. 5 zeigt ohne Darstellung von Durchkontaktierungen die
Rückseite eines Sensorchipaufbaus mit einer Heizungsstruktur
2, die ein erstes und ein zweites Heizungspad 5, 6 aufweist.
Von der Vorderseite sind entsprechend die Sensorpads 3, 4
durchkontaktiert, so daß wiederum die einseitige Kontaktie
rung realisiert ist. Somit liegen Anschlußelemente zweier
elektrischer Kreise nahe beieinander, die unterschiedliche
Potentiale aufweist. Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungs
form weist Guard-Shield-Strukturen 7, die die Heizungsstruk
tur 2 abschirmen von den Sensorpads 3, 4. Diese Guard-Shield-
Strukturen 7 sind in diesem Fall auf Masse gelegt, bzw. an
das zweite Heizungspad 6 angeschlossen. Der Ausdruck "Sensor
pad" ist stellvertretend für Anschlußflecken für den Meßkreis
bzw. die Meßelektrodenstruktur 1.
Die Fig. 6 zeigt eine Ausführung mit Guard-Shield-Strukturen
auf der Sensorseite zur Elimination der transversalen Leitfä
higkeitskomponente durch die Substratdicke. In diesem Fall
sind Durchkontaktierungszonen 9 für Guard-Shield-Strukturen
vorgesehen, so daß Guard-Shield-Strukturen auf der Vorder-
wie auf der Rückseite gleiches Potential aufweisen. Die dar
gestellte Interdigitalstruktur stellt die Meßelektrodenstruk
tur 1 dar, die ein erstes Sensorpad 3 und ein zweites Sensor
pad 4 aufweist. Die Meßelektrodenstruktur 1 mit den entspre
chenden Sensorpads ist annähernd vollständig mit Guard-
Shield-Strukturen umschlossen. Die in den dargestellten Sen
sorpads 3, 4 enthaltenen Durchkontaktierungszonen 10 ermögli
chen die Kontaktierung der Sensorpads 3, 4 von der Seite des
Sensoraufbaus, die der in Fig. 6 gezeigten Seite gegenüber
liegen.
Fig. 7 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen
Hochtemperatur-Gassensor mit Ground-Plain-Struktur 11 in Wan
nenform. Auf der Oberseite des Substrats 8 aus Al2O3 ist die
Meßelektrodenstruktur 1 mit den Sensorpads 3, 4 aufgebracht.
Bei einer herkömmlichen Aufbringung der Heizungsstruktur 2
auf der gegenüberliegenden Unterseite ergibt sich ein durch
die endliche elektrische Isolierung des Substrats 8 bedingtes
Störsignal an der Meßelektrodenstruktur 1, z. B. bei einer
Änderung der Heizspannung. Dieses Störsignal ist sehr hinder
lich zur Messung kleiner und kleinster Signaländerungen.
Auf die Unterseite ist teilweise eine elektrisch leitende
Ground-Plain-Struktur 11 aufgebracht, die vorzugsweise aus
einem temperaturbeständigen Metall wie Au, Pa, Pt, Pt-Rh-
Legierung etc. besteht. Die Ground-Plain-Struktur 11 kann in
Dünnschicht-Technologie aufgebracht werden, beispielsweise
mittels Sputtern oder CVD.
Die Unterseite des Sensors weist weiterhin eine Zwischen
schicht 12 auf, die nach der Ground-Plain-Struktur 11 aufge
bracht wird, und die die Unterseite des Sensors bedeckt. Die
se Zwischenschicht 12 ist elektrisch isolierend und wärmelei
tend. Sie kann aus demselben Material bestehen wie das Sub
strat 8 oder aus einem anderen geeigneten Material. Vorzugs
weise wird ein keramisches oder keramikähnliches Material
verwendet, hier: SiO2 (in verschiedenen Ausführungsformen wie
polykristallin oder gläsern möglich), aber auch z. B. Al2O3,
SiC, Si3N4 oder SiAlON.
Auf der Zwischenschicht 12 aufgebracht sind die Heizungs
struktur 2 sowie, bei einseitiger Kontaktierung, die Sensor
pads 3, 4. Die Ground-Plain-Struktur 11 überdeckt die Hei
zungsstruktur 2, aber nicht die Sensorpads 3, 4.
Zur Abschirmung auch kleinster Störfelder ist es vorteilhaft,
wenn die Ground-Plain-Struktur 11 die Heizungsstruktur 2 im
Sensor vollständig umgibt. Beispielsweise ist sie in dieser
Figur wannenförmig gestaltet, wodurch die Störfelder im Sen
sor in allen Richtungen abgeschirmt werden. Eine Realisierung
dieser Anordnung ist vergleichsweise aufwendig aufgrund der
Prozessierung der Seitenwände, beispielsweise durch Ätzen des
aufgewachsenen SiO2 und folgendes Einbringen des leitfähigen
Materials.
Die Ground-Plain-Struktur 11 ermöglicht es, die Detekti
onsempfindlichkeit eines Gassensoren zu steigern. Aufgrund
der Abschirmung kann ein dünneres Substrat 8 verwendet wer
den. Auch kann nun eine weitere Palette an Substratmateriali
en verwendet werden.
Durch die eliminierte Beeinflussung durch die Heizungsstruk
tur 2 ist eine verbesserte Auslesung der Sensordaten, insbe
sondere von Widerstandswerten im hochohmigen Bereich, mög
lich. So kann nun ein gassensitives halbleitendes Metalloxid,
dessen Grundwiderstand im Bereich von MΩ liegt, an der Meße
lektrodenstruktur 1 verwendet werden.
Die Ground-Plain-Struktur 11 wird an ein Potential ange
schlossen, das nach den gleichen Gesichtspunkten ausgewählt
wird wie bei Guard-Shield-Strukturen 7. Die Potentiale der
Abschirmstrukturen eines Gassensors müssen aber nicht gleich
sein.
Die Ground-Plain-Struktur 11 kann alleine oder in Verbindung
mit einer oder mehreren Guard-Shield-Strukturen 7 verwendet
werden.
Fig. 8 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine
weitere Ausführungsform eines Hochtemperatur-Gassensors mit
Ground-Plain-Struktur 11. Im Unterschied zu Fig. 7 weist
diese nun keine Seitenwände auf sondern ist, bis auf die
nicht dargestellten Anschlüsse, vollständig von der Zwischen
schicht 12 bedeckt. Dadurch kann es zwar zu einer verringer
ten Abschirmung kommen, aber vorteilhafterweise ist die Her
stellung einer solchen Ground-Plain-Struktur 11 einfach und
preiswert.
Fig. 9 zeigt in Aufsicht auf die Unterseite eines Gassensors
analog zu Fig. 2 die Überdeckungsfläche der Ground-Plain-
Struktur 11. Man erkennt, daß bei einer Projektion der Fläche
auf die Unterseite des Gassensors die Heizungsstruktur 2 und
die Heizungspads 5, 6 überdeckt sind.
Fig. 10 zeigt in Aufsicht auf die Oberseite des Gassensors
analog zu Fig. 9, daß die Meßelektrodenstruktur 1 durch die
Ground-Plain-Struktur 11 überdeckt wird. Die Durchkontaktie
rungen 10 sind nicht abgedeckt. Die Ground-Plain-Struktur 11
kann auch ganzflächig ausgeführt sein, z. B. bei zweiseitiger
Kontaktierung.
Claims (13)
1. Elektrisch beheizter Hochtemperaturgassensor, aufweisend
an einem Substrat (8) aufgebrachte Strukturen:
eine Messelektrodenstruktur (1) an einer Substratseite mit Anschlusspads,
eine Heizungsstruktur (2) an einer gegenüberliegenden Substratseite mit Anschlusspads,
mindestens eine ein- oder beidseitig aufgebrachte Ab schirmstruktur (7, 11) zur Abschirmung von Störpotentialen der Heizungsstruktur (2) gegenüber einem mit der Mess elektrodenstruktur (1) gebildeten Messkreis.
eine Messelektrodenstruktur (1) an einer Substratseite mit Anschlusspads,
eine Heizungsstruktur (2) an einer gegenüberliegenden Substratseite mit Anschlusspads,
mindestens eine ein- oder beidseitig aufgebrachte Ab schirmstruktur (7, 11) zur Abschirmung von Störpotentialen der Heizungsstruktur (2) gegenüber einem mit der Mess elektrodenstruktur (1) gebildeten Messkreis.
2. Hochtemperaturgassensor nach Anspruch 1, bei dem die Ab
schirmstruktur (7, 11) auf ein Potential gelegt ist, das ei
nem vorgegebenen Wert innerhalb des Potentialbereiches des
Meßkreises entspricht.
3. Hochtemperaturgassensor nach Anspruch 2, bei dem die Ab
schirmstruktur (7, 11) auf ein Potential gelegt ist, das dem
minimalen, mittleren oder maximalen Wert des Potentialberei
ches des Meßkreises entspricht.
4. Hochtemperaturgassensor nach Anspruch 2 oder 3, bei dem
die Abschirmstruktur (7, 11) auf Masse gelegt ist.
5. Hochtemperaturgassensor nach Anspruch 2, bei dem Durchkon
taktierungen für die Anschlußpads der Meßelektrodenstruktur
(1) oder der Heizungsstruktur (2) vorhanden sind.
6. Hochtemperaturgassensor nach einem der vorhergehenden An
sprüche, bei dem mindestens eine Abschirmstruktur (7, 11) eine
Guard-Shield-Struktur (7) ist.
7. Hochtemperaturgassensor nach Anspruch 6, bei dem geschlos
sene Guard-Ring-Strukturen vorhanden sind.
8. Hochtemperaturgassensor nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
bei dem die Guard-Shield-Strukturen (7) oder Guard-Ring-
Strukturen unter oder über der Meßelektrodenstruktur (1)
und/oder der Heizungsstruktur (2) isoliert verlegt sind.
9. Hochtemperaturgassensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
bei dem auf einer Seite des Substrats (8) befindliche Guard-
Shield-Strukturen (7) miteinander verbunden sind.
10. Hochtemperaturgassensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
bei dem die Guard-Shield-Strukturen (7) oder die Guard-Ring-
Strukturen mit jeweils eigenen Anschlußpads (9) versehen
sind.
11. Hochtemperaturgassensor nach einem der vorhergehenden An
sprüche, bei dem mindestens eine Abschirmstruktur (7, 11) eine
Ground-Plain-Struktur (11) ist.
12. Hochtemperaturgassensor nach Anspruch 11, bei dem die
Ground-Plain-Struktur (11) mindestens die Fläche der Hei
zungsstruktur (2) abdeckt.
13. Hochtemperaturgassensor nach Anspruch 11 oder 12, bei dem
die Ground-Plain-Struktur (11) mindestens durch eine Zwi
schenschicht (12) aus SiO2, Al2O3, SiC oder Si3N4 von der Hei
zungsstruktur (2) getrennt ist.
Priority Applications (1)
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