DE3139617A1 - Gassensor und verfahren zu seiner hertellung - Google Patents
Gassensor und verfahren zu seiner hertellungInfo
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Description
Gassensor und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Anmeldung betrifft einen Halbleiter-Sensor zum Aufspüren und Messen der Konzentration eines Gases oder
Dampfes.
Die Feststellung und das Messen toxischer Gase ist ein wichtiges Problem in der Industrie. Einige Gase, beispielsweise Schwefelwasserstoff, sind extrem giftig und
es ist daher wichtig, eine Meßanordnung zu schaffen, welche zuverlässige Meßwerte für Konzentration bis herunter '
liefert. zu 1 bis 10 ppm (millionstel Teile) Es sind bereits eine
Anzahl von Meßanordnungen für toxische Gase beschrieben worden. Analysetechniken, wie Gaschromatographie und Absorption/Titration sind natürlich beide sehr genau und
zuverlässig bei diesen geringen Konzentrationen, besitzen aber den Nachteil, daß diese Einrichtungen unhandlich und
anfällig sind. Weiterhin ist die Ansprechzeit, die diesen Techniken eigen ist, verhältnismäßig lang und macht
sie daher für das Durchführen von Reihenmessungen ungeeignet. Um diese Nachteile zu umgehen, sind Halbleiter-
ZT/P3-Bö/Gn
05.10.1981
L. J. Rigby 1X
Gassensoren entwickelt worden. Sensoren dieser Art enthalten eine dünne Schicht eines halbleitenden Werkstoffes,
insbesondere eines Metalloxid, welche auf einem isolierenden Substrat angeordnet ist. Der Werkstoff hat die Eigenschaft,
daß sich sein elektrischer Widerstand bei Vorhandensein von Spuren eines toxischen Gases verändert; diese
Widerstandsänderung wird über einen Verstärker angezeigt. Obgleich solche Vorrichtungen tragbar sind und eine verhältnismäßig
schnelle Ansprechzeit aufweisen, besitzen sie dennoch den Nachteil, daß die derzeitigen Herstellungsverfahren
Vorrichtungen mit einer großen Spannweite von elektrischen Eigenschaften hervorbringen. Das bedingt verhältnismäßig
hohe Aufwendungen für Prüfeinrichtungen und Qualitätsüberwachung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gassensor zu schaffen, der bei gleichem oder im Prinzip gleichen
Aufbau für das Aufspüren von Gasen verwendet werden kann und außerdem preiswert herstellbar und klein ist, so
daß er auch in großen Mengen zu günstigen Bedingungen anwendbar ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
L. J. Rigby TX
Halbleiter-Sensor eine mittels Ionenplattierung auf einem isolierenden Substrat aufgebrachte halbleitende Metalloxid-Schicht
besitzt, deren spezifischer Widerstand der Konzentration des Gases oder Dampfes proportional ist.
Ionenplattierte halbleitende Schichten weisen einen hohen
Grad von Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit auf. Diese Technik erleichtert gleichfalls das Dotieren der halbleitenden
Schicht, um ein spezifisches Ansprechen auf ein bestimmtes Gas, wie Schwefelwasserstoff, zu erzielen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 27 enthalten, welche nachstehend anhand der
Figuren 1 bis 6 erläutert sind. Es zeigen:
Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines Halbleiter-Gas-Sensors
gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Sensor gemäß Fig. 1,
Fig. 3 das Blockschaltbild eines Gasfühlers mit dem Sensor gemäß Fig. 1 und
Fig. 4 schematisch eine Vorrichtung zum Ionenplattieren von Sensoren gemäß Fig. 1 und 2,
L. J.Rigby 1X ~ ^ ~ ήΐ
Fig. 5a in Draufsicht die aufeinanderfolgenden
n 1^* Herstellungsstufen einer anderen Ausfüh-5b
rungsform des Halbleiter-Gas-Sensor und
Fig. 6 eine Abwandlung der Anordnung gemäß den Figuren 5a und 5b, welche auf einen T08-Sockel
mit 12 Anschlüssen montiert ist.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, besitzt der Halbleiter-Gas-Sensor
ein isolierendes Substrat 11, beispielsweise Aluminiumoxid, auf welchem eine Anordnung von Edelmetall
Elektroden 12, 13 und 14 angebracht ist. Vorzugsweise werden Elektroden aus Gold oder Goldlegierungen verwendet,
weil diese Werkstoffe chemisch indifferent und verhältnismäßig einfach zu handhaben sind. Typische Möglichkeiten
zum Herstellen der Elektroden sind das Aufbringen einer Dickfilm-Flüssigkeit und anschließendes
Einbrennen oder Aufdampfen im Vakuum. Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Elektrodenanordnung aus einem Paar verhältnismäßig
kleiner Elektroden 12, 14 und einer längeren Elektrode 13 dazwischen.
Eine im wesentlichen U-förmige Widerstandsbahn 15 wird
als nächstes derart auf dem Substrat angebracht, daß die Enden der Bahn mit den Elektroden 12 und 14 Kontakt
erhalten und die längere Elektrode 13 zwischen, jedoch
5139617
— ιζ —
L.J.Rigby 1X
mit Abstand zu den Beinen des U angeordnet ist. Die Wider-Standsbahn
kann in konventioneller Technik dadurch hergestellt werden, daß Bahn mit einer leitenden Flüssigkeit
durch eine Maske gedruckt und anschließend eingebrannt wird.
Diese Anordnung wird danach mit einer ionenplattierten
Schicht 16 eines halbleitenden Metalloxids überzogen, das aus einem Hochfrequenzplasma abgeschieden wird, welches das
Metall in Dampfform zusammen mit einem Überschuß an oxidierendem Dampf und vorzugsweise einem oder mehreren Dotierungsstoffen
für die Einstellung der elektrischen Eigenschaften der Schicht 16 enthält. Der aktive Bereich der Anordnung
wird von dem Teil der Schicht 16, welche sich zwischen der längeren Elektrode 13 und der O-fÖrmigen Widerstandsbahn 15
gebildet.
erstreckt, Die Schicht 16 enthält vorzugsweise mit Aluminiumoxid dotiertes Zinnoxid, welches durch das Elektronenbombardement
einer 0,1 %igen Aluminiumlegierung von Zinn in einem Hochfrequenz-Sauerstoff-Plasma erzeugt wird. Das Zinn
und das Aluminium werden in dem Plasma oxidiert und bilden auf diese Weise ein dotiertes Zinnoxid auf jeder festen,
dem Plasma ausgesetzten Fläche. Es wurde festgestellt, daß eine solche Schicht zu Schwefelwasserstoff hochspezifisch
ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Rückseite des Substrats 11 mit einer Goldschicht überzogen, welche in der
Weise hergestellt wird, daß eine Goldflüssigkeit aufgestrichen
L.J. Rigby 1X
oder aufgedruckt wird, welche anschließend 10 Minuten lang bei 85O°C eingebrannt wird. Diese Schicht gestattet es, daß
das Substrat auf die Oberfläche eines geeigneten Halters, wie einen Dual-in-line (DIL) Halter 17 aufgelötet werden
kann. Die Elektroden 12, 13 und 14 der Anordnung können
dann mit entsprechenden äußeren Kontaktstiften 18 mit Hilfe
von durch Ultraschall angebondeten Kontaktdrähten verbunden werden.
Im Betriebszustand fließt ständig ein Strom aus einer Konstantstromquelle 31 (Fig. 3) über die Elektroden 12 und
14 durch die Widerstandsbahn, so daß die Anordnung und somit die Metalloxidschicht 16 auf einer erhöhten Temperatur
gehalten wird. Vorzugsweise wird der Strom derart gesteuert, so daß die Anordnung auf einer Temperatur von 280 C gehalten
wird, weil festgestellt wurde, daß die Anordnung bei dieser Temperatur eine kurze Ansprechzeit und eine große
Trennschärfe bei Schwefelwasserstoff besitzt. Der Widerstand der Metalloxidschicht zwischen der längeren Elektrode 13 und
der Widerstandsbahn wird über einen Verstärker 32 an einer äußeren Anzeigevorrichtung 33 dargestellt. Wird die Meßvorrichtung
einem Gas, beispielsweise Schwefelwasserstoff, ausgesetzt, so führt das zu einer Verminderung des Widerstandes
der Metalloxidschicht, wobei der Widerstandsabfall
der Konzentration des Gases proportional ist.
L.J.Rigby 1X
— ^7 ■—
Eine Vorrichtung für das Ionenplattieren der Metalloxidschicht ist in Fig. 4 gezeigt. Sie besitzt eine Vakuumkammer,
welche von einer Glasglocke 41 und einer Metallplatte 42 gebildet wird. Die Kammer wird durch das Rohr 43 evakuiert
und Reaktiongase werden durch das Rohr 44 zugeführt. Eine Elektronenkanone 45 ist in der Kammer angeordnet und
auf einen Metallkörper 46 gerichtet, dessen Oxid abgeschieden werden soll. Dieser Metallkörper 46 besteht beispielsweise
aus einer 0,1 %igen Aluminium-Zinn-Legierung. Die Hochfrequenzenergie wird vom Generator 48 über die
Elektrode 47 zugeführt.
Um die Oxidschicht zu erzeugen, wird die Kammer evakuiert
und anschließend mit Sauerstoff, welcher einen verminderten Druck besitzt, gefüllt. Der Generator 47 wird dann eingeschaltet,
damit er eine Glimmentladung oder ein Plasma erzeugt, in dem das Metall dann aus dem Körper 46 mittels eines
Elektronenstrahls verdampft. Der Metalldampf reagiert mit dem Sauerstoffplasma, und es wird eine Oxidschicht auf einer
Vielzahl von Werkstücken 49 abgeschieden, welche in einem Kreis υίτι den Metallkörper angeordnet sind. Um zu vermeiden,
daß nichtoxidiertes Metall auf den Werkstücken 49 abgeschieden wird, sollten diese wenigstens 50 mm von dem Metallkörper
entfernt sein und eine Lage einnehmen, welche nicht im Strahlungsbereich des Elektronenstrahls liegt. Bei einem
Ausführungsbeispiel wird ein Elektronenstrahlstrom von 70 mA
L.J. Rigby 1X
bei einem Sauerstoffdruck von 10 Torr während einer Zeitspanne
von 20 min verwendet. Das führt zu einer Schichtdik-
o ke von 1000 bis 3000 A.
Die Ausführungsformen gemäß Fig. 5a und 5b weisen eine andere
Heizeranordnung auf als die Ausführungsform gemäß
Fig. 1 und 2. Der Halbleiter-Gas-Sensor besitzt ein isolierendes Substrat 5.O, beispielsweise aus Aluminiumoxid,
auf dem zwei Edelmetallelektroden 51 und 52 angeordnet sind. Beispielsweise bestehen die Elektroden aus Gold und
sind aus einer Dickfilmflüssigkeit erzeugt, welche anschließend eingebrannt wird. Der Heizstreifen 53, der beispielsweise
aus der Dickfilmflüssigkeit Dupont 1411 erzeugt wurde, wird in der Weise auf dem Substrat 50 hergestellt,
daß die gegenüberliegenden Enden die Elektroden 51 und 52 kontaktieren, und anschließend eingebrannt. Danach wird in
Dickfilmtechnik eine dielektrische Glasschicht 54 aufgebracht, welche den Heizstreifen 53 und die Elektroden mit
Ausnahme der Anschlußflächen 55 bedeckt und eingebrannt wird. Danach werden die Elektroden 56, 57, 58 auf der dielek
trischen Schicht 54 erzeugt, so daß sie sich oberhalb des Heizstreifens 53 erstrecken. Diese Elektroden bestehen beispielsweise
aus Gold; sie sind in konventioneller Dickfilm-Technik aufgebracht und anschließend eingebrannt worden.
— ja, -
L.J. Rigby 1X
Die zentrale Elektrode 56 entspricht der längeren Elektrode 13 in Fig. 1 und die Zwischenelektrode 57 entspricht der
VJiderstaridsbc'hn 15 in Fig. 1, um den Widerstand des Metalloxidfilms
zwischen der zentralen Elektrode 56 und der Zwischenelektrode 57 zu messen. Die äußere Elektrode 58 dient
als Schutzelektrode für die Abschirmung.
Die Rückseite des Substrates 50 ist mit einer Goldschicht
versehen, wie dies schon in Zusammenhang mit dem Substrat 11 beschrieben wurde, um das- Anlöten an der Oberfläche
eines geeigneten Halters zu erleichtern. Nach dem Befestigen an einem solchen Halter werden die Elektroden 51, 52, 57 und
58 elektrisch leitend mit entsprechenden Sockelstiften verbunden .
Eine ionenplattierte Schicht 60 aus einem halbleitenden
Metalloxid, beispielsweise ein mit Aluminiumoxid dotiertes Zinnoxid, wird dann in einem vorstehend bereits beschriebenen
Verfahren auf dem Substrat abgeschieden, um sämtliche Flächen und die bereits darauf befindlichen Schichten zu
bedecken. Der Sensorfilm kann aber auch auf dem Substrat erzeugt werden, bevor dieser an einem Halter befestigt
wird und .die elektrischen Anschlüsse hergestellt werden. In einem solchen Fall würde die Schicht 60 mit Hilfe einer
Maske hergestellt, so daß die elektrischen Anschlur.se an-
L.J. Rigby 1X
schließend an Teilflächen der Elektroden angeschlossen werden, welche nicht mit dem Sensorfilm versehen sind.
Fig. 6 enthält eine Abänderung gegenüber der Ausgestaltung,
gemäß Fig. 5a und 5.b dergestalt, daß die Elektroden 56, · 57 und 5 8 gegenüber Fig. 5b um 90 verdreht sind, um die
Montage auf einem T08-Sockel 59 mit zwölf Stiften zu erleichtern. Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 enthält auch
einen Thermistor 61. Bei diesem handelt es sich beispielsweise um einen Mikroperlen-Thermistor, welche in der Weise
auf der Oberfläche der Anordnung befestigt, daß die Glasperle teilweise in die dielektriache Dickfilm-Glasschicht
54 eingeschmolzen ist. Der Thermistor wird zur Temperatursteuerung verwendet, wodurch die Anordnung bei Umgebungstemperaturen
von -20 bis +30 C sehr genau betrieben werden kann. Der Thermistor dient dabei als Steuersensor für die
Stromversorgung des Heizers.
Die Verwendung eines isolierten Heizers mit geringem Widerstand, beispielsweise 10 Ω, gestattet die gleichmäßige
Erhitzung der Sensorschicht mit niedriger Spannung und geringem Energieverbrauch. Bei 20 C Umgebungstemperatur kann
bei 6 Volt mit 4 Watt eine Betriebstemperatur von 28O°C erreicht werden. Im Vergleich dazu werden bei der Anordnung
gemäß Fig. 1 4 Watt bei 12 Volt benötigt, weil ein Spannungs-
L.J. Rigby 1X .
abfall von 12 Volt an dem Heizer notwendig sind, um die
Betriebstemperatur von 280 C zu erreichen, und auch 12 Volt
für die Meßelektrode. Somit können aus Batterien gespeiste
Sensoren aufgebaut werden, welches von besonderer Bedeutung für die Verwendung von Sensoren in explosionsgefährdeten
Atmosphären und/oder an schwer zugänglichen Orten ist.
Die isolierende, dielektrische Dickfilmschicht 54, welche die Heizschicht 5 3 bedeckt, stellt eine wesentlich gleichmäßigere
Oberfläche für die darauf zu erzeugende Sensorschicht 60 dar als das Aluminiumoxid-Substrat bei der Ausfuhrungsform
gemäß Fig. 1. Dies erlaubt auch dünnere Sensorschichten.., bei-
spielsweise dünner als 500 A (50 nm), mit guter Haftfestigkeit,
Gleichmäßigkeit und stabilem spezifischen Widerstand in trockener Luft.
Die Geometrie der Dickfilm-Gold-Elektroden gestattet einen Stromfluß von der Niederspannungsquelle über die Sensorschicht
von 50 nm mit einem spezifischen Widerstand von
1 bis 10 Ω·ατ.~ . Der Widerstand des Sensors beträgt beispielsweise
10 ΜΩ oder weniger bei 280 C in trockener Luft, welcher auf 0.5 ΜΩ oder weniger abfällt, wenn der Sensor
Schwefelwasserstoff mit einer Konzentration von 10 ppm ausgesetzt wird.
Das Ionenplattieren von dotiertem Zinnoxid auf einem kal-
L.J. Rigby 1X
ten Substrat erzeugt eine Sensorschicht mit definierter Ungleichmäßigkeit. Die geringe Oberflächentemperatur verringert
die kinetische Oberflächenenergie der daranhängenden Atome und/oder Radikale, welches die Oberflächenbeweglichkeit
verkleinert und zu einer größtmöglichen Anzahl von örtlichen Dngleichmäßigkeiten der Oberfläche führt.
Auf diese Weise verbessert die Oberflächentemperatur während der Schichterzeugung die Anreicherung von Oberflächenteilen
für die Absorption von und die Reaktion mit dem Gas ohne Verschlechterung der Stabilität des Sensorwiderstandes.
Die vorstehend beschriebenen Sensoren besitzen eine ausgezeichnete
Empfindlichkeit für Schwefelwasserstoff bei Temperaturen von 28O0C.Das Ansprechen auf Schwefeldioxid ist im
allgemeinen um den Faktor Tausend geringer, und die relative Empfindlichkeit von Wasserstoff ist tausendmal geringer als
von Schwefelwasserstoff.
Die schnellste Reaktion auf und Erholung von Schwefelwasserstoff
wird bei Temperaturen um 280 C erzielt. Wenn die Betriebstemperatur
des Sensorfilm verringert wird, verschlechtern sich Empfindlichkeit, Ansprech- und Erholungszeit zunehmend.
Das Aufdampfen einer dünnen Platinschicht auf die Oberfläche des Sensors verbessert die Erholungszeit der
L.J. Rigby 1X
Anordnung bei niedrigen Temperaturen erheblich. Es wird
jedoch der Betrieb bei hohen Temperaturen bevorzugt, weil dadurch die Möglichkeit einer Feuchtigkeitsabsorpticn des
Sensors verhindert wird.
Bei Temperaturen höher als 280 C wird derSensor empfindlicher
für andere Schwefelverbindungen, wie Schwefeldioxid, so daß bei einer Abwesenheit von Schwefelwasserstoff und
bei 350 C eine ausreichende Erkennbarkeit für diese anderen Schwefelverbindungen in der Anwesenheit von brennbaren
Gasen, wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan und anderen Kohlenwasserstoffen, erzielt wird.
Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Fig. 4 wurden eine Reihe von Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 (No.A2 bis B6) Und
gemäß Fig. 6 (No. C1 bis C5) hergestellt. Jede Anordnung wurde elektrisch auf 28O°C erhitzt und der Widerstand in
Luft (Ro) und in Luft mit 10 ppm Schwefelwasserstoff (R10) gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle
zusammengestellt.
t , ist darin die Zeit, die benötigt; wird, um den Anfangs-
L.J. Rigby 1X
widerstand (Ro) zu halbieren, wenn der Sensor 10 ppm H„S
ausgesetzt wird.
Das beweist die Brauchbarkeit der vorstehend beschriebenen Gassensoren. Obgleich die beschriebenen Sensoren speziell
auf Schwefelwasserstoff bei 280 C ansprechen, wird unterstellt,
daß auch ein Ansprechen auf andere Gase erzielt werden kann, wenn andere Temperaturen verwendet werden und
beim Ionenplattieren andere entsprechende halbleitende Metalloxide für den aktiven Bereich verwendet werden.
Anordnung Schichtdicke
Ro (Mft)
RIO (Μ
o.
in
| Ro/RlO | RIO spez.Widerstand ϊπλ cm |
| 13.8 | . 0.11 |
| 8.5 | 0.15 |
| 23.8 | 0.50 |
| 33.3 | 0.74 |
| 28.9 | 0.59 |
| 28.4 * | 0.16 |
| 22.3 | 0.23 · |
| 23,4 | 0.12 |
| 20.1 | ' 0.13 |
| 6.5 | 0.11 |
| 9.9 | 0.07 |
| 22 | 6.2 |
| 37 | 3.1 |
| 30 | 4.1 |
| 17 | •11.4 |
| 25 | 3.9 |
?·. 2 A. 3 t:. 4 .5
Ϊ..6 B.l B.2 r. 3 E. 4 B.5
B.6 Cl C. 2 C.3 C.4
C.5
300-3000
1000-1200
Il Il Il Il Il
500
Il Il Il
Il
0.022
0.025
0.175
0.291
0.203
0.074
0.090
0.053
0.063
0.020
0.020
6.8
5.6
6.0
9.6.
4.5
0.0014
0.0020
0.0077
0.0098
0.0079
0.0045
0.0064
0.0032
0.0037
0.0031
0.0020
0.31
0.15
0.20
0.55
0.18
0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.9 0.8 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
Leerseite
Claims (27)
1. Halbleiter-Sensor zum Aufspüren und Messen der Konzentration
eines Gases oder Dampfes, dadurch gekennzeichnet, daß er eine mittels Ionenplattierung auf einem isolierenden
Substrat aufgebrachte halbleitende Metalloxid-Schicht besitzt, deren spezifischer· Widerstand der
Konzentration des Gases oder Dampfes proportional ist.
2. Halbleiter-Sensor zum Aufspüren und Messen der Konzentration eines Gases oder Dampfes,,
dadurch gekennzeichnet, daß
er ein isolierendes Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete Widerstands-Heizbahn, eine Elektrode in
der Nähe der Heizbahn und eine mittels Ionenplattierung erzeugte, wenigstens im Bereich zwischen der Elektrode
und der Heizbahn angeordnete halbleitende Metalloxid-Schicht besitzt, deren spezifischer Widerstand der
Konzentration des Gases oder Dampfes proportional ist.
ZT/P3-Bö/Gn ./·
05.1O.1981
L.J. Rigby 1X
3. Sensor nach Anspruch 2 r
dadurch gekennzeichnet, daß die Oxid-Schicht aus Zinnoxid besteht.
4. Sensor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oxid-Schicht mit Aluminiumoxid dotiert ist.
5. Sensor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Widerstands-Heizbahn aus einer eingebrannten leitenden Flüssigkeit erzeugt ist.
6. Sensor nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Substrat aus Aluminiumoxid besteht.
7. Sensor zum Aufspüren und Messen von Schwefelwasserstoff nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Aluminiumoxid-Substrat mit drei Elektro
den, einer im wesentlichen U-förmigen auf dem Substrat angeordneten und mit zwei Elektroden verbundenen
Widerstands-Heizbahn und einer ionenplattier-
L.J.Rigby 1X
ten, wenigstens im Bereich zwischen der dritten Elektrode
und der Widerstands-Heizbahn abgeschiedenen Schicht aus mit Aluminiumoxid dotierten Zinnoxid
besteht.
8. Sensor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
ο die Oxid-Schicht eine Dicke von 1000 bis 3000 A
besitzt.
9. Sensor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem isolierenden Substrat, einer auf dem
Substrat angeordneten Widerstands-Heizbahn, einer auf dem isolierenden Substrat angeordneten, die
Widerstands-Heizbahn bedeckenden dielektrischen Schicht, Elektroden an der Widerstands-Heizbahn,
zwei mit Abstand voneinander auf der dielektrischen Schicht angeordneten Elektroden, und einer ionenplattierten
halbleitenden, wenigstens im Bereich zwischen den Elektroden auf der dielektrischen Schicht angeordneten
Metalloxid-Schicht besteht, wobei die Oxidschicht von den beiden Elektroden kontaktiert und
derart ausgebildet ist, daß ihr spezifischer Widerstand , der Konzentration des Gases oder Dampfes proportional ist,
L.J.Rigby 1X
10. Sensor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Kontaktierung der Widerstands-Heizbahn zwei weitere auf dem Substrat angeordnete Elektroden vorgesehen
sind, zwischen denen sich die Widerstands-Heizbahn erstreckt.
11. Sensor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode als Streifenelektrode und eine weitere
Elektrode im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist, wobei die Streifenelektrode zwischen den Beinen
der U-förmigen Elektrode angeordnet ist.
12. Sensor nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine U-förmige Schirm-Elektrode vorhanden ist, zwischen
deren Beinen die beiden ersten Elektroden angeordnet sind.
13. Sensor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich einen Temperatursensor enthält, welcher
aus einem in der dielektrischen Schicht angeordneten Thermistor besteht.
L.J.Rigby 1X
14. Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stärke der Oxidschicht in der Größenordnung von 500 A liegt.
15. Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet', daß
auf der Oxidschicht eine Platinschicht angeordnet ist.
16. Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oxidschicht aus Zinnoxid besteht.
17. Sensor nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht mit Aluminiumoxid dotiert ist.
18. Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektroden aus einer eingebrannten leitenden Dickfilm-Flüssigkeit
bestehen.
19. Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß
L.J.Rigby 1X
die Heizbahn aus einer eingebrannten leitenden Dickfilm-Flüssigkeit
besteht.
20. Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß
die dielektrische Schicht aus einer eingebrannten dielektrischen Dickfilm-Flüssigkeit besteht.
21. Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Aluminiumoxid besteht.
22. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Gassensor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Elektrodenanordnung auf einem isolierenden Substrat hergestellt wird, danach eine Widerstands-Heizbahn
derart auf der Anordnung hergestellt wird, daß sie zwischen zwei Elektroden angeordnet ist und daß
schließlich mittels Ionenplattxerung eine halbleitende Metalloxidschicht derart auf dem Substrat erzeugt
wird, daß die Schicht wenigstens in einem Bereich zwischen einer weiteren Elektrode und der Widerstands-Heizbahn
vorhanden ist.
L.J".Rigby 1X
23. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Gassensor
nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Widerstands-Heizbahn auf dem isolierenden Substrat hergestellt wird, danach eine die Widerstands-Heizbahn
bedeckende dielektrische Schicht hergestellt wird, anschließend zwei Elektroden mit Abstand
voneinander nahe bei der Widerstands-Heizbahn hergestellt werden und schließlich eine halbleitende Metall
oxidschicht derart auf der dielektrischen Schicht ionenplattiert wird, daß diese Schicht wenigstens in
dem Bereich zwischen den beiden Elektroden und in Kontakt mit diesen vorhanden ist.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte und vierte mit Abstand voneinander angeordnete
Elektrode vor der Herstellung der Widerstands-Heizbahn auf dem Substrat hergestellt wird und die Widers
tandsh eizb ahn derart hergestellt wird, daß sie sich zwischen der dritten und vierten Elektrode erstreckt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25,
— ö —
L.J.Rigby 1X
dadurch gekennzeichnet, daß das ionenplattierte Metalloxid aus einem oxidierenden,
Metalldampf enthaltenden Plasma hergestellt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, daß der Metalldampf durch Verdampfung des Metalls zu Plasma
mittels eines Elektronenstrahls erzeugt wird.
27. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 22
bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß das Metall eine Aluminium-Zinn-Legierung ist.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8032248A GB2085166A (en) | 1980-10-07 | 1980-10-07 | Semiconductor gas sensor |
| GB8128955A GB2085168B (en) | 1980-10-07 | 1981-09-24 | Semiconductor gas sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE3139617A1 true DE3139617A1 (de) | 1982-08-12 |
Family
ID=26277126
Family Applications (1)
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| DE19813139617 Withdrawn DE3139617A1 (de) | 1980-10-07 | 1981-10-06 | Gassensor und verfahren zu seiner hertellung |
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- 1981-10-07 AU AU76105/81A patent/AU551712B2/en not_active Ceased
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