DE3308656A1 - Verfahren zur herstellung einer natriumionen sensitiven schicht - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer natriumionen sensitiven schicht

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Description

  • Beschreibung
  • "Verfahren zur Herstellung einer Natriumionen sensitiven Schicht" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Natriumionen sensitiven Schicht nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere eine Schicht, die bei einem ionensensitiven Feldeffekttransistor, der auch ISFET genannt wird, anwendbar ist.
  • Der ionensensitive Feldeffekttransistor (ISFET) ist ein Halbleiterbauelement zur Messung von Ionen in wässerigen Lösungen. Es besteht aus einem Feldeffekttransistor, dessen Gatemetailisierung durch eine Elektrolytlösung und eine darin eintauchende Bezugselektrode ersetzt ist Werden ionensensitive Materialien als dünne Schicht auf die Gateflächen des Transistors aufgebracht, so reagiert dieser selektiv auf bestimmte Ionen. Aus der Zeitschrift IEEE Transactions on Biomedical Engineering, BME-25 (1981), Seiten 184 bis 191, ist eine Natrium(Na)ionen-sensitive Schicht bekannt, zu deren Herstellung eine Lösung verwendet wird, die Orthokieselsäuretetraethylester, Aluminiumtributylat und Natriummethylat enthält. Diese Lösung wird durch Aufschleudern ("spin-on-Verfahren") auf ein entsprechendes ISFET-Halbleiterbauelement aufgebracht. Diese Lösung hat den Nachteil, daß die erwähnten chemischen Bestandteile so stark hygroskopisch sind, daß deren gewerblicher Einsatz unwirtschaftliche Sicherheits- und/oder Vorsichtsmaßnahmen erfordert. Aus der Zeitschrift Biophys.
  • Journal, Vol. 2, (1962), Seiten 259 bis 323, sind weiterhin Natrium-Aluminium-Silikatgläser bekannt, deren Selektivität gegenüber Natrium zunimmt, wenn der Aluminiumgehalt des Glases steigt, bei gleichbleibendem Si-Gehalt. Eine dort angegebene -vorteilhafte Na-sensitive Schicht enthält 25 Gew.% Na, 25 Gew.% Al und 50 Gew.% Si. Eine derartig zusammengesetzte Schicht ist jedoch nicht herstellbar aus einer Lösung, die in einem Aufschleuderverfahren für Halbleiterbauelemente anwendbar ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßees Verfahren dahingehend zu verbessern, tiaß eine wirtschaftliche Herstellung einer für Na+-lonen empfindlichen Schicht ermöglicht, die insbeson<iere auf einem Halbleiterbauelement (ISFET) angebracht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Die Erfindung beruht auf einem Silizium-Aluminium-Ester mit der allgemeinen Form bei der R, R' Alkylgruppen bedeuten. Die angegebene Form des Esters bezeichnet lediglich eine durchschnittliche Zusammensetzung, da der Ester im allgemeinen nicht als einheitliche Substanz vorliegt. Es ist jedoch ein Verhältnis von Al zu Si von ungefähr 1 : 1 vorgegeben. Der Ester ist so stark hygroskopisch, daß die in der allgemeinen Raumluft vorhandene Luftfeuchtigkeit von ungefähr 50% relativer Feuchte ausreicht, um bei einem in der Halbleitertechnologie geläufigem Aufschleudervorgang ("spin-on-Verfahren") eine Schichtbildung zu bewirken. Diese Eigenschaften des Esters ermöglichen eine kostengünstige Herstellung einer NA-+tonensensitiven Schicht fiir einen -ISFET mit einer aufschleuderbaren Lösung ( spin-on -Lösung), die beispielsweise mit folgenden Substanzen angesetzt wird: 5ml Al-Si-Ester mit R = C 2H5 R'= C4H9 sek 0,13g Natrium 30 g Ethanol lml Polypropylenglycol Dabei dient das schwerflüchtige Lösungsmittel Polypropylenglycol als Weichmacher, der eine Verkrustung der aufgeschleuderten Schicht vermeidet. Nach dem Aufschleudern bei ungefähr 6000 U/min und einer Temperung bei ungefähr 10000C entsteht auf einem Halbleiterbauelement (ISFET) eine ungefähr 75nm dicke Schicht-, die ungefähr 22 Gewichtsprozent (Gew.%)Na20, 33 Gew.% Al203 und 45 Gew.% SiO2 enthält. Diese Zusammensetzung entspricht ungefähr dem Kationenverhältnis der angesetzten Lösung.

Claims (8)

  1. 'D 4 > í 4 .
    Patentansprüche t. Verfahren zur Herstellung einer Natriumionen sensitiven Schicht, die insbesondere auf einen ionensensitiven Feldeffekttransistor angebracht wird durch Aufschleudern einer Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lösung mindestens ein Aluminium-Silizium-Ester verwendet wird, welcher der Formel (RO) Si-O-A1(OR') entspricht, in der R, R' 3 2 voneinander verschiedene Alkylgruppen bedeuten, daß die Lösung Natriumionen enthält und daß nach dem Aufschleudern eine Temperung vorgenommen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aluminium-Silizium-Ester die Alkylgruppen R=C2H5 und R' = CqH (sek) verwendet werden.
  3. 49 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Natriummetall in wasserfreiem Alkohol gelöst wird, um Wasser in der Lösung zu vermeiden, daß die Lösung in einem wasserfreien Zustand gelagert wird und daß der Lösung während des Aufschleuderns dampfförmiges Wasser zugeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung ein schwerflüchtiges Lösungsmittel enthält, so daß eine Verkrustung der während des Aufschleuderns abgeschiedenen Schicht vermieden wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das schwerflüchtige Lösungsmittel Polypropylenglycol enthält.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschleudern bei Raumtemperatur vorgenommen wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufschleudern durch Temperung in einem Temperaturbereich von 8000C bis 12000C eine Schicht erzeugt wird, die ungefähr 22 Gew.% Na2O, 33 Gew.% Al203 und 45 Gew.% SiO2 enthält.
    23
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ISFET eine Schicht erzeugt wird, deren Dicke im Bereich von 20nm bis 200nm liegt.
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Biophys. Journal, Vol. 2(1962), S. 259-323 *
IEEE Transaction on Biomedical Engineeting, BME-25 (1981), S. 184-191 *

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