DE3743398A1 - Aufhaengung fuer eine sensoranordnung zum nachweis von gasen durch exotherme katalytische reaktionen - Google Patents
Aufhaengung fuer eine sensoranordnung zum nachweis von gasen durch exotherme katalytische reaktionenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Aufhängung für eine Sensoran
ordnung mit einem temperaturempfindlichen Halbleiterbau
element, das thermisch isoliert in einem Substrat enthalten
ist, zum Nachweis von Gasen durch exotherme katalytische
Reaktionen.
Es sind einige Gassensoren bekannt (siehe z. B.
DE 35 19 397 A1, English Electric Valve Company Limited,
GB: Datenblatt, S.J. Gentry, A. Jones: J. appl. Chem. Bio
technol. 1978, 28, 727, S.J. Gentry, T.A. Jones: Sensors
and Actuators, 4, (1983), 581, S.J. Gentry, P.T. Walsh:
Sensors and Actuators, 5 (1984), 229, F. Nuscheler: Proc. 2
international meeting on chemical sensors, 1986, p 235,
K. Hardtl, W. Kubler, J. Riegel: Sensoren-Technologie und
Anwendung NTG-Fachberichte 93, Bad Nauheim, 1986, 97), die
nach dem Prinzip der Wärmetönung funktionieren. Diese
Gassensoren enthalten ein temperaturempfindliches Bau
element, das thermisch von der Umgebung isoliert ist und
auf dessen Oberfläche ein Katalysator aufgebracht ist. An
der Oberfläche des Katalysators reagieren die nachzu
weisenden Gase z. B. mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft
katalytisch. Dabei wird Wärme freigesetzt, die zu einer
Erwärmung des Sensors führt. Diese Temperaturerhöhung des
Sensors wird mit dem temperaturempfindlichen Bauelement
gemessen.
Die Qualität dieser Gassensoren hängt entscheidend von der
Güte der thermischen Isolation von der Umgebung ab. Ist die
thermische Isolation des temperaturempfindlichen Bau
elements von der Umgebung ungenügend, so fließt bei der
Reaktion entstehende Wärme in die Umgebung ab. Dadurch wird
die Temperaturempfindlichkeit des temperaturempfindlichen
Sensors reduziert.
Es ist bekannt (siehe z. B. F. Nuscheler, Proc. 2 inter
national meeting on chemical sensors 1986, p 235,
O. Koeder: Dissertation am Lehrst. f. Technische Elek
tronik, 1986), zur thermischen Isolation und Aufhängung
eine dünne SiO2- oder Si3N4-Membran zu verwenden. Dabei
wird das temperaturempfindliche Element in einer Aussparung
eines Halbleitersubstrats mit Hilfe dieser Membran
mechanisch aufgehängt. Die Membran dient gleichzeitig der
thermischen Isolation.
Da die isolierende Membran einen anderen Ausdehnungs
koeffizient als das Halbleitersubstrat hat, kommt es bei
diesem Aufbau zu mechanischen Spannungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere
Aufhängung für eine Sensoranordnung anzugeben, mit der ein
Sensor mechanisch stabil und thermisch von der Umgebung
entkoppelt an einem Substrat befestigt ist, wobei die Ver
bindung zwischen dem Sensor und dem Substrat möglichst frei
von mechanischen Spannungen ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Aufhängung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, wie dies im kenn
zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben ist. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
Mit Hilfe selektiver Ätztechniken (siehe z. B. K. E.
Petersen, Proceedings of the IEEE, 70, 5 (1982)) ist es
möglich, ein Sensorelement in einem Substrat frei zu ätzen.
Durch gleichzeitig frei geätzte Halbleiterstege ist das
Sensorelement in dem Substrat mechanisch fixiert. Diese
Stege können dünn genug gemacht werden, um das Substrat
thermisch von dem Sensor zu entkoppeln. Da Substrat, Sensor
und Stege aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehen, ist
diese Struktur weitgehend frei von mechanischen Spannungen.
Diese Struktur hat weiterhin den Vorteil, auf technologisch
einfache Weise herstellbar zu sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs
beispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Sensoranordnung mit einem temperatur
empfindlichen Bauelement, das an zwei Stegen am Substrat
aufgehängt ist.
Fig. 2 zeigt den mit II in Fig. 1 bezeichneten Schnitt der
Sensoranordnung.
Fig. 3 zeigt eine Sensoranordnung mit einem elektrisch nicht
leitfähigen Katalysator.
Die Sensoranordnung enthält ein Substrat 1 aus z. B.
Silizium (siehe Fig. 1). Das Substrat 1 weist eine Öffnung 6
auf. Zwei gegenüberliegende, die Offnung 6 begrenzende
Seiten des Substrats 1 sind über zwei Stege 5 und ein Halb
leiterteil 41 verbunden. Das Halbleiterteil 41 enthält
ein Halbleiterbauelement 4, das temperaturempfindlich ist.
Die Stege 5 haben einen Querschnitt von z. B. etwa 50 µm
in der Breite und z. B. etwa einige µm in der Höhe. Die
Oberfläche des Substrats 1, der Stege 5 und des Halbleiter
teils 41 ist mit einer Passivierungsschicht 2 bedeckt. Die
Passivierungsschicht 2 besteht z. B. aus SiO2 oder Si3N4.
Die Passivierungsschicht 2 hat eine Dicke von etwa 0,5 µm.
Die Passivierungsschicht 2 weist oberhalb des temperatur
empfindlichen Halbleiterbauelementes 4 mindestens eine
Aussparung 21 auf. Die Passivierungsschicht 2 dient zum
Schutz der Halbleiteroberflächen. Ferner wird durch die
Passivierungsschicht 2 verhindert, daß beim Nachweis von
wasserstoffhaltigen Gasen Wasserstoff in den Halbleiter
gelangt. Da in den Halbleiter diffundierter Wasserstoff die
Signale verfälscht, ist es vorteilhaft, die Passivierungs
schicht 2 vorzusehen. Auf dem Halbleiterteil 41 und auf den
Stegen 5 ist eine Katalysatorschicht 3 vorgesehen. Die
Katalysatorschicht 3 besteht z. B. aus Platin oder aus
Palladium. Sie hat eine Dicke von etwa 100 bis 150 nm. Es
ist möglich, Katalysatorschichten mit Dicken von mindestens
10 nm zu verwenden. Die Katalysatorschicht 3 bedeckt das
Halbleiterbauelement 4 (siehe Fig. 2). Das Halbleiterbau
element 4 ist temperaturempfindlich. Als Halbleiterbau
element 4 eignet sich z. B. eine Diode oder ein Dünnfilm
widerstand. Die Katalysatorschicht 3 ist elektrisch
leitend, daher eignet sie sich als Leiterbahn für das Halb
leiterbauelement 4. Der Rückseitenkontakt des Bauelements 4
erfolgt über die Stege 5. Die Stege 5 sind so dotiert, daß
sie elektrisch leitfähig sind. Die Stege 5 sind von der
Katalysatorschicht 3 durch die Passivierungsschicht 2
elektrisch isoliert in dem Bereich außerhalb des Halblei
terbauelements 4. Daher ist es wichtig, daß die Aussparung
21 (siehe Fig. 2) der Passivierungsschicht 2 höchstens so
groß wie die Oberfläche des Halbleiterbauelements 4 ist.
Bei der Herstellung der Sensoranordnung wird die Öffnung 6
durch selektives Ätzen im Substrat 1 erzeugt. Durch z. B.
anisotropes Ätzen oder durch Ätzstop an Dotierungssprüngen
wird dafür gesorgt, daß die Stege 5 und das Halbleiterteil
41 in der gewünschten Form stehen bleiben.
Im Betrieb der Sensoranordnung wirkt nachzuweisendes Gas
auf die Katalysatorschicht 3 ein. An der Oberfläche der
Katalysatorschicht 3 reagiert das nachzuweisende Gas z. B.
mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft katalytisch. Dabei
wird Wärme frei, die zu einer Erhitzung des Halbleiterbau
elements 4 führt. Die Temperaturänderung des Halbleiter
bauelements 4 wird registriert. Die Qualität der
Temperaturmessung hängt entscheidend davon ab, wie gut das
Halbleiterbauelement von seiner Umgebung thermisch iso
liert ist. Der Querschnitt der Stege 5 verhindert eine un
erwünschte Ableitung der Wärme. Mit der Anzahl der Stege
steigt die Wärmeableitung. Die Verwendung zweier Stege 5
ist ein guter Kompromiß zwischen mechanischer Stabilität
einerseits und geringer Wärmeableitung andererseits. Da
das Substrat 1, die Stege 5 und der Halbleiterteil 41 mit
dem Halbleiterbauelement 4 aus ein und demselben Material,
z. B. Silizium, bestehen, ist diese Sensoranordnung weit
gehend frei von mechanischen Spannungen.
Nicht elektrisch leitfähige Katalysatoren können für die
Katalysatorschicht 3 nur verwendet werden, wenn das Halb
leiterbauelement 4 auf andere Weise kontaktiert wird. In
Fig. 3 ist eine Sensoranordnung dargestellt, die sich von
der oben beschriebenen nur darin unterscheidet, daß die
Katalysatorschicht 3 aus einem nicht elektrisch leitenden
Katalysator besteht und daß zur Kontaktierung des Halb
leiterbauelements 4 eine Metallschicht 7 vorgesehen ist.
Die Metallschicht 7 besteht z. B. aus Aluminium und hat
eine Dicke von z. B. etwa 100 nm. Die Metallschicht 7
verläuft unterhalb der Katalysatorschicht 3. Die Metall
schicht 7 dient zur Kontaktierung des Halbleiterbauelements
4. Diese Sensoranordnung ermöglicht es, die verwendbaren
Katalysatoren um die Gruppe derjenigen zu erweitern, die
nicht elektrisch leitfähig sind.
Claims (7)
1. Aufhängung für eine Sensoranordnung mit einem tempera
turempfindlichen Halbleiterbauelement, das thermisch
isoliert in einem Substrat enthalten ist, zum Nachweis von
Gasen durch exotherme katalytische Reaktionen, dadurch
gekennzeichnet, daß das Halbleiterbau
element (4) dadurch vom Substrat (1) thermisch isoliert
ist, daß es nur durch mindestens einen Steg (5) mit dem
Substrat (1) verbunden ist und daß zwischen dem Halbleiter
bauelement (4) und dem Substrat (1) außerhalb des Steges
(5) isolierendes Material vorgesehen ist.
2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß als isolierendes Material Luft
vorgesehen ist.
3. Aufhängung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Steg (5) aus
demselben Material wie das Substrat (1) besteht.
4. Aufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Steg (5) als Kontaktbahn für
den Masseanschluß verwendbar ist und daß auf dem Steg (5)
mindestens eine weitere Kontaktbahn vorgesehen ist.
5. Aufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Katalysatorschicht (3) aus
einem elektrisch leitfähigen Katalysator besteht und daß
die Katalysatorschicht (3) auf dem Steg (5) als weitere
Kontaktbahn aufgebracht ist.
6. Aufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf dem Steg (5) und über dem
Halbleiterbauelement (4) als weitere Kontaktbahn eine
Metallschicht (7) vorgesehen ist.
7. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei Stege (5) vorge
sehen sind.
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DE (1) | DE3743398A1 (de) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0377792A1 (de) * | 1988-12-27 | 1990-07-18 | Hartmann & Braun Aktiengesellschaft | Sensor zur Bestimmung der Gaskonzentration in einem Gasgemisch durch Messung der Wärmetönung |
FR2650891A1 (fr) * | 1989-08-11 | 1991-02-15 | Charbonnages De France | Capteur a filament en couche mince autoporte, son procede de fabrication et ses applications dans la detection de gaz et en chromatographie gazeuse |
DE3932880A1 (de) * | 1989-10-02 | 1991-04-11 | Fraunhofer Ges Forschung | Katalytischer gassensor und verfahren zum herstellen desselben |
DE4001048A1 (de) * | 1990-01-16 | 1991-07-18 | Draegerwerk Ag | Sensor fuer die gasmessung mit einem katalysatorfuehlerelement |
DE4008150A1 (de) * | 1990-03-14 | 1991-09-19 | Fraunhofer Ges Forschung | Katalytischer gassensor |
EP0667519A1 (de) * | 1994-01-28 | 1995-08-16 | City Technology Limited | Gassensor |
US5464966A (en) * | 1992-10-26 | 1995-11-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Micro-hotplate devices and methods for their fabrication |
EP0697593A1 (de) * | 1994-08-17 | 1996-02-21 | Bacharach, Inc. | Katalytischer Gassensor mit geringem Leistungsverbrauch zum Nachweis von brennbaren Gasen |
WO1998015818A1 (fr) * | 1996-10-10 | 1998-04-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Circuit integre hybride pour capteur de gaz |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2023184338A (ja) * | 2022-06-17 | 2023-12-28 | 日清紡マイクロデバイス株式会社 | ガスセンサ |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3122662A1 (de) * | 1980-06-11 | 1982-04-01 | Mine Safety Appliances Co. Ltd., Reading, Berkshire | Elektrisch heizbares element und verfahren zu seiner herstellung |
-
1987
- 1987-12-21 DE DE19873743398 patent/DE3743398A1/de not_active Withdrawn
-
1988
- 1988-12-14 JP JP31605288A patent/JPH01203957A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3122662A1 (de) * | 1980-06-11 | 1982-04-01 | Mine Safety Appliances Co. Ltd., Reading, Berkshire | Elektrisch heizbares element und verfahren zu seiner herstellung |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP 57 4545 A. In Patents Abstracts of Japan, Sect.P, Vol.6, 1982, Nr.62, (P-111) * |
JP 58 206951 A. In: Patents Abstracts of Japan, Sect.P, Vol.8, 1984, Nr.58, (P-261) * |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0377792A1 (de) * | 1988-12-27 | 1990-07-18 | Hartmann & Braun Aktiengesellschaft | Sensor zur Bestimmung der Gaskonzentration in einem Gasgemisch durch Messung der Wärmetönung |
AU647749B2 (en) * | 1989-08-11 | 1994-03-31 | Charbonnages De France | Self-supporting thin-film filament detector, process for its manufacture and its applications to gas detection and gas chromatography |
FR2650891A1 (fr) * | 1989-08-11 | 1991-02-15 | Charbonnages De France | Capteur a filament en couche mince autoporte, son procede de fabrication et ses applications dans la detection de gaz et en chromatographie gazeuse |
WO1991002242A1 (fr) * | 1989-08-11 | 1991-02-21 | Charbonnages De France | Capteur a filament en couche mince autoporte, son procede de fabrication et ses applications dans la detection de gaz et en chromatographie gazeuse |
US5549870A (en) * | 1989-08-11 | 1996-08-27 | Commissariat A L'energie Atomique | Self-supporting thin-film filament detector, process for its manufacture and its application to gas detection and gas chromatography |
DE3932880A1 (de) * | 1989-10-02 | 1991-04-11 | Fraunhofer Ges Forschung | Katalytischer gassensor und verfahren zum herstellen desselben |
DE4001048A1 (de) * | 1990-01-16 | 1991-07-18 | Draegerwerk Ag | Sensor fuer die gasmessung mit einem katalysatorfuehlerelement |
DE4008150A1 (de) * | 1990-03-14 | 1991-09-19 | Fraunhofer Ges Forschung | Katalytischer gassensor |
US5464966A (en) * | 1992-10-26 | 1995-11-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Micro-hotplate devices and methods for their fabrication |
EP0667519A1 (de) * | 1994-01-28 | 1995-08-16 | City Technology Limited | Gassensor |
US5601693A (en) * | 1994-01-28 | 1997-02-11 | City Technology Limited | Gas sensor |
EP0697593A1 (de) * | 1994-08-17 | 1996-02-21 | Bacharach, Inc. | Katalytischer Gassensor mit geringem Leistungsverbrauch zum Nachweis von brennbaren Gasen |
WO1998015818A1 (fr) * | 1996-10-10 | 1998-04-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Circuit integre hybride pour capteur de gaz |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01203957A (ja) | 1989-08-16 |
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