JP2016085124A5

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Publication number: JP2016085124A5
Application number: JP2014218074A
Authority: JP
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2034-10-27

Claims

基板上の互いに異なる領域に、第１センサ部と、第２センサ部と、濃度測定部とを有し、
前記第１センサ部は、
（ａ１）半導体層、
（ｂ１）前記半導体層上に形成された第１ゲート絶縁膜、
（ｃ１）前記第１ゲート絶縁膜上に形成された第１結晶膜、
（ｄ１）前記第１結晶膜上に形成され、その表面が露出した第１触媒ゲート電極、
を備え、
前記第２センサ部は、
（ａ２）前記半導体層、
（ｂ２）前記半導体層上に形成された第２ゲート絶縁膜、
（ｃ２）前記第２ゲート絶縁膜上に形成された第２結晶膜、
（ｄ２）前記第２結晶膜上に形成され、その表面が露出していない第２触媒ゲート電極、
を備え、
前記濃度測定部において、
（ｉ）前記第１センサ部のしきい値電圧と前記第２センサ部のしきい値電圧との第１差分の時間変化を求め、
（ii）前記第１差分の初期値、および前記第１差分の時間変化の微分信号から、ガス濃度に由来する第１微分信号と、前記ガス濃度以外に由来する第２微分信号とを分離し、
（iii）前記第１微分信号から、前記ガス濃度に由来する前記第１センサ部のしきい値電圧と前記第２センサ部のしきい値電圧との第２差分の時間変化を求め、
（iv）前記第２差分から、前記ガス濃度を求めて、
前記ガス濃度を測定する、ガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記第１結晶膜および前記第２結晶膜は、ＴｉＯｘナノ結晶と酸素ドープＴｉとの混合層からなり、
前記第１触媒ゲート電極および前記第２触媒ゲート電極は、Ｐｔからなる、ガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記第１ゲート絶縁膜および前記第２ゲート絶縁膜の厚さが、３ｎｍから７２ｎｍである、ガスセンサ。
請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記第１触媒ゲート電極および前記第２触媒ゲート電極の幅が、１５０μｍから３０ｍｍである、ガスセンサ。
基板上の互いに異なる領域に、第１センサ部と、第２センサ部とを有し、別途演算部を有し、
前記第１センサ部は、
（ａ１）半導体層、
（ｂ１）前記半導体層上に形成された第１ゲート絶縁膜、
（ｃ１）前記第１ゲート絶縁膜上に形成された第１結晶膜、
（ｄ１）前記第１結晶膜上に形成され、その表面が露出した第１触媒ゲート電極、
（ｅ１）前記半導体層に形成された第１ソース領域および第１ドレイン領域、
を備え、
前記第２センサ部は、
（ａ２）前記半導体層、
（ｂ２）前記半導体層上に形成された第２ゲート絶縁膜、
（ｃ２）前記第２ゲート絶縁膜上に形成された第２結晶膜、
（ｄ２）前記第２結晶膜上に形成され、その表面が露出していない第２触媒ゲート電極、
（ｅ２）前記半導体層に形成された第２ソース領域および第２ドレイン領域、
を備え、
前記第１センサ部または前記第２センサ部へ照射される放射線の放射線積算線量（Ｇ）は、式（Ｉ）で表され、
１＋（Ｇ／Ｇ０）^η＝Ａ×μ０×Ｓ式（Ｉ）
ここで、
Ｇ０は、前記放射線の照射により移動度が劣化する範囲における放射線積算線量の幾何平均、
ηは、前記放射線の照射により移動度が劣化する範囲における移動度と放射線積算線量との関係から決まる値、
Ａは、前記第１センサ部または前記第２センサ部の移動度とサブスレッショルド領域のＳ値との関係から決まる値、
μ０は、前記放射線を照射する前の移動度、
Ｓは、前記放射線の照射による前記第１センサ部または前記第２センサ部のサブスレッショルド領域のＳ値、
であり、
前記演算部において、前記第１センサ部または前記第２センサ部で求めた前記Ｓ値を前記式（Ｉ）に代入することにより、前記放射線積算線量（Ｇ）を求める、ガスセンサ。
請求項５記載のガスセンサにおいて、
前記ηは、１／３である、ガスセンサ。
請求項５記載のガスセンサにおいて、
Ｓ値測定用参照型ＦＥＴを、さらに前記基板上に有し、
前記Ｓ値測定用参照型ＦＥＴは、
（ａ３）前記半導体層、
（ｂ３）前記半導体層上に形成された第３ゲート絶縁膜、
（ｃ３）前記第３ゲート絶縁膜上に形成された第３結晶膜、
（ｄ３）前記第３結晶膜上に形成され、その表面が露出していない第３触媒ゲート電極、
（ｅ３）前記半導体層に形成された第３ソース領域および第３ドレイン領域、
を備え、
前記Ｓ値測定用参照型ＦＥＴを用いて、
互いに異なる第１ソース・ドレイン電流と第２ソース・ドレイン電流とをサブスレッショルド領域に設定し、前記第１ソース・ドレイン電流で測定した第１ゲート電圧と、前記第２ソース・ドレイン電流で測定した第２ゲート電圧とから、前記Ｓ値を求める、ガスセンサ。
請求項５記載のガスセンサにおいて、
前記Ｓ値測定用参照型ＦＥＴを用いて、
一定のソース・ドレイン電流に交流電流を印加して、ゲート電圧の変化を測定することにより、前記Ｓ値を求める、ガスセンサ。
請求項７または８記載のガスセンサにおいて、
前記Ｓ値測定用参照型ＦＥＴは、前記第１センサ部および前記第２センサ部と同一チップ内に形成されている、ガスセンサ。
基板上の互いに異なる領域に、第１センサ部と、第２センサ部とを有し、別途演算部を有し、
前記第１センサ部は、
（ａ１）半導体層、
（ｂ１）前記半導体層上に形成された第１ゲート絶縁膜、
（ｃ１）前記第１ゲート絶縁膜上に形成された第１結晶膜、
（ｄ１）前記第１結晶膜上に形成され、その表面が露出した第１触媒ゲート電極、
（ｅ１）前記半導体層に形成された第１ソース領域および第１ドレイン領域、
を備え、
前記第２センサ部は、
（ａ２）前記半導体層、
（ｂ２）前記半導体層上に形成された第２ゲート絶縁膜、
（ｃ２）前記第２ゲート絶縁膜上に形成された第２結晶膜、
（ｄ２）前記第２結晶膜上に形成され、その表面が露出していない第２触媒ゲート電極、
（ｅ２）前記半導体層に形成された第２ソース領域および第２ドレイン領域、
を備え、
前記第１センサ部または前記第２センサ部を用いて、
互いに異なる第１ソース・ドレイン電流と第２ソース・ドレイン電流とをサブスレッショルド領域または飽和領域に設定し、前記第１ソース・ドレイン電流で測定した第１ゲート電圧と、前記第２ソース・ドレイン電流で測定した第２ゲート電圧とから、前記サブスレッショルド領域のＳ値またはしきい値電圧を求める、ガスセンサ。
請求項５記載のガスセンサにおいて、
前記第１センサ部または前記第２センサ部を用いて、
一定のソース・ドレイン電流に交流電流を印加して、ゲート電圧の変化を測定することにより、前記Ｓ値を求める、ガスセンサ。
請求項５記載のガスセンサにおいて、
前記第１結晶膜および前記第２結晶膜は、ＴｉＯｘナノ結晶と酸素ドープＴｉとの混合層からなり、
前記第１触媒ゲート電極および前記第２触媒ゲート電極は、Ｐｔからなる、ガスセンサ。
請求項７記載のガスセンサにおいて、
前記第１ゲート絶縁膜および前記第２ゲート絶縁膜の厚さが、３ｎｍから７２ｎｍであり、前記第３ゲート絶縁膜の厚さが、９ｎｍから５４０ｎｍである、ガスセンサ。
請求項７記載のガスセンサにおいて、
前記第１触媒ゲート電極、前記第２触媒ゲート電極、および前記第３触媒ゲート電極の幅が、１５０μｍから３０ｍｍである、ガスセンサ。
以下の工程を含むガスセンサの製造方法：
（ａ）半導体層上の互いに異なる領域に、第１ゲート絶縁膜および第２ゲート絶縁膜を形成する工程；
（ｂ）前記第１ゲート絶縁膜上に第１結晶膜を形成し、前記第２ゲート絶縁膜上に第２結晶膜を形成する工程；
（ｃ）前記第１結晶膜上に第１触媒ゲート電極を形成し、前記第２結晶膜上に第２触媒ゲート電極を形成する工程；
（ｄ）前記第１触媒ゲート電極および前記第２触媒ゲート電極を覆う保護膜を形成する工程；
（ｅ）前記第２触媒ゲート電極上の前記保護膜をウェットエッチングにより除去して、前記第１ゲート絶縁膜、前記第１結晶膜、およびその表面が前記保護膜に覆われた前記第１触媒ゲート電極を備える第１センサ部、並びに前記第２ゲート絶縁膜、前記第２結晶膜、およびその表面が前記保護膜から露出した前記第２触媒ゲート電極を備える第２センサ部を形成する工程；
（ｆ）前記第１センサ部および前記第２センサ部に、１０Ｇｙから１００ｋＧｙの放射線を照射する工程。
請求項１５記載のガスセンサの製造方法において、
前記（ｄ）工程は、
下層から第１酸化シリコン系の薄膜、窒化シリコン系の薄膜、および第２酸化シリコン系の薄膜を順次積層することにより、３層構造の前記保護膜を形成する、ガスセンサの製造方法。
請求項１６記載のガスセンサの製造方法において、
前記（ｅ）工程は、さらに以下の下位工程を含む：
（ｅ１）前記第２酸化シリコン系の薄膜を、フッ酸系溶液を用いたウェットエッチングで除去する工程；
（ｅ２）前記窒化シリコン系の薄膜を、熱リン酸系溶液を用いたウェットエッチングで除去する工程；
（ｅ３）前記第１酸化シリコン系の薄膜を、フッ酸系溶液を用いたウェットエッチングで除去する工程。
請求項１５記載のガスセンサの製造方法において、
前記第１ゲート絶縁膜および前記第２ゲート絶縁膜の厚さは、３ｎｍから７２ｎｍである、ガスセンサの製造方法。
請求項１５記載のガスセンサの製造方法において、
前記第１触媒ゲート電極および前記第２触媒ゲート電極の幅は、１５０μｍから３０ｍｍである、ガスセンサの製造方法。
第１センサ部と、第２センサ部とを基板上に有し、
前記第１センサ部は、
（ａ１）半導体層、
（ｂ１）前記半導体層上に形成された第１ゲート絶縁膜、
（ｃ１）前記第１ゲート絶縁膜上に形成された第１結晶膜、
（ｄ１）前記第１結晶膜上に形成され、その表面が露出した第１触媒ゲート電極、
を備え、
前記第２センサ部は、
（ａ２）前記半導体層、
（ｂ２）前記半導体層上に形成された第２ゲート絶縁膜、
（ｃ２）前記第２ゲート絶縁膜上に形成された第２結晶膜、
（ｄ２）前記第２結晶膜上に形成され、その表面が露出していない第２触媒ゲート電極、
を備え、
水素ガスが存在しないとみなされる環境下での前記第１センサ部のしきい値電圧（Ｖｔｈ（s））と、前記第２センサ部のしきい値電圧（Ｖｔｈ（ref））との差分（ΔＶｔｈ（ref-s）＝Ｖｔｈ（ref）−Ｖｔｈ（s））の初期値の絶対値が３０ｍＶ以下である、ガスセンサ。