JPS6125044A - アンモニアガスに感応する電界効果装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス・センサーに関し、特にアンモニアガス・
センサーに関する。

特に１〜１１０００ｖｐの濃度範囲におけるアンモニア
ガスを検出しうるアンモニアガス・センサーの需要が増
大している。

英国特許第１５２０４５６号には、プラチナゲート電界
効果型トランジスタよりなるガス・センサーが記載され
ている。この装置はアンモニアガスを検出するために用
いられうるが、本来あまり関心をもたれておらずしかも
アンモニアガスに対する応答をマスクしてしまいがちな
例えばＨ２、Ｈ２Ｓ５ＣＨ４のような水素原子を含む他
のガスにも感応する。

本発明の１つの目的はアンモニアガスを選択する装置を
提供することである。

従って、本発明によれば、１つの極性型式を有する半導
体材料の基板が第１および第２のケート領域を存し、こ
れらのゲート領域がそれぞれ他の極性型式を有するＦレ
ン領域およびソース領域を相互に接続し、かつプラチナ
よりなる各デー１〜電極が、前記基板上の選択的に絶縁
性の材料によって前記第１および第２のゲー）ＩＮ域か
ら離間されており、 前記ゲート電極はそれぞれ蒸着およびスパッタリングに
よって被着されたものであり、前記第１および第２のゲ
ート領域における電気的伝導は、それらのゲート領域が
互いに異なる態様で接続された場合、アンモニアガスの
濃度に依存するが、装置が露呈される水素を含む他のガ
スの濃度には実質的に依存しないようになされた、アン
モニアガスに感応する電界効果装置が提供される。

アンモニアガスに対するプラチナケート電界効果トラン
ジスタの感度は、ゲート電極を被着するために採用され
る技術に大きく依存しており、す”−ト電極が蒸着によ
って被着された場合の方が、スパッタリングによって被
着された場合よりもその感度は高くなり、他方、蒸着に
よって被着された層は不連続であるが、スパッタリング
によって被着された層は連続となる傾向があることを本
発明者等は見出した。他のガス（例えば＋１２．１１□
Ｓ、ＣＨ，）に対する感度は、用いられる被着技術に番
よ依存しないようである。

以下図面を参照して本発明につきさらに詳細に説明しよ
う。

英国特許第１５２０４５６号には、プラチナゲ−１・電
界効果型トランジスタよりなるガスセン勺−が記載され
ている。ルン・ソース電’／ｋ　（Ｉ　ｎｓ）を一定と
すると、ゲー［・ソース間電圧（ＶＧＳ）は、そのナン
サーが露呈される水素ガス、すなわち水素原子を含むガ
ス（例えばアンモニアガス、硫化水素またはメタン）の
濃度に依存する。

予想に反して、アンモニアに対するプラチナゲート電界
効果トランジスタの感度はデー１−電極の空孔度および
それを被着させるために用いられる技術に大きく依存す
るものであることを本発明者等は見出した。具体的に言
えば、アンモニアガスに対する装置の感度は、ゲート電
極が蒸着によって被着された場合の方が、スパッタリン
グによって被着された場合よりもはるかに高いことを認
めた。これに対して、他のガス（例えば１１□、Ｈ，Ｓ
、ＣＨ４）に対する感度は、用いられる被着技術には依
存しないようである。

上述した本発明者等の知見に基づいて、本発明によるア
ンモニアガスを選択する装置は開発されたものである。

この装置は、１つの共通の基板を共用した２個のプラチ
ナゲート電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）で構成され
ている。一方の電界効果型トランジスタ（これを基準Ｆ
ＥＴと呼ぶ）のゲート電極は蒸着によって形成されたも
のであり、従って、アンモニアガスに対して非常に顕著
なレスポンスを呈示する。これら２個のＦＥＴのドレン
およびソース電極は異なる態様で接続されうる。これら
の状況では、この装置がアンモニアガス以外のガス（例
えばＨ２、Ｈ２Ｓ、、ＣＨ，）に露呈された場合には、
上記２個のＦＥＴのドレン・ソースチャンネル間に発生
する電圧は互いに実質的に同一値で逆極性であるために
互いに打消し合う。他方、装置がアンモニアガスに露呈
された場合には、実質的に異なる大きさの電圧が発生し
、全体のレスポンス特性、ずなわち正味のドレン・ソー
ス間電圧は、装置が露呈されるアンモニアガスの濃度を
表わす。従って、上述した種類の二重ゲート装置は、差
動的に動作する場合、アンモニアガス・センサーとして
機能する。

本発明に従って構成された装置の一例が第１ａ図および
第１ｂ図に平面図および断面図で示されている。この装
置は、２個の電界効果型トランジスタ、すなわち全体と
して１０で示された基準ＦＥＴと、全体として２Ｇで示
された測定ＦＥＴで構成されている。これらのＦＥＴは
ｐ型半導体材料（例えばケイ素）よりなる共通の基板１
を共用し、かつそれとは反対の導電型式すなわちｎ型の
トレンおよびソース領域（１１，１２；２１゜２２）を
有している。それらのドレンおよびソース領域には例え
ばＣｒ／ＡｕまたはＡＡのような適当な金属よりなる電
極が設けられている。

各ＦＥＴは各ゲートｉＪ（域（それぞれ全体として１４
および２４で示されている）上に設けられたプラチナゲ
ート電極（１３，２３）を有しており、それらのゲート
領域はｌ゛レンよびソース領域を接続しており、これら
のドレンおよびソース領域間で電気的伝導が発生する。

ゲート電極は、通常二酸化ケイ素、シリコン・オキシナ
イトライドまたは窒化ケイ素よりなる電気的絶縁層２に
よって基板１から離間されている。

上述のように、基準ＦＥＴｌ０のゲート電極１３はスパ
ッタリングによって被着されたものであり、他方、測定
ＦＥＴ２０のゲート電極２３は蒸着によって被着された
ものであるから、前者に比較して、アンモニアガスに対
するレスポンスがはるかに顕著である。これらのデー１
〜電極を被着するために用いられた蒸着およびスパッタ
リング技術は公知のものであるから、それらについて詳
細に説明する必要はなかろう。蒸着によって被着された
電極とスパッタリングによって被着された電極とは著し
く異なるフィルム形態を呈することがＳＥＭ分解によっ
て認められた。すなわち、スパッタリングによって被着
された電極は、蒸着によって被着されたものよりも表面
平滑度か大きいことが認められた。アンモニアガスに対
する感度が異なるのは、フィルム形態におけるこの差異
に基因するものと考えられる。

上述した実施例では、基板１がｎ型材料であり、ドレン
およびソース領域はｎ型材料よりなるものであったが、
必らずしもその通りである必要はなく、それらの導電型
式は逆にしてもよい。さらに、第１ａ図および第１ｂ図
に関して説明された装置はそれぞれドレンおよびソース
領域を有する２個のＦＥＴ（１０，２０）で構成された
が、それらの２個のＦＥＴは１つの共通のソース領域ま
たは１つの共通のドレン領域を共存してもよい。

第２図に示された種類の回路を用いて、２個のＦＥＴの
ドレン電極に得られる電圧を異なる態様で処理すること
により、この装置は選択的なアンモニアガス・センサー
として機能する。このセンサーはまた、オンデツプ加熱
および温度制御機能をも有する。

この種類の二重ゲート装置は特に有益である。

両方のゲート電極がプラチナよりなるものであるから、
両方のＦＥＴの闇値電圧は同一である。さらに、上記Ｆ
ＥＴは１つの共通の基板を共有しており、かつ差動的に
動作するから、長期間ドリフト、温度変化、経年変化に
よる望ましくない作用が大幅に軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は本発明に従って構成された二重ゲート装置の
平面図、第１ｂ図は第１図の線ｘｙに沿ってみた断面図
、第２図は本発明の装置に使用しうる回路を示す回路図
である。 図面において、■は基板、１１．２１はドレン領域、１
２．２２はソース領域、１３．２３はゲート電極、１４
．２４はゲーＩ・領域をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１つの導電型式を有する半導体材料よりなる基板（
   １）が第１および第２のゲート領域（１４、２４）を有
   し、それらのゲート領域はそれぞれ、他の導電型式を有
   するドレン領域（１１、２１）およびソース領域（１２
   、２２）を接続しており、かつ各ゲート電極（１３、２
   ３）は前記基板上の電気的絶縁材料により前記第１およ
   び第２のゲート領域（１４、２４）から離間されており
   、前記ゲート電極（１３、２３）はそれぞれ蒸着および
   スパッタリングによって被着されており、前記第１およ
   び第２のゲート領域（１４、２４）における電気的伝導
   は、それらのゲート領域が互いに差動的に接続された場
   合には、アンモニアガスの濃度に依存するが、装置が露
   呈される水素を含む他のガスの濃度には実質的に依存し
   ないようになされたアンモニアガスに感応する電界効果
   装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の電界効果装置において
   、前記第１および第２のゲート領域（１４、２４）が１
   つの領域とそれぞれのドレン領域を接続している前記装
   置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の電界効果装置において
   、前記第１および第２のゲート領域が１つの共通のドレ
   ン領域と各ソース領域を接続している前記装置。