NL9002750A - Sensor van het diode type. - Google Patents

Description

SENSOR VAN HET DIODE TYPE.

Over de gehele wereld wordt gezocht naargevoelige en snel reagerende sensors voor het voelen vande aanwezigheid van één of meer gassen (of dampen endergelijke). In de Europese octrooiaanvrageEP-A2-299780 is een dergelijke sensor beschreven.

De onderhavige uitvinding beoogt een nieuwesensor te verschaffen, waarbij een heterojunctie wordtgebruikt voor het voelen van de mate van aanwezigheidvan één of meer gassen.

De onderhavige uitvinding verschaft eensensor volgens conclusie 1.

Uit eerste resultaten is gebleken dat eendergelijke sensor bij temperaturen in de nabijheid vanomgevingstemperatuur reeds een voor praktische doelein¬den voldoende mate van gevoeligheid vertoont.

Voorts verschaft de onderhavige uitvindingeen werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijkesensor.

Verdere voordelen, kenmerken en details vande onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan dehand van een beschrijving van een voorkeursuitvoerings¬vorm daarvan, waarbij gerefereerd wordt aan de bijge¬voegde tekening, waarin tonen :

Fig. 1 een aanzicht in doorsnede van eenvoorkeursuitvoeringsvorm van een sensor volgens de on¬derhavige uitvinding;

Fig. 2A - 2G schematisch aanzicht en in door¬snede van de achtereenvolgende werkwijzestappen voor hetvervaardigen van de voorkeursuitvoeringsvorm uit fig. l;en

Fig. 3 een grafiek van een gemeten karakte¬ ristiek van de voorkeursuitvoeringsvorm uit fig. 1.

De in fig. 1 getoonde voorkeursuitvoerings¬vorm van een sensor 1 volgens de onderhavige uitvindingomvat een contactelectrode 2 bij voorkeur van aluminium(of een ander geleidend materiaal, zoals goud)die isaangebracht onder een P-type Si-substraat 3 waarop tus¬sen gebieden 4 uit isolerend materiaal, zoals Si02, (ofeen andere isolator, zoals Si3N4) Sn gebieden 6 uit Sn02zijn aangebracht, waarboven electrodes of contactdelen 7in vingervorm zijn aangebracht, bij voorkeur uit Pd(Paladium), of een ander metaal of geleidend halfgelei¬der materiaal dat preferentieel catalytische eigenschap¬pen vertoont en goed contact met Sn02 maakt.

Het materiaal Sn02 is een N-type halfgeleidermet een grote bandafstand (3,4 eV). Het metaal bij voor¬keur Pd, werkt katalyserend op het te voelen gas waaruitwaterstofatomen vrijkomen die in het Sn02 dringen. Indienwaterstofatomen in het Sn02 geraken, komen hierin gelei-dings-electronen vrij, waardoor de geleiding toeneemt,ofwel de contactpotentieel tussenSn02 en het P typesubstraat. Dit verschijnsel treedt reeds op bij relatieflage temperatuur, zoals bij kamertemperatuur (3OOK).

De sensor 1 wordt bij voorkeur op de volgendewijze vervaardigd : - op een P-type Si-substraat 10 (fig. 2A) meteen bandafstand van ongeveer 1,1 eV (resistiviteit 1-10D.cm) voorzien van een laag uit isolerend materiaal 11,wordt een laag fotolak 12 aangebracht (fig. 2B) waarnamet behulp van een masker 13 een gedeelte van de fotolakbelicht wordt en onbeschermde delen van het SiO wordenweggeëtst (fig. 2C); - hierna wordt een laag tin (Sn) opgesput¬terd. Na verwijdering van de resterende fotolak en detin door middel van een lift-off-proces en thermischebehandeling in een zuurstofhoudende omgeving, ontstaat een Sn02 gebied 14 (fig. 2D) ; - vervolgens wordt een laag fotolak 15 (fig.2E) over de opbouw aangebracht waarna, na belichting meteen masker 16 (fig. 2F) en opvolgende ontwikkeling, hetpatroon wordt gecreëerd voor het opdampen van de vin¬gervormige Pd-structuur 17 (fig. 2G), waarbij aan deachterzijde een contactdeel 18 uit Al (Aluminium) wordtaangebracht.

De gemeten stroom-spanningkarakteristiek vande diode-structuur uit de fig. 1 en 2 is getoond in fig.3, waarin de curve C,, de karakteristiek in lucht aangeeftterwijl de curve C2 in een waterstofomgeving is gemeten,beide bij 50°C.

Experimenteel is bepaald dat de diode-karak-teristiek veroorzaakt wordt door de hetero-junctie tus¬sen P-type Si en het N-type Sn02.

Voorts is experimenteel aangetoond dat degemeten waarden voldoende onafhankelijk zijn van deomgevingstemperatuur, voor het doen van, in voldoendemate gevoelige metingen aan de concentratie van deaanwezige gassen.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tothet beschreven uitvoeringsvoorbeeld. Andere mogelijkematerialen met een grote bandafstand betreffen ln203,InT20, InSb en ITO, waarbij vooral ITO (indiumtinoxide)het verdere voordeel heeft dat het voor zichtbaar lichttransparant is en een afschermende werking voor infra-roodstraling vertoond. Tevens is de onderhavige uitvin¬ding niet beperkt tot de beschreven werkwijze voor hetaanbrengen van de Sn02 gebieden : - Sn02 kan door middel van CVD-technieken(gasfase) of met behulp van sol-gel-technieken wordenaangebracht, danwel door middel van reactief sputterenof opdampen.

- in plaats van het lift-off-proces kan tindepositie plaatsvinden via opdamping of sputteringgevolgd door thermische oxidatie.

Claims (5)

1. Sensor van het diode-type voor het voelenvan de mate van aanwezigheid van één of meer gassen,omvattende : - een halfgeleidend substraat van een eerstegeleidbaarheidstype, dat is voorzien van een contacte-lectrode; - een laag halfgeleidend materiaal van hetandere geleidbaarheidstype, waarbij een hetero-junctietussen het substraat en de laag wordt gevormd; en - één of meer contactdelen die zijn aange¬bracht op die laag.

2. Sensor volgens conclusie 1, waarbij hethalfgeleidersubstraat P-type Si omvat en de halfgelei-dende laag materiaal uit de groep Sn02, ln203, InT20 enInSb omvat.

3. Sensor volgens conclusie 1 of 2, waarbijde contactdelen uit Pd zijn gevormd.

4. Werkwijze voor het vervaardigen van desensor volgens één van de conclusies 1 - 3.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij delaag halfgeleidend materiaal wordt gevormd door het ophet substraat sputteren van geoxideerd metaal, bij voor¬keur Sn.