WO2007104483A2 - Epitaktischer stoffsensitiver sensor - Google Patents

Epitaktischer stoffsensitiver sensor Download PDF

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WO2007104483A2 PCT/EP2007/002056 EP2007002056W WO2007104483A2 WO 2007104483 A2 WO2007104483 A2 WO 2007104483A2 EP 2007002056 W EP2007002056 W EP 2007002056W WO 2007104483 A2 WO2007104483 A2 WO 2007104483A2
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Karlheinz Wienand
Thomas Loose
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Heraeus Sensor Technology Gmbh
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/128—Microapparatus

Definitions

  • the present invention relates to a material-sensitive sensor, in particular a gas sensor or a sensor with an epitaxial resistance structure.
  • These sensors have an electrically conductive resistance structure, which is formed as a continuous film and is supported by an electrically insulating substrate.
  • a variety of electrical sensors are known, with which substances can be detected qualitatively or quantitatively.
  • the decisive factor here is that the sensor has a material-sensitive device, by means of which an electrical signal is selectively generated in the presence of a substance.
  • a gas sensor is described for example in DE 199 21 532 A1.
  • a thin gold film having a thickness less than the mean free path of electrons undergoes a marked increase in resistivity when mercury vapor is adsorbed on the film.
  • the gold film thickness is preferably between 75 and 300 AU. It has been recognized that the thinner the gold film, the greater the sensitivity of the gold film, but on the other hand the accuracy of the measurement decreases despite higher sensitivity and the reproducibility of the production of such sensors also with decreasing film thickness is lost.
  • DE 22 19 718 is further limited to the measurement of mercury and possibly prone to failure.
  • the conductivity and the temperature coefficient (TK) of high-purity metallic interconnects in directionally grown (epitaxial) layers or corresponding structures with respect to other thin films is also maintained below 1 ⁇ m thickness .
  • the object of the present invention in this respect is to provide a sensor which despite miniaturization has an extremely high sensitivity and accuracy and can be reproducibly produced.
  • sensors are provided with an epitaxial pattern, which according to the invention have as few as possible atom layers thick conductor tracks.
  • Decisive for the present invention is that the influence of substances on the electrical conductivity and the temperature coefficient of the electrical conductivity becomes greater and more selective the fewer atomic layers the epitaxial layer has.
  • a layer of 8 nm of precious metal on a sapphire produced a very sensitive epitaxial layer. So this is only about 40 - 50 atomic layers.
  • the sensitivity of a comparable epitaxial pattern is already lower at 20 nm layer thickness, which is why the most preferred layer thickness of the epitaxial thin layer is less than 20 nm.
  • the effect is still usable. From 50, in particular 100 nm, layer thickness, the effect according to the invention becomes increasingly insignificant.
  • the conductor pattern are made of precious metal, nickel or copper. Versions in silver, gold and platinum have proven themselves by their good constancy and long service life.
  • the conductor track is a resistance pattern of an electrical conductor printed on an electrically insulating substrate.
  • the material of the trace can be in addition to metals alternatively consist of materials whose conductivity has metallic characteristics, in particular with positive temperature coefficients with respect to the conductivity.
  • Such a resistance sensor changes its resistance and in particular its temperature coefficient by adsorbates.
  • the material-sensitive measuring resistor must not be encapsulated in contrast to temperature sensors.
  • the substance sensitivity is based on the direct contact of the trace of the measuring resistor with the medium to be examined.
  • the conductor track arranged on a substrate must therefore not be coated.
  • a simple embodiment of the method is to determine with the adsorbate the changed by the adsorbate characteristic of the electrical resistance as a function of temperature.
  • the arrangement of an additional heating resistor on the support of the epitaxial resistance structure has proven itself.
  • the changes in the adsorption or desorption of the adsorbate can be determined.
  • the changes in resistance during adsorption or desorption can also be determined at a constant temperature. All of these measurements are substance-specific quantities, which also depend on the material of the epitaxial layer, so that the material of the epitaxial layer can be optimized for different substance determinations.
  • the temperature coefficient as a slope of the characteristic of the electrical resistance with the temperature has been recognized according to the invention as a particularly meaningful substance-specific size, and for the qualitative determination of substances very reliable.
  • Figure 1 shows a resistor structure on a hotplate.
  • Figure 2 shows a substrate with heating resistor.
  • Figure 3 shows a heating resistor and a temperature measuring resistor.
  • Figure 4 shows the dependence of the resistance of hydrogen.
  • Figure 5 shows the dependence of the resistance of carbon monoxide.
  • Figure 6 shows the dependence of the temperature coefficient of different gases in the heating spectrum.
  • Figure 7 shows temperature coefficient cooling spectra.
  • Sensor structures according to FIGS. 1 to 3 are suitable for measuring the temperature coefficient, for example.
  • Figure 1 shows a resistance structure 1 on a monocrystalline sapphire 2 on a heating plate 3.
  • the heating plate is used for measurement at a constant temperature or for a temperature profile. At constant temperature, the resistance is determined. When the temperature profile is lowered, the derivative of the resistance according to the temperature is the temperature coefficient.
  • Figure 2 shows an additional heating resistor 4 on the substrate, replacing the hot plate in Figure 1.
  • the heating resistor is preferably covered.
  • FIG. 3 shows a chip design in which a heating resistor 4 and a temperature measuring resistor 5 are arranged in addition to the gas-sensitive resistance structure 1.
  • the temperature measuring resistor allows a more accurate temperature control and detection.
  • the heating plate heats the sensor to 200 ° C. and keeps it at this temperature.
  • the sensor is exposed in an open glass vessel for a few seconds with different concentrations of a hydrogen / nitrogen mixture.
  • Figure 4 shows the time chen resistance course. There are four peaks at 100 ppm, 50 ppm, 25 ppm and 12.5 ppm H 2 . The first peak shows an immediate decrease in resistance of 2 ° / o due to the presence of hydrogen.
  • the dashed line shows an additional resistance covered by 300 nm Al 2 O 3 , which shows no reaction to hydrogen.
  • the adsorption of the hydrogen causes in a clear way a characteristic resistance decrease of the sensor which is suitable for the quantitative evaluation.
  • vapor deposition of platinum in vacuo results in a metallic trace up to a layer thickness of 8.5 nm applied in thin-film technology.
  • the surfaces of the platinum conductor are parallel to the ⁇ 111 ⁇ surfaces of the platinum.
  • the epitaxial coating with platinum takes place by molecular beam epitaxy (MBE) according to thin-film technology, Hartmut Frey; Gerhard Kienel, VDI Verlag 1987, page 369.
  • MBE molecular beam epitaxy
  • This sensor is also soldered to a hot plate with a glass solder.
  • the heating plate is placed in a measuring chamber.
  • the 80 ml chamber is rinsed at ambient pressure and room temperature with 20 ml / min of air.
  • the sensor is heated to 13O 0 C and held at this temperature.
  • the air is added 5000 ppm carbon monoxide for 10 minutes.
  • the resistance of the sensor drops to 9392 ohms.
  • the resistance increases by 173 ohms to 9565 ohms.
  • the subsequent addition of 2500 ppm CO causes a resistance change of 94 ohms; 1250 ppm CO causes 46 ohms and 250 ppm decreases 17 ohms, each within 10 minutes ( Figure 5).
  • the measuring chamber from Example 2 is rinsed again at room temperature and ambient pressure with 20 ml / min of air admixed with 5000 ppm of CO.
  • the sensor of Example 2 is again mounted on a hot plate, but heated this time from room temperature to 48O 0 C at a constant rate of 5 ° C / min.
  • the temperature coefficient of electrical resistance of the platinum layer is detected in the following manner:
  • the temperature coefficient is obtained after division by R (T)
  • Tk R T (T) / R (T).
  • This derivative could also be analogous, e.g. done by lock-in technique.
  • the Tk thus determined becomes the standard Tk of a solid platinum wire described in DIN
  • EN 60751 is set in proportion.
  • TK spectra Based on these TK spectra, different gases can be identified with one sensor. Cooling the sensor at 5 ° C / min from 480 0 C to room temperature gives the TK cooling spectra ( Figure 7). They are also characteristic of the sensor and the type of gas and can be used to determine the gases.

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Abstract

Die Erfindung ermöglicht die reproduzierbare Herstellung miniaturisierter Sensoren mit extrem hoher Selektivität und Genauigkeit durch einen elektrischen Sensor, bei dem auf einer einkristallinen elektrisch isolierenden Oberfläche eine metallische Leiterbahn gerichtet aufgewachsen ist (epitaktisch) und die Schichtdicke der Leiterbahn unter 100 insbesondere 50 nm beträgt, sowie die Verwendung eines elektrischen Sensors mit einer epitaktisch aufgewachsenen Widerstandsstruktur auf einkristalliner, elektrisch isolierender Oberfläche eines Substrats zur Bestimmung von auf der Widerstandsstruktur adsorbierten Stoffen.

Description

Patentanmeldung
Heraeus Sensor Technology GmbH Epitaktischer stoffsensitiver Sensor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen stoffsensitiven Sensor, insbesondere Gassensor oder einen Sensor mit epitaktischer Widerstandsstruktur. Diese Sensoren weisen eine elektrisch leitfähige Widerstandsstruktur auf, die als kontinuierlicher Film ausgebildet ist und von einem elektrisch isolierenden Substrat getragen wird.
Bekannt ist eine Vielzahl an elektrischen Sensoren, mit denen Stoffe qualitativ oder quantitativ nachgewiesen werden können. Maßgeblich hierfür ist, dass der Sensor eine stoffsensitive Einrichtung aufweist, mittels der ein elektrisches Signal selektiv bei Anwesenheit eines Stoffes erzeugt wird. Ein solcher Gassensor ist beispielsweise in DE 199 21 532 A1 beschrieben.
Nach DE 22 19 718 wird ein dünner Goldfilm mit einer Dicke von weniger als der mittleren freien Weglänge von Elektronen einem merklichen Anstieg im spezifischen Widerstand unterzogen, wenn Quecksilberdampf auf dem Film adsorbiert wird. Die Goldfilmdicke liegt vorzugsweise zwischen 75 und 300 A.U.. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Empfindlichkeit des Goldfilms zwar umso größer wird, je dünner der Goldfilm ist, aber andererseits die Genauigkeit der Messung trotz höherer Empfindlichkeit abnimmt und dass die Reproduzierbarkeit der Herstellung derartiger Sensoren ebenfalls mit abnehmender Filmdicke verloren geht. DE 22 19 718 ist weiterhin auf die Messung von Quecksilber beschränkt und ggf. störungsanfällig.
Gemäß „Thin Film Phenomena" von Kasturi L. Chopra, Seiten 356 und 357 bleibt die Leitfähigkeit sowie der Temperaturkoeffizient (TK) von hochreinen, metallischen Leiterbahnen bei gerichtet aufgewachsenen (epitaktischen) Schichten oder entsprechenden Strukturen gegenüber anderen Dünnschichten auch unterhalb von 1 μm Dicke erhalten. Hinsichtlich dem Bestreben nach immer kleineren und leistungsfähigeren Sensoren besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung diesbezüglich darin, einen Sensor bereitzustellen, der trotz Miniaturisierung eine extrem hohe Sensitivität und Genauigkeit aufweist und reproduzierbar herstellbar ist.
Hinsichtlich Sensoren mit epitaktischer Dünnschicht gemäß DE 102 10 772 C1 sind stoffsensitive, insbesondere gassensitive Sensoren nicht angedacht. Die Temperatursensoren nach DE 102 10 772 dürfen nicht stoffempfindlich sein, da sonst die Temperaturmessung verfälscht würde. Üblicherweise sind die Messwiderstände von Temperatursensoren vor Umgebungseinflüssen geschützt, insbesondere durch Glasabdeckung.
Überraschend ist, dass zur Lösung der Aufgabe Sensoren mit einem epitaktischen Muster bereitgestellt werden, die erfindungsgemäß möglichst wenige Atomlagen dicke Leiterbahnen aufweisen.
Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungen.
Maßgeblich für die vorliegende Erfindung ist, dass der Einfluss von Stoffen auf die elektrische Leitfähigkeit und den Temperaturkoeffizienten der elektrischen Leitfähigkeit umso größer und selektiver wird, je weniger Atomlagen die epitaktische Schicht aufweist. So konnte bei einer Schichtdicke von 8 nm Edelmetall auf einem Saphir eine sehr sensitive epitaktische Schicht erzeugt werden. Es handelt sich hierbei also lediglich um ungefähr 40 - 50 Atomlagen. Die Sensitivität eines vergleichbaren epitaktischen Musters ist bereits bei 20 nm Schichtdicke geringer, weshalb die bevorzugteste Schichtdicke der epitaktischen Dünnschicht unter 20 nm liegt. Bei 50 insbesondere 30 nm Schichtdicke ist der Effekt noch verwertbar. Ab 50 insbesondere 100 nm Schichtdicke wird der erfindungsgemäße Effekt zunehmend unbedeutend.
Bevorzugt werden die Leiterbahn-Muster aus Edelmetall, Nickel oder Kupfer hergestellt. Bewährt haben sich Ausführungen in Silber, Gold und Platin durch gute Konstanz und hohe Lebensdauer.
Die Leiterbahn ist ein auf einem elektrisch isolierenden Substrat aufgedrucktes Widerstandsmuster eines elektrischen Leiters. Das Material der Leiterbahn kann neben Metallen alternativ aus Materialien bestehen, deren Leitfähigkeit metallische Charakteristik aufweist, insbesondere mit positiven Temperaturkoeffizienten bezüglich der Leitfähigkeit.
Ein derartiger Widerstandssensor ändert seinen Widerstand und insbesondere seinen Temperaturkoeffizienten durch Adsorbate.
Der stoffsensitive Messwiderstand darf im Gegensatz zu Temperatursensoren nicht abgekapselt werden. Die Stoffsensitivität beruht auf dem direkten Kontakt der Leiterbahn des Messwiderstandes mit dem zu untersuchenden Medium. Die auf einem Substrat angeordnete Leiterbahn darf deshalb nicht beschichtet sein.
Eine einfache Ausführung des Verfahrens besteht darin, mit dem Adsorbat die durch das Adsorbat geänderte Kennlinie des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur zu bestimmen. Diesbezüglich hat sich die Anordnung eines zusätzlichen Heizwiderstandes auf dem Träger der epitaktischen Widerstandsstruktur bewährt. Auf diese Weise lassen sich auch die Änderungen bei der Adsorption oder Desorption des Adsorbats bestimmen. Alternativ lassen sich die Änderungen des Widerstands bei Adsorption oder Desorption auch bei konstanter Temperatur bestimmen. Bei all diesen Messungen handelt es sich um stoffspezifische Größen, die auch vom Material der epitaktischen Schicht abhängen, so dass für unterschiedliche Stoff- bestimmungen das Material der epitaktischen Schicht optimierbar ist.
Der Temperaturkoeffizient als Steigung der Kennlinie des elektrischen Widerstands mit der Temperatur ist erfindungsgemäß als eine besonders aussagekräftige stoffspezifische Größe erkannt worden, und zur qualitativen Bestimmung von Stoffen sehr zuverlässig.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen verdeutlicht.
Abbildung 1 zeigt eine Widerstandsstruktur auf einer Heizplatte.
Abbildung 2 zeigt ein Substrat mit Heizwiderstand.
Abbildung 3 zeigt neben der gassensitiven Widerstandsstruktur einen Heizwiderstand und einen Temperaturmesswiderstand. - A -
Abbildung 4 zeigt die Abhängigkeit des Widerstands von Wasserstoff.
Abbildung 5 zeigt die Abhängigkeit des Widerstands von Kohlenmonoxid.
Abbildung 6 zeigt die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten von verschiedenen Gasen im Aufheizspektrum.
Abbildung 7 zeigt Temperaturkoeffizientabkühlspektren.
Zur Messung des Temperaturkoeffizienten eignen sich beispielsweise Sensorstrukturen gemäß Abbildungen 1 bis 3.
Abbildung 1 zeigt eine Widerstandsstruktur 1 auf einem einkristallinen Saphir 2 auf einer Heizplatte 3. Die Heizplatte wird zur Messung bei konstanter Temperatur oder zum Abfahren eines Temperaturprofils angewendet. Bei konstanter Temperatur wird der Widerstand ermittelt. Beim Abfahren des Temperaturprofils ist die Ableitung des Widerstands nach der Temperatur der Temperaturkoeffizient.
Abbildung 2 zeigt einen zusätzlichen Heizwiderstand 4 auf dem Substrat, der die Heizplatte in Abbildung 1 ersetzt. Der Heizwiderstand wird vorzugsweise abgedeckt.
Abbildung 3 zeigt eine Chipausführung, bei der neben der gassensitiven Widerstandsstruktur 1 ein Heizwiderstand 4 und ein Temperaturmesswiderstand 5 angeordnet sind. Der Temperaturmesswiderstand ermöglicht eine genauere Temperaturregelung und -erfassung.
Beispiel 1:
Auf einem 0,4 mm dicken einkristallinem Saphirsubstrat, dessen Oberfläche parallel zur kristal- lographischen {11-20} Ebene liegt und deren Rauhigkeit R3 kleiner 1 nm ist, wird durch Aufdampfen von Platin im Vakuum eine metallische Leiterbahn bis zu einer Schichtdicke von 30 nm in Dünnschichttechnik aufgebracht (Abbildung 1). Dieser Sensor wird mit einem Glaslot auf eine Heizplatte aufgelötet (Abbildung 1).
Durch die Heizplatte wird der Sensor auf 2000C aufgeheizt und bei dieser Temperatur gehalten. Der Sensor wird in einem offenen Glasgefäß für wenige Sekunden mit unterschiedlichen Konzentrationen eines Wasserstoff/Stickstoff Gemisches beaufschlagt. Abbildung 4 zeigt den zeitli- chen Widerstandsverlauf . Es sind vier Peaks bei 100 ppm, 50 ppm, 25 ppm und 12,5 ppm H2 zu sehen. Der erste Peak zeigt eine sofortige Widerstandserniedrigung um 2 °/oo in Folge der Anwesenheit von Wasserstoff.
Die gestrichelte Linie zeigt zum Vergleich einen zusätzlich mit 300 nm AI2O3 abgedeckten Widerstand, der keinerlei Reaktion auf Wasserstoff zeigt.
Die Adsorption des Wasserstoffs bewirkt in eindeutiger Weise eine charakteristische Widerstandsabnahme des Sensors die zur quantitativen Auswertung geeignet ist.
Beispiel 2:
Auf einem 0,5 mm dicken einkristallinem Saphirsubstrat, dessen Oberfläche parallel zur kristal- lographischen {0001} Ebene liegt und deren Rauhigkeit Ra kleiner 1 nm ist, wird durch Aufdampfen von Platin im Vakuum eine metallische Leiterbahn bis zu einer Schichtdicke von 8,5 nm in Dünnschichttechnik aufgebracht. Die Oberflächen der Platinleiterbahn sind hierbei parallel den {111} Flächen des Platins.
Die epitaktische Beschichtung mit Platin erfolgt durch Molekularstrahlepitaxie (MBE - Molecular beam epitaxy) gemäß Dünnschichttechnologie, Hartmut Frey; Gerhard Kienel, VDI Verlag 1987, Seite 369.
Auch dieser Sensor wird mit einem Glaslot auf eine Heizplatte aufgelötet.
Die Heizplatte wird in eine Messkammer eingebracht. Die 80 ml große Kammer wird bei Umgebungsdruck und Raumtemperatur mit 20ml/min Luft gespült. Durch die Heizplatte wird der Sensor auf 13O0C aufgeheizt und bei dieser Temperatur gehalten. Dann wird der Luft 10 Minuten lang 5000 ppm Kohlenmonoxyd zugefügt. Der Widerstand des Sensors sinkt auf 9392 Ohm. Nach weiteren 10 Minuten spülen mit Luft ohne CO steigt der Widerstand um 173 Ohm auf 9565 Ohm an. Das anschließende Hinzufügen von 2500 ppm CO bewirkt eine Widerstandsänderung von 94 Ohm; 1250 ppm CO bewirkt 46 Ohm und 250 ppm eine Erniedrigung um 17 Ohm, jeweils innerhalb 10 Minuten (Abbildung 5).
Das Gleichgewicht zwischen Adsorption und Desorption des CO auf Pt( 111) hängt bei 1300C vom Partialdruck des CO in der Luft ab und kann bei dieser dünnen, epitaktischen Schicht durch direkte Messung des elektrischen Widerstandes beobachtet und zur Bestimmung des CO-Gehaltes der Luft verwendet werden. Beispiel 3:
Die Messkammer aus Beispiel 2 wird bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck wieder mit 20ml/min Luft, der 5000 ppm CO beigemischt ist, durchspült. Der Sensor aus Beispiel 2 wird wieder auf einer Heizplatte befestigt, aber diesmal von Raumtemperatur bis 48O0C mit konstanter Rate von 5°C/min aufgeheizt.
Der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes der Platinschicht wird dabei auf folgende Weise erfasst:
Der Widerstand R(T) wird kontinuierlich genau gemessen und die Ableitung des Widerstandes nach der Temperatur Rτ = dR(T)/dT numerisch berechnet. Den Temperaturkoeffizienten erhält man nach Division durch R(T) zu
Tk = RT(T)/R(T).
Diese Ableitung könnte auch analog, z.B. durch Lock-In Technik erfolgen.
Der so bestimmte Tk wird zu dem genormten Tk eines massiven Platindrahtes, der in der DIN
EN 60751 festgelegt ist, ins Verhältnis gesetzt.
TKnorm = (dR(T)/dT)/R(T) = (A+2BT)/(1+A+BT2)
für T > 00C mit A = 3,9083E-3/°C und B = -5,775E-7/°C2.
Trägt man Tk/Tknorm wie in Abbildung 6 auf, erhält man das Aufheizspektrum von CO. Die Anwesenheit von CO verrät sich durch den charakteristischen Peak bei etwa 1300C. Der Peak wird durch die Desorption von CO verursacht.
Spült man die Kammer stattdessen mit 2500 ppm NH3, erhält man einen breiteren, kleineren Peak bei 1750C bei gleicher Heizrate (Abbildung 6).
Spült man die Kammer mit 5000 ppm H2, findet man im Aufheizspektrum unter sonst gleichen Bedingungen einen ausgeprägten Peak bei 29O0C (Abbildung 6).
Spült man die Kammer dagegen mit Stickstoff, findet man keine Peaks im untersuchten Temperaturbereich (Abbildung 6).
Anhand dieser TK-Spektren können mit einem Sensor verschiedene Gase identifiziert werden. Kühlt man den Sensor mit 5°C/min von 4800C auf Raumtemperatur ab, erhält man die TK-Abkühlspektren (Abbildung 7). Auch sie sind für den Sensor und die Gasart charakteristisch und können zur Bestimmung der Gase herangezogen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Stoffsensitiver elektrischer Sensor aufweisend eine elektrisch isolierende einkristalline Oberfläche, wobei auf der einkristallinen elektrisch isolierenden Oberfläche eine metallische Leiterbahn angeordnet ist und die metallische Leiterbahn gerichtet aufgewachsen ist (epitaktisch), dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Leiterbahn unter 50 nm beträgt.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Leiterbahn unter 30 nm beträgt.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Leiterbahn weniger als 20 nm beträgt.
4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn auf Basis eines Elements oder einer Legierung besteht, die aus der Gruppe Nickel, Kupfer, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Iridium, Platin und Gold gewählt ist.
5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn Platin oder Gold oder Silber aufweist.
6. Verwendung eines elektrischen Sensors mit einer epitaktisch aufgewachsenen Leiterbahn, insbesondere metallischen Widerstandsstruktur auf einkristalliner, elektrisch isolierender Oberfläche eines Substrats zur Bestimmung von auf der Leiterbahn insbesondere Widerstandsstruktur adsorbierten Stoffen.
7. Verwendung eines Sensors nach Anspruch 6 zur Bestimmung von Gasbestandteilen.
8. Herstellung eines oberflächenempfindlichen elektrischen Widerstands, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer einkristallinen elektrisch isolierenden Oberfläche eines Substrats wenige Atomlagen epitaktisch als Leiterbahn in Dünnschichttechnik erzeugt werden.
9. Verfahren zur Bestimmung von Adsorbaten auf einer Leiterbahn, insbesondere elektrischen metallischen Widerstandsstruktur durch Änderung des Widerstands der Leiterbahn durch das Adsorbat, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren an einer epitaktisch aufgewachsenen Struktur ausgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Widerstands der epitaktisch ausgebildeten Leiterbahn in Abhängigkeit eines Adsorbats gemessen wird.
11. Verfahren zur Bestimmung von Adsorbaten auf einer Leiterbahn, insbesondere elektrischen metallischen Widerstandsstruktur durch Änderung des elektrischen Temperaturkoeffizienten der Leiterbahn der Widerstandsstruktur durch das Adsorbat, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren an einer epitaktisch aufgewachsenen Struktur ausgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn aufgeheizt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Temperaturkoeffizienten der epitaktisch ausgebildeten Leiterbahn in Abhängigkeit eines Adsorbats gemessen wird.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008047369A1 (de) * 2008-09-15 2010-04-15 Heraeus Sensor Technology Gmbh Epitaktischer Rußsensor
DE102009007940B4 (de) 2009-02-06 2010-11-18 Heraeus Sensor Technology Gmbh Nichtleitfähiges Zirkonoxid
DE102014104219B4 (de) * 2014-03-26 2019-09-12 Heraeus Nexensos Gmbh Keramikträger sowie Sensorelement, Heizelement und Sensormodul jeweils mit einem Keramikträger und Verfahren zur Herstellung eines Keramikträgers

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2219718A1 (de) * 1971-04-23 1972-11-09 Selco Mining Corp. Ltd., Toronto, Ontario (Kanada) Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen ausgewählter Komponenten in Medien
DE10210772C1 (de) * 2002-03-12 2003-06-26 Heraeus Sensor Nite Gmbh Temperatursensor

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19921532A1 (de) * 1999-05-11 2000-11-30 Heraeus Electro Nite Int Gassensor mit diffusions-limitierender Schicht
US20020142478A1 (en) * 2001-03-28 2002-10-03 Hiroyuki Wado Gas sensor and method of fabricating a gas sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2219718A1 (de) * 1971-04-23 1972-11-09 Selco Mining Corp. Ltd., Toronto, Ontario (Kanada) Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen ausgewählter Komponenten in Medien
DE10210772C1 (de) * 2002-03-12 2003-06-26 Heraeus Sensor Nite Gmbh Temperatursensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHOU H ET AL: "Investigation of platinum films grown on sapphire (0001) by molecular beam epitaxy" JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, NORTH-HOLLAND PUBLISHING, AMSTERDAM, NL, Bd. 234, Nr. 2-3, Januar 2002 (2002-01), Seiten 561-568, XP004323084 ISSN: 0022-0248 *

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Publication number Publication date
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