[发明专利]用于高温化学场效应晶体管(ChemFET)废气传感器的适用于废气的保护层

说明书

技术领域

发明涉及一种用于制造一种传感器元件的方法，这元件包括有至少一个敏感元器件。发明此外还涉及一种按照权利要求11的前序部分所述的传感器元件。

包括有敏感元器件的传感器元件例如用于测量在测量腔室里气体的至少一种性能。这至少一种性能可以是指气体的一种物理的和/或化学的性能，尤其是气体的成分。例如可以使用一种这样的传感器元件，来测量在气体中，例如在内燃发动机的废气中，某一种气体成分的浓度和/或分压力，或者说定性和/或定量地检测这些气体成分。然而例如也可以代替或者附加于一种气体成分，检测其它种类的被分析物，例如在与气体状态不同的集合体状态下的分析物，例如液体分析物和/或分析物颗粒。

为了测定在一个测量气体腔室里的气体性能，传感器元件一般包括有一个具有气体敏感层的元器件，尤其是一种具有气体敏感层的半导体元器件。这样的具有气体敏感层的半导体元器件一般为气体敏感的场效应晶体管。在这样的气体敏感的场效应晶体管中，栅极设有一个涂层，在其上面可以吸附气体分子，这种气体分子导致了栅极上的电位变化，这种变化又改变了晶体管通道里的载流子密度，并因此改变了晶体管的特性曲线。这是一种存在有相应气体的信号。作为涂层分别选用一种对于某种所要探测的气体来说选择性的材料。这里涂层一般包含有一种催化活性材料。通过使用不同的气体敏感的场效应晶体管，它们分别具有特定的栅极涂层，可以探测不同的气体。

所要探测的气体可以按不同的方式与传感器元件，尤其是与气体敏感涂层交互作用，例如通过吸附和/或化学吸着，化学反应或者也按其它方式。通过所要探测的气体与气体敏感涂层的交互作用，引起栅极上的电位变化，这在位于其下面的通道部位里影响到场效应晶体管的载流子密度。栅极上的电位变化是由于栅极金属的输出功相比于栅极介质有变化，和/或在介质(绝缘体)和半导体材料之间的界面状态密度有变化。因此改变了晶体管的特性曲线，这可以评价作为存在有各自气体的信号。这样的气敏场效应晶体管例如表示于DE 26 10 530中，因此对于这样的气敏场效应晶体管可能的结构，可以参见该专利文件。

用于探测气体成分的传感器元件例如也使用在汽车的废气管路里。用这样的传感器元件例如可以得出在气体中存在有氮氧化物，氨或者碳氢化合物。然而由于内燃发动机的废气温度高，就对传感器元件提出了高的要求。此外在废气里例如也可能含有颗粒物，它们可能导致栅极涂层磨蚀。这就必须要保护栅极涂层，其中然而不得由于一种这样的保护而影响功能。

为了保护栅极涂层，例如已知的是：将一种气体敏感涂层涂覆在气敏场效应晶体管上。一种这样的气敏场效应晶体管具有一种多孔，敞开的敏感涂层，它例如在DE-A10 2005 008 051里作了说明。一种多孔层涂覆在气敏场效应晶体管上然而有以下缺点：可能损伤很敏感的栅极涂层。此外尤其是在高温下使用传感器元件时，可能由于半导体元器件和保护层的不同的热膨胀系数而产生应力，这尤其是在涂层厚度从几个微米至几个毫米时，可能在保护层里一起裂纹，或者甚至引起保护层的剥落。

发明内容

发明的优点

一种按照发明的，用于制造一种包括有至少一个敏感元器件的传感器元件的方法有以下步骤：

(a)将一个由无残留地可以热分解的材料制成的屏蔽层涂覆在敏感元器件上，其中敏感元器件通过屏蔽层完全被遮盖住，

(b)在屏蔽层上涂覆一个由一种热稳定材料制成的保护层，

(c)通过热解作用或者一种低温导引的氧等离子体去除屏蔽层。

通过在涂覆保护层之后去除屏蔽层，在敏感元器件和保护层之间产生一个空腔。保护层并不直接位于敏感元器件上。这尤其具有优点：当高温负载和温度交变时，在保护层和敏感元器件的热膨胀系数有大的差别时，避免了热应力。这同时使保护层稳定化，这是因为当保护层和敏感元器件由于高温负载和温度交变而膨胀不同时，在保护层里并不产生裂纹，而且保护层不发生剥落。

敏感元器件一般涂覆在载体基质上。载体基质通常包括有印制导线，用它们可以使敏感元器件接触。尤其是在传感器元件的高温应用时，载体基质由一种陶瓷材料制成。当使用在低温场合时，然而也可以使载体基质例如是一种聚合物载体基质，如同一般在印刷电路板制造中采用的那样。