(57)【要約】【課題】ガス若しくは混合気の検出のための、電界効果トランジスター（ＦＥＴ）を有するガスセンサー（１）において、センサーのゲート領域への感応性の層（１０）の付着を改善する。【解決手段】ゲート領域（Ｇ）に感ガス性の層（１０）の付着のための多孔質の接着剤（１５）を設けてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス若しくは混合気の検出のための、電界効果トランジスター（ＦＥＴ）を有するガスセンサーであって、ソース領域（Ｓ）、ドレイン領域（Ｄ）、及びゲート領域（Ｇ）を備える基板（５）を含んでおり、前記ゲート領域（Ｇ）に感ガス性の層（１０）を配置してある形式のものにおいて、ゲート領域（Ｇ）に感ガス性の層（１０）の付着のための多孔質の接着剤（１５）を設けてあることを特徴とする、電界効果トランジスターを有するガスセンサー。
【請求項２】
多孔質の接着剤（１５）は、電気絶縁の特性を有している請求項１に記載のガスセンサー。
【請求項３】
多孔質の接着剤（１５）は、導電性の特性を有している請求項１に記載のガスセンサー。
【請求項４】
多孔質の接着剤（１５）とゲート領域（Ｇ）との間に電気的な絶縁層（７）を設けてある請求項１から３のいずれか１項に記載のガスセンサー。
【請求項５】
多孔質の接着剤（１５）は、多孔質の炭化珪素（SiC ）によって形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載のガスセンサー。
【請求項６】
多孔質の接着剤（１５）は、多孔質の珪素（Si）によって形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載のガスセンサー。
【請求項７】
多孔質の接着剤（１５）は、ゲート領域（Ｇ）と感ガス性の層（１０）との間の中間層として配置されている請求項１から６のいずれか１項に記載のガスセンサー。
【請求項８】
多孔質の接着剤（１５）は、傾斜化された多孔度を有している請求項１から７のいずれか１項に記載のガスセンサー。
【請求項９】
多孔質の接着剤（１５）の多孔度は、基板（５）から離れる方向に増大している請求項８に記載のガスセンサー。
【請求項１０】
感ガス性の層（１０）は多孔質の接着剤（１５）に施されている請求項１から９のいずれか１項に記載のガスセンサー。
【請求項１１】
感ガス性の層（１０）は、多孔質の接着剤（１５）の内部に施されている請求項１から９のいずれか１項に記載のガスセンサー。
【請求項１２】
ゲート領域（Ｇ）における感ガス性の層（１０）の付着は、乾燥工程及び焼結工程の少なくともいずれか一方を用いて強化されている請求項１から１１のいずれか１項に記載のガスセンサー。
【請求項１３】
感ガス性の層（１０）は結晶質の金属若しくはナノ結晶質の金属を含んでいる請求項１から１２のいずれか１項に記載のガスセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス若しくは混合気の検出のための、電界効果トランジスター（ＦＥＴ）を有するガスセンサーであって、ソース領域、ドレイン領域、及びゲート領域を備える基板を含んでおり、感ガス性の層をゲート領域に配置してある形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスターを有するガスセンサーはそれ自体公知である。該ガスセンサーの基本的な測定原理は、感ガス性の層内への検出すべきガスの拡散に基づくものであり、感ガス性の層はＦＥＴにおける電位変化を生ぜしめる。１つの基板上に電界効果トランジスターを配置してあり、電界効果トランジスターはソース領域（Ｓ）、ドレイン領域（Ｄ）、及びゲート領域（Ｇ）を含んでおり、この場合に感ガス性の層はゲート領域（Ｇ）に装着されている。電界効果トランジスター（ＦＥＴ）をベースとするガスセンサー（ＦＥＴ型ガスセンサー）がガス若しくは混合気（混合ガス）にさらされると、検出すべきガス若しくは混合気は感ガス性の層内に拡散して、ソース領域（Ｓ）とドレイン領域（Ｄ）との間のチャンネル領域（Ｋ）に対する境界面において電位を形成し若しくは変化させる。電位変化は、電流変化若しくは電圧変化に基づき測定信号（測定値）として検出される。このような基本原理に基づき種々の改良若しくは開発が行われている。
【０００３】
一般的に、感ガス性の層とゲート領域（Ｇ）とはその間に配置された中間層によって互いに分離されている。これによって一面ではゲート領域（Ｇ）を有害なガス作用から保護している。他面において、感ガス性の層は、一般的にゲート領域（Ｇ）に所定の電位を生ぜしめるために導電性であり、ＦＥＴのチャンネル領域（Ｋ）に対して電気的に絶縁されている。つまり、中間層はゲート領域（Ｇ）のための保護層であると共に、絶縁層としても用いられている。
【０００４】
例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５００８０５１Ａ１明細書に、感ガス性のＦＥＴ及び該ＦＥＴの作動のための方法を開示してあり、感ガス性の層は開気孔形の多孔質であり、任意の厚さで形成され、空隙を迂回して直接にＦＥＴの絶縁体に装着されている。この場合に、感ガス性の層はＦＥＴのチャンネル領域の真上に位置決めされており、若しくは間接的に、電位のないフローティングゲート電極を介してＦＥＴと協働するようになっている。
【０００５】
化学的な保護層及び電気的な絶縁装置としての機能を確実に生ぜしめるために、遮断層若しくは分離層は、化学的に不活性で電気絶縁性の閉じた、つまり気孔のない密な層として形成されている。このための一般的な材料は、熱酸化物、LPCVD-酸化物(LPCVD=low pressure chemical vapour deposition)若しくはLPCVD-窒化物である。このような物質からなる層は、小さい表面粗さを有するものである。これにより、分離層への感ガス性の層の弱い付着しか得られなくなっている。
【０００６】
他面において、ＦＥＴへの感ガス性の層の極めて良好な付着（接着）は、ガスセンサーの永続的でかつ信頼性の高い機能のための重要な条件である。しばしばセンサーは、感応性の層（感応層）に機械的若しくは化学的に強い負荷を与えるような測定環境で使用される。このような例は、ガスセンサーを内燃機関の排ガス系内におけるＮＯｘ検出のために使用する場合である。機械的な負荷は、例えば強い振動や極めて早いガス流によるものや、温度に起因する凍りつきによる応力などである。化学的な負荷は、例えば排気ガスや測定環境内の湿気によって惹起されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５００８０５１Ａ１明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電界効果トランジスターを有するガスセンサー（電界効果トランジスター型ガスセンサー）において、センサーのゲート領域への感応性の層の付着を、従来公知のＦＥＴ型センサー（電界効果トランジスター型ガスセンサー）に比べて改善する、つまり付着力若しくは接着力を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明によれば、ゲート領域に感ガス性の層の付着のための多孔質の接着剤を設けてある。
【発明の効果】
【００１０】
ＦＥＴ型センサーの本発明に基づく上記構成により、感応性の層の改善された付着を達成している。改善された付着（接着）は、感応性の層に作用する負荷の大きな厳しい環境下でもＦＥＴ型センサーの永続的でかつ信頼性の高い機能を保証できるものである。このような有利な作用効果は、接着剤若しくは付着剤として設けられる多孔質の材料によって得られるものである。
【００１１】
本発明は、ＦＥＴ型センサーの製造プロセスにおける煩雑な変更を必要とするものではなく、本発明に基づき多孔質の部材を設ける構成は、既存の製造プロセス内に容易に統合され、若しくは組み込まれるものである。
【００１２】
さらに本発明の実施態様によれば、ＦＥＴ型センサーの製造プロセスにおける多孔質の材料のために、始めは多孔質でない、つまりコンパクト（密）な材料を選ぶことも可能である。このような材料の多孔質化は、ＦＥＴ型センサーの製造プロセス中に行われてよいものである。始めはコンパクトな材料を用いる場合に、材料の多孔質化は、例えばゲート領域への材料の装着時に、特に溶融装着時に行われ、例えばフォトマスクを用いて電気化学式若しくは機械式の反応に基づき、或いは適切な露光による反応に基づき行われてよい。これによって所定の領域に後から付着によって層を形成できるようになっている。
【００１３】
本発明の種々の実施態様を従属請求項に記載してある。
【００１４】
次に、本発明を有利な実施形態に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に基づく電界効果トランジスター型ガスセンサーの実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に基づくガスセンサーの第１の実施形態を図１に示してある。ガス若しくは混合気の検出のための、電界効果トランジスター（ＦＥＴ）を有するガスセンサーは、基本的に１つの基板５を含んでおり、該基板は、ソース領域（Ｓ）、ドレイン領域（Ｄ）、及びゲート領域（Ｇ）を備えており、感ガス性の層１０は、ゲート領域（Ｇ）に配置されている。本発明に基づき付加的に、ゲート領域（ゲート部分）における感ガス性の層１０の付着のための多孔質の接着剤１５を設けてある。
【００１７】
有利には、接着剤１５の多孔質により、接着剤１５の材料内への感応性の層１０の深い拡散を生ぜしめるようになっていて有利である。接着剤１５の中空室は、感応性の層の材料で完全に、若しくは少なくとも部分的に満たされるようになっている。感応性の層は、接着剤１５に実際に強く結合され、つまり固着される。このように、接着剤１５の多孔質の特性は、接着剤１５上への強力な固定を可能にしている。
【００１８】
多孔質の接着剤１５は、有利にはゲート領域（Ｇ）と感ガス性の層１０との間に中間層として配置されている。この場合に、多孔質の接着剤１５は電気絶縁の特性を有していてよい。このような１つの例では、接着剤１５はチャンネル領域（Ｋ）と感応性の層１０との間の電気的な絶縁体としても用いられる。これによって、個別の絶縁層を省略できるので有利である。
【００１９】
しかしながら異なる実施形態として、接着剤１５は導電性の特性を有していてよい。このような１つの例では、互いに結合されない複数の感応性の層がゲート領域（Ｇ）上に設けられることを排除しないので有利である。この場合に、複数の感応性の層は、導電性の接着剤１５を介して互いに接続されるようになっている。
【００２０】
さらに必要に応じて、電気的な絶縁層７を、多孔質の接着剤１５とゲート領域（Ｇ）との間に配置することができる。このような必要性の１つの例は、前述のように接着剤１５が導電性である場合にある。電気絶縁性の接着剤１５の場合にも、電気的な絶縁層（電気絶縁層）７から成る保護層は、ゲート領域（Ｇ）をガスの直接的な影響若しくは作用から保護するために、若しくは電気絶縁性の接着剤１５に加えて電気的な絶縁作用を強めるために、適切な手段である。
【００２１】
本発明の特に有利な実施形態では、多孔質の接着剤１５は多孔質の炭化珪素(SiC)によって形成されている。このように一面において材料選択によって、化学的に不活性な半導体材料を用いるので、多孔質の炭化珪素から成る多孔質の接着剤１５への周囲ガスの好ましくない影響は避けられるようになっている。炭化珪素は、その優れた熱及び化学的な高い安定性に基づき過酷な環境での使用に適している。
【００２２】
他面において炭化珪素は、今日用いられ得る有利な技術によって正確に加工される半導体材料である。このように、多孔質の炭化珪素のコントロール可能な製造は保証されている。さらに、ゲート領域（Ｇ）上における接着剤１５の形成過程は、ＦＥＴセンサーの既存の製造工程内に、大きな費用を伴うことなしに組み込まれるものである。さらに、炭化珪素の導電性は、適切な材料の所期のドーピングに基づき調整されるものである。これにより、炭化珪素を接着剤１５として用いる場合に、接着剤１５を導電性として形成するか、絶縁性として形成するかの構成自由度が得られる。
【００２３】
多孔質の接着剤１５のためのほかの適切な材料は、多孔質の珪素(Si)である。原理的には、炭化珪素についての上述の利点は珪素についても当てはまり、珪素は炭化珪素に比べて、熱及び化学的な安定性に関してのみ制限されるものである。このように半導体技術において主要な材料である珪素にとっては、選択幅の広い多様な加工手段及び成熟したプロセスが提供されている。
【００２４】
特に有利な実施形態では、多孔質の接着剤１５は、傾斜化された多孔度を有している。つまり、多孔質の接着剤１５の多孔度は一定ではなく、層内で例えば１つの空間方向で変化している。有利な実施形態では、多孔質の接着剤１５の多孔度は、基板５から離れる方向に増大している。特殊な例では、例えば接着剤１５の下側の領域、つまりチャンネル領域（Ｋ）に最も近い領域では、閉じた材料が生じている。つまり、下側の領域には多孔質の材料は生じていない。多孔度は、上側の領域、つまりチャンネル領域（Ｋ）に最も離れた領域に向かっては増大している。したがって、接着剤１５の外側の表面では多孔度は最大である。
【００２５】
一方では、上述の適切な手段によって、接着剤１５と該接着剤１５の下側に位置する層、チャンネル領域（Ｋ）若しくは必要に応じて絶縁層７との間の最適な、つまり頑丈な結合を保証するので有利である。他方では、接着剤１５の上側の領域における高い多孔度に基づき、接着剤１５内への感ガス性の層１０の十分な拡散若しくは浸透を達成し、ひいては接着剤１５内における感ガス性の層の強力な固着を達成している。
【００２６】
接着剤１５の多孔度を変化させるか否かに左右されることなく、感ガス性の層１０は、接着剤１５に施され、若しくはさらに接着剤１５の内部に施され、換言すれば接着剤１５の内部に浸透成形（充填成形）される。先に述べた例では、感ガス性の層１０は、図１に示してあるように、接着剤１５から所定の高さで突出しているのに対して、後に述べた例では、感ガス性の層１０は、接着剤１５の多孔質の材料内に完全に収容（受容）され、したがって、図示を省略してあるものの、接着剤１５上に突出していない。いずれの場合にも、感ガス性の層１０の少なくとも一部分は、接着剤１５の多孔質の材料内に拡散浸入している。感ガス性の層１０の、接着剤１５の多孔質の材料内へ拡散浸入している部分（一部分）は、図面を見やすくするために、図１には明示的には示されてない。
【００２７】
さらに付言すれば、本発明のすべての実施形態において、ゲート領域（Ｇ）における感ガス性の層１０の付着（付着力）は、乾燥工程及び／又は焼結工程を用いて強化（増大）されるようになっていてよいものである。
【００２８】
本発明は殊に、感ガス性の層１０が結晶質（結晶構造）の金属若しくはナノ結晶質（ナノ結晶構造）の金属を含んでいると、実地に用いられ有益であることが実証されている。
【符号の説明】
【００２９】
１  ガスセンサー、  ５  基板、  ７  絶縁層、  １０  感ガス性の層、  １５  接着剤、  Ｄ  ドレイン領域、  ＦＥＴ  電界効果トランジスター、  Ｇ  ゲート領域、  Ｋ  チャンネル領域、  Ｓ  ソース領域
【図１】
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