(57)【要約】  本発明は、以下のステップ、ａ）基板（２）を準備すること、ｂ）基板（２）上に互いに予め決定された間隔（Ａ）で複数の導電性構造（３）を配置すること、ｃ）これらの導電性構造（３）の間に酸化物系ナノワイヤを形成させながら、これらの導電性構造（３）を酸化すること、ｄ）センサ（１）でＣＯ２を測定可能にするために、ナノワイヤにナノ粒子を堆積させることを含む、ガス中のＣＯ２の濃度が測定可能であるセンサ（１）の製造方法に関する。さらに、本発明は、基板（２）と、基板（２）上に互いに予め決定された間隔（Ａ）で配置されている複数の導電性構造（３）と、これらの導電性構造（３）の酸化によりこれらの導電性構造の間に形成されている酸化物系ナノワイヤとを備え、センサ（１）でＣＯ２を測定可能にするために、このナノワイヤにナノ粒子が配置されている、ガス中のＣＯ２の濃度が測定可能であるセンサ（１）に関する。
2021520480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップ
ａ）基板を準備すること、
ｂ）前記基板上に互いに予め決定された間隔（Ａ）で複数の導電性構造を配置すること、
ｃ）前記複数の導電性構造の間に酸化物系ナノワイヤを形成させながら、前記複数の導電性構造を酸化すること、
ｄ）センサでＣＯ２を測定可能にするために、前記ナノワイヤにナノ粒子を堆積させること
を含む、ガス中のＣＯ２の濃度が測定可能であるセンサの製造方法。
【請求項２】
ステップｃ）における酸化を、高めた温度で、有利に２８０℃を越える温度、有利に２８０℃〜４２０℃、特に３００℃〜４００℃で実施する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の導電性構造を銅又は亜鉛から形成する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の導電性構造を、ステップｂ）において、気相から堆積させる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
ステップｂ）において、前記基板上に、結合層を堆積させ、その後で前記複数の導電性構造を堆積させる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の導電性構造を、７５０ｎｍ未満の厚み、有利に２００ｎｍ〜６００ｎｍの厚みで堆積させる、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記間隔（Ａ）を、約１μｍ〜６μｍ、有利に２μｍ〜５μｍに調節する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ステップａ）において、加熱素子を含む基板を準備する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記加熱素子は、マイクロホットプレートである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ステップｃ）における酸化のために、前記マイクロホットプレートを用いた加熱により高めた温度を調節する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記マイクロホットプレートが１つのチップ上に配置されている、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記マイクロホットプレートは断熱される、請求項９から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ステップｄ）において、２０ｎｍ未満、特に１０ｎｍ未満の平均サイズを有するナノ粒子を、前記ナノワイヤに堆積させる、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
ナノ粒子は、酸化ジルコニウム及び／又は金を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
基板と、前記基板上に互いに予め決定された間隔（Ａ）で配置されている複数の導電性構造と、前記複数の導電性構造の酸化により前記複数の導電性構造の間に形成されている酸化物系ナノワイヤとを備え、センサでＣＯ２を測定可能にするために、前記ナノワイヤにナノ粒子が堆積されている、ガス中のＣＯ２の濃度が測定可能であるセンサ。
【請求項１６】
前記複数の導電性構造は、完全に若しくは部分的に酸化された銅又は完全に若しくは部分的に酸化された亜鉛から形成されている、請求項１５に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記複数の導電性構造は、７５０ｎｍ未満の厚み、有利に２００ｎｍ〜６００ｎｍの厚みで形成されている、請求項１５又は１６に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記複数の導電性構造の間の間隔（Ａ）は、約１μｍ〜６μｍ、有利に２μｍ〜５μｍである、請求項１５から１７までのいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記ナノワイヤは、実質的に酸化銅又は酸化亜鉛から形成されている、請求項１５から１８までのいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記基板は、加熱素子を有する、請求項１５から１９までのいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項２１】
前記加熱素子は、マイクロホットプレートである、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２２】
前記複数の導電性構造は、前記マイクロホットプレートを用いて、特に３００℃を越える温度に加熱可能である、請求項２１に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記マイクロホットプレートは、ＣＭＯＳチップ上に配置されている、請求項２１又は２２に記載のセンサ。
【請求項２４】
請求項１５から２３までのいずれか１項に記載のセンサを備える電子チップ。
【請求項２５】
請求項１５から２３までのいずれか１項に記載のセンサを使用し、測定を２５０℃を越える温度で、特に３００℃を越える温度で行う、ガス中のＣＯ２濃度を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中のＣＯ２の濃度を測定可能であるセンサの製造方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、ガス中のＣＯ２の濃度を測定可能であるセンサに関する。
【０００３】
最後に、本発明は、ガス中のＣＯ２濃度を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
多様な理由から、ガス中の、特に空気中の二酸化炭素（ＣＯ２）の含有率を測定することができることが重要である。一方で、ＣＯ２は、地球温暖化の要因となるガスの１つと見なされている。他方で、例えば、人口密集地内で、高い有害物質排出量で、局所的にＣＯ２の濃度を正確に決定することができることが重要である。さらに、ガス中のＣＯ２含有率の決定は、他の適用分野においても、例えば呼吸ガス中のＣＯ２含有率を監視する麻酔を伴う手術の際に、又は呼吸ガス中のＣＯ２含有率に基づき女性の排卵期を決定するためにも重要である。
【０００５】
空気のようなガス中のＣＯ２濃度を測定する装置は、かなり以前から、先行技術から公知である。最近の傾向は、既知の、比較的包括的に組み立てる装置を、より小さな装置に、特に小型化されたセンサに置き換えることにある。これは、例えばＣＯ２センサを、携帯電話に組み込むことを可能にする。それにより、様々な可能性が生じる。例えば、携帯電話所有者は、任意の場所で、例えば市街地だけでなく居住地でも、いつでも迅速にＣＯ２含有率を呼び出し、目標値と比較することが可能である。携帯電話所有者の呼吸ガスも、簡単に迅速に分析することができる。
【０００６】
相応して小型化されたセンサを提供するために、ナノワイヤ又はナノ線によって作動するＣＯ２センサを製造することがさらに公知となった。通常では、縦軸に対して横断面で数ナノメートル（ｎｍ）の直径を有するように形成されているナノワイヤを使用することにより、敏感にＣＯ２を測定することができる（Ｎａａｍａ  ｅｔ  ａｌ．，ＣＯ２  ｇａｓ  ｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｗｉｔｈ  ｍｅｔａｌ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｉｎ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ３８，２０１５，３６７参照）。１つ又は複数のガスに敏感に反応しかつ測定用に回路内に組み込まれている相応して小さなコンポーネントを使用することによりセンサを小型化することができる。というのも、敏感なユニット、ここではナノワイヤ又はナノ線には、スペースに応じた小型化の要求があるためである。
【０００７】
ガス中のＣＯ２の決定のために、場合により官能化されているナノワイヤを使用することは公知であるにもかかわらず、ＣＯ２センサを特に簡単にかつ適切な感度で作製することができる方法を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｎａａｍａ  ｅｔ  ａｌ．，ＣＯ２  ｇａｓ  ｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｗｉｔｈ  ｍｅｔａｌ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｉｎ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ３８，２０１５，３６７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これが本発明の発端である。本発明の課題は、ＣＯ２に対して敏感であり、確実なセンサを簡単に製造することができる冒頭に述べた種類の方法を提供することである。
【００１０】
さらに、相応して製造されたセンサを提供することが目的である。
【００１１】
最後に、本発明の別の目的は、確実に再現可能な測定値を提供する、ガス中のＣＯ２濃度の測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
方法に関する課題は、ガス中のＣＯ２の濃度を測定可能であるセンサの製造方法において、以下のステップ
ａ）基板を準備すること、
ｂ）基板上に互いに予め決定された間隔で複数の導電性構造を配置すること、
ｃ）これらの導電性構造の間に酸化物系ナノワイヤを形成させながら、これらの導電性構造を酸化すること、
ｄ）センサでＣＯ２を測定可能にするために、ナノワイヤにナノ粒子を堆積させること
が予定されている場合に解決される。
【００１３】
本発明により達成される利点は、特にＣＯ２と反応するか又はＣＯ２に敏感である小型化されたセンサを製造可能であり、その結果、ガス中の、例えば周囲空気中の、また例えば内燃機関の排ガス中のＣＯ２の含有率を確実に決定可能である特に簡単な方法を提供することにある。このためにまず、第一のステップで基板を準備する。この基板は、基本的に任意の物体であってよい。シリコンウェハを使用することも可能である。この基板は、後に携帯電話内に組み込まれる電子チップの部分であることも可能である。この基板上に、互いに特定の間隔を有する複数の導電性構造を配置する。次のステップで、この導電性構造の酸化を行い、その際に、回路内に組み込まれているか又は組み込まれる導電性構造の間にナノワイヤ又はナノ線が形成される。最後に、このナノワイヤに付加的にナノ粒子が備え付けられ、その結果、センサでＣＯ２が測定可能となる。
【００１４】
したがって、本発明による方法は、多数の基板上に十分に任意の導電性構造を堆積することができるので、この方法は、例えば、電子チップに組み込む際に、所定の空間的制限に関して幾何学的にフレキシブルであることも特徴とする。個々の導電性構造の間の間隔は、ナノワイヤ又はナノ線が、１つの導電性構造から次の導電性構造に橋かけを形成することができるように選択される。ナノワイヤ自体は、予定される酸化に基づき、通常では、金属の１つ又は複数の酸化物から構成される酸化物系のナノワイヤである。ナノワイヤへのナノ粒子の付加的な堆積により、ＣＯ２に関するナノワイヤの感度を高めることができる。このように作製されたセンサは、ＣＯ２の確実で再現可能な測定を許容し、簡単に製造することができ、この測定結果は、さらに、試験されるガス中の湿度に少なくともおおむね依存しない。
【００１５】
導電性構造の間に酸化物系ナノワイヤを形成するための導電性構造体の酸化は、原則として、当業者に公知の任意の方法により実施することができる。好ましくは、ステップｃ）における酸化は、高めた温度で実施される。この酸化は、空気中で実施することができる。換言すると、実質的な期間内で、導電性構造の少なくとも表面を酸化するために、空気中に存在する酸素で全く十分である。しかしながら、酸化作用するガス雰囲気中の酸素含有率を空気の酸素含有率を超えて高めることももちろん可能であり、この場合、純酸素を使用してもよい。ガス混合物、例えばアルゴンのような不活性ガスと酸素との混合物を使用することも可能である。高めた温度での酸化のために、２８０℃を越える温度、有利に２８０℃〜４２０℃、特に３００℃〜４００℃が好ましい。約２８０℃の温度で、一定の間隔で配置された導電性構造の間にナノワイヤ又はナノ線が形成されることが確認された。導電性構造が銅からなる場合、酸化の際にまずＣｕ２Ｏが形成され、銅層の厚みは、Ｃｕ２Ｏ層の形成と共に低下することが前提となる。さらに続いて、Ｃｕ２Ｏ層上にＣｕＯの形成が行われる。引き続き、導電性構造の間の間隔を橋かけしながら、ＣｕＯ層から酸化物系ナノワイヤが成長する。成長プロセスの開始時に例外なく銅から構成された導電性構造は、この成長プロセスの完了時に、場合によりコアが銅から形成され、その他が酸化銅から形成されている。対象の発明の文脈でセンサを作製する目的で、相応する構造を製造するために最適な温度範囲は、２８０℃〜４２０℃、特に３００℃〜４００℃の温度領域にあることが見出された。
【００１６】
導電性構造は、原則として、金属から形成されていて、この金属は次いで酸化される。このため、銅又は亜鉛が特に適していることが判明した。両方の金属は、まず所望の形状に容易に堆積させることができ、引き続き酸化することでナノワイヤを形成することができる。この場合、両方の方法ステップ、つまり一方で金属の堆積及び他方でその金属の酸化のために、温和な温度範囲を選択することも有利である。これは、特に、このセンサが、極めて高い温度に耐えられない比較的大きなユニットの部分である場合、例えばセンサが電子チップ上に配置されている場合に重要である。
【００１７】
導電性構造を適用するために、基板上に予め選択された間隔で互いに複数の導電性構造を適用することを許容する任意の方法を使用することができる。これには、例えば選択された領域での電気化学的堆積プロセス、レーザアブレーション又はスタンプ成形プロセスのような目標を定めた材料の除去方法が挙げられる。しかしながら、導電性構造は、ステップｂ）において気相から堆積されることが特に好ましい。このために、通常ではマスクが使用され、このマスクは基板上又は基板の上方に配置される。マスクは、フォトリソグラフィ法を用いて作製されるマスクであってもよい。この場合、基板上にポリマーからなる層を堆積させ、その後に、後に導電性構造が形成されるべき領域内のポリマーを選択に除去する。相応する領域が露出した後、特に気相からの堆積により、導電性構造を適用することができる。基板上に、まず結合層を堆積させ、その後で導電性構造を堆積させることも可能である。この場合、結合層は導電性構造の下方にある。結合層は、この上に堆積された導電性構造の結合の目的のためにだけ設けられていて、したがって、比較的薄く、例えば１００ｎｍ未満、特に５０ｎｍ未満、特に好ましくは１０ｎｍ未満の厚みに保持されてよい。このために、金属、例えばチタン又はクロムが適している。次にナノワイヤの形成のために必要とされかつその他はセンサの機能部分でもある導電性構造は、７５０ｎｍ未満の厚み、有利に２００ｎｍ〜６００ｎｍの厚みで堆積される。
【００１８】
導電性構造の間隔は、原則として、広範囲に自由に選択することができる。しかしながら、この間隔は、妥当な時間内に、十分な機械的安定性を有するナノワイヤが、導電性構造の間に形成されるように算定されているのが好ましい。したがって、この間隔を、好ましくは約１μｍ〜６μｍ、有利に２μｍ〜５μｍに調節することができる。この間隔が、述べられた最大値よりも大きくない場合、個々の導電性構造の間でナノワイヤの十分な安定性が付与される。この場合、個々のナノワイヤは、機能損失の欠点なしに重なり合って、導電性構造の間の密な網状組織を形成してもよい。
【００１９】
本発明による方法を用いて製造されたセンサは、好ましくは高めた温度で、例えば３００℃〜４００℃の温度範囲で運転される。このため、センサに後から加熱素子を備え付けるか又は連結されてよく、その結果、導電性構造及びこの導電性構造と結合するナノワイヤが存在する領域を相応する温度にすることができる。しかしながら、ステップａ）において、加熱素子を含む基板を準備することが特に好ましい。この場合、特に、酸化工程ひいてはナノワイヤの形成は、もともと後に高めた測定温度の調節のために必要な加熱素子を用いてちょうど行うことができるという利点を有する。この場合、特に、加熱素子はマイクロホットプレートであることが予定されていてよい。マイクロホットプレートは、１００μｍ×１００μｍより小さい寸法を有していてよい。厚みは、２０μｍより小さく選択されてもよい。この種の素子は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）とも言われる。この種のマイクロホットプレートが設けられている場合、ステップｃ）における酸化のために、このマイクロホットプレートを用いた加熱により高めた温度が調節される。マイクロホットプレートは、特にチップ上に配置されていてよい。このようなチップは、例えば携帯電話内に使用することができる。以後、相応して高い測定温度が可能であるように、マイクロホットプレートは周囲環境から断熱され、必要な電気接点を介してだけチップの残りの構成要素と接続されているため、３００℃〜４００℃の範囲内の高めた温度でも、電子チップの他のユニット又は他の領域に悪影響を与えない。
【００２０】
ナノワイヤをＣＯ２に関して増感するナノ粒子は、通常では、２０ｎｍ未満、特に１０ｎｍ未満の平均サイズを有する。ナノ粒子は、例えば酸化ジルコニウム及び／又は金を含むことができる。同様に、銀からなるナノ粒子を使用することもできる。炭酸バリウム又はチタン酸バリウム並びにこれらの材料の混合物からなるナノ粒子も適している。
【００２１】
ナノ粒子は、ナノワイヤ上に、ディップコーティングなどの被覆方法を用いて適用される。比較的高い程度の構造化を達成することができるプロセスも可能である。このために、特にこの方法にかなった好ましいインクジェット印刷が挙げられる。ナノ粒子は、原則として有機配位子で安定化されているので、この有機配位子を燃焼させるために、ナノ粒子を高めた温度にすることが必要である。金属ナノ粒子、特に金からなるナノ粒子が予定されている場合、このナノ粒子を、スパッタリング又は蒸着、及び後に続く温度処理によって形成させることもできる。というのも、この温度処理の際に、堆積された材料からナノ粒子への分離が起こるためである。
【００２２】
本発明の更なる目的は、基板と、この基板上に互いに予め決定された間隔で配置されている複数の導電性構造と、これらの導電性構造の酸化によりこれらの導電性構造の間に形成されている酸化物系ナノワイヤとを備え、センサでＣＯ２を測定可能にするために、このナノワイヤにナノ粒子が堆積されている、ガス中のＣＯ２の濃度が測定可能であるセンサによって達成される。
【００２３】
本発明によるセンサは、ＣＯ２が確実に測定可能であるロバストで簡単に製造可能でかつ安定な構成を特徴とする。このセンサは、特に高めた温度で、有利に３００℃〜４００℃の温度範囲で運転され、かつ空気湿度に対して十分に不感応性である。したがって、原則として、これに関する特別な校正は必要ない。
【００２４】
導電性構造は、完全に若しくは部分的に酸化された銅又は完全に若しくは部分的に酸化された亜鉛から形成されていてもよい。すでに説明した理由から、銅も亜鉛も、センサの簡単な製造のために特に適している。
【００２５】
導電性構造は、好ましくは７５０ｎｍの厚み、有利に２００ｎｍ〜６００ｎｍの厚みで形成されている。相応する厚みは、導電性構造の約１μｍ〜６μｍ、有利に２μｍ〜５μｍの間隔で、酸化のために及び隣り合う導電性構造に対してナノワイヤを形成するために十分な材料を提供するために十分である。
【００２６】
導電性構造用に銅又は亜鉛を酸化する場合、ナノワイヤは、実質的に酸化銅又は酸化亜鉛から形成される。
【００２７】
センサに加熱素子が備え付けられていることが特に好ましい。これは、高めた温度でのＣＯ２濃度の測定を可能にする。この場合、加熱素子は、関連する導電性構造及びナノワイヤが、所望の温度、例えば３００℃〜４００℃の温度範囲になることができるように配置されている。このため、導電性構造を支持する基板は、加熱素子を支持する別の支持体と結合されていてよい。導電性構造の堆積の前に、基板に予め加熱素子が備え付けられていることも可能である。これは、特に、マイクロホットプレート、好ましくは先にこれについて説明された寸法を有するマイクロホットプレートであってもよい。この場合、マイクロホットプレートを用いて、導電性構造を、特に３００℃を越える温度に加熱可能である。導電性構造が基板上に配置される前にすでに、マイクロホットプレートが基板と接続されているか又は基板内に組み込まれている場合、このマイクロホットプレート又は場合により他の種類の加熱素子は、３つの課題を担う。
ｉ）ナノワイヤの形成のために高めた温度を調節すること、
ｉｉ）ナノ粒子の有機配位子を燃焼するために、ナノ粒子の塗布後に高めた温度を調節すること、
ｉｉｉ）室温よりも高い測定温度を調節すること。
【００２８】
ナノ粒子を、蒸着、スパッタリング等、及び高めた温度での分離により形成させる場合に、４つの課題が課せられる。
【００２９】
特に、マイクロホットプレートは、ＣＭＯＳチップ上に配置されていてよい。したがって、一般に、本発明によるセンサを備えたチップが形成されていてよい。唯一のチップが複数のセンサを有していることも可能である。
【００３０】
本発明の範囲内で、本発明によるセンサは、特に、２５０℃を越える温度で、ガス中のＣＯ２に対して高い感度を有することが確認された。したがって、本発明は、別の態様で、ガス中のＣＯ２濃度を測定する方法を提供し、この場合、本発明によるセンサを使用し、かつ２５０℃を越える、特に３００℃を越える温度で測定が行われる。
【００３１】
本発明の更なる特徴、利点及び作用は、以下に示される実施例から明らかになる。この場合に参照される図面を次に示す。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】基板上に導電性構造をフォトリソグラフィにより製造するステップを示す。
【図２ａ】基板上の導電性構造の考えられる形状を示す。
【図２ｂ】基板上の導電性構造の考えられる形状を示す。
【図３】導電性構造の走査型電子顕微鏡画像及びその導電性構造の間に形成されたナノワイヤの拡大図を示す。
【図４】ＣＯ２センサの構造を示す。
【図５】チップ内に組み込まれたマイクロホットプレートの走査型電子顕微鏡図を示す。
【図６】チップ内に組み込まれたＣＯ２センサの概略構造を示す。
【図７】ＣＯ２測定についてのグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明によるセンサ１は、原則として、任意の基板２上に製造することができる。以下に、２つの例示的な製造例を示す。
【００３４】
製造例１
本発明によるセンサ１を、シリコン基板上に配置することができる。このために、２ｃｍ×２ｃｍのサイズの部分片に切断されたウェハを使用することができる。ウェハの厚みは、約７００μｍであってよい。相応する基板１は、原則として、３００ｎｍの層厚を有する熱により酸化された二酸化ケイ素を有する。この酸化物層は、複数のセンサ１が１つの基板上に並列に配置されている場合に重要であることがある。
【００３５】
具体的には、センサ１は、基板２が準備される場合に作製することができる。引き続き、フォトリソグラフィ及び金属堆積又はそれに変わる電子線リソグラフィにより導電性構造３を基板２上に配置する。これは、図１に概略的に示されている。任意の形状パターンを適用することができる。非限定的な例が、図２ａ及び図２ｂに示されている。
【００３６】
金属として、例えば銅又は亜鉛を使用することができる。図２ａ及び図２ｂに明白なように、金属が、基板２上にまず電気構造３を形成する。銅又は亜鉛の堆積は、Ｌｅｙｂｏｌｄ  ＧｍｂＨのＵｎｉｖｅｘ  Ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ  ４５０内で真空中で行うことができる。金属層の典型的な層厚は、２００ｎｍ〜６００ｎｍである。導電性構造３の堆積の前に、特に金属からなる、例えばチタン又はクロムからなる比較的薄い結合層を堆積させることも可能である。結合層を用いて、導電性構造３内の応力を回避するか又は少なくとも低減し、かつ付着を改善することができる。引き続き、更なるステップで、導電性構造３の熱による酸化を行い、その結果、隣接された導電性構造３の間にナノワイヤ又はナノ線を形成させる。図２ａで明白なように、間隔Ａは、例えば２μｍ〜４μｍであってよい。次の表１及び表２では、金属としての銅又は亜鉛について、個別のプロセスステップ、典型的なプロセスパラメータを明らかにする。
【００３７】
表１：酸化銅ナノワイヤ用のプロセスパラメータ
【表１】
2021520480.tif 000003
【００３８】
表２：酸化亜鉛ナノワイヤ用のプロセスパラメータ
【表２】
2021520480.tif 000004
【００３９】
図３は、ナノワイヤにより接続されている導電性構造３の走査型電子顕微鏡画像を示す。この部分で明白なように、個々のナノワイヤは導電性構造の間の自由距離又は間隔Ａにわたって延在している。
【００４０】
図３に明白なように、これらのナノワイヤは、引き続き又は場合により、センサ１の製造の後の段階で、ナノ粒子で増感される。ナノ粒子は、特に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）及び／又は金（Ａｕ）を含むことができる。相応するナノ粒子は、市場で入手可能であり、２０ｎｍ未満の平均粒子サイズを有することができる。センサ１は、ガス中のＣＯ２含有率を測定するために特に適しており、この測定は、高めた温度で、特に２００℃を越えて、例えば３００℃〜４００℃の温度範囲で行われる。このために、センサ１は、マイクロホットプレート４のような加熱素子を有する及び／又は支持する別の支持体５を有していてよい。この支持体５は、加熱素子と共に、基板２及びその上に配置された導電性構造３又はセンサ１と、接着によるか又は接着剤７を用いて接続されていてよい。さらに、熱電対６が設けられていてもよい。これは、図４に示されている。詳細には示されていないが、個々のコンポーネントは、測定のため又はこれらのコンポーネントの作動のために必要である限り、電気的にも接触されている。
【００４１】
製造例２
製造例１に相応して、基本的に、センサ１の実現のために任意の基板２が適している。好ましい変形態様では、センサ１は、予めマイクロホットプレート４と一緒に形成されているチップ上に、特にＣＭＯＳチップ上に実装される。マイクロホットプレート４を備える他のベースも予定されていてよい。図５では、マイクロホットプレート４が組み込まれているチップの走査型電子顕微鏡による上面図を示す。
【００４２】
図６では、構造の概略図が描写されている。マイクロホットプレート４の上方に、熱分配のための素子８が配置されているが、ただしこの素子は必須ではない。その上に、断熱された、狭義のセンサ装置が配置されている。全体の構造は、図５から明白なように、クモの巣状の電気接続によって残りのチップと接続されているだけで、その他はもちろん支持されていない。それにより、マイクロホットプレート４は、チップ上に組み込まれているにもかかわらず、チップの残りの構成要素に不利な影響を与えることなく、例えば容易に４００℃の温度に加熱することができる。この目的で、マイクロホットプレート４の下方では、シリコンを除去することにより凹陥部が設けられている。相応する材料除去は、エッチングプロセスにより達成される。マイクロホットプレート４と共に、全体の支持されていないコンセプトのセンサ配置は、周囲環境に対して十分に断熱される。熱電対６が予定されていてもよいが、これは必須ではない。
【００４３】
測定結果
本発明によるセンサを用いて、特に３００℃〜４００℃の温度範囲で、ＣＯ２含有率を、抵抗測定により特に敏感に決定することができる。この場合、測定結果は、調査されたガス内の空気湿度にはおおむね依存しない。これは、多くの目的のために、校正が必要ないことを意味する。
【００４４】
図７から明白なように、前述の２つの製造例により製造されたセンサ１は、ＣＯ２濃度の変動に敏感に反応する。運転温度は、図７に示されている測定の場合、３００℃であった。明白なように、測定結果は、許容可能な僅かな程度で空気湿度に依存するだけであり、この空気湿度は、破線に応じて２５％〜７５％の間で変更された。２５０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの関連する濃度範囲内で、測定結果は、矩形として示されたＣＯ２パルスと相関することも明白である。ＣＯ２分子が存在する場合、ガスに敏感な酸化物層とＣＯ２分子との間で電荷キャリアの交換（電子移動）が生じる。このセンサ層の電気抵抗は、ＣＯ２濃度の増加と共に上昇する。
【００４５】
本発明によるセンサ１は、簡単に製造することができ、ロバストで、特に高めた温度でも、ガス中のＣＯ２濃度を測定するために適している。特に、このようなセンサ１は、例えばマイクロホットプレート４と組み合わせて、電子チップ上に組み込むことができる。この場合、マイクロホットプレート４は、製造の間にすでに、導電性構造３の酸化のため、及び堆積されたナノ粒子の有機成分の燃焼のために使用することができ、これは、簡単な製造に有利である。さらに、マイクロホットプレート４は、運転中にＣＯ２含有率の決定のために望ましい高い温度を保証する。センサ１を含めたマイクロホットプレート４の断熱された配置により、相応するセンサ装置を１つの電子チップ上に組み込むことができる。というのも周囲環境にとって重要とはならない局所的にだけ高い温度が達成されるためである。
【００４６】
本発明によるセンサ１は、冒頭に述べた適用分野の他に、例えば建物内の室内空気の監視のため、個人の労働環境の検査のため、又は作動若しくは他のプロセスにより、機械の状態を推測することができるガスが発生する機械における状態監視のための他の一連の使用目的が予定されていてもよい。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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