(57)【要約】【課題】本発明の課題は、固体電解質ガスセンサの小型化を実現し、別のガスセンサの製造のコストを低減し、電子回路の集積を可能にすることである。【解決手段】マイクロメカニカルの支持基板（１；１ａ；１ｂ）と、第１の多孔質電極（Ｅ１，Ｅ１’，Ｅ１''）および第２の多孔質電極（Ｅ２；Ｅ２’，Ｅ２''）と、前記第１の多孔質電極（Ｅ１，Ｅ１’，Ｅ１''）と前記第２の多孔質電極（Ｅ２；Ｅ２’；Ｅ２''）との間に埋め込まれた固体電解質（５）とを有することを特徴とする、マイクロメカニカル固体電解質センサ装置。【選択図】図１
2013156259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表側（ＶＳ；ＶＳａ；ＶＳｂ）および裏側（ＲＳ；ＲＳａ；ＲＳｂ）を有するマイクロメカニカル支持基板（１；１ａ；１ｂ）と、
前記マイクロメカニカル支持基板（１；１ａ；１ｂ）上の第１の多孔質電極（Ｅ１，Ｅ１’，Ｅ１''）および第２の多孔質電極（Ｅ２；Ｅ２’，Ｅ２''）と、
前記第１の多孔質電極（Ｅ１，Ｅ１’，Ｅ１''）と前記第２の多孔質電極（Ｅ２；Ｅ２’；Ｅ２''）との間に埋め込まれた固体電解質（５）と
を有することを特徴とする、マイクロメカニカル固体電解質センサ装置。
【請求項２】
前記支持基板（１）は、ダイヤフラム領域（Ｂ）を画定するための開放された空洞（Ｋ）を有し、
前記第２の多孔質電極（Ｅ２）は前記空洞（Ｋ）を通って延在する、
請求項１記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置。
【請求項３】
前記支持基板（１ａ）は、多孔質化された領域（ＰＯ）を有し、
前記多孔質化された領域（ＰＯ）上に、前記第１の多孔質電極（Ｅ１’）、前記第２の多孔質電極（Ｅ２’）、および、該第１の多孔質電極（Ｅ１’）と該第２の多孔質電極（Ｅ２’）との間に埋め込まれた前記固体電解質（５）が設けられている、
請求項１記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置。
【請求項４】
前記支持基板（１ｂ）は、閉じられた空洞（ＣＶ）を有し、
前記第２の多孔質電極（Ｅ２''）は前記閉じられた空洞（ＣＶ）を通って延在する、
請求項１記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置。
【請求項５】
前記マイクロメカニカル支持基板（１；１ａ；１ｂ）はウェハの一部である、
請求項１から４までのいずれか１項記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置。
【請求項６】
前記ウェハはＳｉ，ＳｉＣまたはサファイヤを含む、
請求項５記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置。
【請求項７】
マイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法であって、
表側（ＶＳ；ＶＳａ；ＶＳｂ）および裏側（ＲＳ；ＲＳａ；ＲＳｂ）を有するマイクロメカニカル支持基板（１；１ａ；１ｂ）を設けるステップと、
第１の多孔質電極（Ｅ１，Ｅ１’，Ｅ１''）、第２の多孔質電極（Ｅ２；Ｅ２’，Ｅ２''）、および、当該第１の多孔質電極（Ｅ１，Ｅ１’，Ｅ１''）と当該第２の多孔質電極（Ｅ２；Ｅ２’；Ｅ２''）との間に埋め込まれる固体電解質（５）を、前記マイクロメカニカル支持基板（１；１ａ；１ｂ）上に設けるステップと
を有することを特徴とする、マイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法。
【請求項８】
前記支持基板（１）に、開放された空洞（Ｋ）を設け、
前記第２の多孔質電極（Ｅ２）が前記空洞（Ｋ）を通って延在するように、当該第２の多孔質電極（Ｅ２）を設ける、
請求項７記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法。
【請求項９】
前記支持基板（１ａ）に、多孔質化された領域（ＰＯ）を設け、
前記多孔質化された領域（ＰＯ）上に、前記第１の多孔質電極（Ｅ１’）、前記第２の多孔質電極（Ｅ２’）、および、該第１の多孔質電極（Ｅ１’）と該第２の多孔質電極（Ｅ２’）との間に埋め込まれる前記固体電解質（５）を設ける、
請求項７記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記支持基板（１ｂ）に、閉じられた空洞（ＣＶ）を設け、
前記第２の多孔質電極（Ｅ２''）が前記閉じられた空洞（ＣＶ）を通って延在するように、当該第２の多孔質電極（Ｅ２''）を設ける、
請求項７記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記空洞（Ｋ）を形成する前に前記支持基板（１）の前記表側（ＶＳ）に補助ダイヤフラム（５０）を設け、その後に該空洞（Ｋ）をエッチングにより形成し、その後に該表側（ＶＳ）に前記固体電解質（５）と前記第１の多孔質電極（Ｅ１）とを設け、その後に前記裏側（ＲＳ）から前記補助ダイヤフラム（５０）を除去し、最後に、前記第２の多孔質電極（Ｅ２）が前記空洞（Ｋ）を通って延在するように該第２の多孔質電極（Ｅ２）を設ける、
請求項８記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記空洞（Ｋ）を形成する前に前記固体電解質（５）と前記第１の多孔質電極（Ｅ１）とを前記支持基板（１）の表側（ＶＳ）に設け、その後に補助ダイヤフラム（５５）を該支持基板（１）の表側（ＶＳ）に設け、その次に該空洞（Ｋ）をエッチングによって形成し、その後に、前記第２の多孔質電極（Ｅ２）が該空洞（Ｋ）を通って延在するように該第２の多孔質電極（Ｅ２）を設け、最後に該表側（ＶＳ）にある前記補助ダイヤフラム（５５）を除去する、
請求項８記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロメカニカル固体電解質センサ装置と、その製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体電解質ガスセンサは従来技術において、たとえばラムダセンサの形態の酸素センサとして公知となっている。ネルンストセルとして構成されたラムダセンサは電解質の電圧を測定し、このようなラムダセンサでは二酸化ジルコニウムをダイヤフラムとして使用する。ここでは、高温時（セラミックセンサの場合には典型的には６５０℃）に酸素イオンを電解輸送でき、これにより測定可能な電圧を生じさせることができるという、二酸化ジルコニウムの特性を利用する。
【０００３】
ＤＥ１９９４１０５１Ａ１に、広帯域ラムダセンサとして構成されたガスセンサが開示されており、このガスセンサはセラミック固体電解質をベースとし、複数の電極を有する。これらの電極は複数のチャンバ内と、固体電解質の外側とに設けられている。
【０００４】
このような公知の固体電解質センサ装置の技術としてはセラミック圧膜技術が用いられる。このセラミック圧膜技術で実現できる最小サイズは比較的大きくなってしまい、特に、構造の幅（典型的には３０μｍ以上）も膜厚（典型的には１０μｍ）も大きくなってしまう。複数のセルを組み合わせることにより、酸素センサの他にも、たとえば窒素酸化物に対応する別のガスセンサも製造することができる。しかし、このような別のガスセンサは高コストになり、複雑な評価電子回路を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ１９９４１０５１Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、固体電解質ガスセンサの小型化を実現し、別のガスセンサの製造のコストを低減し、電子回路の集積を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、請求項１に記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置と、請求項７に記載のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法とを提供する。
【０００８】
各従属請求項に有利な実施形態が記載されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置を説明するための概略的な断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置を説明するための概略的な断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置を説明するための概略的な断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の基礎を成す思想は、固体電解質方式のガスセンサにマイクロメカニカル技術を適用することである。本発明ではこのことにより、固体電解質方式のガスセンサをさらに小型化することができ、コストが安くなり、別のセンサ部品を集積できるようになることにより、たとえば評価回路や駆動制御回路を集積できるようになることにより、信頼性が向上する。
【００１１】
本発明は上述のガスセンサを実現するために、とりわけ、セラミック圧膜ガスセンサの化学的な機能材料および動作メカニズム、たとえば酸素伝導性材料である固体電解質と、マイクロシステム技術の処理工程、構造および材料、たとえば微細パターニングされたダイヤフラムとを組み合わせる。電極材料および固体電解質材料において格段に小さい寸法を実現できることにより、材料特性を所期のように活用することができ、たとえば温度領域を拡大することができる。
【００１２】
従属請求項に記載された実施形態により、独立請求項に記載された装置および方法を有利に発展および改善することができる。
【００１３】
有利には、支持基板が、ダイヤフラム領域を画定するための開放された空洞を有し、多孔質の第２の電極がこの空洞を通る。このような構成により、裏面マイクロマシニング技術を用いてセンサ構造を形成することができ、これにより、小型かつ安定的なダイヤフラムを多数、１つのウェハに形成し、後で１つのセンサでこれら多数のダイヤフラムを同時に（表側と裏側とで一続きになっている電極により）コンタクトして、利用することができる。
【００１４】
さらに有利には、前記支持基板は、多孔質化された領域を有し、この多孔質化された領域上に、第１の多孔質電極、第２の多孔質電極、および、該第１の多孔質電極と該第２の多孔質電極との間に埋め込まれた固体電解質が設けられている。このような構成により裏面マイクロマシニング技術を省略することができ、支持基板は比較的高い耐性を維持することができ、ダイヤフラムが圧力に脆弱になるということが無くなる。それにも関わらず、多孔質化することにより、検出対象であるガスはセンサに到達することができ、ないしは、ポンピング動作時に、電解質によってポンピングされたガスが流出することができる。
【００１５】
さらに有利には、支持基板が、閉じられた空洞を有し、多孔質の第２の電極がこの閉じられた空洞を通る。このような構成により、拡散が制限された、センサの動作を実現することができる。多孔質電極によって電気的接続部が形成されると同時に、この多孔質層を通ってガスが所定のように流れるかないしは流出することができる。
【００１６】
さらに、マイクロメカニカル支持基板をウェハの一部とすることも有利である。このような実施形態により、多くのセンサを並行して１つのウェハで同時に製造することができ、しかも、すべての各作業工程（電解質を設ける工程、電極を設ける工程、空洞を形成する工程等）を同時に行うことができる。このようなウェハにはさらに電子回路を集積することもでき、この電子回路の集積に対応する処理は、有利にはすでに事前に行うことができる。このことにより、能動センサ層が阻害されないようにすることができる。
【００１７】
さらに、ウェハをＳｉ，ＳｉＣまたはサファイヤから形成するのが有利である。この実施形態の利点は、簡単に処理することができる低コストの基板を製造できることと、このような基板によって電子回路を簡単に集積できることである。さらに、ＳｉＣは非常に耐高温性であり、ＳｉＣを用いることにより、最大５００℃を超える温度のセンサに電子部品を組み込むことができる。サファイヤは、他の絶縁材料を使用しなくても、非導電性である。
【００１８】
さらに有利には、空洞を形成する前に支持基板の表側に補助ダイヤフラムを設け、その後に該空洞をエッチングにより形成し、その後に該支持基板の表側に固体電解質と第１の多孔質電極とを設け、その後に裏面から前記補助ダイヤフラムを除去し、最後に、第２の多孔質電極が前記空洞を通るように該第２の多孔質電極を設ける。このような実施形態により、より簡単かつ高信頼性の製造を実現することができる。従来技術では、第１のステップとしてダイヤフラムを、裏面マイクロマシニング工程（たとえばＫＯＨエッチングによるウェットエッチング）で形成していた。このような工程の欠陥率は、（センサ層の成膜と比較して）比較的高く、この処理工程を開始した後は、損失は最低限になる。というのも、ウェハが処理された後は、欠陥時に破壊されるウェハ数がごく僅かになるからだ。さらにこのようなプロセスでは、後でセンサで機能する層（たとえば固体電解質）が、ウェハに使用されるエッチング剤やエッチング工程にさらされることがなくなる。固体電解質と比較してダイヤフラムのエッチングの選択性が最大限になるように、前記ダイヤフラムの材料を選定することができる。ダイヤフラムはウェハより格段に薄いので、ダイヤフラムのオーバーエッチングが必要である場合には、ウェハを直接エッチングする時間よりもこのオーバーエッチングの実施時間を格段に短縮することができる。その際には、ダイヤフラム領域の外側に残った未除去の補助ダイヤフラムの材料が、固体電解質を基板から絶縁する機能を果たすことができる。
【００１９】
さらに、空洞を形成する前に固体電解質と第１の多孔質電極とを支持基板の表側に設け、その後に補助ダイヤフラムを該支持基板の表側に設け、その次に該空洞をエッチングによって形成し、その後に、第２の多孔質電極が該空洞を通るように該第２の多孔質電極を設け、最後に該支持基板の表側にある補助ダイヤフラムを除去することも有利である。このような方法は、複数のセンサを作製するための１つのウェハに電子回路を組み込むのに特に有利な方法である。電子回路を有するウェハは、完全に（事前）処理される。その後に、このウェハにセンサ層を（有利には局所的にのみ限定的に）設け、たとえばポリマーから成る補助ダイヤフラムを局所に限定して設けるか、または面全体に設ける。空洞の処理が終了した後に、ポリマーから成る補助ダイヤフラムを、たとえば剥離剤によって除去する。
【実施例】
【００２０】
以下、図面を参照して実施例に基づき、本発明の別の特徴および利点を説明する。
【００２１】
図面において、符号が同じである場合には同一ないしは同機能の構成要素を示している。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置を説明するための概略的な断面図である。
【００２３】
図１中、符号１は支持基板を示しており、該支持基板は表側ＶＳおよび裏側ＲＳを有する。支持基板１には空洞Ｋが設けられており、該空洞Ｋは裏側ＲＳから表側ＶＳまで延在している。固体電解質ダイヤフラム５は、空洞Ｋと該空洞Ｋの周辺領域とをカバーするように、支持基板１の表側ＶＳに設けられている。固体電解質ダイヤフラム５の表側に第１の電極Ｅ１が設けられており、該固体電解質ダイヤフラム５の裏側に第２の電極Ｅ２が設けられている。両電極Ｅ１，Ｅ２は多孔質ないしはガス透過性である。このような構成体が、簡単なネルンストセルを構成する。支持基板１はとりわけ、半導体材料または絶縁材料から成るウェハの一部である。前記ウェハは、たとえばＳｉ，ＳｉＣまたはサファイヤから成る。
【００２４】
薄膜プロセスないしは半導体分野にて通常使用される手法を、固体電解質ダイヤフラム５および電極Ｅ１，Ｅ２の機能材料にも、支持基板１にも用いることにより、構造の幅および膜厚を格段に小さくすることができる。
【００２５】
たとえば、固体電解質ダイヤフラム５の膜厚を数ｎｍ〜数ｍｍにすることができ、たとえば、１０ｎｍや１０μｍにすることができる。ダイヤフラム領域Ｂの形成では、３００ｎｍ〜２μｍの厚さ領域が有利である。このようなネルンストセル１つの横方向の寸法は、１μｍ〜数百μｍの間で変更することができる。
【００２６】
とりわけ、小さい膜厚を有する固体電解質ダイヤフラム５に固体電解質を使用することにより、寄生的な直列抵抗を低減することができ、この直列抵抗の低減により、ネルンスト電流を増加させることもできる。膜厚が小さくなることにより、粒度も制限される。したがって、このようにして実現することが可能なナノスケールの固体電解質では、高い気密性を実現できる他に、動作温度の低減を実現することができ、５００℃未満の領域ないしは少なくとも８００℃までの領域の動作温度を実現することもできる。
【００２７】
固体電解質ダイヤフラム５の作製方法としては、たとえばスパッタリング等である物理的成膜法、またはレーザアブレーション法、または化学的成膜法、とりわけ化学蒸着法や原子膜成膜法を使用することができる。また、マイクロメカニカル支持基板１上において、たとえばスクリーン印刷法を用いた従来のセラミック圧膜技術を用いることにより、固体電解質の膜厚をより大きくすることができ、これにより、全体的にハイブリッドシステムが実現される。その際には、固体電解質の印刷ないしは堆積は、有利には空洞を形成する前かつ裏面電極Ｅ２を設ける前に行われる。
【００２８】
有利には、ダイヤフラム領域Ｂの耐性を高くするため、個々のネルンストセルを可能な限り小さく形成する。
【００２９】
多くの個別のダイヤフラムを組み合わせることにより、面積が大きくかつ電流信号が大きいポンピングセルを実現することができる。こうするためには、複数の個別のネルンストセルに設けられた電極コーティングのみを接続するだけでよい。このことは、複数の空洞Ｋとこれに対応する複数のダイヤフラム領域Ｂとを有する１つの支持基板１全体に、電極Ｅ１，Ｅ２を面状に形成することにより、最も簡単に実現することができる。
【００３０】
支持基板１がガス透過性でない場合には、支持基板１は固体電解質に対する絶縁層を有さなければならない。というのも、そうしないと、ガス透過性を有さない領域においてもポンピングプロセスが生じ、このポンピングプロセスがネルンストセルを破壊してしまうからである。この絶縁層は、固体電解質に局所的に、ガスをポンピングすることができる電界を生じさせない特性を有するか、または択一的に、ガスが固体電解質層の領域に到達するのを阻止する気密層を使用することができる。
【００３１】
製造に有利なのは、まず、１つまたは複数のネルンストセルのために用いられる、支持基板１上の領域に、固体電解質を表側ＶＳに設け、その上に表側電極Ｅ１を設けることである。その次に、たとえばウェットエッチングまたはＤＲＩＥ法（Deep Reactive Ion Etching）によるパターニング法を用いて、支持基板１を裏側ＲＳから表側ＶＳまで除去する。支持基板１が多層構成である場合（たとえば、支持基板１の表側ＶＳにおいて固体電解質ダイヤフラム５の下方に上述の絶縁層が設けられる場合）、このパターニングプロセスは複数の段階を含むことができる。支持基板１を裏側からパターニングすることにより１つまたは複数の空洞Ｋを形成した後、裏側ＲＳから裏側電極Ｅ２をコーティングする。
【００３２】
図１中、符号Ｐはガスのポンピング方向を示しており、このポンピング方向は、ダイヤフラムＢにおいて印加される電圧の方向に応じて反転できることに留意すべきである。前記ガスはここでは酸素である。
【００３３】
図２は、本発明の第２の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置を説明するための概略的な断面図である。
【００３４】
図２の実施形態では、符号１ａは支持基板を示しており、該支持基板は表側ＶＳａおよび裏側ＲＳａを有する。裏側ＲＳａから表側ＶＳａまで多孔質領域ＰＯが延在している。図２に示されたネルンストセルの場合、支持基板１ａは固体電解質ダイヤフラム５および電極Ｅ１’，Ｅ２’を支持するための支持体として機能し、それと同時に、ネルンストセルの動作に対する拡散バリアとしても機能する。
【００３５】
製造時には、支持基板１ａの表側ＶＳａに裏側電極Ｅ２’を成膜し、その上に、固体電解質ダイヤフラム５のための固体電解質を堆積させ、その上に表側電極Ｅ１’を成膜する。
【００３６】
有利には、両電極Ｅ１’，Ｅ２’のうち少なくとも一方を横方向にパターニングする。最後に、支持基板を裏側ＲＳａから多孔質化する。この多孔質化は、特に少なくとも、両電極Ｅ１’，Ｅ２’が位置しかつ固体電解質ダイヤフラム５によってポンピングが行われる領域ＰＯにおいて行われる。
【００３７】
図３は、本発明の第３の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置を説明するための概略的な断面図である。
【００３８】
この第３の実施形態では、符号１ｂは支持基板を示しており、該支持基板は表側ＶＳｂおよび裏側ＲＳｂを有する。支持基板１ｂは、閉じられた空洞ＣＶを有し、この空洞ＣＶを覆うように、固体電解質ダイヤフラム５が表側ＶＳｂに設けられている。閉じられた空洞ＣＶ内部に、裏側電極Ｅ２''が固体電解質ダイヤフラム５の下方に設けられており、この裏側電極Ｅ２''は、相応の開口Ｏを通って前記閉じられた空洞ＣＶから引き出されている。
【００３９】
固体電解質ダイヤフラム５の表側に表側電極Ｅ１''が設けられている。
【００４０】
図中に示されていない別の実施形態では、局所的に多孔質化されかつ裏側が閉じられた領域のみを前記１つまたは複数の空洞として使用することもできる。
【００４１】
図４ａ，４ｂは、本発明の第４の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【００４２】
この第４の実施形態では、空洞Ｋをエッチングにより形成する前に補助ダイヤフラム５０を基板１の表側ＶＳに設ける。前記補助ダイヤフラム５０は、たとえば窒化シリコンまたは酸化シリコンから作製される。
【００４３】
次に、空洞Ｋをエッチングにより形成し、その後、固体電解質５と第１の多孔質電極Ｅ１とを表側ＶＳに設ける。このことにより、図４ａに示されたプロセスの状態になる。
【００４４】
さらに図４ｂを参照すると、ダイヤフラム領域Ｂにおいて補助ダイヤフラム５０を裏側ＲＳから除去し、その次に、第２の多孔質電極Ｅ２を裏側ＲＳに設ける。
【００４５】
この実施形態では、センサ領域Ｂの外側に補助ダイヤフラム５０が残るが、これがセンサ動作を妨害するように作用することはない。
【００４６】
図５ａ，５ｂは、本発明の第５の実施形態のマイクロメカニカル固体電解質センサ装置の製造方法を説明するための概略的な断面図である。
【００４７】
この第５の実施形態では、空洞Ｋをエッチングにより形成する前に固体電解質５および第１の多孔質電極Ｅ１を基板１の表側ＶＳに設ける。次に、エッチング保護部として補助ダイヤフラム５５を基板１の表側ＶＳに、つまり第１の多孔質電極Ｅ１に設ける。このことにより、図５ａに示されたプロセスの状態となる。前記補助ダイヤフラム５５は、たとえば窒化シリコン、または酸化シリコン、またはポリマーから成る。
【００４８】
さらに図５ｂを参照すると、空洞Ｋをエッチングにより形成し、その次に、第２の多孔質電極Ｅ２を裏側ＲＳに設ける。最後に、表側ＶＳにある補助ダイヤフラム５５を除去する。
【００４９】
ここで説明した実施形態の支持基板１の材料として有利には、耐高温性でありかつ化学的に不活性である材料を使用することができ、たとえば単結晶炭化シリコン（ＳｉＣ）から成るウェハを使用することができる。
【００５０】
このことにより、ウェハ上に、とりわけネルンストセルないしはポンピングセルのための領域外において、信号前処理を行う半導体集積回路を、たとえば増幅回路、閉ループ制御回路または開ループ制御回路の形態で設けることができるという利点が奏される。有利にはこのような回路は、ポンピングセルを基板に形成する前にすでに形成および処理される。このような回路によってたとえば、印加される電極およびポンピング方向を規則的に変化させる、ポンピングセルの発振動作を実現することができる。その際には、ポンピング電流の時間依存特性および／または電圧依存特性に基づいて信号評価を行うことができる。
【００５１】
たとえば多結晶ＳｉＣウェハ等である多結晶材料、または、シリコン母材にＳｉＣを導入したもの等である多相材料を、支持基板の材料として使用することもできる。その際には回路は、別の付加的なエピタキシャル成長層に実現することしかできない。多相材料の場合、多孔質化を簡単に行ったり、１相の分離によって多孔質化を行うことができる。
【００５２】
ガス透過性の電極Ｅ１，Ｅ２ないしはＥ１’，Ｅ２’ないしはＥ１''，Ｅ２''は、たとえば金属をガスフロースパッタリングすることにより形成することができ、このことにより、高温の使用温度における高い耐酸化性を実現することができる。前記金属は有利には貴金属である。ガスフロースパッタリングにより、導電性でありかつ多孔質である層を電極Ｅ１，Ｅ２として設けることができる。電極を形成するための別の手法としてたとえば、貴金属ナノ粒子を有機溶剤中に入れたものを塗布し、その後にこの貴金属ナノ粒子を濃縮化するために加熱工程を行うことが考えられる。
【００５３】
特に有利なのは、複数の化学的センサを組み合わせるため、または、複数の異なる機能を組み合わせて１つのセンサを実現するために、たとえば窒素酸化物ガスセンサとして使用するために、ＭＥＭＳ構造体を使用することである。このようなガスセンサの一実施形態では、ポンピングセルおよびネルンストセルを有する小型化された二重チャンバセンサが実現される。このような小型化により、たとえばＮＯを検出するためのポンピングセルの体積と表面積とのより有利な比率を利用することができる。基体材料としてＳｉＣ半導体材料を使用することにより、センサを動作させるための電気回路や、信号を増幅および前処理するための電気回路を、センサチップ内に集積することができる。このことにより、センサ素子とエンジン制御装置との間の付加的な電子回路ユニットを簡略化できるか、または完全に省略することができる。
【００５４】
半導体基板上には、化学的センサ、たとえば、ＳｉＣ支持基板に設けられナノパターニングコーティングが施されたＣｈｅｍＦＥＴを収容する他に、電気的情報、熱的情報または機械的情報を検出するためのセンサを収容することもでき、たとえば電界感応性トランスデューサ、圧電素子およびサーミスタを収容することができる。このことによってダイヤフラム上に、圧力、温度または流れを検出するための別の物理的センサを収容することができ、前記化学的センサ素子とともに１つの部品に組み込み、たとえば複数の化学的および物理的なパラメータを検出するための排ガスセンサとすることができる。また、マイクロメカニカル手法で製造ないしは後処理された支持基板に、たとえば、小型化されたバルブのためのアクチュエータや加熱抵抗を組み込むこともできる。
【００５５】
有利な実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。とりわけ、ここで挙げた材料および構成は単なる例であり、ここで説明した例に限定されることはない。
【符号の説明】
【００５６】
１          支持基板
５          固体電解質ダイヤフラム
ＶＳ，ＶＳａ，ＶＳｂ  支持基板１の表側
ＲＳ，ＲＳａ，ＲＳｂ  支持基板２の裏側
Ｅ１，Ｅ１’，Ｅ１''  第１の多孔質電極
Ｅ２，Ｅ２’，Ｅ２''  第２の多孔質電極
Ｋ，ＣＶ    空洞
５０，５５  補助ダイヤフラム
【図１】
2013156259.tif 000003
【図２】
2013156259.tif 000004
【図３】
2013156259.tif 000005
【図４】
2013156259.tif 000006
【図５】
2013156259.tif 000007