DE4028062C2

DE4028062C2 - Gas sensor arrangement with FET with interrupted gate

Info

Publication number: DE4028062C2
Application number: DE19904028062
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Chem Dr Wenker; Karoly Dipl Chem Dr Dobos
Original assignee: Winter Gaswarnanlagen U GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Winter Gaswarnanlagen U GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1990-09-05
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: DE4028062A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a sensor arrangement according to Preamble of claim 1.

Bei einer bekannten Sensoranordnung dieser Art (DE 29 47 050 C2) können die Teilchen der nachzuweisenden Komponen te eines Gasgemisches einerseits mit dem Gate 3 und andererseits durch Löcher 4 des Gates mit der isolieren den Schicht 2 in Berührung kommen. Die Teilchen gelangen auf diese Weise zur Grenzfläche der isolierenden Schicht 2, so daß sie am Rand oder unter dem Gate eine Änderung der Austrittsarbeit verursachen, die sich als Span nungs-, Schwellenspannungs- oder Kapazitätsänderung messen läßt. Unter oder auf dem Gate 3 kann eine die Selektivität für bestimmte Teilchen verbessernde Schicht 16 aufgebracht sein. In a known sensor arrangement of this type (DE 29 47 050 C2) the particles of the components to be detected te of a gas mixture can come into contact with the gate 3 on the one hand and through the holes 4 of the gate with the insulating layer 2 . In this way, the particles reach the interface of the insulating layer 2 , so that they cause a change in the work function at the edge or under the gate, which can be measured as a voltage, threshold voltage or capacitance change. A layer 16 which improves the selectivity for certain particles can be applied under or on the gate 3 .

Bei dieser bekannten Sensoranordnung kann auch eine Verschiebung des Arbeitspunktes des FET zu einer Änderung der Gate-Source-Spannung führen, die sich dem Meßsignal überlagert. Das Meßsignal kann dann nicht von einer Drift des Arbeitspunktes unterschieden werden. Deshalb eignet sich ein solcher Sensor nur zum Nachweis von Teilchen, bei denen das Meßsignal sehr groß im Vergleich zur üblichen Arbeitspunkt-Instabilität ist.In this known sensor arrangement, a Shift of the operating point of the FET to a change of the gate-source voltage, which is the measurement signal overlaid. The measurement signal can then not from one Drift of the working point can be distinguished. That's why Such a sensor is only suitable for the detection of Particles in which the measurement signal is very large in comparison to the usual working point instability.

Bei einer an sich bekannten Sensoranordnung (Analytical Chemistry, Bd. 58 (1989), S. 514 bis 517) ist in Fig. 1 ein Suspended Metall Gate-FET gezeigt, bei dem sich zwischen dem als Platinsieb ausgebildeten Gate 3 und der isolierenden Schicht 2 ein Luftspalt 4 befindet. Das Gate 3 steht hier also nicht in Berührung mit der isolierenden Schicht 2. Das Gate 3 ist außen und innen (Seite 515, rechte Spalte, Zeile 3 von unten) mit einer chemisch empfindlichen Schicht 5 aus elektrochemisch abgeschiedenem Polypyroll überzogen. Die Polypyrrolschicht ist ebenfalls durch den Luftspalt 4 von der isolierenden Schicht 2 getrennt. Diese Sensoranorddnung benutzt die Adsorption des zu messenden Gases an der chemisch empfindlichen Schicht 5. Das zu messende Gas beeinflußt die Kennlinie des Transistors z. B. durch Verschiebung der Schwellenspannung. Die chemische empfindliche Schicht 5 selbst wird dadurch nicht verändert. Die Herstellung dieser Sensoranordnung ist verhältnissmäßig aufwendig. Signalstärke und Spezifität sind vergleichsweise gering.In the case of a sensor arrangement known per se (Analytical Chemistry, Vol. 58 (1989), pp. 514 to 517), a suspended metal gate FET is shown in FIG. 1, in which there is between the gate 3 designed as a platinum sieve and the insulating layer 2 there is an air gap 4 . The gate 3 is therefore not in contact with the insulating layer 2 here . The gate 3 is covered on the outside and inside (page 515, right column, line 3 from below) with a chemically sensitive layer 5 made of electrochemically deposited polypyroll. The polypyrrole layer is also separated from the insulating layer 2 by the air gap 4 . This sensor arrangement uses the adsorption of the gas to be measured on the chemically sensitive layer 5 . The gas to be measured influences the characteristic of the transistor z. B. by shifting the threshold voltage. The chemically sensitive layer 5 itself is not changed thereby. The production of this sensor arrangement is relatively complex. Signal strength and specificity are comparatively low.

Aus der DE 31 51 891 C2 ist es an sich bekannt, die unerwünschte Empfindlichkeit der Sensoren auf MIS-Basis gegenüber den durch die elektrisch leitende Metallschicht diffundierbaren Komponenten des Gasgemisches zu beheben. Dazu wird auf das Gate 3 eine gasundurchlässige, passi vierende Schicht 5 aufgebracht, die mit Löchern 4 des Gates 3 fluchtende Löcher 6 aufweist. Die passivierende Schicht 5 verhindert, daß H₂ außerhalb der Löcher 4 des Gates 3 an die Metall 3-Isolator 2′-Grenzschicht gelangen kann. So können katalytische Reaktionen, die einen Einfluß auf das elektrische Verhalten der MIS- Sensoren haben, nur innerhalb der Löcher 4 an den Metall- 3-Isolator 2′-Grenzflächen definiert und kontrolliert stattfinden. Dadurch wird insgesamt die Nachweisempfind lichkeit für die nachzuweisende Komponente erhöht. Nachteilig ist eine Nullpunktsdrift, die sich bei zumin dest teilweiser Beaufschlagung des Gates mit Gleichspan nung einstellt.From DE 31 51 891 C2 it is known per se to remedy the undesired sensitivity of the MIS-based sensors to the components of the gas mixture that are diffusible through the electrically conductive metal layer. For this purpose, provided with holes 4 of the gate 3 aligned holes 6 is applied to the gate 3, a gas-impermeable, passivating layer 5 has. The passivating layer 5 prevents H ₂ from reaching the metal 3 insulator 2 'boundary layer outside the holes 4 of the gate 3 . For example, catalytic reactions that have an influence on the electrical behavior of the MIS sensors can only take place within the holes 4 on the metal 3 insulator 2 'defined and controlled interfaces. This increases the overall sensitivity to detection of the component to be detected. A disadvantage is a zero-point drift, which occurs when the gate is at least partially subjected to direct voltage.

Aus der DE 38 35 339 A1 ist es an sich bekannt, die Gateelektrode aus Teilelektroden 4, 9, 10 aufzubauen, von denen wenigstens einige keine elektrisch leitende Verbin dung mit einem Gatekontakt 3 aufweisen. Bei zunehmender Konzentration der Teilchen der nachzuweisenden Komponen te treten die Teilelektroden zunehmend in leitende Verbindung mit dem Gatekontakt. Dadurch vergrößert sich der Verstärkungsfaktor. Die Änderung des Verstärkungsfak tors wird als Meßsignal herangezogen. Auch diese Anord nung unterliegt bei zumindest teilweiser Beaufschlagung des Gates mit Gleichspannung einer unerwünschten Null punktsdrift.From DE 38 35 339 A1 it is known per se to construct the gate electrode from partial electrodes 4 , 9 , 10 , at least some of which have no electrically conductive connection to a gate contact 3 . With increasing concentration of the particles of the components to be detected, the partial electrodes increasingly come into conductive connection with the gate contact. This increases the gain factor. The change in the amplification factor is used as a measurement signal. This arrangement is also subject to an undesirable zero point drift when at least partial application of DC to the gate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbe reich der eingangs genannten Sensoranordnung zu erwei tern.The invention has for its object the Einsatzbe range of the sensor arrangement mentioned at the beginning tern.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der FET ist vorzugsweise als MISFET oder als MOSFET ausgebildet. Die isolierande Schicht kann z. B. aus SiO₂ bestehen. Als Werkstoff für das Gate ist Palla dium oder Platin besonders geeignet. Die Unterbrechungen des Gates können je nach dem Einsatzfall in zweckmäßiger Weise gestaltet und über das Gate verteilt werden. Die Unterbrechungen können z. B. auf fotolithografischem Wege hergestellt werden. Die in der Deckschicht enthaltene, Ionen oder Dipole erzeugende Substanz wird durch die Zielmoleküle teilweise dissoziiert oder solvatisiert, wenn solche Zielmoleküle durch die Deckschicht adsorbiert werden. Für jeden Einsatzfall läßt sich einerseits eine geeignete Deckschicht und andererseits eine geeignete Ionen oder Dipole erzeugende Substanz auswählen. Bei der erwähnten Dissoziierung werden Ionenpaare getrennt, oder durch die Solvatisierung wird der Dipolcharakter der Moleküle verändert, und Ionen oder Moleküle mit veränder tem Dipolmoment gelangen durch das in den Unterbrechun gen des Gates befindliche Sorbensmaterial in der ge wünschten Weise an die Metall-Isolator-Grenzflächen.This object is solved by the features of claim 1. The FET is preferably designed as a MISFET or as a MOSFET. The insulating layer can e.g. B. consist of SiO ₂ . Palladium or platinum is particularly suitable as the material for the gate. Depending on the application, the interruptions in the gate can be designed appropriately and distributed over the gate. The interruptions can e.g. B. be produced by photolithography. The ion or dipole-generating substance contained in the cover layer is partially dissociated or solvated by the target molecules if such target molecules are adsorbed by the cover layer. For each application, on the one hand a suitable cover layer and on the other hand a suitable ion or dipole generating substance can be selected. In the aforementioned dissociation, ion pairs are separated, or the dipole character of the molecules is changed by solvation, and ions or molecules with changed dipole moment reach the metal-insulator interfaces in the desired manner through the sorbent material located in the interruptions of the gate .

Nachfolgend werden einige Beispiele für erfindungsgemäß zu detektierende Zielmoleküle angegeben:Below are some examples of the invention Target molecules to be detected specified:

a) aromatics, e.g. B. benzene, toluene, etc.
b) alcohols, e.g. B. ethanol, methanol, etc.
c) esters, e.g. B. acetone,
d) ketones, e.g. B. acetone,
e) gasoline mixtures,
f) ether, e.g. B. dimethyl ether,
g) aldehydes e.g. B. formaldehyde,
h) amines, e.g. B. methylamine,
i) sulfur compounds, e.g. B. Marcaptane,
j) chlorinated compounds z. B. trichloroethane, or
k) special reactive molecules, e.g. B. ethylene oxide, Vinyl chloride or styrene.

Bei der Detektion der Dämpfe organischer Verbindungen sind sehr unterschiedliche Meßbereiche erforderlich.In the detection of vapors from organic compounds very different measuring ranges are required.

Sehr toxische Substanzen, z. B. Benzol (TRK-Wert: 5 ppm) oder Ethylenoxid (TRK-Wert: 3 ppm), müssen im unteren ppm-Bereich erfaßt werden, also in Meßbereichen von 0 bis 10 ppm bis 0 bis 100 ppm.Very toxic substances, e.g. B. Benzene (TRK value: 5 ppm) or ethylene oxide (TRK value: 3 ppm), must be in the lower ppm range can be detected, i.e. in measuring ranges from 0 to 10 ppm to 0 to 100 ppm.

Weniger toxische Substanzen wie Ethanol oder Ethylacetat, werden in Konzentrationen von 0 bis 100 ppm, 0 bis 1000 ppm oder sogar 0 bis 5000 ppm zu erfassen sein. Less toxic substances like ethanol or ethyl acetate, are in concentrations from 0 to 100 ppm, 0 to 1000 ppm or even 0 to 5000 ppm.

Wenn es um den Explosionsschutz geht, müssen Konzentra tionen von 0 bis 6000 ppm (Benzingemische), 0 bis 20 000 ppm (Isopropanol) oder sogar 0 bis 55 000 ppm (Methanol) überwacht werden.When it comes to explosion protection, Konzentra ions from 0 to 6000 ppm (gasoline mixtures), 0 to 20 000 ppm (isopropanol) or even 0 to 55,000 ppm (methanol) be monitored.

Um so unterschiedliche Meßbereiche realisieren zu können, müssen einerseits die Dicke der Deckschicht und anderer seits das Mischungsverhältnis von Sorbensmaterial und Ionen oder Dipole erzeugender Substanz entsprechend stark variiert werden. Dabei führt eine verhältnismäßig dünne Deckschicht zu kürzerer Ansprechzeit und höherer Empfindlichkeit, allerdings ebenso zu erhöhter Wirkung der Störeinflüsse durch Schwankung der Umweltbedingungen. Eine Erhöhung des Anteils der Ionen oder Dipole erzeu genden Substanz führt zu einer höheren erreichbaren elektrischen Leitfähigkeit.In order to be able to implement different measuring ranges on the one hand, the thickness of the cover layer and others the mixing ratio of sorbent material and Corresponding substance producing ions or dipoles can be varied widely. One leads proportionately thin top layer for shorter response time and higher Sensitivity, but also to an increased effect the interference caused by fluctuations in the environmental conditions. Generate an increase in the proportion of ions or dipoles substance leads to a higher achievable electrical conductivity.

Anspruch 2 gibt Anhaltspunkte für die Dicke der Deck schicht.Claim 2 gives clues to the thickness of the deck layer.

Gemäß Anspruch 3 läßt sich der negative Einfluß von Wasserdampf auf das Meßergebnis minimieren. Dabei soll allerdings eine einmal eingestellte Arbeitstemperatur möglichst konstant gehalten werden.According to claim 3, the negative influence of Minimize water vapor on the measurement result. In doing so however, once the working temperature has been set are kept as constant as possible.

Die Materialien gemäß den Ansprüchen 4 bis 6 sind für die Durchführung der Erfindung besonders vorteilhaft.The materials according to claims 4 to 6 are for the implementation of the invention is particularly advantageous.

Die Anordnung und Ausgestaltung der die Empfindlichkeit beeinflussenden Schicht gemäß den Ansprüchen 7 bis 9 ist in bestimmten Einsatzfällen vorteilhaft.The arrangement and design of the sensitivity influencing layer according to claims 7 to 9 advantageous in certain applications.

Die Löcher gemäß Anspruch 10 können z. B. quadratisch ausgebildet sein. The holes according to claim 10 can, for. B. square be trained.

Gemäß Anspruch 11 lassen sich die Abstände der Teilelek troden voneinander nach Zweckmäßigkeit gestalten. Die Abstände können insbesondere gleich sein oder nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit zunehmen oder einer stati stischen Verteilung genügen.According to claim 11, the distances between the parts can be Design treads from one another according to expediency. The Distances can in particular be the same or after one certain regularity or a stati static distribution are sufficient.

Mit den Mitteln des Anspruchs 12 gelingt es, die Null punktsdrift des Sensorsignals zumindest annähernd voll ständig zu unterdrücken. Jeder Gleichspannungsanteil führt zu einer gewissen Nullpunktsdrift, die für eine zuverlässige Detektion aber nicht tragbar ist.With the means of claim 12 it is possible to zero point drift of the sensor signal is at least approximately full constantly suppress. Any DC component leads to a certain zero drift, which for a reliable detection but not portable.

Gemäß Anspruch 13 kann ein gut amplitudenstabiler Oszil lator von z. B. 1 kHz verwendet werden.According to claim 13, a good amplitude stable Oszil lator from z. B. 1 kHz can be used.

Gemäß Anspruch 14 wird durch den Effektivwert der pul sierenden Gleichspannung die Auswertung des Sensorsignals erleichtert und verbessert.According to claim 14, the effective value of the pul DC voltage the evaluation of the sensor signal relieved and improved.

Die Erfindung ergeben wird in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen und anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt:The invention will result in the following description of execution play and explained using the drawings. It shows:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungs form des FET, Fig. 1 shows a cross section through a first form of execution of the FET,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungs form des FET, Fig. 2 shows a cross section through a further form of execution of the FET,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine wiederum andere Ausführungsform des FET, Fig. 3 is a cross sectional view of a still other embodiment of the FET,

Fig. 4 bis 8 jeweils unterschiedliche Ausbildungen und Anordnungen der Unterbrechungen des Gates, FIGS. 4 to 8 are different embodiments and arrangements of the discontinuities of the gate,

Fig. 9 ein Schaltschema für die Sensoranordnung, Fig. 9 is a circuit diagram for the sensor arrangement,

Fig. 10 die Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des FET ohne Deckschicht und Fig. 10 is a top view of another embodiment of the FET without a cover layer and

Fig. 11 die Schnittansicht nach Linie XI-XI in Fig. 10 in vergrößerter Darstellung. Fig. 11 is the sectional view along line XI-XI in Fig. 10 in an enlarged view.

In Fig. 1 weist ein Feldeffekttransistor (FET) 1 ein halbleitendes Substrat 2, z. B. aus Silicium, mit Source 3 und Drain 4 auf, die durch entsprechende Dotierung entstanden sind. Auf dem Substrat 2 befindet sich eine isolierende Schicht 5, z. B. aus SiO₂. Auf die isolierende Schicht 5 ist eine mit durchgehenden, als Löcher ausge bildeten Unterbrechungen 6 versehene, elektrisch leiten de Metallschicht als Gate 7 aufgebracht. Das Gate 7 besteht vorzugsweise aus Palladium.In Fig. 1, a field effect transistor (FET) 1 has a semiconducting substrate 2 , z. B. of silicon, with source 3 and drain 4 , which are formed by appropriate doping. On the substrate 2 there is an insulating layer 5 , for. B. from SiO ₂ . On the insulating layer 5 is provided with a continuous, formed as holes 6 interruptions, electrically conductive de metal layer as a gate 7 . The gate 7 is preferably made of palladium.

Auf dem Gate 7 befindet sich eine Deckschicht 8 mit einem Sorbensmaterial für Zielmoleküle von Dämpfen organischer Verbindungen. Dem Sorbensmaterial ist eine Ionen oder Dipole erzeugende Substanz beigemischt. Die Unterbrechungen 6 sind mit dem Material der Deckschicht 8 gefüllt.A cover layer 8 with a sorbent material for target molecules of vapors of organic compounds is located on the gate 7 . An ion or dipole-producing substance is mixed with the sorbent material. The interruptions 6 are filled with the material of the cover layer 8 .

In Fig. 2 ist zwischen der isolierenden Schicht 5 und dem Gate 7 eine die Empfindlichkeit der Sensoranordnung gegenüber einer bestimmten Komponente das Gasgemisches beeinflussende Schicht 9, z. B. aus Titan, angeordnet. Die Schicht 9 weist mit den Unterbrechungen 6 des Gates 7 fluchtende, als Löcher ausgebildete Unterbrechungen 10 auf, die ebenfalls mit dem Material der Deckschicht 8 ausgefüllt sind. In FIG. 2, between the insulating layer 5 and the gate 7 is a layer 9 which influences the sensitivity of the sensor arrangement to a specific component, e.g. B. made of titanium. The layer 9 has, with the interruptions 6 of the gate 7, aligned interruptions 10 in the form of holes, which are also filled with the material of the cover layer 8 .

In allen Figuren der Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen.In all figures of the drawings, the same parts are included provided with the same reference numbers.

Gemäß Fig. 3 ist die die Empfindlichkeit beeinflussende Schicht 9 zwischen dem Gate 7 und der Deckschicht 8 angeordnet.Referring to FIG. 3, the influencing the sensitivity layer 9 between the gate 7 and the covering layer 8 is disposed.

Die Fig. 4 bis 8 zeigen unterschiedliche Ausbildungen und relative Anordnungen der als Löcher ausgebildeten Unterbrechungen 6 des Gates 7. Die Unterbrechungen 6 sind jeweils quadratisch ausgebildet, so daß ihre Breite 11 gleich ihrer Länge 12 ist. Auch die Breitenabstände 13 der Unterbrechungen 6 untereinander sind jeweils gleich den Längenabständen 14 der Löcher 6 voneinander. Vorzugsweise sind Breite 11, Länge 12, Breitenabstand 13 und Längenabstand 14 auch untereinander gleich. FIGS. 4 to 8 show different configurations and relative dispositions of the interruptions 6 formed as a hole of the gate. 7 The interruptions 6 are each square, so that their width 11 is equal to their length 12 . The width spacings 13 of the interruptions 6 are also equal to the length spacings 14 of the holes 6 from one another. Width 11 , length 12 , width distance 13 and length distance 14 are preferably also identical to one another.

In den Fig. 4 und 5 beträgt dieses gleiche Maß z. B. 3,5 µm. In den Fig. 6 bis 8 beträgt das gleiche Maß dagegen jeweils nur 1,5 µm.In Figs. 4 and 5 of the same level is z. B. 3.5 microns. In Figs. 6 to 8 the same level, however, is only 1.5 microns.

In Fig. 4 sind die sich in der Längsrichtung 15 er streckenden Spalten der Unterbrechungen 6 jeweils um eine ganze Unterbrechungsteilung gegeneinander in der Längsrichtung versetzt. In Fig. 5 fluchten die Unter brechungen 6 der benachbarten Lochspalten in der Breiten richtung 16 miteinander. In Fig. 6 sind die Spalten der Unterbrechungen 6 in der gleichen Weise wie in Fig. 4 angeordnet. In Fig. 7 sind benachbarte Spalten der Unterbrechungen 6 in der Längsrichtung 15 jeweils um eine halbe Länge 17 der Unterbrechungen 6 gegeneinander versetzt. In Fig. 8 schließlich entspricht die relative Anordnung der Spaltan der Unterbrechungen 6 derjenigen in Fig. 5. In Fig. 4, the he in the longitudinal direction 15 extending columns of interruptions 6 are each offset by an entire interruption pitch against each other in the longitudinal direction. In Fig. 5, the interruptions 6 of the adjacent holes in the width direction 16 are aligned with each other. In FIG. 6, the gaps of the breaks 6 are arranged in the same manner as in FIG. 4. In FIG. 7, adjacent columns of the interruptions 6 in the longitudinal direction 15 are each offset by half a length 17 of the interruptions 6 . Finally, in FIG. 8, the relative arrangement of the gap at the interruptions 6 corresponds to that in FIG. 5.

Das Schaltschema gemäß Fig. 9 zeigt einen gut amplituden stabilen Oszillator 18, dem ein Impedanzwandler 19 nachgeschaltet ist. Der Oszillator 18 und der Impedanz wandler 19 werden durch eine Gleichspannungsquelle 20 versorgt. Am Ausgang des Impedanzwandlers 19 und damit am Pluspol eines Kondensators 21 steht daher eine Wechsel spannung mit Gleichspannungsanteil an. Dagegen gibt der Minuspol des Kondensators 21 eine reine Wechselspannung auf das Gate 7 des FET 1, wie dies für den Punkt 22 mit dem schematischen Wellenzug angedeutet ist. Auf diese Weise ist der FET 1 praktisch frei von Nullpunktsdrift.The circuit diagram according to FIG. 9 shows a well-amplitude stable oscillator 18 , which is followed by an impedance converter 19 . The oscillator 18 and the impedance converter 19 are supplied by a DC voltage source 20 . At the output of the impedance converter 19 and thus at the positive pole of a capacitor 21 there is therefore an AC voltage with a DC voltage component. In contrast, the negative pole of the capacitor 21 gives a pure alternating voltage to the gate 7 of the FET 1 , as is indicated for the point 22 with the schematic wave train. In this way, the FET 1 is practically free of zero drift.

Der Drain 4 des FET 1 und die Gleichspannungsquelle 20 sind mit einer Betriebsspannungsstabilisierung 23 verbun den. Andererseits ist der Drain 4 über eine Leitung 24 mit einem Präzisionsgleichrichter 25 verbunden. Für einen Punkt 26 der Leitung 24 nach dem Minuspol eines Kondensators 30 ist schematisch angedeutet, daß dort eine pulsierende Gleichspannung ansteht.The drain 4 of the FET 1 and the DC voltage source 20 are connected with an operating voltage stabilization 23 . On the other hand, the drain 4 is connected to a precision rectifier 25 via a line 24 . For a point 26 of line 24 after the negative pole of a capacitor 30 it is indicated schematically that a pulsating DC voltage is present there.

Ein Ausgang 27 des Präzisionsgleichrichters 25 liefert, wie dort schematisch angedeutet, den konstanten Effektiv wert der pulsierenden Gleichspannung, der über eine Leitung 28 in eine Auswerteschaltung 29 eingegeben wird.An output 27 of the precision rectifier 25 delivers, as indicated schematically there, the constant effective value of the pulsating DC voltage, which is input via a line 28 into an evaluation circuit 29 .

Die Fig. 10 und 11 zeigen eine weitere Ausführungsform des FET 1. FIGS. 10 and 11 show another embodiment of the MOSFET 1.

In Fig. 10 sind zur Verdeutlichung sowohl die Deckschicht als auch die isolierende Schicht nicht dargestellt. Die Source 3 ist mit einem Sourcekontakt 31, der Drain 4 mit einem Drainkontakt 32 und das Gate 7 mit einem Gatekon takt 33 verbunden. Das Gate 7 weist zahlreiche Teilelek troden 34 auf, zwischen denen jeweils ein Abstand be steht. Diese Abstände definieren insgesamt eine zusammen hängende Unterbrechung 35, die gemäß Fig. 11 mit dem Material der Deckschicht 8 ausgefüllt ist.For clarification, both the cover layer and the insulating layer are not shown in FIG. 10. The source 3 is connected to a source contact 31 , the drain 4 with a drain contact 32 and the gate 7 with a gate contact 33 . The gate 7 has numerous Teilelek electrodes 34 , between each of which there is a distance. Overall, these distances define a continuous interruption 35 , which is filled with the material of the cover layer 8 according to FIG. 11.

Wie insbesondere Fig. 10 verdeutlicht, fluchten mit Source 3, Drain 4 und Gatekontakt 33 jeweils einige der Teilelektroden 34 jeweils mit einem Teil ihrer Fläche.As illustrated in particular in FIG. 10, source 3 , drain 4 and gate contact 33 each align some of the partial electrodes 34 with a part of their area.

Die Fig. 11 verdeutlicht die unregelmäßigen Abstände zwischen den Teilelektroden 34. FIG. 11 illustrates the irregular spacing between the sub-electrodes 34.

Die Teilelektroden könnten auch z. B. quadratisch ausge bildet und in Zeilen und Spalten entsprechend den Unter brechungen 6 in den Fig. 4 bis 8 angeordnet sein.The partial electrodes could also, for. B. forms out square and be arranged in rows and columns according to the interruptions 6 in FIGS . 4 to 8.

In allen Fällen führen die Teilchen der nachzuweisenden Komponente des Gasgemisches dazu, daß schließlich die Teilelektroden 34 elektrisch leitend miteinander verbun den werden und ein wirksames Gate 7 entsteht.In all cases, the particles of the component of the gas mixture to be detected lead to the fact that finally the partial electrodes 34 are connected to one another in an electrically conductive manner and an effective gate 7 is created.

Claims

1. Sensor arrangement for measuring the concentration of at least one component of a mixture of organic vapors with a field effect transistor (FET) ( 1 ), which has a semiconducting substrate ( 2 ) with source ( 3 ) and drain ( 4 ) on the substrate ( 2 ) has an electrically insulating layer ( 5 ) and on the outside of the insulating layer ( 5 ) an electrically conductive metal layer provided with at least one interruption ( 6 ; 35 ) as gate ( 7 ),
the at least one component of the mixture to be measured causes a change in the threshold voltage at the FET ( 1 ) which is evaluated as a sensor signal,
characterized in that on the outside of the gate ( 7 ) a cover layer ( 8 ) of a sorbent material containing an ion or dipole-producing substance for target molecules of vapors of organic compounds is applied,
and that the material of the cover layer ( 8 ) fills the least one interruption ( 6 ; 35 ) of the gate ( 7 ) and extends into contact with the insulating layer ( 5 ).

2. Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the thickness of the cover layer ( 8 ) 1 to 2000 microns, preferably 10 to 500 microns.

3. Sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the working temperature of the FET ( 1 ) is 50 to 100 ° C.

4. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the cover layer ( 8 ) as a sorbent polymer, z. B. based on polysiloxane or polyethylene glycol, which are used as statio nary phases in gas chromatography.

5. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized by generating an ion or dipole de substance with ion pairs or dipole molecules a positive triphenyl carbenium ion (trityl ion) and an organic fluoride, e.g. B. trifluoroacetic acid acid, as a negative ion.

6. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized by generating an ion or dipole de substance with ion pairs or dipole molecules a positive trityl ion and a fluoride as negative ion.

7. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that
that between the gate ( 7 ) and the insulating layer ( 5 ) or between the gate ( 7 ) and the cover layer ( 8 ) there is arranged a layer ( 9 ) which influences the sensitivity of the sensor arrangement to a specific component of the gas mixture,
that the layer ( 9 ) influencing the sensitivity has at least one interruption ( 10 ) aligned with the at least one interruption ( 6 ; 35 ) of the gate ( 7 ),
and that the material of the cover layer ( 8 ) fills the least one interruption ( 10 ) of the layer ( 9 ) influencing the sensitivity.

8. Sensor arrangement according to claim 7, characterized in that the sensitivity-influencing layer ( 9 ) is 5 to 100 nm thick.

9. Sensor arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the sensitivity-influencing layer ( 9 ) made of aluminum or gold or copper or titanium.

10. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the gate ( 7 ) has a plurality of interruptions designed as holes ( 6 ).

11. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the gate ( 7 ) has at least one interruption ( 35 ) as a space between partial electrodes ( 34 ) of the gate ( 7 ).

12. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that at the gate ( 7 ) is a pure AC voltage without DC voltage part.

13. Sensor arrangement according to claim 12, characterized in that an oscillator ( 18 ) via an impedance wall ler ( 19 ) and a capacitor ( 21 ) is connected to the gate ( 7 ).

14. Sensor arrangement according to claim 12 or 13, characterized in that at the output of the FET ( 1 ) behind a capacitor ( 30 ) as a sensor signal, a pulsating direct voltage occurs, and that from the pulsating direct voltage in a precision rectifier ( 25 ) the effective value of pulsating DC voltage is formed and input into an evaluation circuit ( 29 ).