ГАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК НА ОСНОВЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА Российский патент 1996 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в первичных преобразователях концентраций газов.

Известен газочувствительный датчик на основе полевого транзистора [1] Нагреватель датчика выполнен на одном кристалле с газочувствительным транзистором в виде слоя полупроводникового материала, изолирован от транзистора p -- n-переходом и расположен рядом с транзистором. Недостатком устройства является большая потребляемая нагревателем мощность, которая обусловлена конструкцией датчика.

Наиболее близким техническим решением к предложенному устройству является газочувствительный датчик на основе полевого транзистора [2] Известный газочувствительный датчик содержит кремниевую подложку с областями истока и стока, слой толстого диэлектрика над ними, слой подзатворного диэлектрика между ними и электрод затвора, расположенный над слоем тонкого диэлектрика. При этом в слое толстого диэлектрика выполнены отверстия для контактов к областям стока и истока.

Однако в указанном устройстве в одном элементе затворе транзистора совмещены функции нагревания, управления и газочувствительности. Это приводит к ухудшению чувствительности и быстродействия устройства.

Технической задачей, которую должно решать изобретение, является такое конструктивное выполнение устройства, которое позволило бы повысить чувствительность и быстродействие устройства. В предложенном изобретении эта задача решается благодаря тому, что газочувствительный датчик выполнен на основе полевого транзистора, содержащего кремниевую подложку с областями стока и истока, слой толстого диэлектрика над областями стока и истока, слой тонкого диэлектрика между ними, на котором расположен затвор, причем в слое толстого диэлектрика выполнены отверстия для контактов к областям стока и истока. При этом в отличие от прототипа устройство дополнительно содержит поликремниевую пленку с нанесенным на нее слоем диоксида кремния, а указанная пленка имеет форму петли или рамки и расположена на слое тонкого диэлектрика между затвором, выполненным из каталитически активного металла, и слоем толстого диэлектрика, а ширина поликремниевой пленки не превышает расстояния от границы слоя толстого диэлектрика до границы области пространственного заряда стока и истока.

Поликремниевая пленка служит нагревателем газочувствительного датчика, ток нагрева которого подводится через контактные площадки.

На фиг. 1 приведен разрез, на фиг. 2 топология фрагмента кристалла первичного преобразователя концентрации газов газочувствительного датчика на основе полевого транзистора.

Газочувствительный датчик содержит кремниевую подложку 1, области 2 истока и 3 стока, толстый диэлектрик 4, контакты 5 к областям 2, 3, подзатворный диэлектрик 6, поликремниевую пленку 7 в виде петли или рамки, слой 8 каталитического металла, слой 9 диоксида кремния, контактные площадки 10, 11, 12, 13 и 14. На кремниевой площадке 1 выполнены области 2, 3 истока и стока, покрытые слоем толстого диэлектрика 4, на котором выполнены контакты 5 к областям 2, 3 и который удален между этими областями. На место удаленного толстого диэлектрика 4 нанесен тонкий слой подзатворного диэлектрика 6, на который в местах, примыкающих к областям 2, 3 истока и стока, нанесена поликремниевая пленка 7 в виде петли или рамки, на поликремниевую пленку 7 нанесен слой 9 диоксида кремния, при этом на слой 9 и открытую часть подзатворного диэлектрика 6 нанесен слой 8 каталитического металла. Области 2, 3, истока и стока контактами 5 соединены с контактными площадками 12, 13 соответственно, поликремниевая пленка 7 с контактными площадками 10, 11, а слой 8 каталитического металла с контактной площадкой 14.

Для приведения первичного преобразователя в рабочее состояние на контактные площадки 10, 11 подается напряжение, обеспечивающее заданный потенциал затвора и рабочую температуру датчика, а с контактных площадок 12, 13, 14 снимается информация о концентрации газа.

Новая конструкция газочувствительного датчика обеспечивает гальваническую развязку нагревательного элемента от остальных элементов кристалла, разделение функций газочувствительности, управления, нагрева и благодаря этому повышение чувствительности и быстродействия. Кроме того, изолирование слоя каталитического металла от областей стока и истока обеспечивает повышение надежности, а конструктивное выполнение нагревателя уменьшение потребляемой мощности и получение необходимой величины его сопротивления в широких пределах.

Использование: в микроэлектронной промышленности при изготовлении газочувствительных датчиков. Сущность изобретения: датчик содержит кремниевую подложку с областями стока и истока, слой тонкого диэлектрика между ними, на котором расположен затвор. В слое толстого диэлектрика выполнены отверстия для контактов к областям стока и истока. На слое тонкого диэлектрика между затвором и слоем толстого диэлектрика расположена поликремниевая пленка с нанесенным на нее слоем диоксида кремния. Пленка имеет форму петли или рамки и ее ширина не превышает расстояния от границы слоя толстого диэлектрика до границы области пространственного заряда стока и истока. Затвор выполнен из каталитически активного металла. 2 ил.

Газочувствительный датчик на основе полевого транзистора, содержащий кремниевую подложку с областями стока и истока, слой толстого диэлектрика над областями стока и истока, слой тонкого диэлектрика между ними, на котором расположен затвор, причем в слое толстого диэлектрика выполнены отверстия для контактов к областям стока и истока, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поликремниевую пленку с нанесенным на нее слоем диоксида кремния, причем пленка имеет форму петли или рамки и расположена на слое тонкого диэлектрика между затвором, выполненным из каталитически активного металла, и слоем толстого диэлектрика, а ширина поликремниевой пленки не превышает расстояние от границы слоя толстого диэлектрика до границы области пространственного заряда стока и истока.