Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines miniaturisierten Wasserstoffsensors. Der dafür verwendete Feldeffekttransistor (FET) mit Luftspalt zwischen Gate und Isolator erlaubt aufgrund der kapazitiven Kopplung Messungen der Austrittsarbeit ∆Φ der auf dem Gate aufgebrachten sensitiven Schicht. Basierend auf dieser Plattformtechnologie wurden als weitere Applikation ozonsensitive Schichten aufgebracht und getestet. Die vorliegende Arbeit stellt das Aufbauverfahren für den GasFET mit Luftspalt mit speziell dafür entwickelten hybriden Gates vor. Mit einem angepassten Flip-Chip-Bond-Prozess konnte eine kostengünstige Montageeinheit unter Reinraumbedingungen aufgebaut werden, mit der es erstmals gelang reproduzierbar und stabile Luftspaltsensoren herzustellen. Zwei Transistorvarianten, die bekannte SGFET-Variante (Suspended Gate) und eine neue FGFET-Variante (Floating Gate) wurden entwickelt, aufgebaut und charakterisiert Zur Reduktion der teilweise hohen Temperaturempfindlichkeit des Sensors werden zwei Methoden aufgezeigt. Mit einem Kompensationstransistor, der exakt dem Messtransistor mit Ausnahme seiner gasinnerten Schicht entspricht, kann die Temperaturempfindlichkeit um den Faktor 500 gegenüber dem Einzelbauelement reduziert werden. Alternativ kann bei der FGFET-Variante ein Isothermer Punkt über die Substratspannung eingestellt und damit eine Temperaturgenauigkeit von ∆Φ/T > 1 mV/K erreicht werden bei etwa 800 mV Signalhöhe. Der entwickelte Wasserstoffsensor erfüllt mit seinen Eigenschaften bereits viele Punkte der geforderten Spezifikationen aus der Automobilindustrie. Mit der integrierten Heizung und einer Sensortemperatur von 20 °C über Umgebungsbedingungen, wird der Temperaturbereich von - 40 °C bis 85 °C abgedeckt. Der Feuchteeinfluss des Sensors ist über den Bereich von 10 bis 100 % rel. Feuchte sehr gering. Die Ansprechzeit des Sensors konnte auf maximal 2 Sekunden bestimmt werden. Ausführliche Feldtests mit verschiedensten Quereinflüssen wurden durchgeführt. Als problematisch hat sich in hohen Konzentrationen nur Ammoniak herausgestellt. Über eine Dauer von mindestens zwei Jahren ist die Messfunktion des Sensorsystems zuverlässig garantiert. Für den Ozonsensor wurde mit der Vorstrukturierung des Gates durch poröses Silizium die Lebensdauer der Kalium Iodid Schicht wesentlich verlängert. Mit geheizten Edelmetallschichten aus Gold und Platin konnten erstmals auch feuchte- und quergasunempfindliche Ozonsensoren realisiert werden.     «

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines miniaturisierten Wasserstoffsensors. Der dafür verwendete Feldeffekttransistor (FET) mit Luftspalt zwischen Gate und Isolator erlaubt aufgrund der kapazitiven Kopplung Messungen der Austrittsarbeit ∆Φ der auf dem Gate aufgebrachten sensitiven Schicht. Basierend auf dieser Plattformtechnologie wurden als weitere Applikation ozonsensitive Schichten aufgebracht und getestet. Die vorliegende Arbeit stellt das Aufbauverfahren für den GasFET mit L...     »

The goal of the theses was the development of a miniaturized hydrogen sensor. The used field-effect-transistor with an air gap between Gate and Insulator allows a capacitive coupling of the changing workfunction ∆Φ of a sensitive gate layer in the field-effect-transistor. Based on this platform technology a further application with ozone sensitive layers was built up and tested. In this work the packaging of the hybrid sensor with a mounting method was developed. With an adapted flip-chip-bonding technique a new process could be built up, which allows to produce stable and reproducible sensors under clean room conditions for the first time. Two versions of sensors were developed and characterized -the known SGFET-Sensor (Suspended Gate) and the new FGFET-Sensor (Floating Gate). To reduce the high temperature dependence two methods were presented. With an additional transistor canal, which corresponds to the measurement canal except the gas inert sensitive layer, the temperature dependence could be reduced by a factor of 500. A second method is to adjust the working point of the FGFET in an “Isothermic Point”. With the substrate voltage a temperature accuracy could be achieved of ∆Φ/T > 1 mV/K with 800 mV signal. The developed hydrogen sensor fulfils the specifications of the automobile industry in many points. With an integrated heating and a sensor temperature that is 20 °C above the surrounding conditions, a temperature range form - 40 to 85 °C can be achieved. The influence of humidity is very low in the range of 10 to 100 % relative humidity. The response time of the sensor could be determined by maximal 2 seconds. Extensive field-tests with a multitude of influences were carried out. The only problem for the sensor are high ammonia concentrations. The sensor works at least for two years. Lifetime of the ozone sensor could be extended by etching the silicon gate to porous silicon. With heated sensitive layers made of gold and platinum ozone sensors could be fabricated, that are nearly insensitive towards humidity and other gases.     «

The goal of the theses was the development of a miniaturized hydrogen sensor. The used field-effect-transistor with an air gap between Gate and Insulator allows a capacitive coupling of the changing workfunction ∆Φ of a sensitive gate layer in the field-effect-transistor. Based on this platform technology a further application with ozone sensitive layers was built up and tested. In this work the packaging of the hybrid sensor with a mounting method was developed. With an adapted flip-chip-bondin...     »