CN102148243B - 用于高温的电子器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子器件、尤其是一种化学敏感的场效应晶体管，其包括:衬底（1），设置在衬底（1）上的印制导线结构（2），以及通过印制导线结构（2）接触的功能层（3）。为了能够构造薄的、耐氧化的并且耐高温的印制导线结构（2），该印制导线结构（2）由金属混合物构造，该金属混合物包括：铂，和选自铑、铱、钌、钯、锇、金、钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗中的一种或者多种金属。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高温的电子器件，尤其是一种化学敏感的半导体器件。
背景技术
电子器件可以具有衬底、设置在衬底上的印制导线结构以及通过印制导线结构接触的功能层，其中印制导线结构为了接触功能层可以部分地被功能层覆盖。
例如，这种电子器件可以是化学敏感的、例如气体敏感的场效应晶体管。功能层在此可以是场效应晶体管的栅极电极。印制导线结构在此通常由纯铂构成。
然而，在将化学敏感的场效应晶体管用于检测内燃机、例如机动车的内燃机的废气中的气体组分时，化学敏感的场效应晶体管遭受化学上侵蚀性的、尤其是氧化性的气氛和超过500℃的温度。
在这些条件下，纯铂会退化，尤其是消失，并且印制导线结构会断。因此，铂构成的印制导线结构通常具有比功能层明显更大的厚度。然而这会导致功能层在印制导线结构的垂直面上断开。
发明内容
本发明的主题是一种电子器件，尤其是一种半导体器件，其包括衬底、设置在衬底上的印制导线结构以及通过印制导线结构接触的功能层。根据本发明，印制导线结构在此由金属混合物构造，该金属混合物包括铂以及选自铑、铱、钌、钯、锇、金、钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗构成的组中的一种或者多种金属。
由这种金属混合物构造印制导线结构具有的优点是，可以改进印制导线结构在高温下在例如400℃至1000℃、例如500℃至800℃下对于化学侵蚀性的、尤其是氧化性的气氛的耐抗性。由此，可以比传统的由纯铂构成的印制导线结构更薄地构造印制导线结构。特别地，通过这种方式，印制导线结构可以比功能层更薄地构造。由此，又可以避免部分覆盖印制导线的功能层的断开。
在本发明的范围中，半金属例如硼、硅、锗属于金属。
在本发明的意义中，“镧系元素”尤其是理解为以下元素：铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥。
优选的是，铂是金属混合物的主要组成部分。在此，“金属混合物的主要组成部分”尤其是可以理解为金属混合物的如下金属：该金属具有金属混合物的金属的最高摩尔百分比部分。
金属混合物尤其是可以由铂和选自铑、铱、钌、钯、锇、金或钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗中的一种或者多种金属构成。
金属混合物例如可以包括铂和选自铑、铱、钌、钯、锇和金中的一种或多种金属，或者由其构成。
对此可替选地，金属混合物可以包括铂和选自钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗中的一种或者多种金属，或者由其构成。
在一个实施形式的范围中，金属混合物包括铂和选自钛、锆、铪、铬、铼和铝中的一种或者多种金属，和/或选自铑、铱和钌中的一种或者多种金属。
优选的是，金属混合物包括铂和铑，或者由其构成。
在另一实施形式的范围中，金属混合物包括：
－从大于等于60原子百分比到小于等于99原子百分比、尤其是从大于等于75原子百分比到小于等于90原子百分比的铂，以及
－从大于等于1原子百分比到小于等于40原子百分比、尤其是从大于等于10原子百分比到小于等于25原子百分比的、选自铑、铱、钌、钯、锇、金、钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗中的一种或者多种金属，
其中铂、铑、铱、钌、钯、锇、金、钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗的原子总和总共得到100原子百分比。
特别地，金属混合物可以包括：
－从大于等于60原子百分比到小于等于99原子百分比、尤其是从大于等于75原子百分比到小于等于90原子百分比的铂，以及
－从大于等于1原子百分比到小于等于40原子百分比、尤其是从大于等于10原子百分比到小于等于25原子百分比的、选自铑、铱、钌、钛、锆、铪、铬、铼和铝中的一种或者多种金属，
其中铂、铑、铱、钌、钛、锆、铪、铬、铼和铝的原子总和总共得到100原子百分比。
例如，金属混合物可以包括：
－从大于等于60原子百分比到小于等于99原子百分比、尤其是从大于等于75原子百分比到小于等于90原子百分比的铂，以及
－从大于等于1原子百分比到小于等于40原子百分比、尤其是从大于等于10原子百分比到小于等于25原子百分比的、选自钛、锆、铪、铬、铼和铝中的一种或者多种金属，
其中铂、钛、锆、铪、铬、铼和铝的原子总和总共得到100原子百分比。
对此可替选地，金属混合物可以包括
－从大于等于60原子百分比到小于等于99原子百分比、尤其是从大于等于75原子百分比到小于等于90原子百分比的铂，以及
－从大于等于1原子百分比到小于等于40原子百分比、尤其是从大于等于10原子百分比到小于等于25原子百分比的、选自铑、铱和钌中的一种或者多种金属，
其中铂、铑、铱和钌的原子总和总共得到100原子百分比。
在另一实施形式的范围中，金属混合物包括：
－从大于等于60原子百分比到小于等于99原子百分比、尤其是从大于等于75原子百分比到小于等于90原子百分比的铂，以及
－从大于等于1原子百分比到小于等于40原子百分比、尤其是从大于等于10原子百分比到小于等于25原子百分比的铑，
其中铂和铑的原子总和总共得到100原子百分比。
在另一实施形式的范围中，金属混合物是金属合金。
在另一实施形式的范围中，金属混合物包括铂芯，其分别至少部分地、 尤其是基本上完全地被选自铑、铱、钌、钯、锇、金、钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗中的一种或者多种金属构成的、尤其是具有铑的金属层包围。通过用这种金属层包围铂芯，必要时可以防止或者至少减少铂的蒸发或者凝聚。在此，“基本上完全被包围”尤其是理解为包括由于两个或者更多个芯彼此接触和/或一个芯或者多个芯接触衬底表面而导致的偏差。铂芯例如可以具有通过扫描电子显微镜测量的、大于等于0.1nm到小于等于90nm、尤其是大于等于3nm到小于等于50nm、例如大于等于5nm到小于等于20nm的平均大小。金属层例如可以具有通过扫描电子显微镜测量的、大于等于0.1nm到小于等于90nm、尤其是大于等于3nm到小于等于50nm、例如大于等于5nm到小于等于20nm的层厚度。
为了接触功能层，印制导线结构可以部分地被功能层覆盖。
在另一实施形式的范围中，功能层部分地覆盖印制导线结构并且部分地覆盖衬底。
功能层可以是多孔的和/或导电的层。在此，“导电”尤其是理解为该层具有至少10Sm-1的特定电导率。在此，功能层可以具有通过扫描电子显微镜测量的、大于等于0.2nm到小于等于20nm、尤其是大于等于0.3nm到小于等于10nm、例如大于等于0.5nm到小于等于5nm的平均孔大小的孔。例如，功能层可以由选自铂、铑、铱、钌、钯、锇、金、钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗、这些金属的金属混合物、尤其是这些金属的合金、这些金属中的一种或者多种与氧、氮和/或碳的化合物、以及这些金属中的一种或者多种与这些金属与氧、氮和/或碳的一种或者多种化合物的混合物的材料来构造。特别地，功能层可以由与印制导线结构相同的金属混合物来构造。
在另一实施形式的范围中，印制导线结构具有厚度（dL），该厚度小于功能层的厚度（dF）。通过这种方式，可以减小覆盖印制导线结构的功能层断开的危险。
在另一实施形式的范围中，印制导线结构具有大于等于0.5nm到小于等于100nm、尤其是大于等于5nm到小于等于50nm、例如大约20nm的厚度（dL）。通过这种薄的印制导线结构，一方面可以减小过大张力。另一方面可以将这种印制导线结构比功能层更薄地构造，由此可以减小覆盖印制导线结构的功能层断开的危险。
在另一实施形式的范围中，功能层具有大于等于1nm到小于等于200nm、尤其是大于等于10nm到小于等于100nm、例如大约50nm的厚度（dF）。
印制导线结构的厚度（dL）与功能层厚度（dF）的比例例如可以为1:5至1:2。
在另一实施形式的范围中，印制导线结构的厚度（dL）小于功能层的厚度（dF）的50%。这具有的优点是，可以避免覆盖印制导线结构的功能层的断开。
印制导线结构例如可以借助汽化渗镀和/或溅射方法施加到衬底上或者在衬底上结构化。这种方法例如在出版物“A study of platinum electrode
pattering in a reactive ion etcher”, J. Vac. Sci. Technol A 16(3)，1998年5月/6月，在1489至1496页中进行了描述。
衬底例如可以由蓝宝石或者二氧化硅来构造。
在另一实施形式的范围中，电子器件是化学敏感的、尤其是气体敏感的半导体器件，例如化学敏感的场效应晶体管，例如化学敏感的场效应晶体管传感器。特别地，半导体器件在此可以构造用于例如在内燃机的废气中、如在机动车的内燃机中测量一种或者多种气体组分，例如碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、水、氨气和/或氮氧化物，如一氧化氮和/或二氧化氮。
在另一实施形式的范围中，功能层是场效应晶体管的栅极电极的组成部分或者栅极电极。
本发明的另一主题是将金属混合物用作印制导线材料用于化学敏感的、尤其是气体敏感的半导体器件，例如用于化学敏感的场效应晶体管、例如化学敏感的场效应晶体管传感器，其中该金属混合物包括铂和选自铑、铱、钌、钯、锇、金、钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗中的一种或者多种金属。特别地，半导体器件在此可以构造用于例如在内燃机的废气中、如在机动车的内燃机中测量一种或者多种气体组分，例如碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳、水、氨气和/或氮氧化物，如一氧化氮和/或二氧化氮。
优选的是，金属混合物包括：
－大于等于60原子百分比到小于等于99原子百分比、尤其是大于等于75原子百分比到小于等于90原子百分比的铂，以及
－大于等于1原子百分比到小于等于40原子百分比、尤其是大于等于10原子百分比到小于等于25原子百分比的铑，
其中铂和铑的原子总和总共得到100原子百分比。
关于金属混合物的其他的气体组成变形方案和扩展形式，在此明确地参照前面结合电子器件的公开内容。
附图说明
根据本发明的主题的其他优点和有利的扩展方案通过附图示出并且在下面的描述中说明。在此要注意的是，附图仅仅具有描述性的特征，而并非旨在将本发明以任何形式进行限制。其中：
图1示出了通过根据本发明的电子器件的一个实施形式的示意性截面图。
具体实施方式
图1示出了：电子器件包括衬底1、设置在衬底1上的印制导线结构2和通过印制导线结构2接触的功能层3。为了接触功能层3，印制导线结构2被功能层3覆盖。功能层3在此部分地覆盖印制导线结构2并且部分地覆盖衬底1。
图1此外示出了印制导线结构2具有厚度dL，该厚度小于功能层3的厚度dF。特别地，印制导线结构2的厚度dL在此小于功能层3的厚度dF的50%。图1表明，由此可以防止功能层在从印制导线结构2到衬底1的过渡部上的断裂。图1尤其是示出了，通过这种方式，不但覆盖面4而且印制导线结构2的侧面5都被功能层3覆盖。
Claims (10)
1.一种电子器件，包括:
衬底，
设置在衬底上的印制导线结构，以及
通过印制导线结构接触的功能层，
其中，所述印制导线结构由金属混合物构造，该金属混合物包括：
多个铂芯，和
选自由铑、铱、钌、钯、锇、金、钪、钇、镧、镧系元素、钛、锆、铪、铌、钽、铬、钨、铼、铁、钴、镍、铜、硼、铝、镓、铟、硅和锗构成的组中的至少一种金属，
其中每个铂芯至少部分地被一种或多种金属形成的金属层包围，所述一种或多种金属形成所述至少一种金属；
铂芯是颗粒；以及
所述颗粒的至少一些包括多个铂原子。
2.根据权利要求1所述的电子器件，其中，在所述至少一种金属包括多种金属的情况下，形成所述至少一种金属的一种金属选自由钛、锆、铪、铬、铼和铝构成的组；以及
形成所述至少一种金属的第二金属选自由铑、铱和钌构成的组。
3.根据权利要求1所述的电子器件，其中，所述金属混合物包括：
(i)由铂芯形成的第一成分，该第一成分包括从大于等于60原子百分比到小于等于99原子百分比的铂，以及
(ii)由所述至少一种金属形成的第二成分，该第二成分包括从大于等于1原子百分比到小于等于40原子百分比的所述至少一种金属，
其中第一成分和第二成分的总和总共得到100原子百分比。
4.根据权利要求3所述的电子器件，其中，所述第二成分包括从大于等于1原子百分比到小于等于40原子百分比的铑，
其中铂和铑的原子总和总共得到100原子百分比。
5.根据权利要求3所述的电子器件，其中，所述功能层部分地覆盖印制导线结构并且部分地覆盖衬底。
6.根据权利要求3所述的电子器件，其中，印制导线结构具有小于功能层的厚度的厚度。
7.根据权利要求3所述的电子器件，其中，
(i)印制导线结构具有大于等于0.5nm到小于等于100nm的厚度，和/或
(ii)功能层具有大于等于1nm到小于等于200nm的厚度。
8.根据权利要求6所述的电子器件，其中，印制导线结构的厚度小于功能层的厚度的50%。
9.根据权利要求6所述的电子器件，其中，电子器件是化学敏感的场效应晶体管传感器。
10.根据权利要求9所述的电子器件，其中，功能层是场效应晶体管的栅极电极的组成部分或者是场效应晶体管的栅极电极。
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