Neues Sensorkonzept für Feldeffekttransistoren

Kurzbeschreibung

© Fraunhofer EMFT

Chips mit jeweils sechs NanoFET Strukturen, Chipgröße 2 mm x 0,6 mm

Feldeffekttransistoren werden als chemische oder biologische Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, denn sie haben einige entscheidende Vorteile: sie sind klein, lassen sich kostengünstig herstellen und brauchen nur wenig Energie. Forschende der Fraunhofer EMFT arbeiten an einem neuen FET-Sensorkonzept für Messungen sowohl in flüssigen als auch gasförmigen Medien. Der neuartige Aufbau soll das Packaging vereinfachen und flexiblere Messungen ermöglichen.

Konventionelle FET-basierte Gassensoren messen die elektrische Kontaktpotentialdifferenz zwischen dem Substrat und einer gegenüber angebrachten Sensorschicht. Dieser Aufbau ist bei Gasgemischen mit hoher Feuchtigkeit jedoch anfällig für Drifteffekte und hat aufgrund der endlichen Luftspaltdicke eine geringere Empfindlichkeit.

Anstelle dieser kapazitiven Struktur verwenden die Forschenden in ihrem neuen Konzept als Sensorelement einen miniaturisierten Faraday-Cup (600 x 100 μm², 450 μm tief) mit einer eingebetteten, elektrisch vollkommen isolierten Floating-Elektrode. Das elektrische Potential des Cups ist genau definiert. Das Potential des inneren Volumens, bzw. auf der Innenfläche, kann sich hingegen aufgrund von Umwelteinflüssen ändern – beispielsweise durch die Ladung einer Flüssigkeit oder durch physikalische oder chemisch bedingte Ladungsänderungen in einer gassensitiven Schicht. Diese Ladungsänderungen können von der Floating-Elektrode detektiert werden, die wiederum mit dem Gate eines Auslesetransistors verbunden ist.

Anwendung

Mit an den an der Fraunhofer EMFT entworfenen und hergestellten Bauelementen konnte das Entwicklungsteam bereits zeigen, dass sich dieses Bauteil sowohl als pH-Sensor in Flüssigkeiten als auch als Gassensor für die CO2-Detektion einsetzen lässt. Demzufolge lassen sich nun ein vereinfachtes Packaging sowie flexiblere Messungen realisieren.

Partner

  • LFoundry S.r.L.

Gefördert

Das Projekt wurde durch das Discovery-Programm der Fraunhofer-Gesellschaft gefördert (Fördernummer Discover 827100).