DE19636461A1 - Semiconductor sensor array for chemical or medical applications - Google Patents

Semiconductor sensor array for chemical or medical applications

Info

Publication number
DE19636461A1
DE19636461A1 DE1996136461 DE19636461A DE19636461A1 DE 19636461 A1 DE19636461 A1 DE 19636461A1 DE 1996136461 DE1996136461 DE 1996136461 DE 19636461 A DE19636461 A DE 19636461A DE 19636461 A1 DE19636461 A1 DE 19636461A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor substrate
microelectrodes
insulator layer
layer
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE1996136461
Other languages
German (de)
Other versions
DE19636461C2 (en
Inventor
Michael Schoening
Manfred Horstmann
Peter Kordos
Hans Lueth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority to DE1996136461 priority Critical patent/DE19636461C2/en
Publication of DE19636461A1 publication Critical patent/DE19636461A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19636461C2 publication Critical patent/DE19636461C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Semiconductor sensor array, especially for chemical analysis, process control and for medical applications, has interdigital micro-electrodes (2) in the form of ion implanted layers within a semiconductor substrate (1) or within a dielectric insulator layer or layer structure on the semiconductor substrate. When the implanted layers are within the substrate, they comprise different dopant concentration regions in the form of conductive pn-junctions within a 10 mu m to 5 mm (preferably 200 mu m to 1 mm) thick Si or Ge substrate and, when they are within a dielectric insulator layer, the layer preferably contains SiO2, Al2O3, Si3N4 and/or Ta2O5 and is 5 nm to 1 mu m (preferably 20-500 nm) thick. Also claimed is a process for producing the above sensor array by ion implantation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung insbesondere für die chemische Analytik und Prozeßkontrolle und für die Medi­ zintechnik mit einem Halbleitersubstrat und am Halbleitersub­ strat vorgesehenen interdigitalen Mikroelektroden. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer sol­ chen elektrochemischen Sensoranordnung.The invention relates to a sensor arrangement, in particular for chemical analysis and process control and for medi Tin technology with a semiconductor substrate and on the semiconductor substrate Strat provided interdigital microelectrodes. Furthermore The invention relates to a method for producing a sol Chen electrochemical sensor arrangement.

Die Bestimmung von Ionenaktivitäten mittels ionenselektiver Elektroden stellt ein weit verbreitetes Verfahren im Bereich der chemischen Analytik und Prozeßkontrolle auf verschiedenen Gebieten wie Biotechnologie, Umweltschutz, Gesundheitswesen etc. dar. Neben der pH-Wert-Bestimmung kann eine Vielzahl un­ terschiedlicher Kationen und Anionen nachgewiesen werden.The determination of ion activities by means of ion selective Electrodes represents a common method in the field chemical analysis and process control on various Areas like biotechnology, environmental protection, healthcare etc. In addition to the pH value determination, a variety of un different cations and anions can be detected.

Da die zu untersuchenden Probenvolumina meistens sehr gering sind, sind miniaturisierte elektrochemische Sensoren in Sili­ zium-Technologie entwickelt worden. Neben den niedrigen Her­ stellungskosten ermöglichen solche Sensoren die Perspektive, mehrere Mikrosensoren innerhalb eines Sensorchips zu integrie­ ren und auf diese Weise die gesamte Signalverarbeitung über einen Sensorchip durchzuführen.Since the sample volumes to be examined are usually very small are miniaturized electrochemical sensors in sili zium technology has been developed. In addition to the low fro such sensors enable the perspective, to integrate several microsensors within one sensor chip Ren and in this way the entire signal processing perform a sensor chip.

Aus der DE-A-43 18 519 sind miniaturisierte Halbleitersensoren mit interdigitalen Mikroelektroden, d. h. fingerförmig ausge­ bildeten Metallschichten oder potentialbildenden Metalloxiden, die ineinandergreifen, bekannt. Bei diesen Sensoren sind die als Transducer wirkenden Mikroelektroden auf ein Siliziumsub­ strat abgeschieden. Auf der Oberfläche dieser Mikroelektroden befindet sich dann eine sensoraktive Substanz, die in unmittel­ barem Kontakt mit dem zu untersuchenden Meßmedium, d. h. mit der Flüssigkeit oder der Gasphase, steht.DE-A-43 18 519 describes miniaturized semiconductor sensors with interdigital microelectrodes, d. H. finger-shaped formed metal layers or potential-forming metal oxides, that mesh, known. These sensors are  microelectrodes acting as transducers on a silicon sub strat secluded. On the surface of these microelectrodes there is then a sensor-active substance that cash contact with the medium to be examined, d. H. With the liquid or the gas phase.

Eine Hauptschwierigkeit von solchen auf ein Halbleitersubstrat aufgebracht strukturierten Mikrosensoren stellt die unzurei­ chende Langzeitstabilität unter realen Meßbedingungen dar. Eine Ursache hierfür liegt darin, daß die Sensoroberflächen re­ lativ uneben sind, da die mittels Lithographietechnik aufge­ brachten Mikroelektroden von der Substratoberfläche vorstehen. An diesen Erhöhungen, d. h. an den Stufen und Kanten der Mikro­ elektroden, setzt bei Kontakt mit einem aggressiven Meßmedium bevorzugt Korrosion und Lochfraß ein, was zu einer sukzessiven Degradation bis zur Funktionsuntüchtigkeit der Sensoren unter realen Einsatzbedingungen führen kann.A major problem of those on a semiconductor substrate applied structured microsensors provides the inadequate long-term stability under real measurement conditions. One reason for this is that the sensor surfaces right are relatively uneven, because the lithography technique brought microelectrodes protrude from the substrate surface. At these increases, i. H. on the steps and edges of the micro electrodes, sets on contact with an aggressive medium prefers corrosion and pitting, which leads to successive Degradation to inoperability of the sensors under real operating conditions.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit der Mikro­ elektroden gewährleisten.The object of the invention is therefore to provide a sensor arrangement type mentioned and a method for their preparation to create the high corrosion resistance of the micro ensure electrodes.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch ge­ löst, daß die Mikroelektroden als ionenimplantierte Schichten innerhalb des Halbleitersubstrats ausgebildet sind. Durch die Nutzung der Ionenimplantationstechnik zur Erzeugung von Mikro­ elektroden innerhalb des Halbleitersubstrats kann die Sensoro­ berfläche absolut planar gestaltet werden, wodurch die bevor­ zugte Korrosion an topographischen Unebenheiten entfällt, so daß die Korrosionsbeständigkeit gegenüber herkömmlichen Senso­ ranordnungen, bei denen die Mikroelektroden auf die Halbleiter­ substratoberfläche aufgebracht sind, deutlich erhöht ist. Au­ ßerdem kann die ebene Sensoroberfläche sehr stabil mit senso­ raktiven Substanzen beschichtet werden. Desweiteren eröffnet die Verwendung der Technik der Ionenimplantation die Möglich­ keit, die Mikroelektroden als unterschiedlich hoch dotierte Be­ reiche in Form von leitenden pn-Übergängen im Halbleitersub­ strat auszubilden.This object is essentially ge according to the invention triggers that the microelectrodes as ion-implanted layers are formed within the semiconductor substrate. Through the Use of the ion implantation technology to generate micro electrodes inside the semiconductor substrate can be the Sensoro absolutely planar surface, which means that the no corrosion at topographic bumps, so that the corrosion resistance compared to conventional Senso arrangements in which the microelectrodes are attached to the semiconductors substrate surface are applied, is significantly increased. Au In addition, the flat sensor surface can be very stable with senso reactive substances are coated. Furthermore opened the use of the technique of ion implantation is possible  speed, the microelectrodes as differently doped be rich in the form of conductive pn junctions in the semiconductor sub to train strat.

Durch die Verwendung des Verfahrens der Ionenimplantation ist es weiterhin möglich, Mikroelektroden aus einzelnen Schichten, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, herzustellen. Damit läßt sich beispielsweise gezielt die elektrische Leitfähigkeit der Mikroelektroden variieren. Außerdem ist es möglich, in das Halbleitersubstrat eingebrachte Metallelektro­ den durch Ionenimplantation nachträglich zu modifizieren. Dazu werden vorzugsweise Metalloxide bzw. Metallverbindungen wie AgI, AgCl, AgBr oder AgF durch Ionenimplantation realisiert. Damit bleibt die. Oberflächentopographie und die räumliche Anordnung sowie Ausdehnung der in das Halbleitersubstrat eingebrachten Mikroelektroden unverändert und behält die erläuterten Vorteile bei.By using the method of ion implantation it is still possible to make microelectrodes from individual layers, which consist of different materials. This allows, for example, the electrical Conductivity of the microelectrodes vary. Besides, it is possible, introduced into the semiconductor substrate metal electro to be modified later by ion implantation. To are preferably metal oxides or metal compounds such as AgI, AgCl, AgBr or AgF realized by ion implantation. That leaves the. Surface topography and spatial Arrangement and expansion of the in the semiconductor substrate introduced microelectrodes unchanged and keeps the explained advantages in.

Bevorzugterweise besteht das Halbleitersubstrat aus Silizium oder Germanium und hat eine Schichtdicke von 10 µm bis 5 mm, insbesondere von 200 µm bis 1 mm.The semiconductor substrate preferably consists of silicon or germanium and has a layer thickness of 10 µm to 5 mm, in particular from 200 µm to 1 mm.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, die Mikroelektroden di­ rekt in das Halbleitersubstrat einzubringen. Alternativ können die Mikroelektroden auch als ionenimplantierte Schichten inner­ halb einer auf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen dielektri­ schen Isolatorschicht oder Isolatorschichtanordnung ausgebil­ det sein. Es hat sich gezeigt, daß dielektrische Isolator­ schichten aus SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, Ta₂O₅ besonders geeignet sind und mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 1 µm, vorzugswei­ se 20 nm bis 500 nm, aufgebracht werden sollten.It is not absolutely necessary to di right into the semiconductor substrate. Alternatively, you can the microelectrodes also as ion-implanted layers inside half of a dielectric provided on the semiconductor substrate rule insulator layer or insulator layer arrangement det be. It has been shown that dielectric insulator layers of SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, Ta₂O₅ particularly suitable are and with a layer thickness of 5 nm to 1 µm, preferably two se 20 nm to 500 nm, should be applied.

In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Isolatorschichtanord­ nung mit einer auf dem Halbleitersubstrat angeordneten ersten Isolatorschicht aus vorzugsweise SiO₂ und einer auf der ersten Isolatorschicht angeordneten zweiten Isolatorschicht aus vor­ zugsweise Si₃N₄ oder Al₂O₃ vorgesehen, wobei die Mikroelektro­ den in der außen gelegenen zweiten Isolatorschicht liegen. Durch diese Sandwichstruktur wird eine wesentliche Erhöhung der Sensorstabilität erreicht. Die Schichtdicken dieser Passi­ vierungsmaterialien sollten im Bereich zwischen 5 nm und 1 µm, insbesondere zwischen 20 nm und 500 nm, liegen. Die Aufbrin­ gung der dielektrischen Isolatorschichten erfolgt dabei vor­ zugsweise nach dem PVD- oder CVD-Verfahren oder durch laser­ induzierte Abscheidung.In an embodiment of the invention there is an insulator layer arrangement voltage with a first arranged on the semiconductor substrate Insulator layer of preferably SiO₂ and one on the first Insulator layer arranged second insulator layer from before  preferably Si₃N₄ or Al₂O₃ provided, the microelectro which are in the outer second insulator layer. This sandwich structure is a significant increase the sensor stability achieved. The layer thickness of this passi crossing materials should be in the range between 5 nm and 1 µm, in particular between 20 nm and 500 nm. The Aufbrin The dielectric insulator layers are provided preferably by the PVD or CVD process or by laser induced deposition.

Es können Edelmetalle wie beispielsweise Au, Ag, Pt, Co oder Ti implantiert werden, wobei es möglich ist, Mikroelektroden mit mehreren Schichten aus unterschiedlichen Materialien und Materialsystemen zu bilden.Precious metals such as Au, Ag, Pt, Co or Ti are implanted, it being possible to use microelectrodes with multiple layers of different materials and Form material systems.

Die Mikroelektroden werden vorzugsweise bis in eine maximale Tiefe von 300 nm in das Halbleitersubstrat bzw. die jeweils außen liegende Isolatorschicht eingebracht. Die Dicke der Mi­ kroelektroden bestimmt hauptsächlich den Serienwiderstand und sollte deswegen bei Metallen wenigstens 100 nm und vorzugswei­ se etwa 200 nm betragen. Außerdem sollte die Breite der Elek­ troden nicht kleiner als 100 nm sein, da sonst der Querschnitt zu klein und damit der Serienwiderstand zu groß wird. Der Ab­ stand zwischen den Mikroelektroden ist vorzugsweise etwa dop­ pelt so groß wie der Abstand der Mikroelektroden von der Sub­ strat- bzw. der Isolatorschichtoberfläche. Hierdurch wird ge­ währleistet, daß sich auch an der Oberfläche ein hinreichend starkes elektrisches Feld befindet. Beide Faktoren bestimmen die RC-Konstante, welche die Obergrenze der Auslesegeschwindig­ keit der Sensoranordnung festlegt.The microelectrodes are preferably up to a maximum Depth of 300 nm in the semiconductor substrate or each external insulator layer introduced. The thickness of the Mi kroelektroden mainly determines the series resistance and should therefore at least 100 nm and preferably two for metals se be about 200 nm. In addition, the width of the elec should not be smaller than 100 nm, otherwise the cross section too small and the series resistance is too large. The Ab stood between the microelectrodes is preferably about dop pelt as large as the distance of the microelectrodes from the sub strat or the insulator layer surface. This will ge ensures that there is sufficient on the surface strong electric field. Determine both factors the RC constant, which is the upper limit of the readout speed speed of the sensor arrangement.

Auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats bzw. der mit Mikro­ elektroden versehenen Isolatorschicht können sensoraktive Sub­ stanzen zum Nachweis von beispielsweise bestimmten biologisch oder chemisch aktiven Substanzen vorgesehen sein. Insbesondere können als sensoraktive Substanzen anorganische Materialien wie beispielsweise pH-sensitive Dielektrika oder salzartige Verbindungen vorgesehen sein. Alternativ ist es möglich, or­ ganische Materialien wie beispielsweise Polymer-Membrane bzw. selbstorganisierende Dünnschichtmembrane mit eingebrachten Io­ nophoren zum selektiven Ionennachweis zu verwenden. Auch kön­ nen als sensoraktive Substanzen biologisch aktive Stoffe wie beispielsweise Enzyme, Chemorezeptoren, Antikörper, Antigene oder Gewebeschnitte bzw. komplette Zellen vorgesehen sein. Die Auswahl hängt letztlich von dem Einsatzgebiet, für das die Sensoranordnung bestimmt ist, ab.On the surface of the semiconductor substrate or with micro Electrode-provided insulator layer can be sensor-active sub punches for the detection of, for example, certain biological or chemically active substances. Especially can use inorganic materials as sensor-active substances  such as pH-sensitive dielectrics or salt-like Connections may be provided. Alternatively, it is possible to use or ganic materials such as polymer membrane or self-organizing thin-film membrane with inserted Io use nophores for selective ion detection. Also can biologically active substances such as for example enzymes, chemoreceptors, antibodies, antigens or tissue sections or complete cells can be provided. The Selection ultimately depends on the area of application for which the Sensor arrangement is determined from.

Anstelle der sensoraktiven Substanzen kann auf die Oberfläche des Halbleitersubstrats bzw. der mit Mikroelektroden versehe­ nen Isolatorschicht auch eine aktive Absorptionsschicht zur Strahlungsdetektion aufgebracht oder das Halbleitersubstrat selbst als aktive Absorptionsschicht ausgebildet sein. Wird das Halbleitersubstrat als aktive Schicht benutzt, so kann im Gegensatz zu konventionellen Strahlungsdetektoren mit interdi­ gitalen Mikroelektroden auf der Substratoberfläche bei dieser Anordnung zusätzlich die Region zwischen Mikroelektrode und Oberfläche zur Absorption genutzt werden. Dies führt zu einer verbesserten Quantenausbeute.Instead of the sensor-active substances on the surface of the semiconductor substrate or provided with microelectrodes NEN insulator layer also an active absorption layer Radiation detection applied or the semiconductor substrate itself be designed as an active absorption layer. Becomes uses the semiconductor substrate as an active layer, so in Contrary to conventional radiation detectors with interdi gital microelectrodes on the substrate surface at this Arrangement additionally the region between the microelectrode and Surface can be used for absorption. This leads to a improved quantum efficiency.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfin­ dung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:With regard to further advantageous refinements of the inventor is applied to the subclaims and the following description Description of exemplary embodiments with reference to the attached drawing referenced. The drawing shows:

Fig. 1 in Schnittdarstellung eine Sensoranordnung ge­ mäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 in a sectional view a sensor arrangement accelerator as the present invention;

Fig. 2 die Sensoranordnung aus Fig. 1 im Quer­ schnitt und Fig. 2 shows the sensor arrangement of Fig. 1 in cross section and

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Sensoranordnung im Querschnitt. Fig. 3 shows a further embodiment of an inventive sensor arrangement in cross section.

Die Fig. 1 und 2 zeigen den Grundaufbau einer erfindungsge­ mäßen Sensoranordnung. Zu der Sensoranordnung gehören im we­ sentlichen ein Halbleitersubstrat 1, das aus Silizium oder Ger­ manium mit einer Schichtdicke von 10 µm bis 5 mm, insbesondere von 200 µm bis 1 mm, besteht, und interdigitale Mikroelektro­ den 2, die innerhalb des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet sind. Eine Sensorschicht 4 bedeckt den Bereich der Mikroelek­ troden 2, wobei die elektrische Kontaktierung sich weit ent­ fernt vom sensoraktiven Bereich befindet. Figs. 1 and 2 show the basic structure of a erfindungsge MAESSEN sensor arrangement. The sensor arrangement essentially includes a semiconductor substrate 1 , which consists of silicon or germanium with a layer thickness of 10 μm to 5 mm, in particular from 200 μm to 1 mm, and interdigital microelectrodes 2 , which are formed within the semiconductor substrate 1 . A sensor layer 4 covers the area of the microelectrodes 2 , the electrical contacting being far away from the sensor-active area.

Die Mikroelektroden 2 sind als ionenimplantierte Schichten tief in das Halbleitersubstrat 1 eingebracht, so daß die Sen­ soroberfläche absolut planar und damit sehr korrosionsfest ist, da die bevorzugte Korrosion an topographischen Unebenhei­ ten entfällt.The microelectrodes 2 are introduced as ion-implanted layers deep into the semiconductor substrate 1 , so that the sensor surface is absolutely planar and therefore very corrosion-resistant, since the preferred corrosion on topographic unevenness is eliminated.

Die Technik der Ionenimplantation ist auf dem Gebiet der Halb­ leitertechnik gut bekannt, wo sie beispielsweise zur Dotierung von Halbleitern eingesetzt wird, und soll daher hier nicht nä­ her erläutert werden. Es sei lediglich angemerkt, daß die Orts­ auflösung, d. h. die Definierung der Bereiche, in denen die Mikroelektroden erzeugt werden sollen, in an sich ebenfalls bekannter Weise mittels Lithographietechnik erfolgt.The technique of ion implantation is in the field of half conductor technology is well known where it is used for doping, for example is used by semiconductors, and should therefore not be specified here forth be explained. It should only be noted that the local resolution, d. H. defining the areas in which the Microelectrodes are to be generated, in themselves as well known manner takes place by means of lithography technology.

Bei der Erzeugung der Mikroelektroden 2 durch Ionenimplanta­ tion ist außerdem zu berücksichtigen, daß während der Implanta­ tion mit hoher Dosis die Atome des Halbleitersubstrats durch Impulsübertrag in Abhängigkeit von der Dosis und Ionenenergie sowie vom Atomgewicht und der Dichte des Halbleitersubstrats abhängt, abgetragen wird. Desweiteren ist zu beachten, daß wäh­ rend der Implantation die einfallenden Ionen nicht nur in Rich­ tung des einfallenden Ionenstrahls, sondern auch lateral ge­ streut werden. Deshalb ist bei der Verwendung vom Implantati­ onsmasken zu beachten, daß deren Öffnungen nicht zu eng benach­ bart sind, um Überlagerungen zu vermeiden. When generating the microelectrodes 2 by ion implantation, it should also be taken into account that during the implantation with a high dose, the atoms of the semiconductor substrate depend on the dose and ion energy as well as on the atomic weight and the density of the semiconductor substrate. Furthermore, it should be noted that during the implantation, the incident ions are scattered not only in the direction of the incident ion beam, but also laterally. Therefore, when using implantation masks, make sure that their openings are not too narrowly adjacent to avoid overlapping.

Die Geometrie und der Abstand der einzelnen Mikroelektroden 2 kann im Bereich von wenigen mm bis hin zu etwa 100 nm variie­ ren, wobei die untere Grenze durch die minimale laterale Auflö­ sung des Ionenstrahls während der Ionenimplantation begrenzt ist. Dabei sollte jedoch darauf geachtet werden, daß der Quer­ schnitt der Mikroelektroden nicht zu klein wird, da ansonsten der Serienwiderstand zu groß wird. Im einzelnen sollten die Breite b und die Dicke d der Mikroelektroden 2 jeweils 100 nm nicht unterschreiten, wenn Mikroelektroden 2 aus Metall verwen­ det werden. Weiterhin sollte der Abstand a zwischen den Elek­ troden etwa doppelt so groß wie der Abstand c der Mikroelektro­ den 2 von der Substratoberfläche sein. Hierdurch wird gewähr­ leistet, daß sich auch an der Oberfläche ein hinreichend star­ kes elektrisches Feld befindet. Beide Faktoren bestimmen die RC-Konstante der Sensoranordnung, die letztlich die Obergrenze der Auslesegeschwindigkeit der Sensoranordnung festlegt.The geometry and the spacing of the individual microelectrodes 2 can vary in the range from a few mm up to approximately 100 nm, the lower limit being limited by the minimal lateral resolution of the ion beam during the ion implantation. However, care should be taken to ensure that the cross section of the microelectrodes does not become too small, since otherwise the series resistance will be too large. In particular, the width b and the thickness d of the microelectrodes 2 should in each case not be less than 100 nm if microelectrodes 2 made of metal are used. Furthermore, the distance a between the electrodes should be approximately twice the distance c of the microelectrode 2 from the substrate surface. This ensures that there is a sufficiently strong electric field on the surface. Both factors determine the RC constant of the sensor arrangement, which ultimately defines the upper limit of the reading speed of the sensor arrangement.

Mit der Ionenimplantation ist es möglich, die Mikroelektroden 2 schichtweise aufzubauen und dabei insbesondere auch unter­ schiedliche Materialien zu kombinieren. Weiterhin gestattet die Technik der Ionenimplantation auch den Einsatz von unter­ schiedlich hoch dotierten Bereichen im Halbleitersubstrat in Form von Schottky-Dioden, d. h. leitenden pn-Übergängen, als Mikroelektroden 2 für Sensoranwendungen.With the ion implantation, it is possible to build up the microelectrodes 2 in layers and in particular to combine them under different materials. Furthermore, the technique of ion implantation also allows the use of differently highly doped areas in the semiconductor substrate in the form of Schottky diodes, ie conductive pn junctions, as microelectrodes 2 for sensor applications.

Als Materialien können Edelmetalle wie beispielsweise Au, Ag, Pt, Co oder Ti implantiert werden. Weiterhin ist es möglich, die in das Halbleitersubstrat eingebrachten Mikroelektroden 2 aus Metall mittels der Technologie der Ionenimplantation nach­ träglich zu modifizieren, indem beispielsweise Metalloxide oder Metallverbindungen wie AgI, AgCl, AgBr oder AgF reali­ siert werden.Noble metals such as Au, Ag, Pt, Co or Ti can be implanted as materials. Furthermore, it is possible to subsequently modify the metal microelectrodes 2 introduced into the semiconductor substrate using the technology of ion implantation, for example by realizing metal oxides or metal compounds such as AgI, AgCl, AgBr or AgF.

Für die sensoraktive Schicht 4, die auf die planare Oberfläche des mit Mikroelektroden 2 versehenen Halbleitersubstrats 1 auf­ gebracht wird, können anorganische Materialien, insbesondere pH-sensitive Dielektrika wie beispielsweise Al₂O₃ und Si₃N₄ oder salzartige Verbindungen wie beispielsweise AgCl oder LaF₃ verwendet werden. Alternativ ist es möglich, organische Mate­ rialien wie Polymer-Membrane bzw. selbstorganisierende Dünn­ schichtmembrane mit eingebrachten Ionophoren zum selektiven Io­ nennachweis zu verwenden. Außerdem können auch biologisch ak­ tive Stoffe wie beispielsweise Enzyme, Chemorezeptoren, Anti­ körper, Antigene oder Gewebeschnitte in der sensoraktiven Schicht 4 enthalten sein.For the sensor-active layer 4 , which is brought onto the planar surface of the semiconductor substrate 1 provided with microelectrodes 2 , inorganic materials, in particular pH-sensitive dielectrics such as Al₂O₃ and Si₃N₄ or salt-like compounds such as AgCl or LaF₃ can be used. Alternatively, it is possible to use organic materials such as polymer membranes or self-assembling thin-layer membranes with ionophores for selective ion detection. In addition, biologically active substances such as enzymes, chemoreceptors, antibodies, antigens or tissue sections can also be contained in the sensor-active layer 4 .

Wenn die Sensoranordnung zur Strahlungsdetektion verwendet wer­ den soll, kann die Sensorschicht 4 als aktive Absorptions­ schicht ausgebildet sein. Alternativ kann auch das Halbleiter­ substrat selbst als aktive Schicht genutzt werden. In diesem Fall kann im Gegensatz zu konventionellen Strahlungsdetektoren mit interdigitalen Mikroelektroden auf der Substratoberfläche, zusätzlich die Region zwischen Mikroelektrode 2 und Oberfläche zur Absorption genutzt werden. Dies führt zu einer verbesser­ ten Quantenausbeute.If the sensor arrangement is used for radiation detection, the sensor layer 4 can be formed as an active absorption layer. Alternatively, the semiconductor substrate itself can also be used as an active layer. In this case, in contrast to conventional radiation detectors with interdigital microelectrodes on the substrate surface, the region between microelectrode 2 and surface can additionally be used for absorption. This leads to an improved quantum yield.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Sensoranordnung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Mikroelektroden 2 nicht direkt in das Halbleitersub­ strat 1 eingebracht, sondern innerhalb einer auf dem Halblei­ tersubstrat 1 vorgesehenen dielektrischen Isolatorschicht 3 ausgebildet. Diese Isolatorschicht 3 kann beispielsweise aus SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄ oder Ta₂O₅ und ähnlichen dielektrischen Ma­ terialien bestehen und weist eine Schichtdicke von 5 nm bis 1 µm, vorzugsweise 20 nm bis 500 nm auf. Die Einbringung der Mikroelektroden 2 in die Isolatorschicht 3 erfolgt in grund­ sätzlich gleicher Weise wie zuvor beschrieben mittels Ionenim­ plantation. Auch hinsichtlich der Ausbildung und Dimensionie­ rung gelten die vorstehenden Ausführungen. Auf die Isolator­ schicht 3 wird eine Sensorschicht 4 mit den zuvor beschriebe­ nen Merkmalen aufgebracht. In Fig. 3 shows a second embodiment of a erfindungsge MAESSEN sensor arrangement is shown. In this embodiment, the microelectrodes 2 are not introduced directly into the semiconductor substrate 1 , but rather are formed within a dielectric insulator layer 3 provided on the semiconductor substrate 1 . This insulator layer 3 can for example consist of SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄ or Ta₂O₅ and similar dielectric materials Ma and has a layer thickness of 5 nm to 1 µm, preferably 20 nm to 500 nm. The microelectrodes 2 are introduced into the insulator layer 3 in basically the same way as described above by means of ion implantation. The above statements also apply to training and dimensioning. On the insulator layer 3 , a sensor layer 4 is applied with the previously described features.

Bevorzugterweise wird in einem ersten Schritt SiO₂ mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 1 µm, vorzugsweise 20 nm bis 500 nm, mittels thermischer Trocken- oder Naßoxidation im Bereich zwi­ schen 700°C und 1200°C oder durch ein CVD-Verfahren auf das Halbleitersubstrat 1 aufgebracht. In diese Schicht werden dann im nächsten Schritt die Mikroelektroden 2 durch Ionenimplanta­ tion eingebracht. Anstelle von SiO₂ lassen sich andere dielek­ trische Materialien mittels gängiger Verfahren der Siliziumpla­ nar-Technologie wie PVD- oder CVD-Verfahren oder laserindu­ zierte Abscheidung auf dem Halbleitersubstrat mit vergleich­ baren Schichtdicken deponieren.Preferably, in a first step SiO₂ with a layer thickness of 5 nm to 1 µm, preferably 20 nm to 500 nm, by means of thermal dry or wet oxidation in the range between 700 ° C and 1200 ° C or by a CVD process on the semiconductor substrate 1 applied. In the next step, the microelectrodes 2 are then introduced into this layer by ion implantation. Instead of SiO₂, other dielectric materials can be deposited on the semiconductor substrate with comparable layer thicknesses by means of common silicon platinum technology methods such as PVD or CVD methods or laser-induced deposition.

Zur weiteren Erhöhung der Sensorstabilität kann die Isolator­ schicht eine Sandwichstruktur aus SiO₂ und einem weiteren Di­ elektrikum aus Si₃N₄ oder Al₂O₃ haben. Die Schichtdicken die­ ser dielektrischen Materialien liegen im Bereich zwischen 5 nm und 1 µm, vorzugsweise zwischen 20 nm und 500 nm. Die Abschei­ dung kann mittels PVD-, CVD-Verfahren oder Laserablation erfol­ gen. Die Mikroelektroden werden nach der Ausbildung der Sand­ wichstruktur in die außenliegende Deckschicht aus Si₃N₄ oder Al₂O₃ eingebracht.The isolator can be used to further increase the sensor stability layer a sandwich structure of SiO₂ and another Di have electrical from Si₃N₄ or Al₂O₃. The layer thicknesses Dielectric materials are in the range between 5 nm and 1 µm, preferably between 20 nm and 500 nm. The Abschei can be done using PVD, CVD or laser ablation The microelectrodes are made after the formation of the sand wich structure in the outer cover layer made of Si₃N₄ or Al₂O₃ introduced.

Die Sensoranordnungen können zur Bestimmung von chemischen Sub­ stanzen der Verbindungen in flüssigen Systemen wie beispiels­ weise Wässer, Blut, Fermentationsbrühen oder Prozeßabwasser sowie in Gasen eingesetzt werden. Insbesondere können die Sen­ soranordnungen zur Charakterisierung geringster Probenvolumina im Mikroliterbereich, in der Medizintechnik und Pharmazie bei­ spielsweise zur Erfassung pathologischer Konzentrationen, in der Biologie beispielsweise für extra- und intrazelluläre Mes­ sungen von Zellen von Proteinen, in der Elektrochemie für Stu­ dien zu Korrosionsvorgängen an Festkörper/Flüssigkeitsgrenzen und dergleichen eingesetzt werden. Dabei lassen sich die als Transducer wirkenden Mikroelektroden für polarografische, ampe­ rometrische, coulometrische, impediometrische oder potentiome­ trische Meßanordnungen verwenden.The sensor arrangements can be used to determine chemical sub punching the connections in liquid systems such as white water, blood, fermentation broth or process waste water as well as used in gases. In particular, the Sen sensor arrangements for characterizing the smallest sample volumes in the microliter range, in medical technology and pharmacy for example for the detection of pathological concentrations, in biology, for example, for extra- and intracellular measurements solutions of cells from proteins, in electrochemistry for stu are used for corrosion processes at solid / liquid boundaries and the like can be used. The can be as Transducer acting microelectrodes for polarographic, ampe rometric, coulometric, impediometric or potentiome  Use trical measuring arrangements.

Claims (42)

1. Sensoranordnung insbesondere für die chemische Analytik und Prozeßkontrolle und für die Medizintechnik mit einem Halbleitersubstrat (1) und am Halbleitersubstrat (1) vorgesehenen interdigitalen Mikroelektroden (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroelektroden (2) als ionenimplantierte Schichten innerhalb des Halbleitersub­ strats (1) ausgebildet sind.1. Sensor arrangement in particular for chemical analysis and process control and for medical technology with a semiconductor substrate ( 1 ) and on the semiconductor substrate ( 1 ) provided interdigital microelectrodes ( 2 ), characterized in that the microelectrodes ( 2 ) as ion-implanted layers within the semiconductor substrate ( 1 ) are trained. 2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroelektroden (2) als un­ terschiedlich hoch dotierte Bereiche in Form von leitenden pn-Übergängen im Halbleitersubstrat (1) ausgebildet sind.2. Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the microelectrodes ( 2 ) are designed as un different highly doped regions in the form of conductive pn junctions in the semiconductor substrate ( 1 ). 3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) ei­ ne Schichtdicke von 10 µm bis 5 mm, insbesondere von 200 µm bis 1 mm hat.3. Sensor arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor substrate ( 1 ) ei ne layer thickness of 10 microns to 5 mm, in particular from 200 microns to 1 mm. 4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) aus Silizium oder Germanium besteht.4. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the semiconductor substrate ( 1 ) consists of silicon or germanium. 5. Sensoranordnung insbesondere für die chemische Analytik und Prozeßkontrolle und für die Medizintechnik mit einem Halbleitersubstrat (1) und am Halbleitersubstrat (1) vorgesehenen interdigitalen Mikroelektroden (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroelektroden (2) als ionenimplantierte Schichten innerhalb einer auf dem Halb­ leitersubstrat (1) vorgesehenen dielektrischen Isolator­ schicht (3) oder Isolatorschichtanordnung ausgebildet sind.5. Sensor arrangement in particular for chemical analysis and process control and for medical technology with a semiconductor substrate ( 1 ) and on the semiconductor substrate ( 1 ) provided interdigital microelectrodes ( 2 ), characterized in that the microelectrodes ( 2 ) as ion-implanted layers within one on the half Conductor substrate ( 1 ) provided dielectric insulator layer ( 3 ) or insulator layer arrangement are formed. 6. Sensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Isolator­ schicht (3) SiO₂ und/oder Al₂O₃ und/oder Si₃N₄ und/oder Ta₂O₅ als Bestandteil aufweist.6. Sensor arrangement according to claim 5, characterized in that the dielectric insulator layer ( 3 ) has SiO₂ and / or Al₂O₃ and / or Si₃N₄ and / or Ta₂O₅ as a component. 7. Sensoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht (3) eine Schichtdicke von 5 nm bis 1 µm, vorzugsweise 20 nm bis 500 nm, aufweist.7. Sensor arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the insulator layer ( 3 ) has a layer thickness of 5 nm to 1 µm, preferably 20 nm to 500 nm. 8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolatorschichtanordnung mit einer auf dem Halbleitersubstrat (1) vorgesehenen er­ sten Isolatorschicht aus vorzugsweise SiO₂ und einer auf der ersten Isolatorschicht vorgesehenen zweiten Isolator­ schicht (3) aus vorzugsweise Si₃N₄ oder Al₂O₃ vorgesehen ist und die Mikroelektroden (2) in der außenliegenden zwei­ ten Isolatorschicht (3) vorgesehen sind.8. Sensor arrangement according to one of claims 6 to 7, characterized in that an insulator layer arrangement with a provided on the semiconductor substrate ( 1 ) he most insulator layer preferably made of SiO₂ and a provided on the first insulator layer second insulator layer ( 3 ) preferably made of Si₃N₄ or Al₂O₃ is provided and the microelectrodes ( 2 ) in the outer two-th insulator layer ( 3 ) are provided. 9. Sensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicken in der Isola­ torschichtanordnung im Bereich zwischen 5 nm und 1 µm, ins­ besondere zwischen 20 nm und 500 nm liegen.9. Sensor arrangement according to claim 8, characterized in that the layer thicknesses in the Isola Gate layer arrangement in the range between 5 nm and 1 µm, ins especially between 20 nm and 500 nm. 10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroelektroden (2) di­ rekt, insbesondere maximal 300 nm, unterhalb der Oberflä­ che des Halbleitersubstrats (1) bzw. der jeweils außen ge­ legenen Isolatorschicht (3) liegen. 10. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the microelectrodes ( 2 ) di rectly, in particular a maximum of 300 nm, below the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) or the respective outer insulator layer ( 3 ). 11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroelektroden (2) eine Dicke (d) und/oder Breite (b) von wenigstens 100 nm, insbe­ sondere etwa 200 nm, haben.11. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that the microelectrodes ( 2 ) have a thickness (d) and / or width (b) of at least 100 nm, in particular approximately 200 nm in particular. 12. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen den Mikroelektroden (2) etwa doppelt so groß wie der Abstand (c) der Mikroelektroden (2) von der Substrat- bzw. Isola­ torschichtoberfläche ist.12. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the distance (a) between the microelectrodes ( 2 ) is approximately twice as large as the distance (c) of the microelectrodes ( 2 ) from the substrate or Isola gate layer surface . 13. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroelektroden (2) im we­ sentlichen aus Edelmetallen, insbesondere aus Au, Ag, Pt, Co oder Ti bestehen.13. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 12, characterized in that the microelectrodes ( 2 ) essentially consist of noble metals, in particular of Au, Ag, Pt, Co or Ti. 14. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroelektroden (2) aus mehreren Schichten aus unterschiedlichen Materialien oder Materialsystemen bestehen.14. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the microelectrodes ( 2 ) consist of several layers of different materials or material systems. 15. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Halbleitersubstrat (1) wenigstens zwei Paare von interdigitalen Mikroelektroden (2) als Mikroelektrodenarray angeordnet sind.15. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 14, characterized in that at least two pairs of interdigital microelectrodes ( 2 ) are arranged as a microelectrode array on the semiconductor substrate ( 1 ). 16. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Halblei­ tersubstrats (1) bzw. der mit Mikroelektroden (2) versehe­ nen Isolatorschicht (3) sensoraktive Substanzen zum Nach­ weis von beispielsweise bestimmten biologisch oder chemisch aktiven Substanzen vorgesehen sind.16. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 15, characterized in that on the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) or the microelectrode ( 2 ) provided insulator layer ( 3 ) sensor-active substances for the detection of, for example, certain biologically or chemically active Substances are provided. 17. Sensoranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als sensoraktive Substanzen an­ organische Materialien, insbesondere pH-sensitive Dielek­ trika oder salzartige Verbindungen vorgesehen sind.17. Sensor arrangement according to claim 16, characterized in that as sensor-active substances organic materials, especially pH-sensitive Dielek  trika or salt-like compounds are provided. 18. Sensoranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als sensoraktive Substanzen or­ ganische Materialien, insbesondere Polymer-Membranen bzw. selbstorganisierende Dünnschichtmembranen mit eingebrach­ ten Ionophoren zum selektiven Ionennachweis vorgesehen sind.18. Sensor arrangement according to claim 16, characterized in that as sensor-active substances or ganic materials, especially polymer membranes or self-organizing thin-film membranes with broken ionophores for selective ion detection are. 19. Sensoranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als sensoraktive Substanzen biologisch aktive Stoffe wie beispielweise Enzyme, Chemore­ zeptoren, Antikörper, Antigene oder Gewebeschnitte bzw. komplette Zellen vorgesehen sind.19. Sensor arrangement according to claim 16, characterized in that as sensor-active substances biologically active substances such as enzymes, chemors zeptors, antibodies, antigens or tissue sections or complete cells are provided. 20. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Halblei­ tersubstrates (1) bzw. die mit Mikroelektroden (2) verse­ henen Isolatorschicht (3) eine aktive Absorptionsschicht zur Strahlungsdetektion aufgebracht ist oder das Halblei­ tersubstrat (1) selbst als aktive Absorptionsschicht ausge­ bildet ist.20. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 15, characterized in that an active absorption layer for radiation detection is applied to the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) or the insulator layer ( 3 ) provided with microelectrodes ( 2 ) or the semiconductor substrate ( 1 ) itself is formed as an active absorption layer. 21. Verfahren zur Herstellung von Sensoranordnungen mit einem Halbleitersubstrat (1) und am Halbleitersubstrat (1) vorge­ sehenen interdigitalen Mikroelektroden (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroelektroden (2) durch Ionenimplantation in das Innere des Halbleitersubstrats (1) eingebracht werden.21. A method for producing sensor arrangements with a semiconductor substrate ( 1 ) and on the semiconductor substrate ( 1 ) provided interdigital microelectrodes ( 2 ), characterized in that the microelectrodes ( 2 ) are introduced by ion implantation into the interior of the semiconductor substrate ( 1 ). 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß durch Ionenimplantation unter­ schiedlich hoch dotierte Bereiche in Form von leitenden pn-Übergängen im Halbleitersubstrat (1) zur Bildung der Mikroelektroden (2) erzeugt werden. 22. The method according to claim 21, characterized in that ion implantation under different highly doped areas in the form of conductive pn junctions in the semiconductor substrate ( 1 ) to form the microelectrodes ( 2 ) are generated. 23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleitersubstrat (1) mit einer Schichtdicke von 10 µm bis 5 mm, insbesondere von 200 µm bis 1 mm verwendet wird.23. The method according to claim 21 or 22, characterized in that a semiconductor substrate ( 1 ) with a layer thickness of 10 microns to 5 mm, in particular from 200 microns to 1 mm is used. 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleitersubstrat (1) aus Silizium oder Germanium verwendet wird.24. The method according to any one of claims 21 to 23, characterized in that a semiconductor substrate ( 1 ) made of silicon or germanium is used. 25. Verfahren zur Herstellung von Sensoranordnungen mit einem Halbleitersubstrat (1) und am Halbleitersubstrat (1) vorge­ sehenen interdigitalen Mikroelektroden (2), dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikroelektroden (2) in eine auf dem Halb­ leitersubstrat (1) vorgesehene dielektrische Isolator­ schicht (3) oder Isolatorschichtanordnung durch Ionenim­ plantation eingebracht werden.25. A method for producing sensor assemblies with a semiconductor substrate ( 1 ) and on the semiconductor substrate ( 1 ) provided interdigital microelectrodes ( 2 ), characterized in that the microelectrodes ( 2 ) in a on the semiconductor substrate ( 1 ) provided dielectric insulator layer ( 3 ) or insulator layer arrangement can be introduced by ion implantation. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine dielektrische Isolator­ schicht (3) verwendet wird, die SiO₂ und/oder Al₂O₃ und/ oder Si₃N₄ und/oder Ta₂O₅ als Bestandteil aufweist.26. The method according to claim 25, characterized in that a dielectric insulator layer ( 3 ) is used which has SiO₂ and / or Al₂O₃ and / or Si₃N₄ and / or Ta₂O₅ as a component. 27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatorschicht (3) mit ei­ ner Schichtdicke von 5 nm bis 1 µm, vorzugsweise 20 nm bis 500 nm, auf das Halbleitersubstrat (1) aufgebracht wird.27. The method according to claim 25 or 26, characterized in that the insulator layer ( 3 ) with a layer thickness of 5 nm to 1 µm, preferably 20 nm to 500 nm, is applied to the semiconductor substrate ( 1 ). 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Halbleitersubstrat (1) eine erste Isolatorschicht aus vorzugsweise SiO₂ aufge­ bracht wird und dann auf die erste Isolatorschicht eine zweite Isolatorschicht (3) aus vorzugsweise Si₃N₄ oder Al₂O₃ aufgebracht wird und die Mikroelektroden (2) durch Ionenimplantation in die zweite, außen gele­ gene Isolatorschicht (3) eingebracht werden. 28. The method according to any one of claims 25 to 27, characterized in that a first insulator layer of preferably SiO₂ is applied to the semiconductor substrate ( 1 ) and then a second insulator layer ( 3 ) of preferably Si₃N₄ or Al₂O₃ is applied to the first insulator layer and the microelectrodes ( 2 ) are introduced by ion implantation into the second outer layer of insulator ( 3 ). 29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Isolatorschichten jeweils mit einer Schichtdicke von 5 nm bis 1 µm, insbeson­ dere 20 nm bis 500 nm, aufgebracht werden.29. The method according to claim 28, characterized in that the two layers of insulator each with a layer thickness of 5 nm to 1 µm, in particular the other 20 nm to 500 nm, are applied. 30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Isolator­ schichten nach dem PVD- oder CVD-Verfahren oder durch ther­ mische Oxidation oder laserinduzierte Abscheidung auf dem Halbleitersubstrat (1) deponiert werden.30. The method according to any one of claims 25 to 29, characterized in that the dielectric insulator layers are deposited on the semiconductor substrate ( 1 ) by the PVD or CVD process or by thermal oxidation or laser-induced deposition. 31. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroelektroden (2) bis in eine maximale Tiefe von 300 nm unterhalb der Oberfläche in das Halbleitersubstrat (1) bzw. die jeweils außenliegende Isolatorschicht (3) eingebracht werden.31. The method according to any one of claims 21 to 30, characterized in that the microelectrodes ( 2 ) are introduced to a maximum depth of 300 nm below the surface in the semiconductor substrate ( 1 ) or the respective outer insulator layer ( 3 ). 32. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß Mikroelektroden (2) mit einer Dicke (d) und/oder einer Breite (b) von wenigstens 100 nm, insbesondere etwa 200 nm, durch Ionenimplantation erzeugt werden.32. The method according to any one of claims 21 to 31, characterized in that microelectrodes ( 2 ) with a thickness (d) and / or a width (b) of at least 100 nm, in particular about 200 nm, are produced by ion implantation. 33. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen den Mikroelektroden (2) etwa doppelt so groß wie der Abstand (c) der Mikroelektroden (2) von der Substrat- bzw. Isolatorschichtoberfläche gewählt wird.33. The method according to any one of claims 21 to 32, characterized in that the distance (a) between the microelectrodes ( 2 ) is selected approximately twice as large as the distance (c) of the microelectrodes ( 2 ) from the substrate or insulator layer surface . 34. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß Edelmetalle wie beispielsweise Au, Ag, Pt, Co oder Ti implantiert werden.34. The method according to any one of claims 21 to 33, characterized in that precious metals such as Au, Ag, Pt, Co or Ti can be implanted. 35. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Halbleitersubstrat (1) eingebrachten Metallelektroden (2) durch Ionenimplanta­ tion nachträglich modifiziert werden.35. The method according to any one of claims 21 to 34, characterized in that the metal electrodes ( 2 ) introduced into the semiconductor substrate ( 1 ) are subsequently modified by ion implantation. 36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß Metalloxide bzw. Metallverbin­ dungen wie AgI, AgCl, AgBr oder AgF durch Ionenimplanta­ tion realisiert werden.36. The method according to claim 35, characterized in that metal oxides or metal compound solutions such as AgI, AgCl, AgBr or AgF through ion implantation tion can be realized. 37. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Halblei­ tersubstrats (1) bzw. der mit Mikroelektroden (2) versehe­ nen Isolatorschicht (3) sensoraktive Substanzen zum Nach­ weis von beispielsweise bestimmten biologisch oder che­ misch aktiven Substanzen aufgebracht werden.37. The method according to any one of claims 21 to 36, characterized in that on the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) or the insulator layer ( 3 ) provided with microelectrodes ( 2 ), sensor-active substances for detecting certain biological or chemical mixtures, for example active substances are applied. 38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß als sensoraktive Substanzen anorganische Materialien, insbesondere pH-sensitive Dielektrika oder salzartige Verbindungen verwendet werden.38. The method according to claim 37, characterized in that as sensor-active substances inorganic materials, especially pH sensitive Dielectrics or salt-like compounds can be used. 39. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß als sensoraktive Substanzen or­ ganische Materialien, insbesondere Polymermembranen bzw. selbstorganisierende Dünnschichtmembranen mit eingebrach­ ten Ionophoren zum selektiven Ionennachweis verwendet wer­ den.39. The method according to claim 37, characterized in that as sensor-active substances or ganic materials, especially polymer membranes or self-organizing thin-film membranes with broken ionophores for selective ion detection the. 40. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß als sensoraktive Substanzen bi­ ologisch aktive Stoffe wie beispielsweise Enzyme, Chemore­ zepturen, Antikörper, Antigene oder Gewebeschnitte bzw. komplette Zellen verwendet werden.40. The method according to claim 37, characterized in that as sensor-active substances bi Ecologically active substances such as enzymes, chemors recipes, antibodies, antigens or tissue sections or complete cells can be used. 41. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des Halblei­ tersubstrats (1) bzw. der mit Mikroelektroden (2) versehe­ nen Isolatorschicht (3) eine aktive Absorptionsschicht zur Strahlungsdetektion aufgebracht wird.41. The method according to any one of claims 21 to 36, characterized in that an active absorption layer for radiation detection is applied to the surface of the semiconductor substrate ( 1 ) or the insulator layer ( 3 ) provided with microelectrodes ( 2 ). 42. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) als aktive Adsorptionsschicht zur Strahlungsdetektion ausgebil­ det ist.42. The method according to any one of claims 21 to 36, characterized in that the semiconductor substrate ( 1 ) is ausgebil det as an active adsorption layer for radiation detection.
DE1996136461 1996-09-07 1996-09-07 Sensor arrangement and method for its production Expired - Fee Related DE19636461C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996136461 DE19636461C2 (en) 1996-09-07 1996-09-07 Sensor arrangement and method for its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996136461 DE19636461C2 (en) 1996-09-07 1996-09-07 Sensor arrangement and method for its production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19636461A1 true DE19636461A1 (en) 1998-03-12
DE19636461C2 DE19636461C2 (en) 1998-07-09

Family

ID=7804978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1996136461 Expired - Fee Related DE19636461C2 (en) 1996-09-07 1996-09-07 Sensor arrangement and method for its production

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19636461C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1194762A2 (en) * 1999-06-17 2002-04-10 Smiths Detection Inc. Multiple sensing system and device
WO2003087291A2 (en) * 2002-04-11 2003-10-23 Spire Corporation Bioanalytical array having an ion beam treated surface
EP1128075A3 (en) * 2000-02-24 2003-10-29 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Micropump and/or micromixer with integrated sensor and process for its manufacture
CN102980933A (en) * 2012-11-22 2013-03-20 中国石油大学(华东) Multi-channel galvanic corrosion test system and method based on micro electrode array
US20130134981A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-30 Baker Hughes Incorporated Crystal sensor made by ion implantation
CN108872342A (en) * 2018-08-23 2018-11-23 佛山科学技术学院 A kind of electrochemistry molecular engram sensor
CN113990845A (en) * 2021-12-28 2022-01-28 广州粤芯半导体技术有限公司 Detection structure, preparation method thereof and detection method of cavity in membrane layer

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19944331B4 (en) * 1999-09-15 2006-03-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Microsensor arrangement for measuring the position of liquids in capillaries

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4318519A1 (en) * 1993-06-03 1994-12-08 Fraunhofer Ges Forschung Electrochemical sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4318519A1 (en) * 1993-06-03 1994-12-08 Fraunhofer Ges Forschung Electrochemical sensor

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1650545A3 (en) * 1999-06-17 2006-12-13 Smiths Detection Inc. Multiple sensing system, device and method
EP1194762A4 (en) * 1999-06-17 2002-08-14 Cyrano Sciences Inc Multiple sensing system and device
US7477993B2 (en) 1999-06-17 2009-01-13 Smiths Detection Inc. Multiple sensing system and device
EP1194762A2 (en) * 1999-06-17 2002-04-10 Smiths Detection Inc. Multiple sensing system and device
AU776581B2 (en) * 1999-06-17 2004-09-16 Cyrano Sciences, Inc. Multiple sensing system and device
US6839636B1 (en) 1999-06-17 2005-01-04 Smiths Detection-Pasadena, Inc. Multiple sensing system and device
US6996478B2 (en) 1999-06-17 2006-02-07 Smiths Detection Inc. Multiple sensing system and device
EP1128075A3 (en) * 2000-02-24 2003-10-29 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Micropump and/or micromixer with integrated sensor and process for its manufacture
WO2003087291A3 (en) * 2002-04-11 2003-12-24 Spire Corp Bioanalytical array having an ion beam treated surface
WO2003087291A2 (en) * 2002-04-11 2003-10-23 Spire Corporation Bioanalytical array having an ion beam treated surface
US20130134981A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-30 Baker Hughes Incorporated Crystal sensor made by ion implantation
US9151153B2 (en) * 2011-11-30 2015-10-06 Baker Hughes Incorporated Crystal sensor made by ion implantation for sensing a property of interest within a borehole in the earth
CN102980933A (en) * 2012-11-22 2013-03-20 中国石油大学(华东) Multi-channel galvanic corrosion test system and method based on micro electrode array
CN108872342A (en) * 2018-08-23 2018-11-23 佛山科学技术学院 A kind of electrochemistry molecular engram sensor
CN108872342B (en) * 2018-08-23 2020-07-28 佛山科学技术学院 Electrochemical molecular imprinting sensor
CN113990845A (en) * 2021-12-28 2022-01-28 广州粤芯半导体技术有限公司 Detection structure, preparation method thereof and detection method of cavity in membrane layer

Also Published As

Publication number Publication date
DE19636461C2 (en) 1998-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0775314B1 (en) Chemical sensors, in particular silicon-based biosensors
EP0820593B1 (en) Measuring device
DE60318313T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR HIGHLY SENSITIVE DETECTION OF THE PRESENCE OF DNA AND OTHER PROBES
EP1786927B1 (en) Device and method for the detection of charged macromolecules
DE60116056T2 (en) ELECTROCHEMICAL PROCESSES AND DEVICES FOR USE IN THE MEASUREMENT OF ANALYZ CONCENTRATIONS WITH CORRECTED HAEMATOCRITING VALUE
DE4408352C2 (en) Miniaturized substance-recognizing flow sensor and method for its production
EP1062501B1 (en) Reference electrode
DE4031425A1 (en) FLOW CELL ADAPTIVE TYPE FET SENSOR DEVICE AND PRODUCTION METHOD
EP1379862B1 (en) Pair of measuring electrodes, biosensor comprising such a pair of measuring electrodes and method for the production thereof
Ottova et al. Self-assembled BLMs: biomembrane models and biosensor applications
DE19907164C2 (en) Measuring device and method for its production
EP1272842A1 (en) Biosensor and a method for detecting macromolecular biopolymers having a biosensor
CH627280A5 (en)
DE19636461C2 (en) Sensor arrangement and method for its production
DE3406773A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR CHEMICAL ANALYSIS
EP0581081A1 (en) Method for the determination of peracids
DE19856295C2 (en) Process for the production of carbon electrodes and chemical field effect transistors and carbon electrodes and chemical field effect transistors produced thereby and their use
Feldman et al. Electrochemical determination of low blood lead concentrations with a disposable carbon microarray electrode
DE102005037436A1 (en) Method and system for determining the concentration of an analyte-enzyme complex or analyte-enzyme conjugate, in particular for the electrochemical detection of the analyte, and associated measuring device
EP0535578B1 (en) Thick layer conductivity electrodes as biosensor
DE10015816A1 (en) Biosensor chip
DE4422049A1 (en) Ultra-micro-electrodes and nano-sized array for chemical and biochemical analysis
WO2005073705A1 (en) Electrochemical transducer array and the use thereof
DE10211358B4 (en) Vertical impedance sensor assembly and method of fabricating a vertical impedance sensor assembly
DE19929264A1 (en) Universal transducer

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee