JP2002522762A - オプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサ - Google Patents

オプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサ

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JP2002522762A JP2000564031A JP2000564031A JP2002522762A JP 2002522762 A JP2002522762 A JP 2002522762A JP 2000564031 A JP2000564031 A JP 2000564031A JP 2000564031 A JP2000564031 A JP 2000564031A JP 2002522762 A JP2002522762 A JP 2002522762A
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optode
optoelectronic
photosensitive
light emitter
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プフェッファーゼーダー アントン
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、半導体基板（１）内又は上に互いに分離されて複数の感光性素子（２）及びそれらの間の中心に位置する光放射器（３）が集積されている形式のオプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサに関し、該ガスセンサは、感光性素子（２）が基板（１）内の１つの平面内に位置しかつ光を横方向に放出する、光放射器（３）の側面放出領域（４）と共にオプトーデ材料の部分によって覆われており、該オプトーデ材料の厚さ及び屈折率は、放出領域（４）から横方向に放出される光がオプトーデ材料内での全反射によりあらゆる透過分枝（ａ〜ｄ）内を感光性素子（２）に向かって導かれるように選択されていることを特徴とする。このようなオプトーデを基礎とするチップ状ガスセンサは、極めて小さく、例えば２×２ｍｍの面積及び２５０μｍの厚さで実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、独立請求項１及び２の上位概念に記載のオプトーデを基礎とするオ
プトエレクトロニックガスセンサ、さらにこのようなオプトエレクトロニックガ
スセンサを製造するための電子部品に関する。
【０００２】 オプトエレクトロニックガスセンサは、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｊ．Ｐｏｌｉｎａ他
によってＳＰＩＥ 第３１０５巻、第７１〜７８頁の専門論文“A field harden
ed optical waveguide hybrid integrated-circuit, multi-sensor chemical or
probe and its chemistry”に記載されている。この公知のオプトーデを基礎と
して作動する公知のガスセンサは、図６に略示されており、かつその特性を以下
に簡単に説明する： ＬＥＤ３３から、垂直方向で光ビームは２つの反射鏡３５，３６によって２つ
の部分Ｌ１，Ｌ２に分割されかつ横方向に反射されかつそれによりそれぞれオプ
トーデ材料からなる測定区間３８及び参照区間３９に到達する。オプトーデ区間
３８を透過して到達した光ビームＬ２は再び反射面３７で垂直方向下向きに反射
されかつ第１のホトダイオード３１の感光性面に到達し、一方オプトーデ区間３
９を透過して導かれた光ビームＬ１は再び別の反射面３４で垂直方向下向きに別
のホトダイオード３１の感光性面に向けて反射される。オプトーデ区間３８及び
参照区間３９、反射面３４〜３７及びホトダイオード３１及び３２が中心に配置
されたＬＥＤ３３を中心として対称的に位置する。測定区間３８のオプトーデ材
料は、測定すべきガス（矢印）に対して露出しており、その際このガスをチップ
ケーシング（図示されていない）内に設けられた開口を経て流入する。
【０００３】 図７は、図６に基づく３つの前後に位置するセンサユニット３０１，３０２及
び３０３を搭載したガスセンサ３０を略示する。
【０００４】 まず垂直方向から横方向にかつ次いで横方向から再び垂直方向に導かれる光ビ
ームＬ１及びＬ２の入力結合及び反射の形式及び反射面３４〜３７に起因して、
図６に示されたかつ上記に引用した専門論文に記載された公知のガスセンサチッ
プは比較的長くかつ幅広い（例えば長さ３ｃｍ及び幅０．３５ｃｍ）、従って前
後に並べられた複数のガスセンサチップ３０１〜３０３を使用して構成された図
７のガスセンサ３０は著しく長くなる。さらに、このような公知のガスセンサチ
ップ及びそれで実現されたガスセンサ３０は比較的高価である。さらに、分離さ
れたチップ３０１〜３０３での異なる老化現象が、好ましくない測定誤差を生じ
ることがある。
【０００５】 発明の課題及び利点 前記の技術の水準を鑑みて、本発明の課題は、廉価かつその寸法を著しく小さ
くすることが可能である、オプトーデを基礎とする改良されたオプトエレクトロ
ニックガスセンサ、及びまた、反射鏡及びプリズムのような付加的な光学部材を
使用しないで充分であるオプトエレクトロニックガスセンサを製造するための、
本発明による原理を基礎とする電子部品を提供することである。
【０００６】 前記課題は、発明の第１の基本的態様によれば、半導体基板内又は上に互いに
分離された複数の感光性素子及びそれらの間の中心に位置する光放射器が集積さ
れている形式のオプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサによ
り解決され、該オプトエレクトロニックガスセンサは、感光性素子が基板内の１
つの平面内に位置しかつ光を横方向に放出する、光放射器の側面放出領域と共に
オプトーデ材料の部分によって覆われており、該オプトーデ材料の厚さ及び屈折
率は、放出領域から横方向に放出される光がオプトーデ材料内での全反射により
あらゆる透過分枝内を感光性素子に向かって導かれるように選択されていること
を特徴とする。
【０００７】 前記課題は、発明の第２の基本的態様によれば、半導体基板内又は上に互いに
分離されて複数の感光性素子及びそれらの間の中心に位置する光放射器が集積さ
れている形式のオプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサによ
り解決され、該オプトエレクトロニックガスセンサは、感光性素子が基板内の１
つの平面内に位置しかつそれぞれオプトーデ材料の部分により覆われており、光
放射器がリング状間隙によりオプトーデ材料の部分に対して間隔があけられてお
り、かつ、オプトーデ材料の厚さが光放射器の高さよりも著しく小さく、それに
よって光放射器から放出された光は空気中に放射されかつ次いで直接、又はガス
センサチップを包囲するケーシング内壁で反射された後に、オプトーデ材料を透
過してそれぞれ感光性素子に入射することを特徴とする。
【０００８】 好ましくは、感光性素子の１つ及びそれを覆う層が参照区間を形成する。測定
区間のオプトーデ材料はガス感応性ポリマー基材からなり、該材料に： アゾベンゼン、アセトフェノン、コルリン（Corrine）、ポルフィリン、フタ
ロシアニン、マクロライド、ポルフィリノーゲン（Porphyrinogen）、ノナクチ
ン、バリノマイシン（Valinomycin）及び／又はそれらの第Ｉ−ＩＩ及び第Ｖ−
ＶＩＩＩ副族の遷移金属との錯体 からなる化合物の群から選択される少なくとも１の指示薬が加えられている。そ
れに対して、参照区間を覆う層は、好ましくは、指示薬が加えられていないポリ
マー基材からなる。
【０００９】 好ましいレイアウトにおいては、オプトエレクトロニックガスセンサの感光性
素子はそれを覆うオプトーデ材料の部分もしくは参照区間を覆うポリマー基材と
共に扇状に中心対称的に光放射器の回りに配置されていもよい。例えば、このよ
うにして３つのセンサ部分及び１つの参照区間を含む４つの透過分枝を形成する
ことができる。
【００１０】 オプトエレクトロニックガスセンサを形成するチップは、正方形、５角形、６
角形、７角形もしくは８角形或いはまた円形に構成されていてもよい。もちろん
、このようなオプトエレクトロニックガスセンサは４つよりも少ない又は多い透
過分枝を持っていてもよい。
【００１１】 第１の態様に基づき実現されたオプトエレクトロニックガスセンサの場合には
、個々の透過分枝がバリヤによって隔離されているので、個々の透過分枝はオプ
トーデ材料から出る散乱光によって光学的に影響されない。このバリアの高さは
、中央の光放出器の高さとほぼ同じに選択することができる。さらに、感光性で
ないチップの全ての位置、またバリヤの側壁は必要に応じて鏡面化することがで
きる。
【００１２】 好ましくは、チップに基板はｎ伝導型シリコンからなり、かつ感光性素子はｎ
型シリコン基板内に集積されたｐ型シリコン領域から形成されている。こうして
、感光性素子はホトダイオードを形成する。光放射器は、好ましくはＬＥＤであ
るが、しかし波長を制限するために複数のＬＥＤを取り付けることもできる。
【００１３】 好ましくは、感光性素子上のオプトーデ材料の厚さは２００μｍ〜３００μｍ
、特に２２０μｍ〜２６０μｍの範囲内にある。
【００１４】 本発明の第２の基本的態様に基づき実現されたオプトエレクトロニックガスセ
ンサにおいては、オプトーデ材料の厚さはＬＥＤの高さよりも極めて著しく小さ
く、約５μｍ〜２０μｍ、好ましくは５μｍ〜１０μｍであり、一方光放射器（
ＬＥＤ）の高さは著しく大きくかつ約３００μｍである。
【００１５】 オプトエレクトロニックガスセンサを製造するためには、そのために予定され
た電子部品は、半導体基板内又は上に互いに分離された複数の感光性素子が扇状
に中心対称的に一定の間隔を維持して集積されており、薄い誘電性絶縁層が全感
光性半導体領域上にあり、コンタクト開口が感光性半導体素子の規定された周辺
位置に感光性半導体素子に対するコンタクト装置を備えており、かつ、感光性素
子の間の間隔領域内に金属化ストリップが光放射器として役立つＬＥＤの接続の
ために中央の接続パッドに案内されているように構成されていてもよい。
【００１６】 このようにして、オプトエレクトロニックガスセンサを製造するために好適で
ある電子部品においては、基板によって形成された共通のカソード、及びそれぞ
れ０．８〜１ｍｍ2の個々の感光性領域の面を有する、同じ大きさの４つのホト
ダイオードが、約２００μｍ〜３００μｍの範囲内の辺の長さを有するチップ内
に集積することができ、その際全チップ高さが約４００μｍ〜５００μｍである
。
【００１７】 実地の使用のためには、オプトエレクトロニックガスセンサのチップをケーシ
ング（好ましくはＳＭＤ）内に取り付けかつ蓋により保護する。この蓋は、ガス
感応性材料が被着された位置の上に、ガスが侵入できるように開口を有する。
【００１８】 良好な加工性に関して、ケーシング蓋をガス感応性材料の被着前にプリント回
路板に固定し、かつ後でオプトエレクトロニックガスセンサを形成する電子部品
を被着せずに相応する電子回路内にはんだ付けすることができる。このようにし
て、ガス感応性材料ははんだ工程の際に生じる加熱により破壊されず又は不利に
変化せしめられることはない。引き続いての被着のために利用されかつ後での使
用の際にガスが侵入する開口は、はんだ工程の際にフラックスの侵入を阻止する
ために、例えば粘着テープで閉鎖することができる。
【００１９】 本発明は、オプトーデを基礎とする公知のオプトエレクトロニックガスセンサ
に対して特に以下の利点を有する： − センサの全ての機能ユニットの集積［即ち、１つのシリコンチップ上の電子
部品及びオプトーデ路（Optodenbahn）］に基づき、該センサは著しく小さい幾
何学的寸法を有する。
【００２０】 − 光放射器（ＬＥＤ）と感光性素子（ホトダイオード）の間の小さい間隔に基
づき、本発明の第１の基本的態様によれば、オプトーデ区間、即ちガス感応性ポ
リマー並びに参照区間は、光を光放射器からオプトーデにかつオプトーデからホ
トダイオードへ誘導する際に他の場合には必要な受動光学部材（passive optic
）、例えばプリズム又はミラーの課題を一緒に担うことができる。この場合には
、ガスを包囲する雰囲気がオプトーデの大きな表面に作用できるという保証は維
持される。
【００２１】 − ＬＥＤとホトダイオードの間の小さい間隔は、これらの両者の部品間の結合
の際に高い効率を惹起する。このことは少ない電力需要を意味する。
【００２２】 − ＬＥＤの上側及び下側の鏡面化により達成される横方向でのＬＥＤの適合さ
れた放射特性は、前記効果を強化する。
【００２３】 − ＬＥＤからオプトーデ区間及び参照区間及びそこからホトダイオード内への
光の直接的結合により、極めて少ない結合損失が生じる、即ち付加的受動光学部
材が不必要である。
【００２４】 − バリヤは少ないクロストークを保証する。
【００２５】 − 参照及び測定分枝は高いシンメトリーを有する。それというのも、ホトダイ
オードが一体集積されているからである。
【００２６】 − 本発明の第２の基本的態様に基づき実現されたオプトエレクトロニックガス
センサは、前記のガスセンサに対してさらに、オプトーデ層及び参照区間の層を
著しく薄くすることができるという利点を有する。これらの層は、約５〜１０μ
ｍの厚さを有する。これらは優先的に光導波体として作用しない。それというの
も、光はまずＬＥＤから空気中に放射され、次いで直接、又は包囲するケーシン
グによって反射された後に、オプトーデ層並びに参照層を経てホトダイオードに
当たるからである。この場合には、バリヤには二次的意味が生じるに過ぎない。
【００２７】 以下に、本発明に基づくオプトーデを基礎とする好ましいオプトエレクトロニ
ックガスセンサを図面により詳細に説明する。
【００２８】 図１に図式的に示された、オプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガ
スセンサの第１実施例の概略図は、４つの同じ大きさの透過分枝ａ，ｂ，ｃ及び
ｄを含む。透過分枝の１つ、この実施例では透過分枝ｃは、斜めハッチングによ
り示されているように、参照区間として構成されている。それぞれオプトーデ材
料５ａ〜５ｄからなる、参照区間、３つのオプトーデ区間、及びその下にある（
破線で示されている）ホトダイオードの感光性領域２ａ〜２ｄは、共通の基板１
上に中央ＬＥＤ３の回りに星形で存在する。個々の透過分枝ａ〜ｄは、オプトー
デ区間の間の空間に位置するバリヤ６ａ〜６ｄによって隔離されている。
【００２９】 図１に示されたオプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサの
、切断線ＩＩ−ＩＩに沿って見た図２に示された断面図は、ｎ−Ｓｉからなる基
板１内のｐ−Ｓｉからなる感光性領域の集積（領域２ａ及び２ｃのみが認められ
る）を示す。中央ＬＥＤ３は、その上側及び下側がそれぞれ例えば金からなる反
射層７，８で鏡面化されているので、該ＬＥＤから放射される光ビームは主とし
て横方向で放射される、即ちオプトーデ区間５ａ及び５ｂのオプトーデ材料に入
射する。そこで、これらは２つの例示された光路Ｌ１及びＬ２により示されてい
るように、空気に対するオプトーデ材料の境界面で全反射され、それによりホト
ダイオードの感光性領域２ａ及び２ｃに導かれる。
【００３０】 図２で認識できるように、オプトーデ材料はほぼ中央ＬＥＤ３の高さまで被着
されており、該ＬＥＤに両側で引き続くオプトーデ材料及び参照区間を覆う層５
ｃの領域は僅かに曲線状に落ち込むように構成されており、かつオプトーデ区間
及び参照区間の外側区間は、オプトーデ材料及び参照区間に入射する光ビームＬ
１，Ｌ２の全反射を改良するために、丸み付けられている。こうして、ＬＥＤか
らオプトーデ区間及び参照区間に入力結合された光の大部分がホトダイオードの
感光性領域２ａ〜２ｄに達する。
【００３１】 さらに言及すれば、図２には示されていないバリヤ６ａ〜６ｄは、個々の透過
分枝が対向側で光学的に影響を受けないように、ほぼＬＥＤ３の高さまでの高さ
を有する。周囲雰囲気に対して開いた、図１及び図３には示されていないケーシ
ング内の窓により、測定されるべきガスはオプトーデ区間ａ，ｂ，ｄを洗う（図
２における矢印参照）。
【００３２】 図１及び２に基づくオプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセン
サを実現する原型を製造する際には、基板チップとして面積２×２ｍｍ2及び厚
さ２５０μｍを有するＳｉチップ、例えばホトダイオードＢＰＷ３４の基本構造
を利用したが、但し該チップは全面が感光性に構成されているのではなく、選択
的に規定の位置２ａ〜２ｄにｐ−Ｓｉからなる感光性領域を有していた（図１参
照）。
【００３３】 基板チップの上側の中心に、チップ状ＬＥＤ３を光放射器として接着した。該
ＬＥＤはその上側及び下側に金層により形成された反射層７，８を有していた（
図２参照）。こうして、さもなければ球状特性をもって放射されるＬＥＤの光を
優先的に横方向で放出させることができた。それにより、相応して高い強度が得
られた。測定区間として構成されたオプトーデ層を、ガス感応性ポリマー、即ち
指示薬を添加したポリマー材料から被着した。参照区間には、好ましくはオプト
ーデ基材、即ち指示薬を添加しなかったポリマー材料を被着した。こうして構造
は充分にシンメトリックになったので、電子部品の影響の他に、オプトーデの基
材が受ける変化、例えば老化及び汚れも補償することができた。光（図２のＬ１
，Ｌ２参照）はオプトーデ層並びに参照層内をＬＥＤから全反射を介してホトダ
イオードに達した。被着されているが、但し感光性でないＳｉチップの位置を、
被着前に例えば金層により鏡面化した。最後に、バリヤ６ａ〜６ｄを好ましくは
、有効な隔離のために必要なバリヤ高さが達成されることを保証するスクリーン
印刷法により被着した。
【００３４】 チップの厚さは、既に述べたように、２５０μｍであった。ＬＥＤは幅３００
μｍ及び高さ３００μｍを有していた。バリヤ高さも同様に３００μｍであった
。
【００３５】 実地の使用のためには、該チップをケーシング、好ましくはＳＭＤ内に組み込
みかつ蓋により保護した。該蓋は、ガス感応性オプトーデ材料が被着された位置
の上、即ちオプトーデ区間５ａ，５ｂ及び５ｃの上に、ガスが侵入できるように
、開口を有していた。
【００３６】 電子部品及びオプトーデのような、オプトエレクトロニックガスセンサの全て
の機能ユニットをＳｉチップ上に集積することにより、原型として製造されたガ
スセンサチップよりも著しく小さい幾何学的寸法を有していた。
【００３７】 ＬＥＤと受光体、即ちホトダイオードの感光性領域との間の小さい間隔に基づ
き、ガス感応性ポリマーを有するオプトーデ区間はさもなければ必要な受動光学
部材の課題を一緒に果たすことができた。この課題は、光放射器として働くＬＥ
Ｄ３からオプトーデ及びオプトーデからホトダイオードへの光の誘導に関する。
この場合、周囲雰囲気のガスがオプトーデに大きな表面に作用できるという保証
は維持される。
【００３８】 ＬＥＤとホトダイオードの感光性領域との間の小さい間隔により、これらの部
品の間の光の結合の際の高い効率を達成することができた。それにより、少ない
電力需要が生じた。
【００３９】 ＬＥＤの上側及び下側の鏡面化により達成された、横方向でのＬＥＤの適合さ
れた放射特性は、前記効果を強化した。ＬＥＤからオプトーデへかつそこからホ
トダイオードへの光の直接的結合により、極めて少ない結合損失が生じた。それ
により、付加的な受動光学部材を省くことができた。
【００４０】 オプトーデ区間と参照区間の間に構成されたバリヤは、さもなければオプトー
デから出て、隣接したオプトーデ区間に入力結合することができる散乱光により
惹起されるような少ないクロストークを保証した。それに伴って、測定区間及び
参照区間の同形式のかつ中心対称的実現が、電子部品の影響の他に、またオプト
ーデの基材に関する変化、例えば老化及び汚れをも補償することができる、オプ
トーデを基礎としたオプトエレクトロニックガスセンサを生じた。
【００４１】 もちろん、図１及び２に示された、３つのオプトーデ測定区間及び１つの参照
区間を有する正方形の構成は例示に過ぎないと見なされるべきである。同様な製
造工程及び特徴で、５角形、６角形、７角形もしくは８角形或いはまた円形のチ
ップ形を実現することができ、これらは３つよりも少ないか又は多い測定区間を
持つことができる。
【００４２】 図３〜５は、本発明に基づくオプトーデを基礎とするオプトエレクトロニック
ガスセンサの顧客専用の実施形のためのも適当である電子部品の実施形を示す。
【００４３】 図３に示された概略図は、図１及び２に関して前記に記載された第１実施例と
同様に、例えばｎ−Ｓｉからなる基板１０上に４つの感光性領域１２ａ〜１２ｄ
が集積されており、これらの領域は図３及び４に示されていない、後で顧客によ
って被着可能であるオプトーデ材料及び参照層と一緒になって４つの透過分枝 ａ，ｂ，ｃ及びｄを形成することを示す。
【００４４】 感光性領域１２ａ〜１２ｄは、正方形のシリコン基板１０の上にｐ−Ｓｉから
なる正方形の感光性素子の形で、それらが一定の間隔を保つように集積されてい
る。感光性素子１２ａ〜１２ｄの間の空間には、金属化ストリップ１３及び１４
が配置されており、該ストリップは後で接着される光放射器として働くＬＥＤと
の電気的結合のための役立つ。感光性素子１２ａ〜１２ｄのコンタクトのために
コンタクトパッド１１ａ〜１１ｄが設けられている。
【００４５】 図４に示された断面図が示すように、コンタクトパッド１１及び金属化ストリ
ップの中央端部は基板１０及び感光性素子１２を覆う例えばＳｉＯ2からなる絶
縁層１８を貫通するコンタクト開口によってそれぞれｐ−Ｓｉからなる感光性素
子１２及びｎ−Ｓｉからなる基板１０までスルーコンタクトされている。
【００４６】 図３及び４に示された電子部品は、約２５０μｍのチップの辺の長さを有し、
かつ個々の感光性領域の面積は約０．８〜１ｍｍ2であった。金属化層はアルミ
ニウム又は金からなる。
【００４７】 図３及び４に示された電子部品は、オプトーデを基礎とするオプトエレクトロ
ニックガスセンサを製造するために特に好適である。
【００４８】 今や、ここのとを図５により説明する。
【００４９】 チップをケーシング２０（好ましくはＳＭＤ）内に取り付けかつ蓋２１により
保護する。該蓋２１は、ガス感応性材料が積層されるべき位置の上に、ガスが侵
入できる（矢印参照）ように開口２２を有する。良好な加工性のために、ケーシ
ング蓋２１をガス感応性材料の被着前に固定しかつ図３及び４に示された部品を
被着せずにプリント配線板上の相応する電子回路内にはんだ付けすることができ
る。この時点までチップには未だガス感応性材料が被着されていないので、該材
料ははんだ付け工程から保護されている。被着は、顧客専用の実施形の場合には
顧客によってケーシング蓋２１内の、後で使用時にガスが侵入する開口を通して
行われる。この開口は、はんだ付け工程で、フラックスの侵入を阻止するために
、例えば粘着フィルムで閉鎖することができる。
【００５０】 図５は、オプトーデを基礎とする完成したオプトエレクトロニックガスセンサ
を示す。この場合、図面の簡明化のために全ての金属化区分は省略されている。
【００５１】 １つの平面内にある感光性層１２は、これが図１及び２に示された実施例にお
ける場合よりも著しく薄いオプトーデ材料及び参照区間材料の層１５で覆われて
いる。中央の光放射器２３は、オプトーデ材料の部分に対して環状間隙１６によ
り間隔があけられており、かつオプトーデ材料１５の上方表面を越えて突出して
いる。ケーシング蓋２１の内壁は、鏡面化層２４を有する。こうして、ＬＥＤ２
３から放出された光はまず空気中、即ちオプトーデ層１５の上の室２５内にある
ガス雰囲気に放射され、かつ次いで直接、又はケーシング蓋２１の内壁又は内壁
の鏡面化層２４で反射された後に、オプトーデ材料１５を経てそれぞれの感光性
素子２に導かれる。
【００５２】 簡明化のために、図５には鏡面化層２４で反射された若干の光ビームが記入さ
れている。この場合注目すべきことは、ＬＥＤ２３の上側は図５に基づく実施例
では鏡面化されていないことである。図５に示された中央ＬＥＤ２３の高さは、
図１及び２に示された実施例におけると同様に、約３００μｍであり、一方図５
におけるオプトーデ層１５及び参照層の層厚さは５〜１０μｍである、従って図
１及び２に示された実施例のオプトーデ層よりも著しく薄い。それというのも、
オプトーデ及び参照層は優先的に光導波体として役立つのではないからである。
【００５３】 バリヤは図５に示されたオプトエレクトロニックガスセンサの場合には副次的
な意味しかないので、図示されていない。
【００５４】 図３及び４に示されかつ図５で使用されるホトダイオードアレイは、標準的処
理手段を有する従来のは薄膜プロセスで２×２ｍｍ及びそれ以下の大きさで製造
することができる。例えば５角形、６角形、７角形もしくは８角形或いはまた円
形のような別の構造形を、図１及び２に示された実施例におけると同様に実現す
ることができる。
【００５５】 ＬＥＤ２３は、スクリーン印刷により被着された銀導電性接着剤（Silberleit
kleber）で接着することができる。同様なスクリーン印刷法により、銀導電性接
着剤からなる、図５には示されていないバリヤも約５０μｍの高さで印刷するこ
とができる。
【００５６】 図５に示された、オプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサ
の実施例のためにも、該センサは１つのＳｉチップ上にその全ての機能ユニット
が集積されることに基づき極めて小さい幾何学的寸法を有し、ＬＥＤ２３とホト
ダイオード１２の間の小さい間隔に基づき、ガス感応性ポリマーからなるオプト
ーデが受動光学部材（ケーシング蓋２１の内壁の可能な鏡面化層を別にして）を
不必要にするという有利な特性が当てはまる。
【００５７】 この場合にも、窓２２を経て内部２５に流入することができるガスが大きなオ
プトーデ表面に作用することができることが保証される。この場合も、ＬＥＤ２
３とオプトーデの間の小さい間隔により部品間の光の結合の際に高い効率が惹起
され、このことは少ない電力需要を惹起する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 オプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサの第１実施例の概
略図である。
【図２】 図１に示されたガスセンサチップの中心の略示断面図である。
【図３】 オプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサを製造するために
適当である電子部品の第１実施例の略示図である。
【図４】 図３の概略図び示されたチップの略示断面図である。
【図５】 図３及び４による電子部品を使用して製造されかつ包囲するケーシングを有す
るガスセンサの略示図である。
【図６】 既に記載された公知のオプトエレクトロニックガスセンサチップの略示断面図
である。
【図７】 図６のガスセンサチップで製造された公知のガスセンサの略示図である。
【符号の説明】 １，１０ 半導体基板、 ２，１２ 感光性素子、 ３，２３ 光放射器、
４ 放出領域、 ５，１５ オプトーデの部分、 ６ バリヤ、 １５ オプト
ーデ材料、 １６ 環状間隙、 ２０ ケーシング、 ａ〜ｄ 透過分枝（ａ，
ｂ，ｄ センサ区間、 ｃ 参照区間）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドレアス ヘンゼル ドイツ連邦共和国 ファイヒンゲン レー マーシュトラーセ 80 (72)発明者 ウルリッヒ オッペルト ドイツ連邦共和国 ツォルネディング オ ーベレ バーンホーフシュトラーセ 40 Ｆターム(参考） 2G042 AA01 CA01 CB01 DA09 FA11 FB05 FC01 HA02 HA07 2G054 AA01 BB06 CD04 CE01 EA04 EA05 EB05 FA01 FA20 FA22 FA27 FA29 FA31 FA33 FA34 JA08

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板（１）内又は上に互いに分離された複数の感光性
    素子（２）及びそれらの間の中心に位置する光放射器（３）が集積されている形
    式のオプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサにおいて、感光
    性素子（２）が基板（１）内の１つの平面内に位置しかつ光を横方向に放出する
    、光放射器（３）の側面放出領域（４）と共にオプトーデ材料の部分によって覆
    われており、該オプトーデ材料の厚さ及び屈折率は、放出領域（４）から横方向
    に放出される光がオプトーデ材料内での全反射によりあらゆる透過分枝（ａ〜ｄ
    ）内を感光性素子（２）に向かって導かれるように選択されていることを特徴と
    する、オプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサ。
  2. 【請求項２】 半導体基板（１０）内又は上に互いに分離された複数の感光
    性素子（１２）及びそれらの間の中心に位置する光放射器（１３）が集積されて
    いる形式のオプトーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサにおいて
    、感光性素子（１２）が基板内の１つの平面内に位置しかつそれぞれオプトーデ
    材料（１５）の部分により覆われており、光放射器（２３）がリング状間隙（１
    ６）によりオプトーデ材料の部分に対して間隔があけられており、かつ、オプト
    ーデ材料（１５）の厚さが光放射器の高さよりも著しく小さく、それによって光
    放射器（２３）から放出された光は空気中に放射されかつ次いで直接、又はガス
    センサチップを包囲するケーシング（２０）内壁で反射された後に、オプトーデ
    材料を透過してそれぞれ感光性素子（１２）に入射することを特徴とする、オプ
    トーデを基礎とするオプトエレクトロニックガスセンサ。
  3. 【請求項３】 感光性素子（２；１２）の１つ及びそれを覆う層が参照区間
    を形成する、請求項１又は２記載のオプトエレクトロニックガスセンサ。
  4. 【請求項４】 オプトーデ材料がガス感応性ポリマー基材からなり、該材料
    に指示薬が加えられている、請求項１又は２記載のオプトエレクトロニックガス
    センサ。
  5. 【請求項５】 参照区間を覆う層がポリマー基材からなり、該材料に指示薬
    が加えられていない、請求項１又は２記載のオプトエレクトロニックガスセンサ
    。
  6. 【請求項６】 感光性素子（２；１２）がそれを覆うオプトーデ材料の部分
    （５；１５）と共に扇状に中心対称的に光放射器（３）の回りに配置されている
    、請求項１から５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニックガスセンサ
    。
  7. 【請求項７】 感光性素子（２；１２）及びそれを覆うオプトーデ材料の部
    分（５；１５）が、３つのセンサ区間（ａ，ｂ，ｄ）及び１つの参照区間（ｃ）
    を含む４つの透過分枝（ａ〜ｄ）を形成する、請求項５記載のオプトエレクトロ
    ニックガスセンサ。
  8. 【請求項８】 個々の透過分枝（ａ〜ｄ）が、感光性素子（２）の間の空間
    に位置するバリヤ（６）によって隔離されており、該バリヤの高さが、それぞれ
    感光性素子（２）を覆うオプトーデ材料から放出される散乱光を隣接した感光性
    素子（２）に対して遮蔽するように選択されている、請求項１又は請求項３から
    ７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニックガスセンサ。
  9. 【請求項９】 感光性でない半導体基板の位置、及びバリヤの側面が反射層
    で覆われている、請求項８記載のオプトエレクトロニックガスセンサ。
  10. 【請求項１０】 基板（１）がｎ形シリコン基板であり、かつ感光性素子が
    ｐ形シリコンからなる、請求項１から９までのいずれか１項記載のオプトエレク
    トロニックガスセンサ。
  11. 【請求項１１】 感光性素子（２；１２）がホトダイオードを形成しかつ光
    放出器（３；２３）がＬＥＤである、請求項１から１０までのいずれか１項記載
    のオプトエレクトロニックガスセンサ。
  12. 【請求項１２】 ガスセンサのチップを保護する蓋がガス感応性透過分枝上
    に、そこで測定すべきガスに対してオプトーデ材料を露出する、開口を有する、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニックガスセンサ
    。
  13. 【請求項１３】 感光性素子上のオプトーデ材料の厚さが２００μｍ〜３０
    ０μｍ、好ましくは２２０μｍ〜２６０μｍの範囲内にある、請求項１又は請求
    項３から１２までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニックガスセンサ。
  14. 【請求項１４】 オプトーデ材料の厚さが５μｍ〜２０μｍ、好ましくは５
    μｍ〜１０μｍの範囲内にあり、かつ光放射器の高さが約３００μｍである、請
    求項２から７又は請求項１０から１２までのいずれか１項記載のオプトエレクト
    ロニックガスセンサ。
  15. 【請求項１５】 請求項１から１４までの１項以上に記載のオプトエレクト
    ロニックガスセンサを製造するための電子部品において、半導体基板内又は上に
    互いに分離された複数の感光性素子が扇状に中心対称的に一定の間隔を維持して
    集積されており、薄い誘電性絶縁層が全感光性半導体領域上にあり、コンタクト
    開口が感光性半導体素子の規定された周辺位置に感光性半導体素子に対するコン
    タクト装置を備えており、かつ、感光性素子の間の間隔領域内に、金属化ストリ
    ップが光放射器として役立つＬＥＤに接続するために中央コンタクトパッドに案
    内されていることを特徴とする、オプトエレクトロニックガスセンサを製造する
    ための電子部品。
  16. 【請求項１６】 基板によって形成された共通のカソード、及びそれぞれ０
    ．３〜０．８ｍｍ2の個々の感光性領域の面を有する、同じ大きさであってよい
    ４つのホトダイオードが、約２００μｍ〜３００μｍの範囲内の辺の長さを有す
    るチップ内に位置し、かつ金属化層がアルミニウム又は金からなり、かつ、全チ
    ップ高さが約２００μｍ〜３００μｍである、請求項１５記載の電子部品。
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