化學傳感器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了化學傳感器。在具有多個傳感器單元（11）的化學傳感器（1）的制造方法中，提供基板（5），并且，向基板（5）施加用于防止要被施加到基板（5）的區域上以用于構建傳感器單元（11）的敏感膜（7）的敏感材料（9）從所述區域擴展出的擴展抑制體。提供敏感材料（9），以及通過無接觸地向所述區域分配敏感材料（9）來構建敏感膜（7）。
【專利說明】化學傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及化學傳感器和化學傳感器的制造方法。
【背景技術】
[0002]化學傳感器執行供給到化學傳感器的氣體或者可能流體中包含的也稱為分析物的化學物質或化合物的檢測。
[0003]在應通過化學傳感器檢測多種不同的分析物的情況下，化學傳感器可包含多個傳感器單元，每一傳感器單元被設計用于檢測目標分析物中的一種或更多種。
【發明內容】
[0004]希望提供一種導致高品質的和可靠的化學傳感器的化學傳感器的制造方法以及這種高品質的和可靠的化學傳感器。
[0005]通過提供具有多個傳感器單元的化學傳感器的制造方法解決了該問題。根據該方法，提供基板，并且向基板施加擴展抑制體(expansion inhibitor),用于防止要被施加到基板上的區域以用于構建傳感器單元的敏感膜的敏感材料從所述區域擴展出的。提供敏感材料,并且通過無接觸地向所述區域分配敏感材料來構建敏感膜。
[0006]該方法的優選實施例可包括以下特征中的一個或更多個:
[0007]一以液相向所述區域分配敏感材料；
[0008]一施加擴展抑制體包含在所述區域的邊緣施加用于防止要被施加到所述區域的敏感材料從所述區域漏出的阻隔物(barrier)；
[0009]一阻隔物包含在所述區域周圍從基板突出的緣部；
[0010]一阻隔物包含基板中的在所述區域周圍的凹陷；
[0011]一施加擴展抑制體包含處理基板的表面，以用于在所述區域中提供第一表面能量并用于在所述區域外面提供第二表面能量，該第二表面能量小于第一表面能量，用于使得所述區域成為敏感材料的優選潤濕區域。
[0012]一基板的該表面提供第一表面能量，并且，在所述區域外面，基板的該表面被提供第二表面能量的涂層覆蓋；
[0013]一基板的該表面提供第二表面能量，并且，在所述區域中，基板的該表面被提供第一表面能量的涂層覆蓋；
[0014]一施加擴展抑制體包含向所述區域施加粘接膜，該粘接膜用于使要被施加到所述區域的敏感材料粘接于該粘接膜；
[0015]一向基板施加用于防止要被施加到基板上的多個區域以用于構建多個傳感器單元的敏感膜的敏感材料從所述多個區域擴展出的擴展抑制體，并且通過無接觸地向所述多個區域分配敏感材料來構建敏感膜；
[0016]一所述多個區域中的至少兩個相鄰區域共享分派給所述至少兩個相鄰區域的擴展抑制體的公共部件(common component)；[0017]一公共部件包含在所述至少兩個相鄰區域之間施加的公共阻隔物、該公共阻隔物用于防止分配到所述至少兩個相鄰區域中的第一區域的敏感材料漏出到所述至少兩個相鄰區域中的第二區域中以及用于防止分配到所述至少兩個相鄰區域中的第二區域的敏感材料漏出到所述至少兩個相鄰區域中的第一區域中；
[0018]一敏感材料被噴射分配到基板上的所述區域；
[0019]一敏感材料的限定部分被噴射分配到基板上的所述區域；
[0020]一敏感材料被噴墨印刷到基板上的所述區域；
[0021]一敏感材料同時被噴墨印刷到基板上的多個區域，并優選被同時噴墨印刷于基板上的所有區域；
[0022]一敏感材料通過印刷頭的多個噴嘴被同時噴墨印刷到基板上的所述多個區域；
[0023]一敏感材料通過印刷頭的第一噴嘴以第一組成被施加到多個區域中的第一區域，并且通過印刷頭的第二噴嘴以第二組成被施加到多個區域中的第二區域；
[0024]一第一組成的敏感材料和第二組成的敏感材料分別通過第一和第二噴嘴被同時施加；
[0025]一敏感材料包含金屬氧化物納米粒子；
[0026]一敏感材料包含聚合物材料；
[0027]一施加擴展抑制體包含向基板施加電極圖案，特別是向基板施加限定所述區域的電極圖案；
[0028]一化學傳感器是包含金屬氧化物半導體材料的化學抗性傳感器；
[0029]一基板在第一區域中具有第一厚度，并在第二區域中具有第二厚度，其中，第一厚度比第二厚度小，并且所述區域被布置于第一區域中，使得所述敏感材料被分配于所述第一區域中。
[0030]還通過提供一種具有多個傳感器單元的多個化學傳感器的制造方法來解決問題。根據該方法，提供晶片，并且向晶片施加擴展抑制體，用于防止要被施加到晶片上的多個區域以用于構建化學傳感器的多個傳感器單元的敏感膜的敏感材料從所述多個區域擴展出。提供敏感材料，并且通過無接觸地向所述多個區域分配敏感材料，構建敏感膜。晶片被分離成化學傳感器。
[0031]還通過提供一種具有多個傳感器單元的化學傳感器來解決問題。化學傳感器包含基板。多個傳感器單元的每一傳感器單元包含:由敏感材料構建并且覆蓋基板上的區域的敏感膜；和用于防止敏感材料在正被施加時從所述區域擴展出的擴展抑制體。
[0032]在化學傳感器的優選實施例中，被敏感膜覆蓋的區域的尺寸小于50 μ mX50 μ m。在化學傳感器的另一優選實施例中，基板包含具有第一厚度的第一區域和具有超過第一厚度的第二厚度的第二區域，其中，被敏感膜覆蓋的區域被布置于第一區域中。在另一優選實施例中，電子電路被集成到基板中。
[0033]在從屬權利要求中以及在以下的說明書中列出其它的有利的實施例。
[0034]描述的實施例類似地涉及傳感器和方法。盡管它們可能沒有被詳細描述，但是通過實施例的不同的組合可產生協作效果。
【專利附圖】
【附圖說明】[0035]以上限定的實施例以及本發明的其它方面、特征和優點也可從以下描述的實施例的例子導出，并且參照附圖被解釋。在附圖中，
[0036]圖1是根據本發明的實施例的示意性傳感器芯片的頂視圖；
[0037]圖2是根據圖1的傳感器芯片的化學傳感器的頂視圖，下面是沿線A-A'的剖面圖；
[0038]圖3是根據本發明的另一實施例的化學傳感器的頂視圖，下面是沿線A-A'的剖面圖；
[0039]圖4是示出根據本發明的實施例的化學傳感器的制造的示意性剖面圖；
[0040]圖5是示出根據本發明的另一實施例的化學傳感器的制造的示意性剖面圖；
[0041]圖6是根據本發明的另一實施例的化學傳感器的頂視圖，下面是沿線A-A'的剖面圖；
[0042]圖7是包含根據本發明的實施例的化學傳感器的晶片的斷面的頂視圖；
[0043]圖8是圖1的傳感器芯片的化學傳感器斷面的剖面圖；
[0044]圖9是圖6的傳感器的傳感器單元的更詳細的剖面圖；
[0045]圖10是根據本發明的另一實施例的化學傳感器的傳感器單元的三個不同設計的頂視圖。
【具體實施方式】
[0046]在本發明的一個實施例中，化學傳感器可包括由對于一種或更多種分析物敏感的材料制成的至少一個敏感膜。化學傳感器優選體現為包括一組傳感器單元的傳感器陣列，其中，每一傳感器單元可包含這種敏感膜。傳感器單元可被理解為可被單獨地讀取的化學傳感器的實體。優選地，在傳感器陣列的實施例中，敏感膜中的每一個或至少一些對于不同的分析物敏感。因此，這些敏感膜可由不同組成的敏感材料構建。相應的敏感膜可在單元之間表現不同的敏感性，使得傳感器陣列的各單元可主要對于特定的分析物敏感，因而可允許檢測這種分析物的有無或濃度。在本文中，“主要”應指的是傳感器單元對目標分析物比對其它的分析物更敏感。優選地，在傳感器單元的這種陣列中，敏感膜不相互接觸。化學傳感器執行被供給到化學傳感器的氣體或者可能流體中包含的化學物質或化合物一統稱為分析物一的檢測。這種分析物可包含例如⑶2、Ν0Χ、乙醇、CO、臭氧、氨、甲醛或二甲苯中的一個或更多個，這沒有限制。
[0047]化學傳感器可包含例如膜的形式的敏感材料，分析物可與該敏感材料交互作用。作為結果，傳感器材料的諸如其導電率的電氣性能可在交互作用時改變，其原理優選被應用于金屬氧化物化學傳感器，或者，傳感器材料的諸如例如其透射率的光學性能會改變。然后，分析物和傳感器材料的組合的電氣性能或光學性能被測量，并且允許諸如通過與在不存在分析物的情況下測量的傳感器材料的性能相比較來得到關于分析物的結論。
[0048]具體而言，敏感膜可包含金屬氧化物材料，特別是半導體特性金屬氧化物材料，并且特別地可按敏感膜包含不同組成的金屬氧化物材料。這種金屬氧化物材料一般可包含錫氧化物、鋅氧化物、鈦氧化物、鎢氧化物、銦氧化物和鎵氧化物中的一種或更多種。這種金屬氧化物可被用于檢測諸如V0C、一氧化碳、二氧化氮、甲烷、氨或硫化氫的分析物。金屬氧化物傳感器基于如下概念，即氣態分析物在高于100°c、并且特別是250°C?350°C的范圍的敏感層的高溫下與金屬氧化物層交互作用。作為催化反應的結果，敏感膜的導電性可改變，這種改變可被測量。由此，出于分析物的化學性能在敏感膜的高溫下被轉換成電阻的原因，這種化學傳感器也被稱為高溫化學電阻器。在具有多個傳感器單元的金屬氧化物化學傳感器中，所有的敏感膜可通過共同的加熱器被加熱，或者，各敏感膜可通過單獨的加熱器被加熱。
[0049]但是，作為替代，化學傳感器可基于不作為限制的以下的測量原理中的一種:化學機械原理，其中，例如，吸收時的質量變化被轉換成表面聲波或者懸臂共振的頻率的偏移。作為替代方案，可能存在例如通過使用催化燃燒傳感器(pellistor)被應用的熱感測概念，該催化燃燒傳感器可用作在其中在燃燒期間產生或消耗熱的催化熱傳感器。作為替代方案，化學傳感器可依賴于光學檢測，諸如為顯微分光計或NDIR的形式，或者可利用諸如通過與伏特安培、電勢測量或電導測量原理相組合的固態電解質被啟用的電化學反應。在另一實施例中，分析物的結合能可被確定并允許推導分析物的有無。
[0050]優選地，通過這種化學傳感器，可至少關于傳感器對于其敏感的目標分析物的有無來研究氣體。由此，可通過化學傳感器關于在被供給到化學傳感器的氣體中是否存在化學傳感器對其敏感的化學物質以及存在其中的哪些來分析供給的氣體。可對于一定的氣味或者對于一定的氣體來建議在供給的氣體中檢測的分析物的組合。總是關于有多少不同的分析物和/或分析物的多少不同的性能化學傳感器對其敏感來設計化學傳感器。注意，對于化學傳感器對其敏感的不同的分析物，不需要總是對于每一分析物測量相同的性能。可對于不同的分析物測量不同的性能。
[0051]在本發明的上下文中，基板應包括將敏感材料的懸浮液或溶液分配至的任何平臺。基板可以是半導體、玻璃或陶瓷基板或聚合物基板(特別是例如柔性聚合物基板)中的一個。但是，基板也可包含例如通過CMOS工藝而實現的沉積于半導體基板上的一個或更多個層，敏感膜最終布置在這些層上。術語基板連同單個傳感器芯片一起被使用，而晶片構成由其構建多個傳感器芯片的公共基板。
[0052]基板的區域被指定為接納用于最終形成敏感膜的敏感材料。鑒于傳感器芯片的小型化，希望使被敏感材料覆蓋的基板的/上的區域最小化。在多傳感器單元的情況下，鑒于節省空間的考慮，希望這些多個傳感器單元的敏感膜被相互接近地布置。用于構建敏感膜的區域可預先被限定為基板上的專用區域。為了節省基板上的空間，優選地限制(confine)該/這些區域。由此，優選地設置防止要分配于指定區域的敏感材料從該區域漏出或者換句話說擴展出或者從該區域溢出的擴展抑制體。
[0053]擴展抑制體可包含例如用于通過阻擋敏感材料沿向專用區域外面的方向流動來停止敏感材料的擴展的阻隔物。例如，這種阻隔物可包含從基板出現的緣部，該緣部阻擋敏感材料的擴展。緣部可例如通過光刻處理被添加到基板，或者可形成為基板的一部分。雖然這種緣部典型地表示突出的阻隔物，但是，考慮到當敏感材料遇到凹陷的下降邊緣時表面張力可防止敏感材料進入凹陷，基板中的凹陷也可用作阻隔物。
[0054]阻隔物典型地可被布置在區域的周圍，S卩，布置于區域的邊緣，并且優選地包圍該區域，因而限制區域在基板上的橫向擴展。被限制區域中的用于接納敏感材料的凹地也應被歸入到擴展抑制體中。
[0055]在另一實施例中，可向基板的要構建敏感膜的區域施加粘接膜。這種粘接膜可用作擴展抑制體，并且，例如，可包含氧化物或氮化物，諸如硅氧化物、硅氮化物、鋁氧化物、鈦氧化物或鉭氧化物(tantal oxid)。在另一實施例中，粘接膜可包含硅烷。在又一實施例中，粘接膜可包含聚合物材料，諸如聚酰亞胺或聚酰胺。在另一步驟中，敏感材料可被施加到粘接膜并且粘接于該粘接膜，而不才從粘接膜的邊緣溢出。在本實施例和其它的實施例中，優選地，僅向各區域供給敏感材料的限定部分，該部分可被預先限定。
[0056]在另一實施例中，基板的表面被處理/構圖以使得所述區域中的表面提供第一表面能量，而所述區域之外的區域一以及在用于在其上構建多個敏感膜的多個區域的情況下在所述區域之間的區域一提供第二表面能量，該第二表面能量比第一表面能量小，用于使得所述區域成為敏感材料的優選潤濕區域。
[0057]由此，在本實施例中，基板的表面被構圖為使得在所述區域中產生較高/第一表面能量，并在所述區域之外產生較低/第二表面能量。這導致正以液相分配到基板的敏感材料優選潤濕較高/第一表面能量的所述區域。在液相敏感材料嘗試擴展到所述區域的周圍的情況下，由于與所述區域中的較高/第一表面能量相比不易于潤濕的較低/第二表面能量，因此該材料將被排斥。由此，液相敏感材料將限于第一表面能量的所述區域。
[0058]例如，所述區域可被親水涂層涂敷，而所述區域外面的區域由于被施加了疏水性質的涂層而具有疏水性質。
[0059]由此，基板的表面的允許被敏感溶液潤濕的性質在所述區域與所述區域外面的區域(并且特別是緊挨著所述區域周圍的區域)之間是不同的。
[0060]在一個實施例中，在所述區域中，可通過例如等離子構造來處理基板的表面。要以這種方式被處理的基板的表面優選地是基板的氧化物層或氮化物層。為了化學構造目標區域，在一個實施例中可向這種區域施加硅烷，特別地是六甲基二硅氮烷(hexamethyIdisiIazan)或辛基三氯娃燒(octyltrichlorsilan)。
[0061]雖然以上的實施例可被概括為首先例如通過設置包含這種第二表面能量的涂層在整個基板上提供包含第二表面能量的基板表面，然后在所述區域中施加包含第一表面能量的涂層或者以其它方式將所述區域處理為展現第一表面能量，但是，在替代性實施例中，可例如通過設置包含這種第一表面能量的涂層在整個基板上提供包含第一表面能量的基板表面，并且隨后可向外面的區域施加包含第二表面能量的涂層。
[0062]通過這種表面能量處理，液相材料被限于所述區域并且可在所述希望的位置變干。
[0063]在另一實施例中，擴展抑制體可以是布置于基板上的電極圖案。這種電極圖案可代表影響分配到基板表面的液體敏感材料的擴展的基板表面的修改。優選地，電極圖案提供了實質上限定用于敏感材料的區域的電極區段。由此，優選地，電極圖案代表如下結構，該結構的外邊界大致為方形、圓形或其它形狀，在該邊界內駐留或者沒有駐留其它電極區段，使得，當將敏感材料分配到電極圖案上時，可通過電極圖案防止其擴展。這種電極圖案一方面可構成與突出緣部類似的輕微的突起，另一方面可對于敏感材料具有表面張力影響。
[0064]優選地，這種電極圖案由金、鉬和鋁中的一種制成。優選地，這種電極圖案的電極具有40?250nm的高度。優選地，電極圖案被施加到基板的氧化物層或氮化物層，例如，硅氧化物層、硅氮化物層或鋁氧化物層。可化學處理電極圖案的表面和/或電極圖案的電極之間的區域的表面，以便如前所述地調整表面能量。用于電極圖案的這種表面處理的優選手段基于硫醇化學。用于電極之間的區域的這種表面處理的優選手段基于硅烷化學。
[0065]另外，電極圖案可被用于接觸敏感膜并“讀取”關于與敏感膜交互作用的化學分析物的有無和/或濃度的信息。
[0066]當敏感材料被分配到分派的區域時，它優選以非接觸的方式被分配。這意味著在敏感材料的分配器與基板之間不存在接觸。由此，分配器與基板之間的間隙需由敏感材料克服。相反，接觸印刷可被理解為將分配器按壓在基板上，使得例如用作分配器的被墨水覆蓋的印章與基板接觸以將墨水轉印到基板上。在接觸印刷中，不存在要通過墨水克服的間隙。
[0067]為了實現無接觸分配，優選地，例如在容器中提供作為液體的敏感材料，并且將液體形式的敏感材料分配到基板的指定區域上。
[0068]無接觸分配可優選包含噴射分配，其中，例如通過使用緊噴嘴在壓力下將液體的連續射流或液體的離散射流(例如為單個液滴的形式)施加到基板。由此，噴射印刷可包含在分配器中加速液體以形成射流。
[0069]優選地，敏感材料以液相(S卩，以液態)被分配到基板。
[0070]由此，噴射分配方法可導致敏感材料以高的沖擊力沖撞基板。這是希望設置用于將沖擊噴射局限于指定區域的擴展抑制器的原因之一。但是，即使在已將敏感材料分配到基板之后，敏感材料也可能至少在有限的時間段內可在基板上流動并且會趨于從指定區域漏出以便達到其最低能量狀態。這是擴展抑制體防止敏感材料的這樣的從指定區域不希望的漏出時的另一情況。在有益的輔助效果中，即使在溶液可能例如通過加熱基板而從敏感膜蒸發之后以及在敏感材料例如通過燒結、回火等變干并且大致變為固態敏感膜之后，擴展抑制體也可支持在指定區域上將敏感膜固定在其位置上。
[0071]在優選的實施例中，敏感材料包含懸浮液或溶液中的納米粒子，(例如，金屬氧化物納米粒子)，該懸浮液或溶液被分配給基板。
[0072]在另一優選的實施例中，敏感材料包含聚合物材料，特別是可溶性聚合物材料，諸如聚酰亞胺、聚噻吩、聚氨酯或聚苯胺。
[0073]在印刷敏感材料的上下文中，敏感材料也可被稱為墨。印刷頭的墨容器可被該懸浮液填充，并且，該懸浮液可被噴射印刷到基板上的區域上以用于在該處沉積敏感材料。
[0074]特別地，潛在的噴墨印刷技術可以是以下技術中的一種:
[0075]在連續噴墨印刷中，高壓泵引導來自容器的液體墨通過槍體和顯微噴嘴，由此通過Plateau-Rayleigh不穩定性產生連續的墨滴流。壓電晶體在它在槍體內振動時產生聲波，并導致流體流破碎成規則間隔的液滴。墨滴在它們形成時經受帶電電極產生的靜電場；該場根據希望的下降偏轉度改變。這在各液滴上導致受控的可變的靜電電荷。帶電液滴被一個或更多個未帶電的“保衛液滴”分開以使相鄰的液滴之間的靜電斥力最小。帶電液滴通過靜電場并且通過靜電偏轉板偏轉以印刷于目的地。
[0076]在熱噴墨印刷中，具有均包含加熱器的一系列的微小室的印刷盒被用于通過向加熱器施加電流脈沖由此導致室中的墨水迅速蒸發以形成氣泡來從各室噴射液滴，該氣泡導致大的壓力增加，并且將墨滴推進到目的地。墨的表面張力以及蒸氣泡的冷凝和因此導致的收縮通過附接于墨容器的窄通道將附加劑量的墨推送到室內。[0077]在壓電噴墨印刷中，壓電材料被布置于作為加熱元件的替代的各噴嘴后面的充墨室中。當被施加電壓時，壓電材料改變形狀，這在流體中產生壓力脈沖，從而從噴嘴推出墨滴。
[0078]但是，在其它的實施例中，敏感材料的無接觸分配應包括絲網印刷、濺涂和噴射分配中的一種。
[0079]敏感膜可不僅在一個處理步驟中被印刷，而且可作為替代在多個步驟中被印刷以便形成相互層疊的敏感材料的多個層，這些層集體形成敏感膜。
[0080]通過將敏感材料無接觸印刷到基板上，可以制造集成的化學傳感器陣列一在一些情況也稱為氣體傳感器陣列，在該化學傳感器陣列中，另外沉積敏感材料，即，敏感材料僅在需要被沉積。優選地，在同一處理步驟中完成構圖和沉積/分配。當為了構建傳感器陣列的多個敏感膜使用不同組成的敏感材料時，可同時實現不同材料的沉積/構圖。在使用印刷頭的情況下，印刷頭的室/容器/儲存器可被加載不同的墨。在這種實施例中，優選地提供具有許多不同的噴嘴的印刷頭，其中，各噴嘴被分派給特定組成的敏感材料。典型地，各噴嘴與用于保持特定組成的專用儲存器連接。在這種實施例中，并且假定噴嘴指向在基板上的不同的區域，能夠通過使用多儲存器、多噴嘴印刷頭同時噴墨印刷多個不同(即組成不同)的敏感膜。
[0081]在另一實施例中，傳感器單元被單片地集成到公共傳感器芯片中，該公共傳感器芯片具有用于所有的傳感器單元的公共基板。這種單片傳感器芯片可被封裝并被布置于導體板上并與其電連接。
[0082]這種化學傳感器芯片由于其小的尺寸可被用于任何便攜式電子裝置，諸如移動電話，特別是智能電話、手持計算機、電子讀取器、平板計算機、游戲控制器、指示裝置、普通照相機或視頻照相機或計算機外設等，該列表不是限制性的，并且可支持關于其環境的化學和/或氣味和/或氣體識別。
[0083]圖1示出根據本發明的實施例的示意傳感器芯片4的頂視圖。基板5承載具有多個傳感器單元11的化學傳感器1、濕度傳感器2、以及例如用于評價由化學傳感器I提供并且可能由濕度傳感器2提供的傳感器信號的集成電子電路3。
[0084]優選地，通過應用CMOS處理形成集成電子電路3，而可通過應用MEMS處理集成化學傳感器I。化學傳感器I的各傳感器單元11被設計用于檢測被供給的氣體中的分析物。36個傳感器單元11的數量僅是代表性的。
[0085]圖2示出圖1的化學傳感器I的頂視圖，并且在下面示出沿線A-A'的剖面圖。基板5包含為從基板5的突起/凸起的形式的阻隔物6。在阻隔物6之間，在基板5的凹地中構建敏感膜7。通過將敏感材料噴射分配到阻隔物之間的指定區域來構建這些敏感膜7。在頂視圖中，傳感器單元11由相鄰的矩形區域示意性地表示，而從剖面圖中可以清楚地看至IJ，假定阻隔物6也占據基板5上的一些空間，則敏感膜7覆蓋基板5上的較小的區域。雖然在一個實施例中可通過在指定的區域中蝕刻基板5從而導致通過基板5自身形成阻隔物6來形成阻隔物6，但在另一實施例中，諸如通過光刻處理等，阻隔物6可分離地在基板5上生長或者附接于該基板5。
[0086]圖3示出根據本發明的實施例的另一化學傳感器I的頂視圖。與圖2的實施例的傳感器相反，阻隔物6現在體現為基板5中的凹陷，而敏感膜7構建于基板5的非凹陷區域上。這種實施例在敏感材料以液體形式施加到基板5時利用敏感材料中的表面張力。這種通過凹陷的下降邊緣引起的表面張力支持敏感材料保持在指定區域而不是流入到凹陷中。
[0087]一般地，擴展抑制體可在指定區域的邊緣包圍指定區域。可對于各傳感器單元11設置單獨的擴展抑制體，例如，可存在設置在各傳感器單元11周圍的單獨的緣部。在另一實施例中，兩個相鄰的傳感器單元11可在它們的擴展抑制體之中包含公共的部分，諸如例如對應的相鄰區域之間的單個壁或單個凹陷。由此，阻隔物6可形成被保留用于分配敏感材料的區域之間的網格。
[0088]圖4示出說明根據本發明的實施例的化學傳感器的制造的示意性剖面圖。提供具有用作阻隔物6的凹陷的基板5。因此，已經實現了擴展抑制體。現在，將向基板上的指定區域施加敏感材料9。出于這種目的，提供包含保持液態敏感材料9的容器81的印刷頭8。印刷頭8包含布置印刷頭8的噴嘴83的壓電致動器82，該壓電致動器82用于形成敏感材料9的液滴91并將其噴向基板5。箭頭可指示印刷頭的移動方向，使得在一個實施例中，在已經完成向兩個阻隔物6之間的存在區域分配敏感材料9之后，印刷頭8可移動到相鄰的指定區域，并且，印刷頭8的壓電致動器82被控制以將液滴91噴射到所述相鄰區域。
[0089]在根據圖5的另一實施例中，現在通過包含用于保持敏感材料9的多個容器81的不同的印刷頭8噴墨印刷同一基板5。各容器81被分派單獨的噴嘴83和單獨的壓電致動器82，使得當適當地控制壓電致動器82時，在本例子中，可通過敏感材料9同時印刷一行中的六個區域。在各容器81保持不同組成的敏感材料9的情況下，在基板5上相互緊鄰地構建不同材料的敏感膜，在它們之間存在由于擴展抑制體導致的間隙。印刷頭8可以是諸如圖5所示的具有相互緊鄰的幾個單獨子單元的一維印刷頭。在另一實施例中，印刷頭8可以是具有二維形式的相互緊鄰的單獨子單元的二維印刷頭，從而形成用于在基板5上二維印刷敏感材料的平面印刷頭。在本實施例中，優選地，大致以與兩個單元之間的距離對應的距離相互緊鄰地布置至少印刷頭的噴嘴，使得在印刷期間，各噴嘴被布置在被分派用于印刷傳感器單元的區域之上。在子單元的數量與用于在其上構建敏感膜的區域的數量對應的情況下，可同時對于所有的區域分配敏感材料。
[0090]圖6示出根據本發明的實施例的另一化學傳感器的頂視圖，包括沿線A-A'的剖面圖。從側視剖面圖可以看出，與用于在其上構建敏感膜7的所述區域對應的表面區域10被預處理，其原因是，所述區域中的表面能量被提高以便使液相敏感材料潤濕到該處。
[0091]在圖9中的剖面圖中示出單個傳感器單元的更詳細的示意圖。可以看出，敏感膜7構建于所述區域上，并且通過所述區域中的表面能量超過所述區域周圍的區域的表面能量而被局限于該區域。
[0092]對于圖6和圖9的實施例，在替代性方法中，所述區域10周圍的區域可被預處理，使得該區域中的表面能量小于/變得小于用于沉積敏感膜的所述區域中的表面能量。例如，在這樣的基板具有超過第二表面能量的第一表面能量的情況下，第二表面能量的涂層被施加到這樣的在所述區域外面的區域。在一個例子中，基板5的表面是氧化物或氮化物表面，該表面在所述區域外面的區域中被處理以使得該在所述區域外面的區域中的表面能量變得小于可以是基板中的固有表面能量的所述區域中的表面能量。為了降低這種區域中的氧化物或氮化物表面的表面能量，例如，硅烷特別是六甲基二硅氮烷或辛基三氯硅烷中的一種可作為涂層被施加到這種區域。在以這種方式處理/構圖所述區域10外面的所述區域中的基板5的表面之后，溶液形式的敏感材料以無接觸的方式被印刷到所述表面區域10。
[0093]圖7示出包含多個與圖6的化學傳感器對應的化學傳感器I的晶片50的斷面的頂視圖。在共同的步驟中已向晶片50施加用于所有的化學傳感器I的粘接膜之后，以及在可能在公共的步驟中向擴展抑制體施加敏感材料之后，例如通過鋸切將晶片分成各單獨的化學傳感器I。
[0094]圖8表示圖1的傳感器芯片的化學傳感器斷面的剖面圖。基板5在第一區域中具有第一厚度wl，并在第二區域中具有第二厚度《2。第二厚度《2代表基板5的標準厚度。在駐留傳感器單元11的第一區域中，基板5被減薄至第一厚度《I。在傳感器單元11可包含金屬氧化物敏感膜的情況下，這種金屬氧化物敏感膜可在進行讀取之前被加熱。為了提高熱效率，各傳感器單元11可被布置在具有較小的厚度《I的基板5的第一區域中。可通過將凹陷51形成于基板5的背面，形成具有小的厚度wl的第一區域。
[0095]圖10示出另一化學傳感器的傳感器單元的三個不同的設計的頂視圖，其中，電極圖案被用作擴展抑制體。在圖1Oa)中，電極圖案12包含相互平行的兩個直線電極。兩個直線電極限制用于敏感材料的區域，使得如果敏感材料以例如滴的形式被分配于兩個電極之間，那么其擴展將被這些電極限制，并且，相應的敏感膜7被構建。在圖1Ob)中，電極圖案12包含兩個相互交錯的電極，其中，最外面的指部以及各邊上的指部之間的連接器部分限定了方形，在該方形內敏感材料可擴展，但在該方向外面敏感材料擴展被阻止。由此，當敏感材料以滴的形式被在電極圖案12的外邊界之間分配于電極圖案12上時，其擴展將通過電極圖案12被限制，并且，相應的敏感膜7被構建。在圖1Oc)中，電極圖案12包含圈形的兩個電極。外圈電極限制用于敏感材料的區域，使得如果敏感材料以例如滴的形式被分配于外圈電極內，其擴展被該電極圖案12限制，并且，相應的敏感膜7被構建。
[0096]對于化學傳感器的所有實施例，優選地，電子電路可特別是通過使用CMOS處理被集成到主題基板中。這種電子電路可包含線性化、補償、評價、數字化和/或其它的功能。
[0097]雖然這里示出和描述了本發明的優選實施例，但應理解，本發明不限于此，并且在以下的權利要求的范圍內，可另外被以各種方式體現和實現。
【權利要求】
1.一種具有多個傳感器單元的化學傳感器的制造方法，包括以下的步驟: 提供基板(5)； 向基板(5)施加用于防止要被施加到基板(5)的區域上以用于構建傳感器單元(11)的敏感膜(7)的敏感材料(9)從所述區域擴展出的擴展抑制體； 提供敏感材料(9);和 通過無接觸地向所述區域分配敏感材料(9 )來構建敏感膜(7 )。
2.根據權利要求1的方法，其中， 施加擴展抑制體包含在所述區域的邊緣施加用于防止要被施加到所述區域的所述敏感材料(9)從所述區域漏出的阻隔物(6)。
3.根據權利要求2的方法，其中， 所述阻隔物(6)包含在所述區域周圍從基板(5)突出的緣部。
4.根據權利要求2的方法，其中， 阻隔物(6)包含基板(5)中的在所述區域周圍的凹陷。
5.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 施加擴展抑制體包含處理基板(5)的表面，以便在所述區域中提供第一表面能量并在所述區域之外提供第二表面能量，其中，第二表面能量小于第一表面能量，用于使得所述區域成為敏感材料(9)的優選潤濕區域。
6.根據權利要求5的方法，其中， 基板(5)的所述表面提供第一表面能量，并且 其中，在所述區域之外，基板(5)的所述表面被提供第二表面能量的涂層覆蓋。
7.根據權利要求5的方法，其中， 基板(5)的所述表面提供第二表面能量，并且， 其中，在所述區域內，基板(5)的所述表面被提供第一表面能量的涂層覆蓋。
8.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 施加擴展抑制體包含向所述區域施加粘接膜，用于使要被施加到所述區域的敏感材料(9)粘接于所述粘接膜。
9.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 向基板(5)施加用于防止要被施加到基板(5)上的多個區域以用于構建多個傳感器單元(11)的敏感膜(7)的敏感材料(9)從所述多個區域擴展出的多個擴展抑制體，并且，其中，通過無接觸地向所述多個區域分配敏感材料(9)來構建敏感膜(7)。
10.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 敏感材料(9)被噴射分配到基板(5)上的所述區域，并且， 特別地，其中，敏感材料(9)的限定部分被噴射分配到基板(5)上的所述區域。
11.根據權利要求10的方法，其中， 敏感材料(9)被噴墨印刷到基板(5)上的所述區域。
12.根據權利要求11的方法，其中， 敏感材料(9)被同時噴墨印刷到基板(5)上的多個區域，并優選被同時噴墨印刷到基板(5)上的所有區域。
13.根據權利要求12的方法，其中，敏感材料(9)通過印刷頭(8)的多個噴嘴(83)被同時噴墨印刷到基板(5)上的所述多個區域。
14.根據前面的權利要求11~13中的任一項的方法，其中， 敏感材料(9)通過印刷頭(8)的第一噴嘴(83)以第一組成被施加到所述多個區域中的第一區域，并且通過印刷頭(8)的第二噴嘴(83)以第二組成被施加到所述多個區域中的第二區域。
15.根據權利要求14的方法，其中， 第一組成的敏感材料(9)和第二組成的敏感材料分別通過第一噴嘴和第二噴嘴(83)被同時施加。
16.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 敏感材料(9)包含金屬氧化物納米粒子。
17.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 敏感材料(9)包含聚合物材料。
18.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 敏感材料(9)以液相分配到所述區域。
19.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 施加擴展抑制體包含向基板(5)施加電極圖案(12)，并且尤其包含向基板(5)施加限定所述區域的電極圖案(12)。
20.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 化學傳感器(I)是包含金屬氧化物半導體材料的化學抗性傳感器。
21.根據前面的權利要求中的任一項的方法，其中， 基板(5)在第一區域中具有第一厚度，并在第二區域中具有第二厚度，其中，第一厚度比第二厚度小， 其中，所述區域被布置于第一區域中，使得所述敏感材料(9)被分配于所述第一區域中。
22.—種均具有多個傳感器單元的多個化學傳感器的制造方法，包括以下步驟: 提供晶片(50); 向晶片(50)施加用于防止要被施加到晶片(50)上的多個區域以用于構建化學傳感器(I)的多個傳感器單元(11)的敏感膜(7)的敏感材料(9)從所述多個區域擴展出的擴展抑制體； 提供敏感材料(9)； 通過無接觸地向所述多個區域分配敏感材料(9)來構建敏感膜(7);和 將晶片(50 )分離成化學傳感器(I)。
23.—種具有多個傳感器單兀的化學傳感器,包括: 基板(5)， 其中，多個傳感器單元(11)中的每一傳感器單元(11)包含: 覆蓋基板(5)上的區域的由敏感材料(9)構建的敏感膜(7);和 用于防止敏感材料(9)在正被施加到所述區域時從所述區域擴展出的擴展抑制體。
24.根據權利要求23的化學傳感器，其中，被敏感膜(7)覆蓋的區域的尺寸小于50 μ mX 50 μ m。
25.根據權利要求23或24的化學傳感器，其中， 基板(5)包含具有第一厚度的第一區域和具有第二厚度的第二區域，第二厚度超過第一厚度， 其中，被敏感膜(7)覆蓋的區域被布置于第一區域中。
26.根據前面的權利要求23~25中的任一項的化學傳感器，其中，電子電路(3)被集成到基板中。
【文檔編號】G01N27/26GK103698369SQ201310447275
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2012年9月27日
【發明者】F·邁爾, M·格拉夫, L·布爾奇 申請人:森斯瑞股份公司