DD208706A1

DD208706A1 - REFERENCE ELECTRODE FOR CHEMICAL SENSORS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Info

Publication number: DD208706A1
Application number: DD24181082A
Authority: DD
Inventors: Werner Hoffmann; Min Tan Pham
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1982-07-21
Publication date: 1984-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Referenzelektrode auf der Basis der feldeffektgesteuerten Halbleiterbauelemente, die zum Aufbau eines aus Referenzelektrode und Sensor bestehenden Messsystems zum Nachweis von Ionen, Atomen und Molekuelen in Loesungen oder Gasen dient. Mit der Erfindung soll eine universell einsetzbare miniaturisierte Referenzelektrode geschaffen werden, die eine gute Reprodukzierbarkeit, Stabilitaet und Potentialkonstanz aufweist und deren Herstellung mit in der Mikroelektronik ueblichen Verfahren moeglich ist. Die Aufgabe schliesst ein solches Herstellungsverfahren mit ein. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe durch einen Feldeffekttransistor mit einer speziellen, den Gateisolator abdeckenden Membran dadurch geloest, dass die Membran aus einer Schicht Gateisolatormaterial besteht, welche so mit Fremdsubstanzen dotiert ist, dass sie eine gegenueber dem Nernst'schen Faktor wesentlich geringere elektrochemische Sensitivitaet aufweist. Das heisst, die Kanalleitfaehigkeit wird somit weniger abhaengig von Konzentrationsaenderungen im Elektrolyten, so dass eine solche Anordnung als Referenzelektrode dienen kann. Dadurch ist es moeglich, bei einer Kombination einer solchen Referenzelektrode mit einem chemischen Sensor, z. B. einem ISFET mit Nernst'schner Sensitivitaet, eine Differenzmessung zur Konzentrationsbestimmung durchzufuehren. Bezueglich des Herstellungsverfahrens wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die oberste oder eine darauf zusaetzlich aufgebrachte Schicht des Gateisolatormaterials durch Beschluss mit Ionen, Atomen oder Molekuehlen und eine anschliessende Nachbehandlung dotiert wird.The invention relates to a reference electrode based on the field-effect-controlled semiconductor components, which serves for the construction of a measuring system consisting of reference electrode and sensor for the detection of ions, atoms and molecules in solutions or gases. With the invention, a universally applicable miniaturized reference electrode is to be created, which has a good reproducibility, stability and potential consistency and their production is possible with conventional methods in microelectronics. The task includes such a manufacturing method. According to the invention, this object is achieved by a field effect transistor with a special membrane covering the gate insulator in that the membrane consists of a layer of gate insulator material which is doped with foreign substances in such a way that it has a much lower electrochemical sensitivity compared to the Nernstian factor. That is, the Kanalleitfaehigkeit is thus less dependent on concentration changes in the electrolyte, so that such an arrangement can serve as a reference electrode. This makes it possible, in a combination of such a reference electrode with a chemical sensor, for. As an ISFET with Nernst'schner sensitivity to perform a difference measurement for concentration determination. With regard to the production method, the object is achieved by doping the topmost or additionally applied layer of the gate insulator material by resolution with ions, atoms or molecules and a subsequent after-treatment.

Description

Referenzelektrode für chemische Sensoren und Verfahren zu deren HerstellungReference electrode for chemical sensors and process for their preparation

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Referenzelelctrode auf der Basis der feldeffektgesteuerten Halbleiterbauelemente, die zum Aufbau eines aus Referenzelelctrode und Sensor bestehenden Meßsy3teras zum. Nachweis von Ionen, Atomen und Molekülen in Lösungen oder Gasen dient und ein Verfahren zur Herstellung der Referenzelelctrode.The invention relates to a Referenzelelctrode on the basis of field effect controlled semiconductor devices, which for the construction of a Referenzelelctrode and sensor Meßsy3teras for. Detection of ions, atoms and molecules in solutions or gases is used and a method for producing the Referenzelelctrode.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bei der Verwendung von chemischen Sensoren auf der Basis der feldeffektgesteuerten Halbleiterbauelemente werden besondere Forderungen on die Referenzelelctroden gestellt. Neben einem reversiblen, reproduzierbaren Potential, das unabhängig vom I.Ießraedium ist, sind das die Miniaturiaierung, die Sterilisierbarkeit und insbesondere die Herstellungstechnologie, die mikroelekjtroniktechnologiekompatibel sein soll.When using chemical sensors based on field-effect-controlled semiconductor components, special demands are placed on the reference electrodes. In addition to a reversible, reproducible potential, which is independent of the I.Ießraedium, these are the miniaturization, the sterilizability and in particular the manufacturing technology, which should be mikroelekjtroniktechnologiekompatibel.

Bekannt ist die Verwendung von konventionellen Referenzelektroden, z. B. einer Silber/Silberchlorid-Elektrode in miniaturisierter Form. (S.D. Moss, J.B. Smith, P.A. Corate, G.G. Johnson, L. Astle: pH atheter Tip Semiconductor Microelectrode, J. Bioeng. 11 (1977) 1 ). Da es sich hierbei um eine Elektrode 2. Art handelt, liefert diese Referenzelektrode nur ein konstantes Potential, wenn sie in Berührung mit einer Lösung konstanter Chloridkonzentration steht. Die Verwendung setzt daher voraus, daß entweder das Meßmedium eine konstante Chloridkonzentration aufweist oder die Referenzelektrode von einer Lösung konstanter Chloridkonzentration umgeben und über eine Salzbrücke mit dem Meßmedium verbunden wird· Es ist weiter bekannt, daß als Referenzelektrode ein ionensensitiver Feldeffektransistor verwendet wird. (J. Janata, R.J. Huber: Ion-Sensitive Field EffectThe use of conventional reference electrodes, z. B. a silver / silver chloride electrode in miniaturized form. (S.D. Moss, J.B. Smith, P.A. Corate, G.G. Johnson, L. Astle: pH atheter Tip Semiconductor Microelectrode, J. Bioeng., 11 (1977) 1). Since this is a second type electrode, this reference electrode provides only a constant potential when in contact with a solution of constant chloride concentration. The use presupposes, therefore, that either the measuring medium has a constant chloride concentration or the reference electrode is surrounded by a solution of constant chloride concentration and is connected via a salt bridge with the measuring medium. It is also known that an ion-sensitive field effect transistor is used as the reference electrode. (Janata, R.J. Huber: Ion-Sensitive Field Effect

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Tranaistors, Ion-Selective Electrode Rev. Vol. 1 (1979) 31-79, Pergamon Press). Hierzu wird die ionensensitive Membran des Transistors einer Pufferlösung ausgesetzt, die sich in einem kleinen verkapselten Raum über der Membran befindet. Eine kleine Kapillare stellt die elektrische Verbindung zwischen dem Pufferraum und dem Meßmedium her. Der Miniaturisierung ist bei dieser Art der Referenzelektrode eine Grenze gesetzt, die durch den Pufferraura und die Kapillare bestimmt wird. Darüberhinaus konfrontiert man immer noch mit Technologien, die der Mikroelektroniktechnologie fremd sind. Bekannt ist auch der als Referenzelektrode dienende Feldeffekttransistor, dessen Gateisolator mit einer hydrophoben organischen Polymermembran überzogen ist, und sich dadurch ioneninsensitiv verhält. (US Patent 4 269 682 (1981) Reference Electrode of Insulated Gate Field Effect Transistor).Tranaistors, Ion Selective Electrode Rev. Vol. 1 (1979) 31-79, Pergamon Press). For this purpose, the ion-sensitive membrane of the transistor is exposed to a buffer solution which is located in a small encapsulated space above the membrane. A small capillary establishes the electrical connection between the buffer space and the measuring medium. Miniaturization is limited by this type of reference electrode, which is determined by the bufferraura and the capillary. Moreover, one still confronts technologies that are alien to microelectronics technology. Also known is the field effect transistor serving as a reference electrode, whose gate insulator is coated with a hydrophobic organic polymer membrane, and thereby behaves ion-insensitive. (US Patent 4,269,682 (1981) Reference Electrode of Insulated Gate Field Effect Transistor).

Die industrielle Produktion der bekannten genannten Referenzelektrodensysteme ist aus verschiedenen Gründen problematisch. Vor allem sind hier technologische Prozeßschritte erforderlich, die der Mikroelektroniktechnologie nicht kompatibel sind, wie beim 1. und 2» Beispiel der Fall ist. Darüberhinaus stößt man auf Schwierigkeiten mit der Miniaturiaierung, so daß das Nahebringen der Referenzelektrode an den Sensor nur begrenzt möglich ist. Hinsichtlich der Integration ist bei Verwendung von Referenzelektroden mit hydrophoben organischen Polyraermembranen die Herstellungstechnologie kompliziert, wenn z. B. für Sensoren Gatemenbrane auf der Basis der nicht organischen Materialien verwendet werden, für die eine andere Herstellungstechnologie erforderlich ist.The industrial production of the known reference electrode systems mentioned is problematic for various reasons. Above all, it requires technological process steps that are not compatible with microelectronics technology, as is the case with the 1st and 2nd examples. Moreover, one encounters difficulties with Miniaturiaierung, so that the proximity of the reference electrode to the sensor is limited. With regard to integration, the production technology is complicated when using reference electrodes with hydrophobic organic polyra membranes, z. For example, sensor membranes may be used based on the non-organic materials for which a different manufacturing technology is required.

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Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer günstig herstellbaren und universell einsetzbaren Referenzelektrode für chemische Sensoren.The object of the invention is to provide a conveniently producible and universally applicable reference electrode for chemical sensors.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine miniaturisierte Referenzelektrode zu schaffen, die eine gute Reproduzierbarkeit, Stabilität und Potentialkonstanz aufweist und deren Herstellung mit in der Mikroelektronik üblichen Verfahren möglich ist. Die Aufgabe schließt ein solches Herstellungsverfahren mit ein.The invention has for its object to provide a miniaturized reference electrode having a good reproducibility, stability and potential stability and their production is possible with conventional methods in microelectronics. The object includes such a manufacturing method.

Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe durch einen Feldeffekttransistor mit einer speziellen, den Gateisolator abdeckenden Membran dadurch gelöst, daß die Membran aus einer Schicht Gateisolatormaterial besteht, welche so mit Premdsubstanzen dotiert ist, daß sie eine gegenüber dem Nernst'sehen Paktor wesentlich geringere elektrochemische Sensitivität aufweist. D. h., die Kanalleitfähigkeit wird somit weniger abhängig von Konzentrationsänderungen im Elektrolyten, so daß eine solche Anordnung als Referenzelektrode dienen kann. Dadurch ist es möglich, bei einer Kombination einer solchen Referenzelektrode mit einem chemischen Sensor, a.B. einem ISFET mit !lernst'scher Sensitivität eine Differenzmessung zur Konzentrationsbestimmung durchzuführen.According to the invention, this object is achieved by a field effect transistor with a special membrane covering the gate insulator in that the membrane consists of a layer of gate insulator material which is doped with premix substances in such a way that it has a much lower electrochemical sensitivity compared to the Nernst view factor. D. h., The channel conductivity is thus less dependent on changes in concentration in the electrolyte, so that such an arrangement can serve as a reference electrode. This makes it possible, when combining such a reference electrode with a chemical sensor, e.g. To perform an ISFET measurement with a differential sensitivity to determine the concentration.

Bezüglich des Herstellungsverfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die oberste oder eine darauf zusätzlich aufgebrachte Schicht des Gateisolatormaterials durch Beschüß mit Ionen, Atomen oder Molekülen und eine anschließende Nachbehandlung dotiert wird. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens bestehtWith respect to the manufacturing method, the object is achieved in that the topmost or additionally applied thereto layer of the gate insulator material is doped by bombardment with ions, atoms or molecules and a subsequent post-treatment. An advantageous embodiment of this method is

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darin, daß auf die zu dotierende Schicht des Gateisolatormaterials eine zusätzliche Vorbelegung3schicht aufgebracht, diese mit Teilchen einer Art beschossen wird und anschließend wieder entfernt wird. Bei einer solchen Verfahrensgestaltung kann die Vorbelegungsschicht mit einer Art von Teilchen, z.B. Ar-Ionen beschossen werden, wobei die das Gateisolatormaterial dotierenden Substanzen durch Rücksto^effekte aus der 'Vorbelegungsschicht herausgeschlagen werden und in den Gateisolator gelangen.in that applied to the layer to be doped of the gate insulator material an additional Vorbelegung3schicht, this is bombarded with particles of a kind and then removed again. In such a process design, the pre-coating layer may be coated with one type of particle, e.g. Ar ions are bombarded, wherein the gate insulator material doping substances are knocked out by Rücksto effects of the 'pre-emption layer and get into the gate insulator.

Vorteilhafterweise wird außerdem die Nachbehandlung durch kurzzeitiges Bestrahlen mit energiereicher Strahlung entsprechend der in der Mikroelektronik üblichen unkonventionellen Ausheilung durchgeführt. Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sowohl eine chemische als auch strukturelle Oberflächenmodifizierung durch Teilchenbeschuß erzielt werden können, welcher eine beliebige gewünschte Zusammensetzung der Referenzmembran durch die \/ahl der Teilchenart und des Teilchenflüsaes exakt einstellbar ist. Hierbei wird auch eill itlilißör Kontakt zwischen der als Referenzmerabran wirkenden Oberflächenschicht und der Isolatorunterlage erreicht. Vorteilhaft können gleiche Technologien, die voll mikroelektroniktechnologiekompatibel sind, zur Herstellung sowohl der Referenzelektrode als auch des Sensors sowie zur Schaffung von integrierten Sensoren, angewendet v/erden»Advantageously, the post-treatment is also carried out by short-time irradiation with high-energy radiation in accordance with the unconventional annealing customary in microelectronics. The particular advantage of the invention is that both a chemical and a structural surface modification can be achieved by particle bombardment, which can be precisely adjusted to any desired composition of the reference membrane by means of the particle type and the particle flow. In this case, contact between the surface layer acting as a reference merabranch and the insulator pad is also achieved without any problems. Advantageously, the same technologies, which are fully microelectronic technology compatible, can be used to fabricate both the reference electrode and the sensor and to provide integrated sensors.

AusfUhrungsbeispieleEMBODIMENTS

In Fig. 1 ist der Querschnitt durch das Gategebiet der erfindungsgemäßen Referenzelektrode auf der Basia eines Feldeffekttransistors in acheraati3cher Darstellung ge-1 shows the cross section through the gate region of the reference electrode according to the invention on the base of a field effect transistor in a schematic representation.

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zeigt. Dessen Grundaufbau ist eine Schichtfolge aus einer Referenzmembran 1, einer Si^N.-Gateisolatorschicht 2, einer SiC^-Gateisolatorschicht 3, einem p-Si-Substrat 4, in dem 2 Gebiete aus η-Si, ein Source-Gebiet 5 und ein Drain-Gebietßenthalten sind. Die Referenzraembran verhindert bei Berührung mit dem Elektrolyten eine vollständige Ausbildung eines der Nernst'-sehen Gleichung entsprechenden Phasengrenzpotentials, das die Leitfähigkeit des zwischen dem Source-Gebiet und dem Drain-Gebiet liegenden Kanals 7 steuert. D.h. die Kanalleitfähigkeit wird somit weniger abhängig von Konzentrationsänderungen im Elektrolyten, so daß eine solche Anordnung als Referenzelektrode dienen kann. Beispiele von Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Referenzelektrode:shows. Its basic structure is a layer sequence of a reference membrane 1, a Si ^ N gate insulator layer 2, a SiC 2 gate insulator layer 3, a p-Si substrate 4, in which 2 regions of η-Si, a source region 5 and a Drain area are included. The reference membrane, upon contact with the electrolyte, prevents complete formation of a phase boundary potential corresponding to Nernst's equation, which controls the conductivity of the channel 7 located between the source region and the drain region. That The channel conductivity is thus less dependent on changes in concentration in the electrolyte, so that such an arrangement can serve as a reference electrode. Examples of Methods for Producing a Reference Electrode According to the Invention:

Von einem Si-Substrat ausgegangen, werden zunächst das Source-Gebiet 5» das Drain-Gebiet 6 und darauf eine 50 nm dicke Isolatorechicht 3» eine 100 bis 200 nm dicke Isolatorschicht 2 nach den Üblichen Verfahren der Mikroelektronlk-beohnologie hergestellt. Bei diesem Verfahren wird der Teilchenbeschuß angewendet, um die Oberfläche der Isolatorschicht chemisch und strukturell derart zu modifizieren, daß diese Oberflächenschicht danach eine gegenüber der ursprünglichen Oberfläche verringerte elektrochemische Sensitivität aufweist« Die Energie der geschossenen Teilchen wird entsprechend der beabsichtigten Eindringtiefe im Matrixmaterial und vorzugsweise im Bereich 10 keV- 100 keV gewählt. Die Art der geschossenen Teilchen richtet зісп nach den gewünschten chemischen Reaktionen, die die eingeschossenen Teilchen mit den Komponenten des Matrixmaterials eingehen oder die zwischen den eingeschossenen Teilchen untereinander ablaufen, wobei die Dosis beim Teilchenbeschuß vorzugsweise im Bereich 10¹^ - 10¹' Teilchen/cm² gewählt wird. Nach dem Teilchen-Starting from an Si substrate, first the source region 5 "the drain region 6 and then a 50 nm thick insulator layer 3" a 100 to 200 nm thick insulator layer 2 are produced according to the usual microelectron microbial procedure. In this method, the particle bombardment is used to chemically and structurally modify the surface of the insulator layer so that this surface layer subsequently has a reduced electrochemical sensitivity to the original surface. The energy of the particles shot will be commensurate with the intended penetration depth in the matrix material, and preferably in the region 10 keV - 100 keV chosen. The type of particles shot depends on the desired chemical reactions which the injected particles undergo with the components of the matrix material or which run between the injected particles with each other, the dose during particle bombardment preferably being in the range 10 ¹ -10 ¹ 'particles / cm ² ^{2 is} selected. After the particle

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beschuß erfolgt eine Nachbehandlung entweder durch thermisches Tempern oder mit irapulsartiger Temperaturbelastung durch LaGer, Licht, Elektronen- oder lonenstrahlung, wobei die Nachbehandlung im Vakuum oder in einer reaktiven Gasatmosphäre oder in einer inerten Gasatmosphäre durchgeführt wird· Im Falle einer Referenzelektrode, die auf der Basis einer wasserstoffionensensitiven Membran aufgebaut ist, wird z.B. als Isolatorschicht 2 Si-U. verwendete In diesem Pail werden Edelgasteilchen in die Isolatorschicht 2 eingeschossen. Anschließend wird das dem Teilchenbeschuß ausgesetzte Gebiet mit einem Lichtimpuls z.B. von 10 ms Dauer mit einer Leistungsdichte zwischen 50 und 120 J/cm in einer Sauerstoffatmosphäre behandelt. Anstelle des Lichtimpulses kann die Nachbehandlung auch in einem Temperofen bei 400° - 1 000⁰C für die gewünschte Dauer durchgeführt werden. Bei diesem Verfahren kann anstelle der Edelgase Sauerstoff in die Isolatorschicht eingeschossen werden. Die Nachbehandlung ermöglicht einerseits die Bildung von chemischen Verbindungen und strukturellen Zusammensetzungen, die die Verringerung der elektrochemischen Sensibilität bewirken, durch die chemischen Reaktionen zwischen den durch Teilchenbeschuß eingebrachten Komponenten mit den Matrixkomponenten oder der eingeschossenen Komponenten untereinander zu vervollständigen und andererseits die durch Teilchenbeschuß hervorgerufenen Strahlenschäden im Isolator zu beseitigen.An aftertreatment is carried out either by thermal annealing or with irapulse-like temperature loading by LaGer, light, electron or ion radiation, wherein the aftertreatment is carried out in vacuo or in a reactive gas atmosphere or in an inert gas atmosphere In the case of a reference electrode based on a Hydrogen ion-sensitive membrane is constructed, for example, as an insulator layer 2 Si-U. In this Pail noble gas particles are injected into the insulator layer 2. Subsequently, the area exposed to the particle bombardment is treated with a light pulse of, for example, 10 ms in duration at a power density between 50 and 120 J / cm in an oxygen atmosphere. The post-treatment may also be in an annealing furnace at 400 ° instead of the light pulse - to be carried out for 1 000 ⁰ C for the desired time. In this method, oxygen can be injected into the insulator layer instead of the noble gases. The aftertreatment enables on the one hand the formation of chemical compounds and structural compositions which cause the reduction of the electrochemical sensibility by the chemical reactions between the particle bombarded components with the matrix components or the injected components and on the other hand the particle damage induced radiation damage in the isolator to eliminate.

Gemäß der Erfindung wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel auf der Isolatorschicht 2 zusätzlich eine weitere Isolatorschicht aufgebracht, die aus dem Oxid eines der Metalle Ti, Ta, Zr, Sn, des Si oder aus einem Gemisch von diesen Oxiden bestehen kann. Zur Erzeugung einer Oberflächenschicht, die eine verringerte Sensitivität gegenüber Wasserstoffionen aufweist und als Referenzmerabran dient, werden Borionen oder Aluminiumionen oder ähnliche Teilchen eingeschossen, wobei die Energie und die DosisAccording to the invention, in a further exemplary embodiment, a further insulator layer, which may consist of the oxide of one of the metals Ti, Ta, Zr, Sn, of the Si or of a mixture of these oxides, is additionally applied to the insulator layer 2. To produce a surface layer which has a reduced sensitivity to hydrogen ions and serves as a reference mark, boron ions or aluminum ions or similar particles are injected, the energy and dose

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der Teilchen entsprechend den im ersten Ausführungsbeispiel dargestellten Gesichtspunkten gewählt werden. Dem Teilchenbeschuß schließt sich eine Nachbehandlung entweder mit Lichtimpulsen oder in einem Temperofen in der gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel an. In einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Referenzelektrode und eines Verfahrens zur Herstellung derselben werden die Teilchen durch Rückstoßeffekte aus einer Vorbelegungsschicht in die Matrixschicht 2 gebracht. Die Vorbelegungsschicht, die zur Beeinflussung der Alkalisensitivität aus einem 3-wertigen Metall wie Al, Ca, In oder ähnlichen Metallen bestehen kann, wird nach den bekannten Verfahren der Mikroelektroniktechnologie hergestellt. Die Schichtdicke der Vorbelegungsschicht wird so bemessen, daß sie kleiner als die Eindringtiefe der Teilchen bei der verwendeten Teilchenenergie bleibt. Als Geschoßteilchen werden entweder Edelgasionen oder Ionen des die Vorbelegungsschicht bildenden Metalle verwendet. Die Nachbehandlung wird wie im ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt, wobei die Vorbelegungsschicht entweder vor oder nach der Nachbehandlung entfernt werden kann.of the particles are selected according to the points of view shown in the first embodiment. The particle bombardment is followed by an aftertreatment either with light pulses or in a tempering furnace in the same way as in the first embodiment. In a further embodiment of a reference electrode according to the invention and a method for producing the same, the particles are brought into the matrix layer 2 from a pre-coating layer by recoil effects. The precoat layer, which may be made to affect alkalinity sensitivity of a 3-valent metal such as Al, Ca, In, or similar metals, is prepared by the known methods of microelectronics technology. The layer thickness of the pre-coating layer is sized so that it remains smaller than the penetration depth of the particles at the particle energy used. Either noble gas ions or ions of the metals forming the precoat layer are used as projectile particles. The post-treatment is carried out as in the first embodiment, wherein the pre-coating layer can be removed either before or after the aftertreatment.

Gemäß der Erfindung kann auf einem Halbleitersubstrat ein integriertes Sensorsystem hergestellt werden, das z.B. aus eitler Referenzelektrode und einem Sensor besteht, wie in einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Pig. 2 und Pig. schematisch dargestellt ist· Ausgegangen z.B. von einer wie im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Struktur, die sich mehrfach auf dem gleichen Si-Substrat wiederholt und aus der Schichtfolge Si-Jüf.-Isolatorschicht 2 / SiOp-Isolatorschicht 3 / Si-Substrat mit Source- und Drain-Gebiet besteht, wird mit Hilfe einer Maske 8 Sauerstoff lokal auf ein Gebiet der Isolatorschicht 2, das sich direkt über dem Gategebiet einer der vorhandenen Strukturen befindet,According to the invention, an integrated sensor system can be manufactured on a semiconductor substrate, e.g. consists of vain reference electrode and a sensor, as in another embodiment of Pig. 2 and Pig. is schematically illustrated. of a structure as shown in the first embodiment, which is repeated a plurality of times on the same Si substrate and consists of the layer sequence of Si-Jüf.-insulator layer 2 / SiO 2 insulator layer 3 / Si substrate with source and drain region, is with Aid of a mask 8 oxygen locally to a region of the insulator layer 2 which is located directly above the gate region of one of the existing structures,

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eingeschossen. Nach der Nachbehandlung gemäß dem ersten AusfUhrungsbeispiel und nach der Entfernung der Maske entsteht dadurch ein Paar vvasserstoffionensensitiver Strukturen mit unterschiedlicher Sensitivität, wobei die Struktur mit verringerter Ionensensitivität, die durch Teilchenbeschuß erreicht wurde, als Referenzelektrode dient.injected. After the after-treatment according to the first embodiment and after the removal of the mask, this produces a pair of hydrogen-sensitive structures with different sensitivity, the structure having reduced ion sensitivity achieved by particle bombardment serving as the reference electrode.

Claims

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invention claim

1. Reference electrode for chemical sensors, consisting

of a field effect transistor with a special, the gate insulator covering membrane, characterized in that the membrane consists of a layer of gate insulator material which is doped with foreign substances, that it has a relation to the Nernst'sehen much lower electrochemical sensitivity.

2. A method for producing a reference electrode according to item 1, characterized in that the topmost or additionally applied thereto layer of the gate insulator material is doped by bombardment with ions, atoms or molecules and a subsequent post-treatment.

3. VerfähiMill according to point 2 », characterized in that applied to the dotielMSUde Sciliöht the Gäteisolatormaterials an additional Vorbelegungsschicht, this is bombarded with small pieces of a kind and then removed again.

4. The method according to item 2, characterized in that the post-treatment is carried out by short-term bombardment with high-energy radiation.

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