Titel

FELDEFFEKTTRANSISTOR-INFRAROTSENSOR MIT BEWEGLICHER GATEELEKTRODE Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors sowie auf ein entsprechendes

Computerprogrammprodukt.

Herkömmliche Sensoren bieten bereits eine recht gute Auflösung einer zu erfassenden physikalischen Größe. Beispielsweise offenbart die DE 100 19 408 C2 einen Feldeffekttransistor, insbesondere zur Verwendung als Sensorelement oder Beschleunigungssensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Allerdings ergeben sich Probleme, wenn bestimmte physikalische Größen hoch präzise und in kleinen Flächeneinheiten erfasst werden sollen.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Sensor und ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors sowie schließlich ein

entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen

Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird ein Sensor vorgestellt, der die folgenden Merkmale aufweist:

ein Träger- oder Halbleitersubstrat mit einem Drainanschluss und einem Sourceanschluss, wobei der Drainanschluss durch einen Kanalbereich vom Sourceanschluss getrennt ist; und

eine Gateeinheit, die beweglich in Bezug zum Kanalbereich ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung eine Form der Gateeinheit und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum

Kanalbereich zu verändern. Unter einem Sensor kann vorliegend beispielsweise ein Sensor in der Form eines Transistors, insbesondere eines Feldeffekttransistors verstanden werden. Unter einem Kanalbereich kann ein Kanal zwischen dem Drain- und dem

Sourceanschluss verstanden werden. Unter einer Gateeinheit kann eine Einheit verstanden werden, die zumindest ein Teilelement aufweist, welches als

Gateelektrode über dem Kanalbereich wirkt und durch ein elektrisches Potenzial in diesem Teilelement einen elektrischen Widerstand oder eine Durchlässigkeit des Kanalbereichs für Elektronen repräsentiert. Dabei ist der zumindest eine Teil der Gateeinheit beweglich gegenüber einer Oberfläche des Kanalbereichs angeordnet ausgebildet. Beispielsweise kann zwischen dem Teil der Gateeinheit und dem Kanalbereich bzw. der Oberfläche des Kanalbereichs ein Abstand vorhanden sein, in dem sich ein Gas wie beispielsweise Luft befindet. Weiterhin kann die Gateeinheit ausgebildet sein, um eine Form, das heißt, eine

geometrische Abmessung wie eine Breite und/oder Länge der Gateeinheit oder eines Teils der Gateeinheit zu verändern. Die Änderung der Form und/oder eines Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich kann durch eine von zumindest einem (anderen) Teil der Gateeinheit empfangene elektromagnetische Strahlung verursacht sein.

Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch ein bewegliches Element einer Gateeinheit eine sehr präzise Erfassung eines

Parameters einer empfangenen elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise einer Intensität oder dergleichen möglich ist. Durch die empfangene

elektromagnetische Strahlung kann die Veränderung der Form der Gateeinheit und/oder des Abstands zumindest des Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich bewirkt werden, wodurch bei einer Beaufschlagung dieses Teils der Gateeinheit mit einem bestimmten Potenzial die Wirkung dieses Potenzials auf einen elektrischen Widerstand und/oder eine Elektronendurchlässigkeit im

Kanalbereich verändert wird. Diese veränderte Wirkung lässt nun einen

Rückschluss auf den Parameter der elektromagnetischen Strahlung zu, der von der Gateeinheit bzw. einen Teil der Gateeinheit empfangenen wird. Nachdem bereits kleine Änderungen der Form und/oder des Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich bereits erhebliche messtechnisch erfassbare Auswirkungen auf den elektrischen Widerstand oder eine

Elektronendurchlässigkeit des Kanalbereichs bewirkt, lässt sich durch die Auswertung dieses elektrischen Parameters des Kanalbereichs ein sehr präziser Rückschluss auf die von der Gateeinheit empfangenen elektromagnetischen

Strahlung ziehen. Dies gilt sowohl für die Ermittlung einer quantitativen Größe des vorstehend genannten Parameters als auch für eine hochgenaue örtliche Auflösung des vorstehend genannten Parameters. Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, durch einen einfach

herzustellenden und kostengünstig verfügbaren Sensor einen Parameter oder eine physikalische Größe einer elektromagnetischen Strahlung sowohl qualitativ als auch örtlich sehr präzise messen zu können. Ferner wird vorliegend ein Verfahren zum Betreiben eines (Temperatur-) Sensors mit einem Halbleiter- oder Trägersubstrat mit einem Drainanschluss und einem Sourceanschluss vorgestellt, wobei der Drainanschluss durch einen

Kanalbereich vom Sourceanschluss getrennt ist und einer Gateeinheit, die beweglich in Bezug zum Kanalbereich ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene

elektromagnetische Strahlung eine Form der Gateeinheit und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu verändern, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:

Auswerten einer Veränderung der Form der Gateeinheit und/oder des Abstandes zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich durch ein Erfassen eines elektrischen Parameters zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss.

Unter einem elektrischen Parameter zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss kann beispielsweise ein elektrischer Widerstand, eine

Leitfähigkeit und/oder eine Elektronenbeweglichkeit zwischen diesen beiden genannten Bereichen, insbesondere im Kanalbereich, verstanden werden.

Beispielsweise kann ein solcher elektrischer Parameter durch das Anlegen einer Spannung zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss ermittelt werden, wobei ein Stromfluss zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss ermittelt zur Bestimmung des elektrischen Parameters verwendet wird.

Auch wird vorliegend eine Vorrichtung zum Betreiben eines Temperatursensors mit einem Halbleiter- oder Trägersubstrat mit einem Drainanschluss und einem

Sourceanschluss vorgestellt, wobei der Drainanschluss durch einen

Kanalbereich vom Sourceanschluss getrennt ist und einer Gateeinheit, die beweglich in Bezug zum Kanalbereich ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene

elektromagnetische Strahlung eine Form der Gateeinheit und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu verändern, wobei die Vorrichtung das folgende Merkmal aufweist:

eine Einheit zum Auswerten einer Veränderung der Form der Gateeinheit und/oder des Abstandes zumindest eines Teils der Gateeinheit zum

Kanalbereich durch ein Erfassen eines elektrischen Parameters zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, einen Schritt einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in zumindest einer entsprechenden Einrichtung durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte

Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem

Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Somit wird vorliegend ein Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens vorgeschlagen, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Gateeinheit ausgebildet ist, um eine Form und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich ansprechend auf eine empfangene Infrarot-Strahlung zu verändern. Eine derartige Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass eine Infrarot-Strahlung gute Voraussetzungen zur Veränderung von Materialabmessungen des zumindest einen Teils der Gateeinheit wie beispielsweise eine Ausdehnung, einer

Verdickung oder dergleichen ermöglicht. Auf diese Weise kann die Änderung der Form und/oder des Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum

Kanalbereich sehr präzise erfasst werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Gateeinheit ausgebildet sein, um ansprechend auf eine empfangene

elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 0,5 bis 5 μηη oder in einem Wellenlängenbereich von 6 bis 15 μηη die Form und/oder einen

Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu verändern. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass in einem solchen Wellenlängenbereich die Veränderung der Form und/oder des Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich sehr ausgeprägt ist und somit eine sehr präzise Messung des Parameters der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere einer Quantität und/oder eines Empfangsortes möglich ist.

Um eine elektromagnetischen Strahlung besonders gut auf einem Teil der Gateeinheit empfangenen zu können, ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein für elektromagnetische Strahlung besonders empfindliches Material auf zumindest einem Bereich der Gateeinheit vorgehalten ist. Um eine besonders große Veränderung der Form und/oder des Abstands zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu ermöglichen, kann insbesondere ein weiteres Material vorgesehen sein, welches sich von einem Material der Strahlungsaufnahmeschicht unterscheidet.

Somit kann gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform der

vorliegenden Erfindung die Gateeinheit zumindest eine

Strahlungsaufnahmeschicht zur Aufnahme der elektromagnetischen Strahlung aufweisen, wobei sich das Material der Strahlungsaufnahmeschicht von einem weiteren Material der Gateeinheit unterscheidet, insbesondere wobei die

Strahlungsaufnahmeschicht auf einer dem Kanalbereich abgewandten Seite der Gateeinheit angeordnet ist. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien, die meist auch unterschiedliche thermische

Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, lässt sich auch eine möglichst große Veränderung der Form der Gateeinheit oder eines Teils der Gateeinheit und/oder des Abstands zwischen einem Teil der Gateeinheit und dem Kanalbereich erreichen, sodass eine präzise Messung zumindest eines Parameters der elektromagnetischen Strahlung möglich wird. Besonders groß und auf beliebige Umgebungsszenarien anwendbar ist eine

Veränderung eines elektrischen Parameters in dem Kanalbereich, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gateeinheit derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der Gateeinheit den Kanalbereich berührungslos überlappt.

Ebenfalls kann zur Erreichung einer möglichst großen Veränderung eines elektrischen Parameters in dem Kanalbereich gemäß einer weiteren

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gateeinheit an einem Ende eine Halteeinheit aufweisen, mittels der die Gateeinheit an dem Trägersubstrat befestigt ist, wobei die Gateeinheit an einem der Halteeinheit

gegenüberliegenden Ende frei beweglich ist. Unter einer Halteeinheit kann beispielsweise ein Befestigungssockel verstanden werden, der die Gateeinheit einseitig hält und an einer Oberfläche des Trägersubstrats oder eines Teils davon befestigt. Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Gateeinheit ausgebildet ist, um ihre Form in einem Gateeinheitsbereich zu verändern, der den Kanalbereich überlappt. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer bereits großen Änderung des Abstands zwischen einem Teil der Gateeinheit im Gateeinheitsbereich und dem Kanalbereich bei einem Empfang einer schwachen elektromagnetischen Strahlung. So kann bietet eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Vorteil durch eine strukturelle Anordnung von Komponenten des Sensors eine Verstärkung oder möglichst große Wirkung der empfangenen elektromagnetischen Strahlung zu bewirken, sodass eine präzise Messung eines Parameters der elektromagnetischen Strahlung möglich wird.

Günstig ist ferner eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Gateeinheit ausgebildet ist, um bei einer Temperaturänderung die Form der Halteeinheit zu verändern. Beispielsweise kann sich die Form der Halteeinheit bei einer Temperaturänderung derart verändern, dass ein den Kanalbereich überlappender Teil der Gateeinheit von dem Kanalbereich weg bewegt wird. Auf diese Weise kann auch schon da einer kleinen der Naturänderung unter Berücksichtigung einer Hebelwirkung ein sehr großer Effekt auf einen elektrischen Parameter im Kanalbereich erreicht werden, sodass eine präzise Erfassung eines Parameters oder der Größe der elektromagnetischen Strahlung möglich wird.

Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Auflösung von lokal

unterschiedlichen Parametern einer elektromagnetischen Strahlung kann dann erreicht werden, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Sensorfeld mit einer Mehrzahl von miteinander gekoppelten Sensoren gemäß einer hier vorgeschlagenen Variante verwendet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sensors mit einem Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben eines solchen Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine Aufsichtdarstellung auf eine Gateeinheit zur Beschreibung einer Änderungsmöglichkeit einer Form zumindest eines Teils der

Gateeinheit, wodurch sich auch eine Form, insbesondere eine Breite und/oder einer Länge des Kanalbereichs ändern kann;

Fig. 3 ein Diagramm zur Beschreibung einer Abhängigkeit eines Abstandes zwischen dem Kanalbereich und zumindest einem Teil der Gateeinheit sowie der Temperaturänderung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Beschreibung einer Abhängigkeit eines Abstandes zwischen zumindest einem Teil der Gateeinheit und dem Kanalbereich sowie einem Kanalstrom im Kanalbereich gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Sensors, wobei die Gateeinheit an einer Seite mittels auf einer Halteeinheit befestigt ist und an einem der Halteeinheit gegenüberliegenden Ende frei beweglich ist und wobei sich ein den Kanalbereich überlappender

Teil der Gateeinheit bei einer Temperaturänderung verformen kann;

Fig.6 eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Sensors, wobei die Gateeinheit an einer Seite mittels auf einer Halteeinheit befestigt ist und an einem der Halteeinheit gegenüberliegenden Ende frei beweglich ist und wobei sich die Halteeinheit bei einer

Temperaturänderung verformen kann

Fig. 7 ein Diagramm zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen einer Temperatur und einer Breite zumindest eines Teils der Gateeinheit, wobei sich die Breite des Teils der Gateeinheit auch auf die Breite des Kanalbereichs auswirken kann;

Fig. 8 ein Diagramm zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen einem Kanalstrom und einer Breite eines Teils einer Gateeinheit, die den Kanalbereich überlappt; Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung als Sensorfeld; und

Fig. 10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt einen Sensor 100 (auch als Sensorelement bezeichnet) im

Querschnitt entlang des Kanals oder Kanalbereichs 105. Der Kanalbereich 105 ist zwischen einem Drainanschluss 1 10 und einem Sourceanschluss 1 15 ausgebildet oder angeordnet, welche in einem Träger- oder Halbleitersubstrat 1 17 eingebettet sind. Dabei ist der Kanalbereich 105 mittels einer

Gateoxidschicht 120 passiviert, sodass eine Oberfläche des Kanalbereichs 105 nicht elektrisch leitend von einer beweglich über dem Kanalbereich 105 aufgehängten Gateeinheit 125 kontaktierbar ist. Die Gateeinheit 125 kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen. Beispielsweise kann die Gateeinheit 125 einen Absorber 130 aufweisen, der beispielsweise eine spezielle Schicht aus einem elektromagnetische Strahlung absorbierenden Material aufweist. Dabei kann der Absorber 130 aus einem anderen Material bestehen, wie zumindest ein weiterer Teil der Gateeinheit 125. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Gateeinheit 125 aus einem einheitlichen Material besteht und somit selbst als Absorber 130 wirkt. Im Zusammenwirken mit dem Trägersubstrat 1 17 bzw. den darin ausgebildeten Komponenten wie dem Drainanschluss 1 10, dem

Kanalbereich 105 sowie dem Sourceanschluss 1 15 mit der Gateeinheit 125 bildet der Sensor somit gemäß dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Feldeffekttransistor (FET), wobei eine Länge L des Kanalbereichs 105 zwischen dem Sourceanschluss 1 15 und dem Drainanschluss 1 10 gegeben ist. Durch die bewegliche Aufhängung der Gateteinheit 125 ist ferner ein

veränderlicher Abstand d (Gateabstand) zwischen der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 realisierbar. Dieser Abstand d kann dann verändert werden, wenn beispielsweise eine elektromagnetische Strahlung wie Infrarotstrahlung 135 (IR-Strahlung, IR = Infrarot) auf eine dem Kanalbereich 105 abgewandte Seite der Gateeinheit 125, insbesondere auf die Seite der Gateeinheit 125, auf der der Absorber 130 angeordnet ist, auftrifft. Ist beispielsweise der Absorber 130 durch ein IR-absorbierendes Material 130 (z. B. PolySilizium) gebildet oder mit absorbierendem Material beschichtet (beispielsweise Kohlenstoffschichten, Oxide oder einem Schichtstapel mit Absorbereigenschaften), oder absorbiert die Aufhängung der Gateeinheit 125 (wie es nachfolgend noch näher erläutert wird) IR-Strahlung bzw. ist mit einem Absorber 130 beschichtet, führt diese IR- Absorption zu einer lokalen Temperaturerhöhung in der Gateeinheit 125 oder einem Teil davon wie beispielsweise einer Aufhängung oder einem den

Kanalbereich 105 überlappenden Element 140 der Gateeinheit 125 . Durch thermische Ausdehnung im von zumindest einem Teil der Gateeinheit 125 (Gatebereich), d. h. von dem den Kanalbereich 105 überlappenden Teil 140 der Gateeinheit 105 oder einer Aufhängung ändert sich der Abstand zwischen der

Gateeinheit bzw. dem den Kanalbereich 105 überlappenden Teil der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 (bzw. der Gateoxidschicht 120). Eine

Vergrößerung des Abstands d hat eine geringere Kanalleitfähigkeit des Sensors 100 zur Folge, wodurch sich beispielsweise ein selbstleitender FET

implementieren lässt. Die Kanalleitfähigkeit, die sich umgekehrt proportional zum elektrischen Widerstand im Kanalbereich 105 verhält, kann sich je nach

Auslegung der Struktur bzw. der Ausgestaltung des Kanalbereichs 105

(beispielsweise auch durch entsprechende Dotierung) mit zunehmendem

Abstand d erhöhen, wodurch sich ein selbstsperrender FET realisieren lässt.

Um nun eine Leitfähigkeit des Kanalbereichs 105 bzw. einen elektrischen Widerstand im Kanalbereich 105 zu erfassen, kann nun die Vorrichtung 150 zum Betreiben des Temperatursensors 100 verwendet werden. In dieser Vorrichtung 150 ist eine Einheit 155 zum Auswerten vorgesehen, die ausgebildet ist, um beispielsweise eine Spannung zwischen dem Drainanschluss 1 10 und dem

Sourceanschluss 1 15 anzulegen, wobei an der Gateeinheit 125 ein bestimmtes Potenzial angelegt wird. Hierauf ansprechend wird nun ein Stromfluss zwischen dem Drainanschluss 1 10 und dem Sourceanschluss 1 15 erfasst, wobei aus der zwischen dem Drainanschluss 1 10 und dem Sourceanschluss 1 15 angelegten Spannung und dem gemessenen Stromfluss die Leitfähigkeit des Materials im

Kanalbereich 105 ermittelt werden kann. Durch einen Vergleich zwischen einer nun ermittelten Leitfähigkeit und einer bekannten, zu erwartenden Leitfähigkeit in einem Zustand, in dem die Gateeinheit 125 eine bekannte Temperatur aufweist, kann nun unter Verwendung einer bestimmten Verarbeitungsvorschrift eine als Ausgangssignal der Vorrichtung 150 eine aktuelle Temperatur T der Gateeinheit 125 ermittelt werden. Hierdurch kann nun beispielsweise eine Intensität als

Parameter einer elektromagnetischen Strahlung bestimmt werden, die vom Absorber 130 empfangen werden muss, um die Veränderung des Abstandes d zu verursachen, welche zu der ermittelten Leitfähigkeit führt. Besonders vorteilhaft erweist sich der hier vorgestellte Sensor, dass durch eine gezielte Auswahl eines Materials des Absorbers 130 ein IR-Wellenlängenbereich wählbar ist, auf den die Gateeinheit 125 mit einer Änderung einer Form und/oder einer Änderung eines Abstandes zwischen zumindest einem Teil der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 reagiert. Beispielsweise kann durch eine besonders günstige Wahl des Absorbermaterials eine Empfindlichkeit der

Gateeinheit 125 in einem Wellenlängenbereich von z. B. 1 -4μηι (d. h. nahe IR- Strahlung) oder 6-15μηι (d. h. ferne IR-Strahlung) als empfindlicher Bereich des Absorbers 130 eingestellt werden. Denkbar ist auch, dass andere Bereiche des elektromagnetischen Spektrums wählbar sind, je nach Wahl der

Absorbereigenschaften.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf eine Gateeinheit 125 bzw. einen Teil 140 einer Gateeinheit 125, die den Kanalbereich 105 überlappt. Der Kanalbereich 105 befindet sich direkt unter dem Teil 140 der Gateeinheit 125 und ist in der Fig. 2 nicht direkt sichtbar, da er durch das Teil 140 der Gateeinheit 125 verdeckt ist.

Bei einer Aufnahme von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere einer oben genannten IR-Strahlung, kann sich nicht nur der Abstand d zwischen dem Teil 140 der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 ändern, sondern auch die Form oder die Position der Gateeinheit 125 bzw. eines Teils der Gateeinheit 125 selbst. Beispielsweise kann sich durch thermische Ausdehnung infolge des

Empfangs von elektromagnetischer Strahlung eine Länge L und/oder eine Breite w des den Kanalbereich 105 überlappenden Teils 140 der Gateeinheit 125 verändern, wie dies in der Fig. 2 durch die dargestellten Pfeile in Richtung der Breite w und der Länge L wiedergegeben ist. Hierdurch wird wiederum eine Änderung der (effektiven) Breite w und/oder der (effektiven) Länge L des

Kanalbereichs 105 durch eine kapazitive Kopplung zwischen der (nun formveränderten oder positionsveränderten) Gateeinheit 125 und dem

Kanalbereich 105 bewirkt. Diese Veränderung der (effektiven) Breite w und/oder der (effektiven) Länge führt jedoch wiederum zu einem geänderten Widerstand bzw. einer geänderten Leitfähigkeit des Kanalbereichs 105, der/die mittels der Vorrichtung 150 erkannt werden kann und einen Rückschluss auf die Temperatur der Gateeinheit 125 bzw. des Teils der Gateeinheit 125 liefert. Somit ist auch vorstellbar, dass sich die überdeckte Kanalbreite w durch oben genannte

Ausdehnung im Gatebereich 105 des Kanals ändert. Sowohl bei einer Änderung des Abstandes d als auch die Änderung der Form der Gateeinheit 125 ändert sich der Kanalstrom I. Diese Änderung des Kanalstroms I kann detektiert werden und hieraus ein Rückschluss auf die Temperatur der Gateeinheit 125 ermöglicht werden.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung einer Abhängigkeit eines Abstandes zwischen dem Kanalbereich und zumindest einem Teil der Gateeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Durch das Diagramm ist ein Verhalten der Abstandsänderung durch Temperaturänderung erkennbar, wobei in dem Diagramm aus der Fig. 3 auf der Abszisse ein Abstand d und auf der Ordinate die Temperatur T aufgetragen ist. Bei einer Temperatur T ₀ (T ₀ < T-i) ist der Abstand d ₀ <di. Mit zunehmender Temperatur T steigt der Abstand d, wobei auch ein anderweitiges Verhalten ebenso vorstellbar ist, je nach gewählter Geometrie/Schichteigenschaften der Gateeinheit 125 bzw. des Absorbers 130. Folglich gilt T = f(d) bzw. d = f(T).

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung einer Abhängigkeit eines Abstandes zwischen zumindest einem Teil 140 der Gateeinheit 125 und dem Kanalbereich 105 sowie einem Kanalstrom I im Kanalbereich 105 gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig.4 zeigt somit die

Abhängigkeit des Kanalstroms I vom Gateabstand d. Ein größerer Abstand d führt zu einem geringerem Strom (d. h. für di > d ₀ gilt \' < l ₀ )- Hierdurch bestimmen sich die Eigenschaften des FET als selbstsperrender bzw.

selbstleitender FET. Fig 4 zeigt ein in dem Diagramm eine Darstellung eines selbstleitenden FET. Für die Realisierung eines selbstsperrenden FET kann dieses Leitungsverhalten bzw. die Leitfähigkeit /der Widerstand invertiert werden. Anstelle der Abstandsmodulation durch Temperatureinfluss kann auch die überdeckte Kanalbreite w bzw. die Breite des den Kanalbereich 105

überdeckenden Teils 140 der Gateeinheit 125 moduliert werden. Fig. 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des

Sensors 100, wobei die Gateeinheit 125 an einer Seite mittels auf einer

Halteeinheit 500 befestigt ist und an einem der Halteeinheit 500

gegenüberliegenden Ende 510 frei beweglich ist und wobei sich ein den

Kanalbereich 105 überlappender Teil 140 der Gateeinheit 125 bei einer

Temperaturänderung verformen kann. In der Fig. 5 ist somit ein Verhalten dargestellt, sofern sich das Gate bzw. die Gateeinheit 125 bei lokaler

Temperaturerhöhung selbst verformt. Hierbei ist in der durchgezogenen

Darstellung aus der Fig. 5 eine Gateeinheit 125 bzw. der den Kanalbereich überlappende Teil 140 der Gateeinheit bei einer Temperatur von T = T ₀ wiedergegeben, wogegen mittels der gestrichelten Darstellung der Teil 140 der

Gateeinheit 140 bei einer Temperatur T = T-i wiedergegeben ist, wobei T-i > T ₀ gilt. Beispielsweise kann eine solche Verformung dadurch erreicht werden, dass der Teil 140 der Gateeinheit als Bimetallstreifen ausgebildet ist. Auch ist denkbar, dass ein auf dem Teil 140 der Gateeinheit 125 angeordneter und in der Fig. 5 nicht dargestellter Absorber 130 einen unterschiedlichen thermischen

Ausdehnungskoeffizienten aufweist und somit bei einer Temperaturveränderung zu einer Verbiegung der Gateeinheit 125 führt. Weiterhin ist aus der Fig. 5 zu erkennen, dass ein Querschnitt senkrecht zur Ausdehnung des Kanalbereichs 105 in der der Darstellung in Fig 1 immer kleiner wird, je größer der Abstand d zwischen dem Teil 140 der Gateeinheit 140 und dem Kanalbereich 105 ist. Die überdeckte Kanalbreite w wird hierdurch moduliert. Bei einer Temperatur T=T ₀ ist der Kanal 105 mit einer Breite w ₀ überdeckt und damit leitfähig. Bei einer ansteigenden und somit größeren Temperatur wird nur ein geringerer Kanal 105 der Breite w-ι überdeckt und damit leitfähig. Die effektive Leitfähigkeit des Kanals bzw. Kanalbereichs 105 nimmt somit für steigende Temperaturen T ab.

Dabei ist in der Fig. 5 der Sourceanschluss vor der Zeichenebene und der Drainanschluss hinter der Zeichenebene.

Fig. 6 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels des

Sensors 100, wobei die Gateeinheit 125 an einer Seite mittels auf einer

Halteeinheit 500 befestigt ist und an einem der Halteeinheit 500 gegenüberliegenden Ende 510 frei beweglich ist und wobei sich die Halteeinheit 500 bei einer Temperaturänderung verformen kann. Statt der Durchbiegung eines Teils 140, der im Ausgangszustand den Kanalbereich 105 abdeckt oder überlappt, kann dasselbe auch durch ein starres Gate 125 bzw. einen starren Teil 140 der Gateeinheit 125 und eine sich verformende Aufhängung 500 als

Halteeinheit erreicht werden, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist. Bevorzugt wäre die Aufhängung 500 (Halteeinheit) ähnlich einem Bimetall-Streifen ausgeführt, d. h. bei Temperaturerhöhung oder Erwärmung tritt eine Verformung auf.

Entsprechend ändert sich die überdeckte Kanalbreite w wie dies bereits mit Bezug zur Fig. 5 erläutert wurde. Der Teil 140 der Gateeinheit 125 kann dabei formstabil sein und sich bei der Temperaturänderung nicht verformen. Dabei ist in der Fig. 6 ebenfalls der Sourceanschluss vor der Zeichenebene und der Drainanschluss hinter der Zeichenebene.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen einer Temperatur T und einer Breite w zumindest eines Teils 140 der Gateeinheit 125, wobei sich die Breite w des Teils 140 der Gateeinheit 125 auch auf die Breite w des Kanalbereichs auswirken kann. Fig. 7 zeigt somit eine Darstellung der Änderung der Kanalbreite (w-ι , w ₀ ) bei verschiedenen Temperaturen (T-i , T ₀ ). Wie aus der Fig. 7 zu erkennen ist, führt eine Erhöhung der Temperatur T somit zur Reduzierung der effektiven überdeckten Kanalbreite w.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen einem Kanalstrom I und einer Breite w eines Teils 140 einer Gateeinheit 125, die den Kanalbereich 105 überlappt bzw. einer Breite w des Kanalbereichs 105. Fig. 8 zeigt somit den Zusammenhang des Kanalstroms I als Funktion der Kanalbreite w. Eine geringe Kanalbreite w-ι (< w ₀ ) hat einen reduzierten Kanalstrom \ i (< l ₀ ) zur Folge.

Ferner ist auch eine einfache Verschaltung durch Matrix-Ansteuerung mehrerer Sensoren 100 wie die in den bereits beschriebenen Sensoren 100 möglich. Beispielsweise zeigt die Fig. 9 ein Sensorfeld mit mehreren miteinander gekoppelten Sensoren 100. Hierdurch kann beispielsweise eine sehr gute örtliche Auflösung der Intensitäten der elektromagnetischen Strahlung 135 an den unterschiedlichen Positionen der Sensoren 100 realisiert werden. Auch ist es möglich, einzelne Sensoren der Materix-Anordnung z. B. über Gate- Potenzial selektiert auszuwählen. Möglich ist auch eine in der Fig. 9 nicht dargestellte vorgeschaltete Schaltmatrix (z. B. Diodenstruktur) zur Selektion, die Gates 125 im Array befinden sich dann auf demselben Potenzial.

Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht eine sehr hohe Ortsauflösung, da Pixelgrößen unter 10 μηη Kantenlänge machbar sind. Ferner ist auch der Kanalbereich sehr klein wählbar und eine Umverdrahtung (bzw. durch eine Leiterbahn) unter der beweglichen Gate-Elektrode 125 möglich, was in den Figuren nicht dargestellt ist. Hierdurch lassen sehr hohe Füllfaktoren von

Strukturen auf einem Trägersubstrat 135 realisieren.

Ferner basiert der hier vorgestellte Ansatz auf einer CMOS-Integration, d. h. die Verwendung einer Standard-CMOS-Technik erlaubt geringe Herstellungskosten, kleine Bauhöhe und eine hohe Ortsauflösung. Beispielsweise kann der Sensor

100 (FET) üblicherweise in CMOS-Technik realisiert werden, wobei als

Opferschichten zur Freistellung des Gates 125 Oxide (geätzt mit z. B. HF), Silizium (geätzt mit z. B. SF6) oder auf Metalle (z. B. Ti, geätzt mit SF6)

Anwendung finden können.

Denkbar wäre z. B. die Herstellung von Modulen mit VGA-, SVGA- oder HD- Auflösung unter Verwendung der hier vorgestellten Technik, insbesondere eines Wandlers als Feldeffekttransistor mit beweglichem Gate. Zugleich bietet die sehr hohe Empfindlichkeit des moving-Gate-Wandlers eine hohe

Temperaturauflösung. Temperaturänderungen im mK-Bereich und darunter sind mit einem hier vorgestellten Sensor 100 erkennbar.

Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1000 zum Betreiben eines (Temperatur-) Sensors mit einem Halbleitersubstrat mit einem Drainanschluss und einem Sourceanschluss, wobei der

Drainanschluss durch einen Kanalbereich vom Sourceanschluss getrennt ist und einer Gateeinheit, die beweglich in Bezug zum Kanalbereich ausgebildet und angeordnet ist, wobei die Gateeinheit ausgebildet ist, um ansprechend auf eine empfangene elektromagnetische Strahlung eine Form und/oder einen Abstand zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich zu verändern. Das

Verfahren umfasst einen Schritt 1010 des Auswertens einer Veränderung der Form oder Position der Gateeinheit und/oder des Abstandes zumindest eines Teils der Gateeinheit zum Kanalbereich durch ein Erfassen eines elektrischen Parameters zwischen dem Drainanschluss und dem Sourceanschluss.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.