Ein optoelektronischer Gassensor ist in einem Fachartikel"A field hardened optical waveguide hybrid integrated-circuit, multi-sensor chemical probe and its chemistry"von Richard J. Polina et al. in SPIE Vol. 3105, auf den Seiten 71-78 beschrieben. Dieser bekannte auf Optodenbasis arbeitende Gassensor ist in Fig. 6 schematisch dargestellt, und seine Eigenschaften werden im folgenden kurz beschrieben : Von einer LED 33 wird in vertikaler Richtung ein Lichtbünde ! durch zwei Spiegel 35,36 in zwei Teile L1, L2 geteilt und in Laterairichtung reflektiert und gelangt dadurch jeweils in eine aus Optodenmaterial bestehende Meßstrecke 38 und eine Referenzstrecke 39. Der durch die Optodenstrecke 38 gegangene Lichtstrahl L2 wird wiederum an einer Spiegetfäche 37 in vertikaler Richtung nach unten reflektiert und gelangt auf die lichtempfindliche Fläche einer ersten Photodiode 31, während der durch die Referenzstrecke 39 geleitete Lichtstrahl L1 an einer weiteren Spiegelfläche 34 vertikal nach unten auf die lichtempfindliche Fläche einer weiteren Photodiode 31 gespiegelt wird. Die Optodenstrecke 38 und die Referenzstrecke 39, die Spiegelflächen 34-37 und die Photodioden 31 und 32 liegen symmetrisch um die mittig angeordnete LED

33. Das Optodenmaterial der Meßstrecke 38 liegt gegenüber dem zu messenden Gas (Pfeil) frei, wobei dieses Gas durch eine im (nicht gezeigten) Chip-Gehäuse vorgesehene Öffnung Zutritt hat.

Die Fig. 7 zeigt schematisch einen mit drei hintereinanderliegenden Sensoreinheiten 301,302 und 303 gemäß Fig. 6 bestückten Gasmeßfühier 30.

Bedingt durch die Art der Einkoppiung und Reflexion der Lichtbündel L1 und L2 und die Spiegelflächen 34-37, zuerst von der vertikalen in die laterale Richtung und dann von der lateralen wieder in die vertikale Richtung, ist der in Fig. 6 gezeigte und in dem oben zitierten Fachartikel beschriebene bekannte Gassensorchip relativ lang und breit (z. B. 3 cm lang und 0, 35 cm breit), so daß ein unter Verwendung von mehreren hintereinander aufgereihten Gassensor- chips 301-303 aufgebauter Gasmeßfühler 30 gemäß Fig. 7 sehr lang ausfallt.

Außerdem ist ein solcher bekannter Gassensorchip und der damit realisierte Gasmeßfühler 30 relativ teuer. Ferner können unterschiedliche Alterungs- erscheinungen an den separaten Chips 301-303 zu unerwünschten Meßfehlern führen.

Aufgaben und Vorteile der Erfindung.

Angesichts des oben aufgezeigten Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung einen verbesserten optoelektronischen Gassensor auf Optodenbasis so zu ermöglichen, daß er preiswerter und in seinen Abmessungen wesenttich kleiner ist, und daß auch ein elektronisches Bauteil, dem die erfindungsgemäßen Prinzipien zugrunde liegen, zur Herstellung eines optoelektronischen Gassensors derart bereitgestellt werden kann, das es ohne zusätzliche optische Komponenten wie z. B Spiegel und Prismen auskommt.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten wesentlichen Aspekt der Erfindung dadurch gelöst daß ein optoelektronischer Gassensor auf der Basis von Optoden bereitgestellt wird, bei dem in oder auf einem Halbleitersubstrat

mehrere voneinander getrennte lichtempfindiiche Elemente und ein mittig dazwischen liegender Lichtsender integriert sind, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die lichtempfindlichen Elemente im Substrat in einer Ebene liegen und zusammen mit einem Licht in lateraler Richtung aussendenden seitlichen Emissionsbereich des Lichtsenders von Abschnitten des Optodenmaterials bedeckt sind, dessen Dicke und Brechungsindex so gewählt sind, dafl das aus dem Emissionsbereich lateral -austretende Licht durch Totalreflexion in dem Optodenmaterial in jedem Transmissionszweig zu den lichtempfindlichen Elementen geführt wird.

Gemäß einem zweiten wesentliche Aspekt der Erfindung ist ein die obige Aufgabe lösender optoelektronischer Gassensor auf der Basis von Optoden bereitgestellt, bei dem in oder auf einem Halbleitersubstrat mehrere voneinander getrennte iichtempfindiiche Elemente und ein mittig dazwischen liegender Lichtsender integriert sind, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die lichtempfindlichen Elementen im Substrat in einer Ebene liegen und jeweils von einem Abschnitt des Optodenmaterials bedeckt sind, der Lichtsender durch einen Ringspalt gegenüber den Abschnitten des Optodenmaterials beabstandet ist und die Dicke des Optodenmaterials sehr viel geringer als die Höhe des Lichtsenders ist, so daß das vom Lichtsender emittierte Licht in die Luft abgestrahlt und dann direkt oder, nachdem es an den Innenwänden eines den Gassensorchip umgebenden Gehäuses reflektiert wurde, durch das Optodenmaterial jeweils in die lichtempfindlichen Elemente eintritt.

Bevorzugt bildet eines der lichtempfindlichen Elemente und die es bedeckende Schicht eine Referenzstrecke. Das Optodenmaterial der Meßstrecken besteht aus einem gassensitiven Potymer-Trägermateriat, dem mindestens eine Indikatorsubstanz aus der Gruppe von Verbindungen bestehend aus : Azobenzole, Acetophenone, Corrine, Porphyrine, Phthalocyanine, Macrolide, Porphyrinogene, Nonactin, Valinomycin und/oder deren Komplexe mit Übergangsmetallen der I. -II und der V.-VIII Nebengruppe

zugegeben ist. Dagegen besteht die die Referenzstrecke bedeckende Schicht bevorzugt aus einem Polymer-Trägermaterial, dem keine Indikatorsubstanz zugegeben ist.

In einem bevorzugten Layout können die lichtempfindiichen Elemente des optoelektronischen Gassensors mit den sie bedeckenden Abschnitten des Optodenmaterials bzw. mit der die Referenzstrecke bedeckenden Polymer- Trägermateriaischicht sektorartig zentralsymmetrisch um den Lichtsender angeordnet sein. Zum Beispiel können auf diese Weise vier symmetrische Transmissionszweige gebildet werden, die drei Sensorstrecken und die eine Referenzstrecke einschließen.

Der den optoelektronischen Gassensor bildende Chip kann quadratisch, fünf-, sechs-, sieben- oder achteckig oder auch kreisrund ausgeführt sein.

Selbstverständlich kann ein solcher optoelektronischer Gassensor auch weniger oder mehr als vier Transmissionszweige beinhalten.

Bei einem gemäß dem ersten Aspekt realisierten optoelektronischen Gassensor sind die einzelnen Transmissionszweige durch Barrieren getrennt, so dal3 sich die einzelnen Transmissionszweige durch aus dem Optodenmaterial austretendes Streulicht optisch nicht beeinfiussen. Die Höhe dieser Barrieren kann etwa gleich der Höhe des zentralen Lichtsensors gewähtt werden. Außerdem können atte Stetten des Chips, die nicht lichtempfindlich sind, falls erforderlich verspiegelt werden, so auch die Seitenwände der Barrieren.

Bevorzugt besteht das Substrat des Chips aus n-leitendem Silizium, und die lichtempfindlichen Elemente sind aus in das n-Sitiziumsubstrat integrierten p- Silizium-Bereichen gebildet. Auf diese Weise bilden die lichtempfindlichen Elemente Photodioden. Der Lichtsender ist bevorzugt eine LED, es können zur Abgrenzung der Wetieniänge aber auch mehrere LED's aufgebracht werden.

Bevorzugt liegt die Dicke des Optodenmaterials über den lichtempfindlichen Elementen bei 200 lit bis 300 um und bevorzugt im Bereich von 220 , m bis 260,ut.

Bei einem gemäß dem zweiten wesentlichen Aspekt der Erfindung realisierten optoelektronischen Gassensor ist die Dicke des Optodenmaterials sehr viel geringer als die Höhe der LED und beträgt etwa 5 µm bis 20 µm, bevorzugt 5 lim bis 10 um, während die Höhe des Lichtsenders (LED) sehr viel größer ist und etwa 300 pm betragen kann.

Zur Herstellung eines optoelektronischen Gassensors kann ein dafür vorgesehenes elektronisches Bauteils so gestaltet sein, daß in oder auf einem Haibteitersubstrat mehrere voneinander getrennte lichtempfindliche Elemente sektorartig zentralsymmetrisch unter Einhaltung eines bestimmten gegenseitigen Abstands integriert sind, daß eine dünne die ! ektrische isolationsschicht über dem gesamten lichtempfindlichen Halbleiterbereichen liegt, daß Kontaktöffnungen an definierten peripheren Stellen der lichtempfindlichen Halbleiterelemente mit Kontaktierungen zu den lichtempfindlichen Halbleiterelementen versehen sind, und daß in den Abstandsbereichen zwischen den lichtempfindlichen Elementen Metalli- sierungsstreifen zu einem zentralen Anschlußpad zum Anschluß der als Lichtsender dienenden LED geführt sind.

Auf diese Weise können in dem elektronischen Bauteil, das sich zur Herstellung eines optoelektronischen Gassensors eignet, vier gleich große Photodioden mit einer durch das Substrat gebildeten gemeinsamen Kathode und einer Fläche der einzelnen lichtempfindlichen Bereiche von jeweils 0, 8 bis 1 mm2 in einem Chip mit einer Kanteniänge im Bereich von etwa 200 um bis 300 um integriert werden, wobei die gesamte Chiphöhe etwa 400 im bis 500 pm beträgt.

Für den praktischen Einsatz wird der Chip des optoelektronischen Gassensors in einem Gehäuse (vorzugsweise SMD) montiert und durch einen Deckel geschützt. Dieser Deckel weist über den Stellen, die mit gassensitivem Material beschichtet sind, Öffnungen auf, so daß Gas eindringen kann.

Im Hinblick auf eine gute Verarbeitbarkeit ist es möglich, den Gehäusedecke ! vor dem Aufbringen der gassensitiven Materialien auf einer Leiterplatte zu befestigen und das den späteren optoelektronischen Gassensor bildende elektronische Bauteil unbeschichtet in eine entsprechende elektronische Schaltung einzutöten. Auf diese Weise können die gassensitiven Materialien durch die beim Lötvorgang entstehenden Hitze nicht zerstört oder nachteilig verändert werden. Die Öffnungen im Gehäusedeckel, durch die anschließend die Beschichtung erfolgt bzw. beim späteren Einsatz das Gas eintritt, können beim Lötvorgang z.B. mit einer Klebefolie verschlossen werden, um das Eindringen von Fiußmittein zu verhindern.

Die Erfindung bietet gegenüber dem bekannten optoelektronischen auf Optodenbasis beruhenden Gassensor insbesondere folgende Vorteile : - Aufgrund der Integration aller Funktionseinheiten des Sensors (d. h. die elektronischen Bauteile und die Optodenbahnen auf einem Siliziumchip) weist der Sensor äußerst geringe geometrische Abmessungen auf.

- Aufgrund des geringen Abstandes zwischen dem Lichtsender (LED) und den lichtempfindlichen Elementen (Photodioden) können gemäß dem ersten wesentlichen Aspekt der Erfindung die Optodenstrecken, d. h. das gassensitive Polymer sowie die Referenzstrecke, die Aufgabe der sonst erforderlichen passiven Optik, wie z. B. Prismen oder Spiegel beim Führen des Lichts vom Lichtsender zur Optode und von der Optode zur Photodiode mit übernehmen. Dabei bleibt gewährleistet, daß die das Gas umgebende Atmosphäre auf eine große Oberfiäche der Optode einwirken kann.

Der geringe Abstand zwischen LED und Photodiode bewirkt eine hohe Effektivität beim Überkoppein des Lichts zwischen diesen beiden Bauteilen.

Dies bedeutet einen geringen Leistungsbedarf.

- Die angepaßte Abstrahlcharakteristik der LED in lateraler Richtung, die durch eine Verspiegelung der Ober- und Unterseite derselben erreicht ist, verstärkt diese Effekt.

Durch das direkte Überkoppeln des Lichts von der LED in die Optodenstrecken und die Referenzstrecke und von dort in die Photodioden treten äußerst geringe Koppelverluste auf, d. h. daß keine zusätzliche passive Optik notwendig ist.

Die Barrieren gewährleisten ein geringes Nebensprechen.

Der Referenz- und die Meßzweige weisen eine hohe Symmetrie auf, da die Photodioden monolithisch integriert sind.

Der gemäß dem zweiten wesentlichen Aspekt der Erfindung realisierte optoelektronische Gassensor hat gegenüber dem oben Gesagten außerdem den Vorteil, daß die Optodenschicht und die Schicht der Referenzstrecke wesentlich dünner ausfaiien können. Diese Schichten haben eine Dicke von etwa 5-10 µm. Sie wirken nicht vorrangig als Lichtleiter, da das Licht zunächst von der LED in die Luft abgestrahlt wird und dann direkt oder nachdem es vom umgebenden Gehäuse reflektiert wurde, durch die Optodenschichten bzw.

Referenzschicht auf die Photodioden trifft. Dabei kommt den Barrieren nur eine untergeordnete Bedeutung zu.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungs- gemäßen optoelektronischen auf Optodenbasis beruhenden Gassensors anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Zeichnung Fig. 1 zeigt eine Layoutansicht eines ersten Ausführungsbeispie ! s eines optoelektronischen Gassensors auf Optodenbasis.

Fig. 2 zeigt schematisch einen zentralen Querschnitt durch den in Fig. 1 dargesteliten Gassensorchip.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Layoutansicht eines elektronischen Bauteils, das sich zur Herstellung eines optoelektronischen Gassensors auf Optodenbasis eignet.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den im Layout in Fig. 3 dargestellten Chip ; Fig 5 zeigt schematisch einen unter Verwendung des elektronischen Bauteils gemäß den Figuren 3 und 4 hergestellten optoelektronischen Gassensorchip mit einem ihn umgebenden Gehäuse ; und die Figuren 6 und 7 den bereits beschriebenen bekannten optoelektronischen Gassensorchip sowie einen damit hergestellten bekannten Gasmeßfühter.

Ausführungsbeispiele Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Layoutansicht eines ersten Ausführungs- beispiels eines optoelektronischen Gassensors auf Optodenbasis enthäft vier gleichgroße Transmissionszweige a, b, c und d. Einer der Transmissionszweige, in diesem Beispiel der Transmissionszweig c, ist, wie durch eine Schrägschraffierung angedeutet, als Referenzstrecke ausgebildet.

Die Referenzstrecke, drei Optodenstrecken, jeweils bestehend aus Optoden- material 5a-5d, und einem darunter (gestrichelt gezeichneten) liegenden

! ichtempfind ! ichen Bereich 2a-2d einer Photodiode liegen sternförmig um eine zentrale LED 3 auf einem gemeinsamen Substrat 1. Die einzelnen Trans- missionszweige a-d sind durch Barrieren 6a-6d getrennt, die in den Zwischenräumen zwischen den Optodenstrecken liegen.

Die in Fig. 2 gezeigte langes der Schnittlinie ll-ll gesehene Schnittansicht des in Fig. 1 dargestellten optoelektronischen Gassensors auf Optodenbasis zeigt die Integration der lichtempfindlichen Bereiche (es sind nur die Bereiche 2a und 2c zu erkennen) aus p-Si in dem aus n-Si bestehenden Substrat 1. Die zentrale LED 3 ist an ihrer Oberseite und Unterseite jeweils mit einer Spiegelschicht 7, 8, z. B. aus Gold verspiegelt, so daß die von ihr ausgesendeten Lichtstrahlen vornehmlich in lateraler Richtung ausgestrahlt werden, d. h. in das Optodenmaterial der Optodenstrecken 5a und 5c hinein. Dort werden Sie, wie durch zwei beispiefhafte Strahtengänge L1 und L2 dargestellt ist, an der Grenzfläche des Optodenmaterials zur Luft totalreflektiert und dadurch auf die lichtempfindlichen Bereiche 2a und 2c der Photodioden geleitet.

Wie in Fig. 2 erkenntlich, ist das Optodenmaterial etwa bis zur Höhe der zentralen LED 3 aufgebracht, die an die LED beiderseitig anschießenden Bereiche des Optodenmaterials bzw. der die Referenzstrecke bedeckenden Schicht 5c sind leicht kurvenförmig abfailend gestaltet, und die äußeren Abschnitte der Optodenstrecken bzw. der Referenzstrecke sind abgerundet, um so die Totafreflexion der in den Optodenstrecken bzw. der Referenzstrecke eingestrahlten Lichtstrahlen L1, L2 zu verbessern. Auf diese Weise gelangt ein großer Anteil des von der LED in die Optodenstrecken und die Referenzstrecke eingekoppelten Lichts zu den lichtempfindlichen Bereichen 2a-2d der Photodioden.

Zu erwähnen ist noch, daß die in Fig. 2 nicht dargestellten Barrieren 6a-6d eine Höhe etwa bis zur Höhe der LED 3 haben, so daß sich die einzelnen Transmissionszweige gegenseitig optisch nicht beeinflussen. Durch zur Umgebungsatmosphäre offene Fenster in einem in Fig. 1 und Fig. 3 nicht

dargestetiten Gehäuse kann zu messendes Gas die Optodenstrecken a, b, d bespülen (siehe Pfeil in Fig. 2).

Bei der Herstellung eines den optoelektronischen Gassensor auf Optodenbasis gem. den Figuren 1 und 2 realisierenden Prototypen diente ein Si-Chip, z. B. die Basisstruktur der Photodiode BPW 34 mit einer Fläche von 2x2 mm2 und einer Dicke von 250 u. m ats Trägerchip, der jedoch nicht ganzfiächig iichtempfindiich ausgeführt wurde sondern nur selektiv an den definierten Stellen 2a-2d lichtempfindliche Bereiche aus p-Si aufwies (vgl. Fig. 1).

Auf der Trägerchip-Oberseite wurde mittig eine chipförmige LED 3 als Lichtsender aufgeklebt. Die LED wies an ihrer Ober- und Unterseite die durch Goldschichten hergestellten Spiegelschichten 7,8 auf (vgl. Fig. 2). Auf diese Weise konnte das sonst mit kugeiförmiger Charakteristik abgestrahlte Licht von der LED vorzügtich in lateraler Richtung austreten. Damit erhielt man eine entsprechend höhere tntensität. Die ats Meßstrecken ausgebildeten Optoden- schichten 5a, 5b, 5d wurden aus einem gassensitiven Polymer, d. h. einem Polymer-Material, dem eine Indikatorsubstanz zugegeben wird, beschichtet.

Die Referenzstrecke wurde bevorzugt mit einem Optodenträgermateriai, d. h. einem Polymermaterial beschichtet, dem keine indikatorsubstanz zugegeben wurde. Auf diese Weise geriet der Aufbau weitestgehend symmetrisch, so daß neben Einflüssen der Elektronik auch Änderungen, die das Trägermateria ! der Optoden betreffen, wie Alterung und Verschmutzung, kompensiert werden konnten. Das Licht (vgl. L1, L2 in Fig. 2) gelangte in den Optodenschichten bzw. der Referenzschicht von der LED über Totalreflexion zur Photodiode.

Stellen des Si-Chips, die beschichtet aber nicht lichtempfindlich sind, wurden vor dem Beschichten, z. B. durch Goldschichten verspiegelt. Schließlich wurden die Barrieren 6a-6d bevorzugt durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht, welches gewährleistet, daß die für die effektive Trennung erforderliche Barrierenhöhe erreicht wird.

Die Dicke des Si-Chips betrug, wie schon erwähnt, 250 um. Die LED hatte eine Breite von 300 u. m und eine Höhe von 300 um. Die Barrierenhöhe war betrug ebenfalls 300 u. m.

Für den praktischen Einsatz wurde das Chip in einem Gehäuse, vorzugsweise SMD, montiert und durch einen Deckel geschützt, der über den Stellen, die mit gassensitiven Optodenmaterialien beschichtet sind, d. h. über den Optoden- strecken 5a, 5b und 5d, Öffnungen aufwies, so daß Gas eindringen konnte.

Durch die Integration aller Funktionseinheiten des optoelektronischen Gassensors, wie der elektronischen Bauteile und der Optoden auf einem Si- Chip, hatte der als Prototyp hergestellte Gassensorchip äußerst geringe geometrische Abmessungen.

Aufgrund des geringen Abstandes zwischen der LED und den optischen Empfängern, d. h. den ! ichtempfind) ichen Bereichen der Photodioden, konnten die Optodenstrecken mit dem gassensitiven Polymer die Aufgabe der sonst erforderlichen passiven Optik mit übernehmen. Dies betrifft das Führen des Lichts von der als Lichtsender dienenden LED 3 zur Optode und von der Optode zur Photodiode. Dabei bleibt gewährleistet, daß. das Gas der umgebenden Atmosphäre auf eine große Oberfläche der Optode einwirken kann.

Durch den geringen Abstand zwischen der LED und den lichtempfindlichen Bereichen der Photodiode erreichte man eine hohe Effektivität bei der Überkoppeiung des Lichts zwischen diesen Bauteilen. Dadurch ergab sich ein geringer Leistungsbedarf.

Die durch die Verspiegelung der Ober- und Unterseite der LED erreichte angepaßte Abstrah ! charakteristik der LED in lateraler Richtung verstärkte diesen Effekt. Durch die direkte Überkopplung des Lichts von der LED in die

Optode und von dort in die Photodiode traten äußerst geringe Koppeiveriuste auf. Dadurch konnten zusätzliche passive optische Bauteile vermieden werden.

Die zwischen den Optodenstrecken und der Referenzstrecke aufgebauten Barrieren gewährleisteten ein geringes Nebensprechen, das sonst durch Streulicht, das aus den Optoden austreten und in die benachbarten Optodenstrecken einkoppein könnte, verursacht würde. Die gleichartige und zentratsymmetrische Realisierung der Meßstrecken und der Referenzstrecke ergaben somit einen optoelektronischen Gassensor auf Optodenbasis, bei dem, neben den Einflüssen der Elektronik, auch die Änderungen, die das Trägermateriai der Optoden betreffen, wie Alterung und Verschmutzung, kompensiert werden konnten.

Seibstverständtich ist die in den Figuren 1 und 2 dargestellte quadratische Ausführung mit drei Optodenmeßstrecken und einer Referenzstrecke nur beispielhaft zu sehen. Es lassen sich mit gleichartigen Verfahrensschritten und Merkmalen auch fünf-, sechs-, sieben- oder achteckige oder auch runde Chipformen realisieren, die auch weniger oder mehr als drei Optodenmeßstrecken beinhatten können.

Die Figuren 3 bis 5 stelien eine Ausführungsform eines elektronischen Bauteils dar, welches sich auch für eine kundenspezifische Ausführung eines optoelektronischen Gassensors auf der Basis von Optoden gemäß der Erfindung eignet.

Die in Fig. 3 gezeigte Layout-Ansicht zeigt, daß wie bei dem oben, bezogen auf die Figuren 1 und 2, beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel auf einem Substrat 10, z. B. aus n-Si, vier lichtempfindliche Bereiche 12a-12d integriert sind, die zusammen mit einem in Fig. 3 und 4 nicht gezeigten Optodenmaterial bzw. einer Referenzschicht, die später vom Kunden aufbringbar sind, vier Transmissionszweige a, b, c und d bilden.

Die lichtempfindlichen Bereiche 12a-12d sind auf dem quadratischen Siliziumsubstrat 10 in Form quadratischer lichtempfindlicher Eiemente aus p-Si so integriert, daß sie einen bestimmten Abstand einhalten. In den Zwischenräumen zwischen den lichtempfindlichen Elementen 12a-12d sind Metallisierungsstreifen 13 und 14 angeordnet, die der elektrischen Verbindung mit einer nachträglich aufzuklebenden als Lichtsender dienenden LED dienen.

Kontaktpads 11a-11d sind zur Kontaktierung der lichtempfindlichen Elemente 12a-12d vorgesehen.

Wie die in Fig. 4 dargeste ! ! te Schnittansicht zeigt, sind die Kontaktpads 11 und das zentrale Ende des Metallisierungsstreifens 14 durch Kontaktierungs- öffnungen durch eine das Substrat 10 und die lichtempfindlichen Elemente 12 bedeckende Isolationsschicht 18, z. B. aus Si02, jeweils bis zu den lichtempfindlichen Elementen 12 aus p-Si bzw zum Substrat 10 aus n-Si d urchkontaktiert.

Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte elektronische Bauteil hat eine Chipkantentänge von etwa 250 m, und die Flãche der einzelnen lichtempfindlichen Bereiche betrug etwa 0,8-1 mm2. Die Metallisierung besteht aus Aluminium oder Gold.

Besonders geeignet ist die Verwendung des in den Figuren 3 und 4 dargestellten elektronischen Bauteils zur Herstellung eines optoelektronischen Gassensor auf der Basis von Optoden.

Dies wird nun anhand der Fig. 5 erläutert.

Der Chip wird in einem Gehäuse 20 (vorzugsweise SMD) montiert und durch einen Deckel 21 geschützt. Der Deckel 21 weist über den Stelien, die mit gassensitiven Materialien zu beschichten sind, Öffnungen 22 auf, so daß Gas eindringen kann (siehe Pfeil). Für eine gute Verarbeitbarkeit kann der Gehäusedeckel 21 vor dem Aufbringen der gassensitiven Materialein befestigt

und das in Fig. 3 und 4 gezeigte Bauteil unbeschichtet in eine entsprechende elektronische Schaltung auf einer Leiterplatte eingelötet werden. Da bis hierhin der Chip noch nicht mit den gassensitiven Materialien beschichtet wurde, sind diese vor dem Lötvorgang geschützt. Die Beschichtung erfolgt im Falle einer kundenspezifischen Realisierung beim Kunden durch die Öffnungen 22 im Gehäusedecke) 21, durch die beim späteren Einsatz das Gas eintritt. Diese können beim Lötvorgang z. B. mit einer Klebefolie verschlossen werden, um das Eindringen von Fiußmitteh zu verhindern.

Fig. 5 zeigt den fertiggestellten, optoelektronischen Gassensorchip auf der Basis von Optoden. Dabei wurden zur Vereinfachung der Darstellung alle Metallisierungsabschnitte weggelassen.

Die in einer Ebene liegenden lichtempfi nd lichen Elemente 12 sind mit einer wesentlich dünneren Schicht 15 des Optodenmaterials bzw. des Referenz- streckenmaterials bedeckt, als dies bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall war. Ein zentraler Lichtsender 23 ist durch einen Ringspait 16 gegenüber den Abschnitten des Optodenmaterials beabstandet, und ragt weit über die obere Oberftäche des Optodenmaterials 15 hinaus. Die tnnenwand des Gehäusedeckels 21 weist eine Verspiegelung 24 auf. Auf diese Weise wird das von der LED 23 emittierte Licht zunächst in die Luft, d. h. in die Gasatmosphäre abgestrahtt, die sich in der Kammer 25 oberhalb der Optodenschichten 15 befindet und wird dann direkt oder nachdem es an einer der Innenwand oder einer Verspiegelung der Innenwand 24 des Gehäusedeckets 21 reflektiert wurde, durch das Optodenmaterial 15 in die jeweiligen tichtempfindtichen Elemente 12 geführt.

Zur Veranschaulichung sind in Fig. 5 einige an der Spiegeischicht 24 reflektierte Lichtstrahlen eingezeichnet. Dabei fallut auf, daß die Oberseite der LED 23 bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 5 nicht verspiegelt ist. Die Höhe der in Fig. 5 gezeigten zentralen LED 23 beträgt, wie bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform, etwa 300 u. m, während die Schichtdicke

der Optodenschichten 15 bzw. der Referenzschicht in Fig. 5 5-101lrn beträgt, also sehr viel dünner ist, als die Optodenschicht der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, da die Optoden bzw. die Referenzschicht nicht vorrangig als Lichtleiter dienen.

Den Barrieren kommt bei dem in Fig. 5 gezeigten optoelektronischen Gassensor nur eine untergeordnete Bedeutung zu, weshalb sie auch nicht dargestellt sind.

Das in den Figuren 3 und 4 dargestellte und in Fig. 5 eingesetzte Photodioden- Array läßt sich mit herkömmlichen Dünnschichtprozessen mit Standard- prozeßmaßen in einer Grotte von 2x2 mm und kleiner herstellen. Weitere Bauformen, wie z. B. ein Fünfeck, ein Sechseck, ein Siebeneck oder Achteck oder auch eine kreisrunde Form lassen sich wie bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ebenfalls realisieren.

Die LED 23 kann mit einem durch Siebdruck aufgebrachten Silberleitkleber aufgeklebt werden. Durch einen gteichartigen Siebdruckprozeß, iassen sich auch die in Fig. 5 nicht gezeigten Barrieren aus Silberleitkleber in einer Höhe von etwa 50 im aufdrucken.

Auch für das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispie ! eines auf Optodenbasis beruhenden optoelektronischen Gassensors gelten die vorteilhaften Eigenschaften, daß der Sensor aufgrund der Integration aller seiner Funktionseinheiten auf einem Si-Chip äußerst geringe geometrische Abmessungen aufweist, daß, aufgrund des geringen Abstandes zwischen der LED 23 und den Photodioden 12, die aus dem gassensitiven Poiymer bestehende Optode eine passive Optik (abgesehen von der möglichen Verspiegelung der Innenwand des Gehäusedeckets 21) entbehrlich macht.

Es ist auch hier gewährleistet, daß das Gas, das durch die Fenster 22 in den Innenraum 25 einströmt, auf eine große Optodenoberfläche einwirken kann.

Auch hier ist durch den geringen Abstand zwischen der LED 23 und den Photodioden 12 eine hohe Effektivität bei Dberkoppein des Lichts zwischen den Bauteilen erreicht, was einen geringen Leistungsbedarf bewirkt.