[發明專利]基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片

有效

• 申請號: 201310606571.5
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103579228A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 鄧群雄;郭文平;柯志杰;黃慧詩
• 申請（專利權）人: 江蘇新廣聯科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/04
• 分類號: H01L27/04;H01L29/778
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良;劉海

技術領域

本發明涉及一種氫氣傳感器芯片，尤其是一種基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片。

背景技術

氫氣傳感器主要用于工業安全領域，它可以直接反映出氣體濃度而不必通過分壓來反映。現有的氫氣傳感器一般采用與氣體發生氧化或還原反應的感應電極，在外部電路上形成電流，產生的電流與傳感器外氣體濃度成比例，以接測量當前氣體含量。

與大部分工業一樣，氫氣傳感器也具有高競爭性。因此，氫氣傳感器制造商常常尋找具有競爭優墊的改進方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，達到測試環境氫氣濃度的目的。

按照本發明提供的技術方案，所述基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，包括襯底，其特征是：在所述襯底上表面設置相互分隔的左芯片和右芯片，左芯片和右芯片分別包括設置在襯底上表面的GaN層，在GaN層上表面設置AlGaN層，在GaN層和AlGaN層之間形成二維電子氣；在所述AlGaN層上表面分別蒸鍍形成漏極金屬層、源極金屬層和柵極金屬層；在所述右芯片的柵極金屬層上生長氫氣隔離層，氫氣隔離層覆蓋柵極金屬層的上表面和側面。

所述漏極金屬層和源極金屬層為Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金屬層，漏極金屬層和源極金屬層與AlGaN層形成歐姆接觸。

所述柵極金屬層為Pt金屬，柵極金屬層與AlGaN層形成肖特基接觸。

所述氫氣隔離層為SiO_2?或Si₃N₄。

所述襯底為藍寶石襯底、Si襯底或SiC襯底。

本發明利用二維電子氣載流子受縱向電壓影響的原理原理，通過在柵極金屬層鉑金對氫氣的電離會產生不同的肖特基勢壘，使此肖特基勢壘會作用于二維電子氣的第三維方向，限制二維電子氣中二維方向的通道深度，使電子氣載流子發生變化；不同濃度氫氣會產生不同的肖特基勢壘，得到不同電子氣電流，從而通過不同電流測試出環境中的氫氣濃度。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示：所述基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片包括襯底1、GaN層2、二維電子氣3、AlGaN層4、漏極金屬層5、源極金屬層6、柵極金屬層7、氫氣隔離層8、左芯片11、右芯片12等。

如圖1所示，本發明包括襯底1，在襯底1上表面設置相互分隔的左芯片11和右芯片12，左芯片11和右芯片12分別包括設置在襯底1上表面的GaN層2，在GaN層2上表面設置AlGaN層4，在GaN層2和AlGaN層4之間形成二維電子氣3；在所述AlGaN層4上表面分別蒸鍍形成漏極金屬層5、源極金屬層6和柵極金屬層7；在所述右芯片12的柵極金屬層7上生長氫氣隔離層8，氫氣隔離層8覆蓋柵極金屬層7的上表面和側面；

所述漏極金屬層5和源極金屬層6為Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金屬層，漏極金屬層5和源極金屬層6與AlGaN層4形成歐姆接觸；

所述柵極金屬層7為Pt金屬，柵極金屬層7與AlGaN層4形成肖特基接觸；

所述氫氣隔離層8為SiO_2?或Si₃N₄；

所述襯底1為藍寶石襯底、Si襯底或SiC襯底。

本發明所述基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片制造過程如下：（1）在襯底1上表面設置GaN層2，在GaN層2上表面設置AlGaN層4，在GaN層2和AlGaN層4之間會形成二維電子氣3；（2）在上述AlGaN層4上通過化學干法蝕刻將左芯片11和右芯片12獨立出來，即干蝕刻掉一定區域的AlGaN層4和GaN層2，直至襯底1的上表面；（3）在左芯片11和右芯片12的AlGaN層4上分別蒸鍍形成漏極金屬層5、源極金屬層6和柵極金屬層7，漏極金屬層5和源極金屬層6為Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金屬層，通過一定的退火條件，使漏極金屬層5和源極金屬層6與AlGaN層4形成歐姆接觸；柵極金屬層7為Pt金屬，柵極金屬層7與AlGaN層4為肖特基接觸；（4）在右芯片12的柵極金屬層7上生長氫氣隔離層8，所述隔離層8為SiO₂，此氫氣隔離層8會將右芯片12與氫氣隔離開，通過漏極金屬層5和源極金屬層6之間的一定電壓提供氫氣濃度為零時候的初始電流，對比左右兩個芯片的電流可以得到氫氣對二維電子器電流的改變量。

本發明的工作原理：本發明利通過在柵極金屬層鉑金對氫氣的電離會產生不同的肖特基勢壘，使此肖特基勢壘會作用于二維電子氣的第三維方向，限制二維電子氣中二維方向的通道深度，使電子氣載流子發生變化；不同濃度氫氣會產生不同的肖特基勢壘，得到不同電子氣電流；從而通過不同電流測試出環境中的氫氣濃度。具體為：通過在左右兩個芯片的漏極金屬層和源極金屬層施加相同固定的電壓，左邊芯片得到氫氣下的電流，右邊芯片得到芯片的初始電流；兩電流之間不同的差異就是測到不同氫氣的不同濃度。