[發明專利]場效應晶體管液體傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201410169651.3
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103928525A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 羅衛軍;陳曉娟;袁婷婷;龐磊;劉新宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336;G01N27/414
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 王立民;吉海蓮

技術領域

本發明涉及半導體器件及傳感器領域，尤其涉及一種場效應晶體管液體傳感器及其制備方法。

背景技術

液體傳感器用于液體的檢測和分析，在各個領域有著廣泛的應用，如在軍事醫學中，在苛刻的戰爭條件下進行快速血液分析；在工農業生產中，可對高分子聚合物、pH值、蛋白分子和某種特定官能團等進行檢測與分析；在環境保護中，可對水環境中的有害離子種類和濃度進行檢測。

隨著半導體和微電子技術的發展，半導體器件的液體傳感器成為研究的熱點。目前常采用的為Si、GaAS等半導體材料的器件，但其在化學穩定性、極化速度等方面都有待提高，以滿足更多領域的性能要求。

發明內容

本發明旨在解決上述問題之一，提供了一種場效應晶體管液體傳感器及其制備方法，具有高化學穩定性和高電子遷移率，并易于集成。

為實現上述目的，本發明實施例提供了如下技術方案：

一種場效應晶體管液體傳感器，為單柵指場效應晶體管結構，包括：

襯底；

襯底上的異質結，所述異質結為由GaN和AlGaN材料形成；

所述異質結上的源電極、漏電極以及柵電極，柵電極為肖特基電極，源電極、漏電極為歐姆接觸電極。

可選的，所述異質結包括GaN層、AlGaN層和他們之間的AlN的插入層。

可選的，所述GaN層、AlN的插入層和AlGaN層的厚度分別為3um、1nm、23nm。

可選的，所述AlGaN層中Al組分為25％。

此外，本發明還提供了上述傳感器的制備方法，該傳感器為單柵指場效應晶體管結構，包括：

提供襯底；

在所述襯底上形成異質結，所述異質結為由GaN和AlGaN材料形成；

在所述異質結上形成源電極、漏電極以及柵電極，柵電極為肖特基電極，源電極、漏電極為歐姆接觸電極。

可選的，所述襯底為SiC襯底，采用金屬有機物氣相外延的方法在SiC襯底上依次外延生長GaN層、AlN的插入層和AlGaN層，以形成異質結。

可選的，所述GaN層、AlN的插入層和AlGaN層的厚度分別為3um、1nm、23nm。

可選的，所述AlGaN層中Al組分為25％。

本發明實施例提供的場效應晶體管液體傳感器，采用由GaN和AlGaN材料形成的異質結，可以形成高濃度、高遷移率的二維電子氣，由此形成的傳感器具有高化學穩定性和高電子遷移率，并易于集成。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例的場效應晶體管液體傳感器的俯視圖；

圖2為根據本發明實施例的場效應晶體管液體傳感器的截面示意圖；

圖3為根據本發明實施例的場效應晶體管液體傳感器在乙醇和丙酮溶液中的響應曲線示意圖；

圖4為根據本發明實施例的場效應晶體管液體傳感器在不同濃度的丙酮溶液中的時間響應曲線示意圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以下實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。

本發明提出了一種由GaN和AlGaN材料形成的異質結的液體傳感器，參考圖1和圖2所示，該傳感器采用單柵指場效應晶體管結構，包括：

襯底108；

襯底上的異質結(105,106,107)，所述異質結為由GaN和AlGaN材料形成；

所述異質結上的源電極101、漏電極104以及柵電極102。

在本發明中，采用由GaN和AlGaN材料形成的異質結，可以形成高濃度、高遷移率的二維電子氣，由此形成的傳感器具有高化學穩定性和高電子遷移率，并易于集成。

為了更好的理解本發明，如圖2所示，以下將結合制備方法對具體的液體傳感器的實施例進行詳細的描述。

首先，提供襯底108。

所述襯底為半導體材料襯底，可以根據需要選擇合適的材料的襯底。在本實施例中，所述襯底為SiC襯底。

而后，在襯底上形成異質結，所述異質結為由GaN和AlGaN材料形成。