[發(fā)明專利]一種具有復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的FET式氣體傳感器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710351205.8
• 申請(qǐng)日: 2017-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN107340315A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 塔力哈爾·夏依木拉提;木拉里·馬扎甫;馮艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新疆工程學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N27/00
• 分類號(hào): G01N27/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11245
• 代理人: 徐寧,劉美麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于一種具有復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的FET式氣體傳感器及其制備方法，屬于微電子學(xué)范疇的氣體傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在氣體傳感器的研究和應(yīng)用中主要的有三個(gè)基本參數(shù)：靈敏度(sensitivity)、選擇性(selectivity)和穩(wěn)定性(stability)，通常人們習(xí)慣稱為“3S”技術(shù)，其中靈敏度是最重要的參數(shù)之一，高的靈敏度是器件的可靠性、抗干擾能力等性能的保障，因此，提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)式氣體傳感器靈敏度在實(shí)際應(yīng)用中至關(guān)重要。

近年來，F(xiàn)ET式氣體傳感器由于具有電阻式氣體傳感器所不具備的一些優(yōu)勢(shì)，作為另一種半導(dǎo)體氣敏裝置而得以迅速發(fā)展。FET的特點(diǎn)在于除了可用源漏極區(qū)域調(diào)控電流之外，還可以由獨(dú)立的第三端柵電極控制，在柵電極偏壓的作用下，敏感半導(dǎo)體材料體內(nèi)的載流子都被吸引到半導(dǎo)體與絕緣層之間的界面，形成僅有幾個(gè)原子或分子層厚度的導(dǎo)電溝道，半導(dǎo)體中的載流子主要通過此導(dǎo)電溝道來實(shí)現(xiàn)源漏極區(qū)域間的遷移，因而與導(dǎo)電溝道相臨的表面相對(duì)于半導(dǎo)體的其他表面對(duì)ET式氣體傳感器性能有更大的影響，因此，F(xiàn)ET式氣體傳感器在各種氣體探測(cè)中廣受關(guān)注。傳統(tǒng)的固態(tài)絕緣層FET式氣體傳感器在不同氣體的暴露中，主要引起閾值電壓的偏移，研究發(fā)現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)下，閾值電壓附近可以得到最大的靈敏度。2004年，研究人員設(shè)計(jì)出新型FET式氣體傳感器，將空氣、氮?dú)獾葰怏w作為有機(jī)單晶FET的絕緣層，結(jié)果顯示該新型FET式氣體傳感器顯示出良好的FET性能。2013年，湯慶鑫課題組構(gòu)筑了氣體絕緣層型的CuPc納米帶FET式氣體傳感器并用于檢測(cè)SO₂氣體，該FET式氣體傳感器與傳統(tǒng)的固態(tài)絕緣層的FET式氣體傳感器相比，被測(cè)氣體可以直接與導(dǎo)電溝道相互作用從而大大提高器件的靈敏度等性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示該FET式氣體傳感器在被測(cè)氣體中暴露時(shí)，閾值電壓幾乎不變而遷移率大大提高，引起靈敏度的提升。

雖然以上兩種不同的FET式氣體傳感器氣敏機(jī)理不同，但是均能夠提高FET式氣體傳感器的靈敏度。然而到目前為止，還沒有研究報(bào)道將兩種FET式氣體傳感器結(jié)合進(jìn)而能夠提高靈敏度的FET式氣體傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高靈敏度的具有復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的FET式氣體傳感器及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種具有復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的FET式氣體傳感器，其特征在于，該FET式氣體傳感器包括柵電極、第一支撐層、第二支撐層、源極區(qū)域、漏極區(qū)域和微納單晶半導(dǎo)體，其中，所述第一支撐層的寬度大于所述源極區(qū)域的寬度；所述柵電極頂部?jī)蓚?cè)分別固定設(shè)置所述第一支撐層和第二支撐層，所述第一支撐層頂部粘貼固定所述源極區(qū)域，所述第一支撐層與所述源極區(qū)域內(nèi)端部不平齊，且所述第一支撐層內(nèi)部長(zhǎng)于所述源極區(qū)域的部分為固態(tài)絕緣層，所述源極區(qū)域底部?jī)?nèi)側(cè)開設(shè)有第一凹槽；所述第二支撐層頂部粘貼固定所述漏極區(qū)域，所述第二支撐層與所述漏極區(qū)域內(nèi)端部平齊，所述漏極區(qū)域底部?jī)?nèi)側(cè)開設(shè)有第二凹槽；所述微納單晶半導(dǎo)體固定設(shè)置在所述第一支撐層和第二支撐層頂部，且所述微納單晶半導(dǎo)體的兩端分別插設(shè)在所述第一凹槽和第二凹槽內(nèi)，所述柵電極頂部、所述第一支撐層與第二支撐層之間的間隙以及所述微納單晶半導(dǎo)體底部形成的空腔構(gòu)成空氣間隙絕緣層。

一種具有復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的FET式氣體傳感器，其特征在于，該FET式氣體傳感器包括柵電極、第一支撐層、第二支撐層、源極區(qū)域、漏極區(qū)域和微納單晶半導(dǎo)體，其中，所述第一支撐層的寬度大于所述源極區(qū)域的寬度，所述第二支撐層的寬度大于所述漏極區(qū)域的寬度；所述柵電極頂部?jī)蓚?cè)分別固定設(shè)置所述第一支撐層和第二支撐層，所述第一支撐層頂部粘貼固定所述源極區(qū)域，所述第一支撐層與所述源極區(qū)域內(nèi)端部不平齊，且所述第一支撐層內(nèi)部長(zhǎng)于所述源極區(qū)域的部分為固態(tài)絕緣層，所述源極區(qū)域底部?jī)?nèi)側(cè)開設(shè)有第一凹槽；所述第二支撐層頂部粘貼固定所述漏極區(qū)域，所述第二支撐層與所述漏極區(qū)域內(nèi)端部不平齊，且所述第二支撐層內(nèi)部長(zhǎng)于所述漏極區(qū)域的部分為固態(tài)絕緣層，所述漏極區(qū)域底部?jī)?nèi)側(cè)開設(shè)有第三凹槽；所述微納單晶半導(dǎo)體固定設(shè)置在所述第一支撐層和第二支撐層頂部，且所述微納單晶半導(dǎo)體的兩端分別插設(shè)在所述第一凹槽和第三凹槽內(nèi)，所述柵電極頂部、所述第一支撐層與第二支撐層之間的間隙以及所述微納單晶半導(dǎo)體底部形成的空腔構(gòu)成空氣間隙絕緣層。

優(yōu)選地，所述柵電極采用導(dǎo)電襯底或頂部設(shè)置有導(dǎo)電材料的絕緣襯底。