[發明專利]基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器

有效

• 申請號: 202011447171.0
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112697843B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 劉逸為;曹覺先;張志勇;趙為
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;B82Y15/00
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松;王菊花

1.一種基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器，其特征在于，包括：

位于底層的柵極；

位于柵極的一側的底柵介質層；

位于所述底柵介質層背離所述柵極一側表面的碳納米管溝道層；

位于所述碳納米管溝道層背離所述底柵介質層一側表面的頂柵介質層；

位于所述頂柵介質層背離所述碳納米管溝道層一側表面的鐵電材料層、源極與漏極，所述鐵電材料層設置在源極與漏極之間、并與源極與漏極分別電連接；以及

位于鐵電材料層背離頂柵介質層一側表面的敏感層，所述敏感層作為傳感器探針，被設置成包括用于探測待測對象的敏感材料；

其中，所述鐵電材料層被設置成通過底層的柵極施加外部電場至鐵電材料的矯頑電壓區間，使得鐵電材料工作在負電容效應區間。

2.根據權利要求1所述的基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器，其特征在于，所述底柵介質層和頂柵介質層均采用高k薄膜介質層。

3.根據權利要求2所述的基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器，其特征在于，所述鐵電材料層的厚度為6nm-12nm。

4.根據權利要求2所述的基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器，其特征在于，所述鐵電材料層的厚度為8nm-10nm。

5.根據權利要求1所述的基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器，其特征在于，所述源極與漏極對稱地分布在鐵電材料層兩側，并且分別位于頂柵介質層一側表面的相對的位置,所示鐵電材料層與頂柵介質層疊加地夾在源極與漏極之間。

6.根據權利要求1-5中任意一項所述的基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器，其特征在于，所述碳基場效應晶體管傳感器在使用過程中，通過柵極電壓施加到矯頑電壓區間，使得碳基場效應晶體管的體因子小于1，并且碳納米管溝道層的表面電勢大于柵極電壓。

7.根據權利要求6所述的基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器，其特征在于，所述敏感層在探測過程中，在鐵電材料層工作在負電容效應區間時，捕獲目標物所引入的電擾動獲得放大。

8.根據權利要求1所述的基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器，其特征在于，所述基于負電容效應的碳基場效應晶體管傳感器為氣體傳感器。