[發明專利]一種場效應管氫氣傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011464478.1
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112666229A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 劉歡;李華曜;姚巍;龍文博;胡志響;盧思航;田枝來
• 申請（專利權）人: 深圳華中科技大學研究院;華中科技大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 王世芳;曹葆青

1.一種場效應管氫氣傳感器，其特征在于，其包括場效應管和氫敏薄膜，場效應管的柵極與氫敏薄膜的一端相連，形成串聯結構，相連處的接觸點作為浮柵FG，氫敏薄膜的另一端作為控制柵CG，工作時，控制柵CG加載固定電壓，場效應管的源極S接地，漏極D加載固定電壓，浮柵FG材質為金屬。

2.如權利要求1所述的一種場效應管氫氣傳感器，其特征在于，工作時，氫敏薄膜與氫氣反應，其電阻改變，導致串聯結構的分壓發生改變，進而使得場效應管的浮柵FG電壓發生改變，從而改變漏極和源極之間溝道的電流，實現傳感功能。

3.如權利要求2所述的一種場效應管氫氣傳感器，其特征在于，工作時，氫敏薄膜控制柵CG所加載的固定電壓使得場效應管浮柵FG工作在亞閾值區，保證浮柵FG電壓小于開啟電壓300mV以內，浮柵FG上電壓50mV～250mV的改變可帶來溝道電流10～1000倍的改變。

4.如權利要求3所述的一種場效應管氫氣傳感器，其特征在于，工作時，利用氫敏薄膜的分壓改變場效應管柵極的電壓，在沒有電流通過傳感器的情況下檢測氣體。

5.如權利要求4所述的一種場效應管氫氣傳感器，其特征在于，金屬材質的浮柵FG與氫敏薄膜的敏感材料接觸為歐姆接觸。

6.如權利要求5所述的一種場效應管氫氣傳感器，其特征在于，氫敏薄膜與場效應管的絕緣層的等效電阻阻值處在相同數量級上，且相差不超過3～5倍，常溫下阻值較大的氫敏薄膜能夠實現與絕緣層的分壓。

7.制備如權利要求1-6之一所述場效應管氫氣傳感器的方法，其特征在于，其包括如下步驟：

首先，在硅片上制備n-p-n型的MOSFET，

接著，將柵極電極引出，制成叉指電極，

然后，將半導體材料的納米晶體分散至有機溶劑中形成分散溶液，半導體材料的納米晶體包括SnO₂、WO₃、In₂O₃、PbS、Bi₂S₃和SnS₂中的一種或者多種，沉積在叉指電極的一端，靜置直至溶劑揮發而獲得半導體材料薄膜，

最后，將貴金屬的化合物，分散至有機溶劑中形成分散溶液，貴金屬的化合物選自PdCl₂、PtCl₄中的一種或者多種，滴涂到半導體材料薄膜上靜置，完成氫敏薄膜的制備。

8.制備如權利要求1-6之一所述場效應管氫氣傳感器的方法，其特征在于，其包括如下步驟：

首先，將高電子遷移率晶體管器件的柵極電極引出，連接到MEMS微熱板叉指電極的一端，

接著，將MEMS微熱板叉指電極的另一端引出用作控制柵CG，

然后，將半導體材料分散至有機溶劑中形成分散溶液，半導體材料選自SnO₂、WO₃、In₂O₃、PbS、Bi₂S₃、SnS₂中的一種或者多種，將分散溶液沉積在叉指電極的一端，靜置直至溶劑揮發而獲得半導體材料薄膜，

最后，將貴金屬利用熱蒸發的方式在半導體材料薄膜上制作一層金屬顆粒，完成氫敏薄膜的制備，貴金屬選自Pd、Pt、Ni、Au、Ag中的一種或者多種。