[發明專利]氣體檢測系統和方法

有效

• 申請號: 202011503691.9
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112505108B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 崔進;曾懷望;汪浩鵬;田旺;高賢永
• 申請（專利權）人: 聯合微電子中心有限責任公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京市漢坤律師事務所 11602
• 代理人: 李熙;吳麗麗

1.一種氣體檢測系統，包括：

場效應晶體管，所述場效應晶體管包括：

源電極，

漏電極，與所述源電極相隔開，

氣體感測層，包括氣體敏感介質，其中，所述氣體感測層的至少一部分在所述源電極和所述漏電極之間延伸，并且與所述源電極和所述漏電極電連接，

柵電極，以及

第一介電材料層，位于所述氣體感測層和所述柵電極之間；和

檢測裝置，所述檢測裝置包括：

外殼，其限定檢測通道，其中，所述場效應晶體管的所述氣體感測層的至少一部分表面暴露在所述檢測通道中以用于與通過所述檢測通道的待檢測氣體相接觸，其中，所述檢測通道的高度為納米級，長度和寬度均為微米級，并且具有長高比以使得所述待檢測氣體在所述檢測通道中的運動能夠視作沿所述長度的一維隨機運動，以及

開口，形成在所述外殼上以使得所述檢測通道通過所述開口與所述檢測裝置外的氣體連通，

其中，將在具有所述長高比的所述檢測通道限制下產生的所述源電極和所述漏電極之間的電流噪聲的電流功率密度作為檢測信號，所述電流功率密度具有頻率，該頻率響應于所述待檢測氣體經由所述開口進入和離開所述檢測通道的速度。

2.如權利要求1所述的氣體檢測系統，其中，所述氣體感測層位于所述柵電極和所述檢測通道之間。

3.如權利要求2所述的氣體檢測系統，其中，所述氣體感測層進一步包括第二介電材料層，所述第二介電材料層位于所述氣體敏感介質的背離所述第一介電材料層的表面上，并且具有厚度以使得所述待檢測氣體吸附到所述第二介電材料層時引起所述氣體敏感介質的載流子濃度的改變。

4.如權利要求2所述的氣體檢測系統，其中，所述開口的大小被配置為使得所述檢測裝置外的氣體能夠持續地通過所述開口進入和離開所述檢測通道。

5.如權利要求4所述的氣體檢測系統，進一步包括檢測器，所述檢測器電連接到所述源電極和所述漏電極，從而檢測所述檢測信號。

6.如權利要求5所述的氣體檢測系統，

其中，所述檢測器被配置為在所述場效應晶體管的所述源電極和所述漏電極之間電流的變化與所述場效應晶體管的所述柵電極和所述源電極之間電壓的變化的比值最大處，檢測所述電流功率密度。

7.如權利要求6所述的氣體檢測系統，進一步包括信號處理器，被配置為基于來自所述檢測器的所述檢測信號確定所述待檢測氣體的多個參數。

8.如權利要求7所述的氣體檢測系統，其中，所述待檢測氣體的多個參數包括從以下各項組成的組中選擇的至少一項：所述待檢測氣體的濃度、擴散系數和吸附平衡常數。

9.如權利要求1所述的氣體檢測系統，其中，響應于所述氣體感測層暴露于所述待檢測氣體，所述氣體敏感介質能夠表現出電導率的變化。

10.如權利要求1至9中任一項所述的氣體檢測系統，其中，所述氣體敏感介質包括二維半導體材料。

11.如權利要求10所述的氣體檢測系統，其中，所述二維半導體材料包括從以下各項組成的組中選擇的至少一項：石墨烯、硅納米線和二硫化鉬。

12.一種氣體檢測方法，包括：

利用如權利要求1至11中任一項所述的氣體檢測系統，使所述場效應晶體管的氣體感測層的至少一部分表面與通過所述檢測通道的待檢測氣體相接觸；

檢測所述檢測信號；以及

處理所述檢測信號從而確定所述待檢測氣體的多個參數。

13.如權利要求12所述的方法，其中，所述檢測所述檢測信號包括：

在所述場效應晶體管的所述源電極和所述漏電極之間電流的變化與所述場效應晶體管的所述柵電極和所述源電極之間電壓的變化的比值最大處，檢測所述電流功率密度。