一种检测器、检测系统及物质浓度的检测方法与流程

本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种检测器、检测系统及物质浓度的检测方法。

背景技术：

目前，用于检测液体浓度的检测器一般为探针式液体浓度检测器，这种检测器体积较大，不能够集成于芯片上，使用起来不够便捷；且检测效率低，不能实现同时检测多种液体的浓度。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本公开提供了一种检测器、检测系统及物质浓度的检测方法，本公开是基于薄膜晶体管阵列为设计原理，结构简单，生产时可以做到较小的体积，使用便捷。

根据本公开的第一方案，提供了一种检测器，所述检测器包括：衬底；有源层，设置在所述衬底上；第一导电体和第二导电体，均设置在所述有源层的第一表面上，所述第一表面为远离所述衬底的表面；绝缘层，设置在所述第一表面上，并包覆所述第一导电体和所述第二导电体；其中，所述绝缘层内设置有空腔，所述空腔位于所述第一导电体和所述第二导电体之间，用于承载待检测物质。

在一些实施例中，还包括：缓冲层，设置在所述衬底与所述有源层之间。

在一些实施例中，所述缓冲层采用绝缘氧化材料。

在一些实施例中，所述第一导电体靠近所述空腔的表面和所述第二导电体靠近所述空腔的表面之间的距离为10nm～5um。

在一些实施例中，所述第一导电体距离所述第一表面的最远点与所述第一表面之间的距离为所述第二导电体距离所述第一表面的最远点与所述第一表面之间的距离为

在一些实施例中，所述第一导电体和所述第二导电体之间还设有第一通道，用于测量所述第一导电体与所述第二导电体之间的电流。

在一些实施例中，所述绝缘层上还设有第二通道，所述第二通道与所述空腔连通。

在一些实施例中，所述有源层的材料为半导体。

在一些实施例中，所述半导体至少包括以下之一：非晶硅、氧化物半导体和低温多晶硅。

所述第一导电体的材料为导体或半导体，所述第二导电体的材料为导体或半导体。

根据本公开的第一方案，提供了一种检测系统，包括：处理器和本公开的实施例中任一项所述的检测器；所述处理器，被配置为根据所述检测器中的待检测物质的预定参数、所述待检测物质中的电流以及预定检测点的电位确定所述待检测物质的浓度。

在一些实施例中，所述检测系统还包括：电力发生器和电力检测器；其中，所述电力发生器，被配置为向所述检测器中的待检测物质施加电压；所述电力检测器，被配置为检测所述待检测物质中的电流以及所述预定检测点的电位。

在一些实施例中，所述检测系统还包括：显示器，被配置为显示所述待检测物质的浓度。

在一些实施例中，所述检测器为数个，数个所述检测器集成于芯片上。

根据本公开的第三方案，提供了一种物质浓度的检测方法，应用本公开的实施例中任一项所述的检测器或本公开的实施例中任一项所述的检测系统，所述检测方法包括：获取空腔内的待检测物质的第一预定检测点的第一电位，其中，所述第一预定检测点为远离有源层的第一表面的检测点；获取待检测物质中的第一电流；确定所述待检测物质的第二预定检测点的第二电位，其中，所述第二预定检测点为靠近所述有源层的第一表面的检测点；根据所述待检测物质的预定参数、所述第一电位、所述第二电位及所述第一电流确定所述待检测物质的浓度。

在一些实施例中，确定所述待检测物质的第二预定检测点的第二电位，包括：确定所述第一表面上第三预定检测点的第三电位，其中，所述第三预定检测点位于第一导电体和第二导电体之间；根据所述第三电位确定所述待检测物质的第二预定检测点的第二电位。

在一些实施例中，确定所述第一表面上第三预定检测点的第三电位，包括：获取所述第一导电体和所述第二导电体之间的第二电流；根据预定电流电压对应关系和所述第二电流确定所述第三预定检测点的第三电位，其中，所述预定电流电压对应关系是根据所述检测器的材料确定的。

在一些实施例中，根据所述待检测物质的预定参数、所述第一电位、所述第二电位及所述第一电流确定所述待检测物质的浓度，包括：根据所述待检测物质的预定参数、所述第一电位、所述第二电位及所述第一电流确定所述待检测物质的电阻率；根据所述电阻率和预定常量确定所述待检测物质的浓度。

在一些实施例中，所述预定参数至少包括：所述第一预定检测点与所述第二预定检测点之间的距离以及所述第一预定检测点所在的所述待检测物质的第一平面与所述第二预定检测点所在的所述待检测物质的第二平面所围成的横截面积。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本公开提供的检测器和检测系统基于薄膜晶体管阵列为设计原理，结构简单，生产时可以做到较小的体积，使用便捷。应用本公开所述的检测器或检测系统提供的物质浓度的检测方法根据待检测物质的预定检测点的电位、待检测物质中的电流以及预定参数确定待检测物质的浓度，较为便捷，且检测效率较高。

应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。

本节提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为根据本公开的实施例的检测器的剖面图；

图2为根据本公开的实施例的检测器的一个具体实施例的剖面图；

图3为根据本公开的实施例的检测系统的结构示意图；

图4为根据本公开的实施例的物质浓度的检测方法的流程图；

图5为根据本公开的实施例的检测器的预定电流电压关系的示意图。

附图标记：

100-检测器；101-衬底；102-有源层；103-第一导电体；104-第二导电体；105-绝缘层；106-空腔；107-缓冲层；108-第一通道；109-第二通道；200-检测系统；201-处理器。

具体实施方式

为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

图1为根据本公开的实施例的检测器的结构的剖面图，如图1所示，本公开的实施例提供了一种检测器100，检测器100包括：衬底101；有源层102，设置在衬底101上；第一导电体103和第二导电体104，均设置在有源层102的第一表面上，其中，第一表面为远离衬底101的表面；绝缘层105，设置在第一表面上，并包覆第一导电体103和第二导电体104；其中，绝缘层105内设置有空腔106，空腔106位于第一导电体103和第二导电体104之间，用于承载待检测物质。具体说来，绝缘层105的形状不限于此，可以根据实际情况设计，如球形、长方体等。

在一些实施例中，第一导电体103的材料为导体或半导体，第二导电体104的材料为导体或半导体。具体说来，该检测器100的目的是形成一个薄膜晶体管阵列，第一导电体103作为该薄膜晶体管的源极，第二导电体104作为该薄膜晶体管的漏极，承载有待检测物质的空腔106作为该薄膜晶体管的栅极。所以，第一导电体103和第二导电体104的材料在选择时，优先考虑薄膜晶体管通用的材料。可选的，有源层102的材料可以为非晶硅、氧化物半导体或低温多晶硅等，此处不进行限定。

本公开提供的检测器100是基于薄膜晶体管阵列为设计原理，结构简单，生产时可以做到较小的体积，使用便捷。在一些实施例中，为了方便检测，该检测器100上还可以设有用于检测待检测物质中的电流及薄膜晶体管的源极和漏极之间的电流的导线(图1中未示出)，其中，待检测物质为导电物质，例如液体，具体的，该检测器100上还可以设有添加待检测物质的通道(图1中未示出)，该通道与空腔106连通，以将待检测物质导入至空腔106中，当对空腔106中的待检测物质施加电压时，该薄膜晶体管处于导通状态，通过检测薄膜晶体管的源极和栅极之间的电流以得到待检测物质的一个预定检测点的电位，进而根据施加的电压、待检测物质的一个预定检测点的电位、待检测物质中的电流以及待检测物质的预定参数确定待检测物质的浓度。

本公开的实施例所提供的检测器100基于薄膜晶体管阵列为设计原理，且结构简单，生产时可以做到较小的体积，使用便捷。图2为根据本公开的实施例的检测器的一个具体实施例的剖面图，如图2所示，检测器100还包括：缓冲层107，设置在衬底101与有源层102之间，以使有源层102的生长环境更好。在一些实施例中，缓冲层107采用绝缘氧化材料。可选的，绝缘氧化材料可以为氧化碳、氧化钛等，在此不做具体限定。

在一些实施例中，第一导电体103靠近空腔106的表面和第二导电体104靠近该空腔106的表面之间的距离为10nm～5um。具体说来，这种尺寸的距离使得位于第一导电体103与第二导电体104之间的空腔106的尺寸也较小，进而使得构造成的检测器100的体积也较小，使用起来较为便捷，使之能够集成于芯片上，并且较小尺寸的空腔106所承载的待检测物质的量也较少，避免浪费。

在一些实施例中，第一导电体103距离第一表面的最远点与第一表面之间的距离为第二导电体104距离第一表面的最远点与第一表面之间的距离为这种尺寸的距离使得构造成的检测器100的体积也较小，使用起来较为便捷，使之能够集成于芯片上。

在一些实施例中，第一导电体103和第二导电体104之间还设有第一通道108，用于测量第一导电体103与第二导电体104之间的电流。可选的，第一通道108可以与第一导电体103、第二导电体104或有源层102连通，在此不做具体限定。如图2所示，第一通道108与薄膜晶体管的源极(即第一导电体103)连通，用于承载用于检测薄膜晶体管的源极和漏极之间的电流的导线，外部的电流检测设备的检测端与该导线接触，即可检测出薄膜晶体管的源极和漏极之间的电流。

在一些实施例中，绝缘层105上还设有第二通道109，第二通道109与空腔106连通。如图2所示，第二通道109用于承载用于施加电位于待检测物质的导线，外部的电压施加设备的输出端与该导线接触，即可施加电压于待检测物质，使得薄膜晶体管处于导通状态，以便检测源极和漏极之间的电流。在设计时，可以将第二通道109与添加待检测物质的通道作为一个通道实现。

图3为根据本公开的实施例的检测系统的结构示意图，如图3所示，本公开的实施例还提供了一种检测系统200，检测系统200包括处理器201和本公开的实施例中任一项所述的检测器100，处理器201，被配置为根据检测器中的待检测物质的预定参数、待检测物质中的电流以及预定检测点的电位确定待检测物质的浓度。具体说来，检测器100用于承载待检测物质，当施加电压于待检测物质时，检测器100的薄膜晶体管处于导通状态，薄膜晶体管的源极和栅极之间有电流通过，根据薄膜晶体管的源极和栅极之间的电流确定待检测物质的一个预定检测点的电位，处理器201根据施加的电压、待检测物质的一个预定检测点的电位、待检测物质中的电流以及待检测物质的预定参数确定待检测物质的浓度。

本公开的实施例所提供的检测系统200基于薄膜晶体管阵列为设计原理，结构简单，且生产时可以做到较小的体积，使用便捷。

在一些实施例中，检测系统200还包括：电力发生器和电力检测器(图中未示出)；其中，电力发生器，被配置为向检测器100中的待检测物质施加电压，以使检测器100的薄膜晶体管导通；电力检测器，被配置为检测待检测物质中的电流以及预定检测点的电位。具体说来，电力发生器和电力检测器可以直接与处理器201连接，还可以通过通信模块(图中未示出)将获取到的信息发送给处理器201进行处理以确定待检测物质的浓度。

在一些实施例中，检测系统200还包括：显示器(图中未示出)，被配置为显示待检测物质的浓度，以便于用户读取。

在一些实施例中，检测器100为数个，数个检测器100集成于芯片上。由于检测器100的体积较小，因此可以集成于芯片上，数个检测器100集成于芯片上能够同时检测多种待检测物质的浓度，提高检测效率。

图4为根据本公开的实施例的物质浓度的检测方法的流程图，如图4所示，本公开的实施例还提供了一种物质浓度的检测方法，其应用本公开的实施例中任一项所述的检测器100或本公开的实施例中任一项所述的检测系统200，该检测方法包括如下步骤：

s101，获取空腔内的待检测物质的第一预定检测点的第一电位，其中，第一预定检测点为远离有源层的第一表面的检测点。

s102，获取待检测物质中的第一电流。

s103，确定待检测物质的第二预定检测点的第二电位，其中，第二预定检测点为靠近有源层的第一表面的检测点。

s104，根据待检测物质的预定参数、第一电位、第二电位及第一电流确定待检测物质的浓度。

具体实现时，如果上述物质浓度的检测方法是通过本公开提供的检测系统200进行检测，则可以采用检测系统200中的电力发生器对待检测物质施加电压，采用电力检测器来检测预定检测点的电位和待检测物质中的电流；如果上述物质浓度的检测方法仅使用了本公开提供的检测器进行检测，则可以采用其他外接的的电力设备来对待检测物质施加电压以及检测预定检测点的电位和待检测物质中的电流。

具体的，待检测物质的浓度与待检测物质的电阻率存在一定的关系，根据待检测物质的预定检测点间的电位差、电流以及预定参数能够得到待检测物质的电阻率，其中，当对本公开的实施例中所述的检测器100的空腔106中的待检测物质施加电压时，待检测物质中产生第一电流，检测器100的薄膜晶体管处于导通状态，薄膜晶体管的源极和漏极之间也会产生电流和电位，根据薄膜晶体管的源极和漏极之间产生的电位确定待检测物质的第二预定检测点的第二电位，进而得到待检测物质的预定检测点间的电位差，以得到待检测物质的浓度。

本公开的实施例所提供的物质浓度的检测方法根据待检测物质的预定检测点的电位、待检测物质中的电流以及预定参数确定待检测物质的浓度，较为便捷，且检测效率较高。

在一些实施例中，在步骤s103中，确定待检测物质的第二预定检测点的第二电位，包括：确定第一表面上第三预定检测点的第三电位，其中，第三预定检测点位于第一导电体103和第二导电体104之间；根据第三电位确定待检测物质的第二预定检测点的第二电位。具体说来，第三电位为检测器100的薄膜晶体管在导通状态时，其源极和漏极之间的第三预定检测点的电位，第三电位与第二电位相等。

在一些实施例中，确定第一表面上第三预定检测点的第三电位，包括：获取第一导电体103和第二导电体104之间的第二电流；根据预定电流电压对应关系和第二电流确定第三预定检测点的第三电位，其中，预定电流电压对应关系是根据检测器100的材料确定的。图5为根据本公开的实施例的检测器的预定电流电压关系的示意图，如图5所示，检测器100的薄膜晶体管的源极和漏极之间的电流(isd)与电压(vg)在导通状态和截止状态时均具有预定电流电压关系，在本公开的实施例中，第二电流即为薄膜晶体管在导通状态下的源极和漏极之间的电流(isd)，根据薄膜晶体管在导通状态预定电流电压对应关系和第二电流(isd)即可确定第三电位(vg)。具体说来，检测器100的薄膜晶体管的材料与预定电流电压对应关系具有相关性，在本实施例中，根据检测器100的缓冲层107的材料、绝缘层105的材料和有源层102的材料确定预定电流电压对应关系。

在一些实施例中，根据待检测物质的预定参数、第一电位、第二电位及第一电流确定待检测物质的浓度，包括：根据待检测物质的预定参数、第一电位、第二电位及第一电流确定待检测物质的电阻率；根据电阻率和预定常量确定待检测物质的浓度。具体说来，液体的电阻率ρ与液体的浓度n的关系可以表示为：ρ＝k/n(k为液体在温度不变时的常量)，并且，电阻率ρ还可以表示为：ρ＝(r*s)/l，其中，r表示电阻，s表示横截面积，l表示长度，进一步的，电阻r可以表示为，r＝u/i，在本公开的实施例中，待检测物质为液体，u为第一电位和第二电位的电位差，i为第一电流，即检测器100的薄膜晶体管在导通时源极和漏极之间的电流，预定参数包括液体的横截面积和液体的第一预定检测点到第二预定检测点之间的距离或能够得到液体的横截面积和液体的第一预定检测点到第二预定检测点之间的距离的参数，在此不做具体限定。

在一些实施例中，预定参数至少包括：第一预定检测点与第二预定检测点之间的距离以及第一预定检测点所在的待检测物质的第一平面与第二预定检测点所在的待检测物质的第二平面所围成的横截面积。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本公开做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本公开的保护范围内。