一种提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高传感器灵敏度的方法，特别是关于一种在微电子领域中使用 的提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，场效应晶体管(FET)式气体传感器由于具有电阻式器件所不具备的一些优 势，作为另一种半导体技术而得以迅速发展。FET特点在于除了可用源漏电极调控电流之 外，还可以由独立的第三端栅极控制。在栅极偏压的作用下，材料体内的载流子都被吸引到 半导体与绝缘层之间的界面，形成仅有几个原子/分子层厚度的导电沟道，半导体中的载流 子主要通过此导电沟道来实现源漏电极间的迀移，因而和导电沟道相临的表面相对于半导 体的其他表面对器件性能有更大的影响。因此，FET式气体传感器在各种气体探测中广受关 注。
[0003] 在气体传感器的研究和应用中主要的有三个基本参数:灵敏度(sensitivity)、选 择性（8616(：1：；^；^7)和稳定性（8七313；[1；^7)，通常人们习惯称为"35"技术，其中灵敏度是最 重要的参数之一。因此，提高FET式气体传感器灵敏度在实际应用中至关重要。通常提高FET 式气体传感器灵敏度的方法有很多种，比如，调节传感器工作温度，即加热;对材料进行表 面修饰或者采用新型传感器结构等。但这些方法都会在某种程度上提高能耗或制作成本。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法，其操作 简便，无需改变场效应晶体管式气体传感器器件结构，也不需要进行材料修饰。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种提高场效应晶体管式气体传感 器灵敏度的方法，其特征在于它包括以下步骤:1)制备半导体材料，然后制作场效应晶体管 气体传感器;2)把场效应晶体管气体传感器放入气体中；3)通过测试仪获得场效应晶体管 气体传感器的转移曲线;4)在场效应晶体管传感器的转移曲线中，通过计算获得在同一浓 度气体，不同栅极偏压下，场效应晶体管式气体传感器的灵敏度S;5)在相同浓度的气体中， 选取场效应晶体管气体传感器的灵敏度最高所对应的栅极偏压。
[0006] 优选地，所述步骤1)中，场效应晶体管气体传感器采用顶栅极结构的场效应晶体 管式气体传感器或底栅极结构的场效应晶体管式气体传感器。
[0007] 优选地，所述步骤4)中，在同一浓度气体，不同栅极偏压下，场效应晶体管式气体 传感器的灵敏度-/^//% χΙΟ?/^其中，/鸣表不场效应晶体管气体传感器在N〇2 中的源漏电流;心2表示场效应晶体管气体传感器在高纯氮中的源漏电流。
[0008] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用提高场效应晶体 管式气体传感器灵敏度的方法，不用改变场效应晶体管式气体传感器结构，就可以提高其 灵敏度。2、本发明采用提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法，不需要复杂的工艺 流程，只需要根据场效应晶体管式气体传感器的转移曲线来确定最优化栅极偏压。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明顶栅极结构的场效应晶体管式气体传感器整体结构示意图；
[0010] 图2是本发明底栅极结构的场效应晶体管式气体传感器整体结构示意图；
[0011] 图3是本发明场效应晶体管传感器对不同浓度N02的转移曲线示意图；其中，源漏 电压为-15V，实线表不N2,实心圆表不lppm的N〇2,实心三角表不2ppm的N〇2,实心四边形表不 5ppm的N〇2，空心圆表示lOppm的N〇2，空心三角表示20ppm的N〇2;
[0012] 图4是本发明lppm的N〇2中，栅极偏压与灵敏度变化曲线示意图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0014] 本发明提供一种提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法，其具体步骤如 下：
[0015] 1)制备半导体材料，然后制作场效应晶体管气体传感器；
[0016] 2)把场效应晶体管气体传感器放入气体中；
[0017] 3)通过测试仪获得场效应晶体管气体传感器的转移曲线；
[0018] 4)在场效应晶体管传感器的转移曲线中，通过公式（1)，获得在同一浓度气体，不 同栅极偏压下，场效应晶体管式气体传感器的灵敏度S;
[0019] 'M/、,,」-/、)"、X 瞧 ⑴
[0020] 其中，7碼表不场效应晶体管气体传感器在N〇2中的源漏电流；仏表不场效应晶体 管气体传感器在高纯氮中的源漏电流。
[0021 ] 5)在相同浓度的气体中，选取场效应晶体管气体传感器的灵敏度最高所对应的栅 极偏压，该栅极偏压提高场效应晶体管气体传感器的灵敏度。
[0022] 上述步骤1)中，如图1、图2所示，场效应晶体管气体传感器可以采用顶栅极结构的 场效应晶体管式气体传感器或底栅极结构的场效应晶体管式气体传感器。
[0023] 顶栅极结构的场效应晶体管式气体传感器由绝缘衬底1、栅极2、气敏材料层3、源 漏电极4、栅极固态绝缘层5构成。最底层是绝缘衬底1，绝缘衬底1上部设置有气敏材料层3， 气敏材料层3上部设置有栅极固态绝缘层5,栅极固态绝缘层5的两侧各设置有一个源漏电 极4，栅极固态绝缘层5上部设置有栅极2。
[0024] 底栅极结构的场效应晶体管式气体传感器由栅极2、气敏材料层3、源漏电极4和栅 极固态绝缘层5构成。最底层为栅极2,栅极2上部为栅极固态绝缘层5,栅极固态绝缘层5的 上部两侧各设置有一个源漏电极4,在源漏电极4中间设置有一个气敏材料层3。
[0025] 实施例，在N02气体中提高场效应晶体管气体传感器灵敏度的方法，其具体步骤如 下：
[0026] 1)采用物理气相输运的方式，制备酞菁铜的纳米结构，使用机械移动的方式把单 根酞菁铜纳米带放置在娃/二氧化娃上，用标准娃/二氧化娃片清洗工艺清洗玻璃衬底;其 中，单根酞菁铜纳米带宽度为300nm，二氧化娃厚度为300nm;
[0027] 2)制作场效应晶体管气体传感器，使用金片贴膜电极法制备源漏电极，并且同时 把酞菁铜和宏观电极连接，把连在宏观电极的器件通过金丝球焊机连线技术连接到芯片 上；
[0028] 3)通过质量流量计控制输送50〇SCCn^^N2，直到场效应晶体管气体传感器完全达 到稳定为止，通过半导体系数测量仪(Keithley 4200-SCS)测量场效应晶体管气体传感器 在N2中的转移曲线，；
[0029] 4)然后再输送N〇2,同时通过两个质量流量计来分别调节N2和N〇2,使实验中的气体 的总流量为500sccm;
[0030] 5)通过半导体系数测量仪(Keithley 4200-SCS)分别测量场效应晶体管气体传感 器在不同浓度的N02中的转移曲线，如图3所示;其中，测试饱和区转移曲线时，栅极偏压扫 描范围为-15V至10V之间；
[0031] 6)通过公式（1)获得在同一浓度气体，不同栅极偏压下，场效应晶体管式气体传感 器的灵敏度，如图4所示，在N0 2的浓度为lppm的中，栅极偏压在4V左右时，场效应晶体管气 体传感器灵敏度最高，且为1500 %。
[0032] 上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以 有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等 同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
【主权项】
1. 一种提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法，其特征在于:它包括以下步骤： 1) 制备半导体材料，然后制作场效应晶体管气体传感器； 2) 把场效应晶体管气体传感器放入气体中； 3) 通过测试仪获得场效应晶体管气体传感器的转移曲线； 4) 在场效应晶体管传感器的转移曲线中，通过计算获得在同一浓度气体，不同栅极偏 压下，场效应晶体管式气体传感器的灵敏度S; 5) 在相同浓度的气体中，选取场效应晶体管气体传感器的灵敏度最高所对应的栅极偏 压。2. 如权利要求1所述的一种提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法，其特征在 于:所述步骤1)中，场效应晶体管气体传感器采用顶栅极结构的场效应晶体管式气体传感 器或底栅极结构的场效应晶体管式气体传感器。3. 如权利要求1所述的一种提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法，其特征在 于:所述步骤4)中，在同一浓度气体，不同栅极偏压下，场效应晶体管式气体传感器的灵敏 度S:其中，表示场效应晶体管气体传感器在N02中的源漏电流;表示场效应晶体管气 体传感器在高纯氮中的源漏电流。
【专利摘要】本发明涉及一种提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法，它包括以下步骤：1)制备半导体材料，然后制作场效应晶体管气体传感器；2)把场效应晶体管气体传感器放入气体中；3)通过测试仪获得场效应晶体管气体传感器的转移曲线；4)在场效应晶体管传感器的转移曲线中，通过计算在获得同一浓度气体，不同栅极偏压下，场效应晶体管式气体传感器的灵敏度；5)在相同浓度的气体中，选取场效应晶体管气体传感器的灵敏度最高所对应的栅极偏压，该栅极偏压提高场效应晶体管气体传感器的灵敏度。本发明不用改变场效应晶体管式气体传感器结构，也不需要复杂的工艺流程，就可以提高场效应晶体管式气体传感器的灵敏度。
【IPC分类】G01N27/414
【公开号】CN105675692
【申请号】CN201610237370
【发明人】塔力哈尔·夏依木拉提, 李文亮, 彭敏, 冯艳, 谢宁
【申请人】塔力哈尔·夏依木拉提
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年4月14日