[发明专利]一种化学场效应晶体管气敏传感器及其制造方法

权利要求书

1.一种化学场效应晶体管气敏传感器，具有至少一个场效应晶体管，其包括：

半导体衬底；

形成在半导体衬底上的源区、漏区；

形成在源区与漏区之间的衬底表面上的沟道区；

形成在沟道区上的绝缘层；以及

形成在绝缘层上的敏感层，其作为栅极；

其特征是，将相同和/或不同栅区面积、形状、沟道宽长比和/或栅区之下的绝缘层厚度的多个场效应晶体管组成传感器阵列；

气体富集器单元制作于基板之上，基板是绝缘材料或导体材料，气体富集器单元由导气槽、导气孔组成，封装时导气孔与传感器阵列的栅膜区相连形成气室，传感器阵列烧结或者粘结在基板上；

所述传感器阵列中，漏区与源区分别呈矩阵排列，每四个相邻漏区连线构成的矩形的中心位置设置一个源区，每四个相邻源区连线构成的矩形的中心位置设置一个漏区；每一列或行的源区分别通过金属引线电性连接构成源极列或行；每一列或行的漏区也分别通过金属引线电性连接构成漏极列或行；以及在相邻的源极列或行与漏极列或行之间沟道区上形成栅膜区。

2.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：沟道的掺杂使开启电压调整到任意需要的负电压、零电压或者正电压。

3.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：绝缘层为自下至上二氧化硅层/氮化硅层双层结构，或者为二氧化硅层单层结构。

4.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：敏感层在绝缘层上，通过敏感层功函数变化影响场效应管阈值电压变化。

5.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：场效应晶体管根据阈值电压变化及一定源漏电压下的源漏电流变化实现对待测气体种类以及浓度的检测。

6.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：气体富集器单元具有多个导气孔和导气槽；多个导气孔呈阵列排布，导气孔的外部与导气槽相连；导气孔的每个角各通过一根导气槽与相邻导气孔相连。

7.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：对传感器阵列输出敏感信息的识别通过算法实现，算法包括但不限于两层以上的自学习神经网络自学习算法和模拟退火算法。

8.一种化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，其特征是，在半导体衬底上形成相同和/或不同栅区面积、形状、沟道宽长比和/或栅区之下的厚度的多个场效应晶体管，多个场效应晶体管组成传感器阵列；

在基板上制作气体富集器单元，基板是绝缘材料或导体材料，气体富集器单元由导气槽、导气孔组成，封装时导气孔与传感器阵列的栅膜区相连形成气室，将传感器阵列烧结或者粘结在基板上；

所述化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法包括以下步骤：

(1)在半导体衬底上生长场氧化层；

(2)光刻隔离环；

(3)磷扩散形成源区、漏区；

(4)光刻有源区及源、漏孔区；

(5)薄氧，腐蚀SiO₂层；

(6)调整沟道掺杂，进行硼注入；

(7)形成绝缘层；

(8)绝缘层上沉积敏感材料，形成敏感层，将其作为栅极；

(9)在敏感层光刻接触引线孔；

(10)在敏感层溅射金属；

(11)光刻引线，合金钝化，光刻键合点；

其中，在步骤(3)形成源区、漏区的步骤中，传感器阵列的漏区与源区形成为分别呈矩阵排列，每四个相邻漏区连线构成的矩形的中心位置设置一个源区，每四个相邻源区连线构成的矩形的中心位置设置一个漏区；在步骤(8)中，在相邻的一列源区与漏区之间沟道区上沉积敏感材料，形成敏感层，敏感层沿着相邻的一列源区与漏区之间沟道区蜿蜒设置，形成栅膜区；在步骤(9)中，在源区、漏区上形成接触引线孔；以及在步骤(10)-(11)中，形成多条金属引线，其中每一列的源区分别通过一条金属引线电性连接形成源极列；每一列的漏区也分别通过一条金属引线电性连接形成漏极列。