[发明专利]一种提高场效应晶体管式气体传感器灵敏度的方法

说明书

技术领域

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

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迁移， 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。

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(selectivity)和稳定性(stability)，通常人们习惯 称为“3S”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

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。

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。

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。

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S：其中，表示场效应晶体管气体传感器在NO₂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。

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

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；

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；

图3是本发明场效应晶体管传感器对不同浓度NO₂的转移曲线示意图；其中， 源漏电压为-15V，实线表示N₂，实心圆表示1ppm的NO₂，实心三角表示2ppm的 NO₂，实心四边形表示5ppm的NO₂，空心圆表示10ppm的NO₂，空心三角表示20ppm 的NO₂；

图4是本发明1ppm的NO₂中，栅极偏压与灵敏度变化曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

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：

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；