[发明专利]一种具有复合绝缘结构的FET式气体传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种具有复合绝缘结构的FET式气体传感器及其制备方法，属于微电子学范畴的气体传感器领域。

背景技术

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，高的灵敏度是器件的可靠性、抗干扰能力等性能的保障，因此，提高场效应晶体管(FET)式气体传感器灵敏度在实际应用中至关重要。

近年来，FET式气体传感器由于具有电阻式气体传感器所不具备的一些优势，作为另一种半导体气敏装置而得以迅速发展。FET的特点在于除了可用源漏极区域调控电流之外，还可以由独立的第三端栅电极控制，在栅电极偏压的作用下，敏感半导体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，形成仅有几个原子或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极区域间的迁移，因而与导电沟道相临的表面相对于半导体的其他表面对ET式气体传感器性能有更大的影响，因此，FET式气体传感器在各种气体探测中广受关注。传统的固态绝缘层FET式气体传感器在不同气体的暴露中，主要引起阈值电压的偏移，研究发现在这种结构下，阈值电压附近可以得到最大的灵敏度。2004年，研究人员设计出新型FET式气体传感器，将空气、氮气等气体作为有机单晶FET的绝缘层，结果显示该新型FET式气体传感器显示出良好的FET性能。2013年，汤庆鑫课题组构筑了气体绝缘层型的CuPc纳米带FET式气体传感器并用于检测SO₂气体，该FET式气体传感器与传统的固态绝缘层的FET式气体传感器相比，被测气体可以直接与导电沟道相互作用从而大大提高器件的灵敏度等性能，实验结果也显示该FET式气体传感器在被测气体中暴露时，阈值电压几乎不变而迁移率大大提高，引起灵敏度的提升。

虽然以上两种不同的FET式气体传感器气敏机理不同，但是均能够提高FET式气体传感器的灵敏度。然而到目前为止，还没有研究报道将两种FET式气体传感器结合进而能够提高灵敏度的FET式气体传感器。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高灵敏度的具有复合绝缘结构的FET式气体传感器及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种具有复合绝缘结构的FET式气体传感器，其特征在于，该FET式气体传感器包括栅电极、第一支撑层、第二支撑层、源极区域、漏极区域和微纳单晶半导体，其中，所述第一支撑层的宽度大于所述源极区域的宽度；所述栅电极顶部两侧分别固定设置所述第一支撑层和第二支撑层，所述第一支撑层顶部粘贴固定所述源极区域，所述第一支撑层与所述源极区域内端部不平齐，且所述第一支撑层内部长于所述源极区域的部分为固态绝缘层，所述源极区域底部内侧开设有第一凹槽；所述第二支撑层顶部粘贴固定所述漏极区域，所述第二支撑层与所述漏极区域内端部平齐，所述漏极区域底部内侧开设有第二凹槽；所述微纳单晶半导体固定设置在所述第一支撑层和第二支撑层顶部，且所述微纳单晶半导体的两端分别插设在所述第一凹槽和第二凹槽内，所述栅电极顶部、所述第一支撑层与第二支撑层之间的间隙以及所述微纳单晶半导体底部形成的空腔构成空气间隙绝缘层。

一种具有复合绝缘结构的FET式气体传感器，其特征在于，该FET式气体传感器包括栅电极、第一支撑层、第二支撑层、源极区域、漏极区域和微纳单晶半导体，其中，所述第一支撑层的宽度大于所述源极区域的宽度，所述第二支撑层的宽度大于所述漏极区域的宽度；所述栅电极顶部两侧分别固定设置所述第一支撑层和第二支撑层，所述第一支撑层顶部粘贴固定所述源极区域，所述第一支撑层与所述源极区域内端部不平齐，且所述第一支撑层内部长于所述源极区域的部分为固态绝缘层，所述源极区域底部内侧开设有第一凹槽；所述第二支撑层顶部粘贴固定所述漏极区域，所述第二支撑层与所述漏极区域内端部不平齐，且所述第二支撑层内部长于所述漏极区域的部分为固态绝缘层，所述漏极区域底部内侧开设有第三凹槽；所述微纳单晶半导体固定设置在所述第一支撑层和第二支撑层顶部，且所述微纳单晶半导体的两端分别插设在所述第一凹槽和第三凹槽内，所述栅电极顶部、所述第一支撑层与第二支撑层之间的间隙以及所述微纳单晶半导体底部形成的空腔构成空气间隙绝缘层。

优选地，所述栅电极采用导电衬底或顶部设置有导电材料的绝缘衬底。