[发明专利]金刚石溶液栅场效应晶体管系统

说明书

本发明公开了金刚石溶液栅场效应晶体管系统及探测方法，包括金刚石溶液栅场效应晶体管和参考电极，金刚石溶液栅场效应晶体管和参考电极相互独立设置，用于间隔放置在海水中；金刚石溶液栅场效应晶体管和参考电极组成一电容；参考电极的外端用于与电压信号源相连接；金刚石溶液栅场效应晶体管用于与电压读取器相连接。该系统是利用电信号进行探测和通信，传播速度快，受水中干扰较小，可进行远距离的传播，因此降低了探测和通信距离的局限性，能实现远距离探测和通信。电信号的传输方式提高了探测灵敏度，可探测毫伏级的变化，缩短了延迟时间，其延迟时间在几个微秒。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及金刚石溶液栅场效应晶体管系统。

背景技术

由于声波可在水介质中远距离传播，一直被视为水下有效的信息载体，水声探测、通信、定位导航技术也一直是海洋领域的重点研究对象。然而一方面由于水介质的复杂性，声波在应用过程中受水面、水底、水中物体的反射声波和水中噪声干扰严重；另一方面，声波在水中传播速度低，时变空变严重，多普勒扩展严重，这些均限制了水声技术的发展，影响其探测、通信、定位导航的有效性和可靠性。

近年来，由于安静型潜艇和无人潜航器等安静型目标削弱了声学探测的优势，水声通信的速率、带宽、安全性致使水中平台、武器、预置无人系统的作战效能无法发挥到极致，美俄欧等国寄希望于非声探测、通信技术，加大了投资研发力度，希望成为水下声学手段的有力补充。

金刚石溶液栅场效应晶体管系统是基于电信号来进行目标探测与通信。金刚石化学稳定性高、电势窗口宽、不需要栅绝缘层，其沟道表面直接与电解质溶液接触，因此可获得更高的灵敏度、电解质溶液-金刚石界面间的静电电容高，为1-10μF/cm²，并且在界面间形成双电荷层。金刚石表面终端易改变，其多样的表面终端对各种目标有感应性，例如：H^-、DNA，并且金刚石具有许多非常优异的性能，如最高的禁带宽度、最高的热导率、最高的临界击穿场强、高的电子和空穴迁移率、高的杨氏模量、低的泊松比，以及在危险化学环境下的高耐腐蚀性，可工作在及其严峻的环境下，被誉为“终极半导体”。因此金刚石溶液栅场效应晶体管系统在水中通信及探测中具有很广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种金刚石溶液栅场效应晶体管系统，该系统是利用电信号进行探测和通信，传播速度快，受水中干扰较小，可进行远距离的传播，因此降低了探测和通信距离的局限性，能实现远距离探测和通信。电信号的传输方式提高了探测灵敏度，可探测毫伏级的变化，缩短了延迟时间，其延迟时间在几个微秒。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，包括金刚石溶液栅场效应晶体管和参考电极，金刚石溶液栅场效应晶体管和参考电极相互独立设置，用于间隔放置在海水中；金刚石溶液栅场效应晶体管和参考电极组成一电容；参考电极的外端用于与电压信号源相连接；金刚石溶液栅场效应晶体管用于与电压读取器相连接；

参考电极用于：在接收到变化的外源电压时，在海水中产生变化的电场；且所述电场在所述金刚石溶液栅场效应晶体管施加的电压值发生变化，并由所述电压读取器显示变化值；

或/且参考电极用于：在接收到外源电压时，在海水中产生电场；且当由异物进入所述金刚石溶液栅场效应晶体管和参考电极间时，引起海水中的电场强度发生改变，施加在所述金刚石溶液栅场效应晶体管的电压发生变化，并由所述电压读取器显示变化值。

进一步地，该金刚石溶液栅场效应晶体管包括金刚石衬底、单晶金刚石外延薄膜、漏极、源极、电阻和电源；单晶金刚石外延薄膜在金刚石衬底的表面上外延得到，在单晶金刚石外延薄膜上表面上间隔设有漏极和源极，源极和参考电极间形成电容；电阻的一端与漏极相连接，另一端与电源的正极导线连接；电源的负极与源极导线连接，源极还通过另一导线接地；电阻还用于与电压读取器相连接。