[发明专利]一种应用于高灵敏度气体传感器的场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种应用于高灵敏度气体传感器的场效应晶体管，包括导电沟道、源区、漏区、栅极氧化层、源极、漏极、栅极；所述导电沟道由三层纵向异质结构组成，从下至上依次为WSe₂、BN、BP；导电沟道的上下表面分别设有栅极氧化层；栅极氧化层外表面沉淀有金属电极，作为栅极。该场效应管用于气体传感器灵敏度高，稳定性好。

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管，特别是涉及一种应用于高灵敏度气体传感器的场效应晶体管。

背景技术

原子级薄的二维(2D)材料是实现超级的理想气体传感材料低检测限，由于高表面积比，低电子噪声和敏感性可调费米能级。然而，2D材料对周围环境的敏感性可能由于它们中的大多数使用，因此也严重降低了传感装置的长期稳定性与传感材料和传导材料相同的二维材料薄片。

2D材料最有前景的应用领域之一就是它气体传感领域。该机制通常基于气体之间的电荷转移分子和二维材料改变二维材料的阻力。高2D材料的表面-体积比和载流子迁移率导致超高感测信号噪声比，将检测限降低到单分子水平。石墨烯是最早用于气体传感的二维材料之一，但其零bandgap限制了它的潜在应用。除了石墨烯，他新兴的2D材料，例如二硒化钨(WSe₂)和黑磷(BP)也被开发用于气体传感目的。至于WSe₂，原始单层，多层和缺陷已经研究了功能化的材料，其报道具有高灵敏度并且很好地回收到NO₂和NH₃。BP是另外有希望的气体传感器的候选者，通过理论分析预测具有大的键合能量转向NO₂和NH₃。上述基于2D材料的气体传感器主要是场效应晶体管(FET)使用2D材料作为传导和传感通道。然而，这种配置遭受长期稳定性问题，因为积累了二维材料通道表面上不需要的分子的吸附会逐渐降低许多文献报道的设备数字。而且，典型的用于钝化2D材料的方法不适用于感测目的，因为它们通过介电材料封装2D材料以将其与周围环境隔离。因此，希望找到一种保持装置长期稳定性的装置对气体分子的敏感性高。

一种有希望的方法是分离传感通过采用所谓的化学栅极结构，来自FET导电沟道的沟道。该结构使用顶栅电极代替传导通道作为化学物质传感通道，已广泛应用于传统硅和纳米线FET气体传感器。然而，化学栅结构在二维材料FET中的应用是很少报道。

发明内容

发明目的：针对现有技术中气体传感器的不足，本发明提供一种应用于高灵敏度气体传感器的场效应晶体管，对气体分子的敏感性高，装置的稳定性好。

技术方案：本发明提供了一种应用于高灵敏度气体传感器的场效应晶体管，包括导电沟道、源区、漏区、栅极氧化层、源极、漏极、栅极；所述导电沟道由三层纵向异质结构组成，从下至上依次为WSe₂、BN、BP；导电沟道的上下表面分别设有栅极氧化层；栅极氧化层外表面沉淀有金属电极，作为栅极。

为了使生成的氧化层非常致密而且结构稳定，所述栅极氧化层(4)采用原子沉积法进行沉积。

所述纵向异质结构的WSe2、BN、BP三种材料均为二维结构。不同的二维材料堆叠而成的范德华异质结可获得优异的光电性质，可以降低器件的亚阈摆值，提高电子迁移率。且二维材料强度大、柔韧性好。

所述WSe₂、BN、BP材料均为单层。二维材料强度大、柔韧性好，具有的超薄结构可以缩小场效应管尺寸。

为了使异质结结构更为稳定，所述纵向异质结构的底部衬底为Si/SiO₂。Si/SiO₂衬底可以固定WSe₂、BN、BP三种材料的异质结构从而使异质结更加稳定。

所述金属电极为Ti和Au。