[发明专利]一种基于拓展栅晶体管结构的表面电位测量方法

说明书

本发明属于仪器仪表技术领域，具体为一种基于拓展栅晶体管结构的表面电位测量方法。本发明的表面电位测量方法，采用如下部件构成的测试系统：电压源、电流表、晶体管、测试端；电压源用于给晶体管施加源漏偏压；电流表用于测试晶体管源漏偏压下的沟道电流；测试端与晶体管栅极电连接构成拓展栅晶体管结构，用于与待测物间产生静电感应；测试时，对晶体管施加恒定的源漏偏压，将待测物在垂直方向上靠近测试端；测量特定源漏偏压下测试端与待测物不同间距下晶体管源漏电流，经过数据拟合，即获得待测物的表面电位值。本发明方法操作简单，计算方便，精度可靠，可用于各类导体、半导体、绝缘体表面电位的测量。

技术领域

本发明属于仪器仪表技术领域，具体涉及一种基于拓展栅晶体管结构的表面电位测量方法。

背景技术

表面带电是日常生活及工业生产中的常见现象。各类导体、半导体及绝缘体材料及器件表面带电后对外展现表面电位(表面势)，如孤立的导电金属棒在接通电压源后会产生表面静电位；化纤衣服与人体摩擦、毛皮与玻璃摩擦等的摩擦生电，这都是表面电位的体现。不同的日常生活及工业生产活动对表面电位有着不同的要求，比如在高精度电学测试时，要求尽量降低周围环境物体表面电位对测试系统的影响，因而需要进行必要的接地处理；而在激光打印过程中，则需要对纸张进行静电处理，以便墨粉吸附在纸张表面。本发明开发了一种简单易操作的基于拓展栅晶体管结构的表面电位测量方法，可实现对各类导体、半导体、绝缘体表面电位的测量。

发明内容

本发明的目的在于开发一种简单易行的基于拓展栅晶体管结构的表面电位测量方法。

本发明提出的基于拓展栅晶体管结构的表面电位测量方法，采用如下部件构成的测试系统(如图1所示，其晶体管配置为底栅顶接触)：电压源、电流表、晶体管、测试端；其中：电压源用于给晶体管施加源漏偏压；电流表用于测试晶体管源漏偏压下的源漏电流；测试端通过导电线或其它导电带与晶体管栅极电连接构成拓展栅晶体管结构，用于与待测物间产生静电感应；该系统可以实现待测物表面电位的测量。

该系统中，测试端采用一导电片；其材质可为金属、导电聚合物、导电氧化物等导电材料；测试端面积大于100μm²，一般可为100μm²-1cm²。

该系统中，测试端与晶体管距离为1cm到2m，可调。

本发明中，所述测试端与待测物的间距可在1mm到10cm之间变化。

本发明中，晶体管配置可以为底栅顶接触，还可为底栅底接触、顶栅顶接触、顶栅底接触等。半导体层可由各类可构建晶体管器件的半导体材料，包括：硅半导体、氧化物半导体、有机半导体、二维半导体等。根据半导体材料的不同，半导体层的制备工艺也各不相同，如有机半导体可采用溶液法或真空热沉积法制备；氧化物半导体可采用真空方法或溶液法制备；等。介质层可采用各类具有绝缘性能的有机或无机材料制备。源漏栅电极可为各类金属、导电氧化物、导电聚合物等材料，可采用真空工艺或者打印工艺等各种可能的加工工艺制备。晶体管沟道可采用硬掩模或光刻等工艺制备。

测试时，对晶体管施加恒定的源漏偏压(例如5-15V)，将待测物在垂直方向上靠近测试端，由于静电感应，在测试端诱导出异号电荷，从而在远离测试端的栅极端感应出同号电荷，相当于在栅极上额外施加一栅极电压，从而调控源漏电流；测量特定源漏偏压下测试端与待测物不同间距下晶体管源漏电流，经过公式拟合，即获得待测物的表面电位值。

表面电位的测试原理如下：

对于晶体管器件本身，在理想情况且在饱和近似条件下，晶体管源漏电流I_ds可表示为公式(1)形式：