[发明专利]一种无结场效应晶体管式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种无结场效应晶体管式压力传感器及其制备方法，包括对称设于基片左右两端的源区和漏区，所述源区和漏区之间垂直设有若干条纳米线，且所述源区和漏区与所述纳米线的掺杂类型和浓度一致；所述纳米线上生长有介质包裹层，所述源区和漏区之间沿垂直于所述纳米线的方向设有压电栅条，所述压电栅条与所述纳米线之间通过所述介质包裹层相隔离，所述压电栅条由掺杂氧化锌制成，且所述掺杂氧化锌的掺杂类型与所述源区和漏区以及所述纳米线的掺杂类型相反，所述压电栅条上设有栅电极。以硅纳米线作为晶体管沟道，以氧化锌作为压电栅条，基于氧化锌与二氧化硅的良好兼容性，得到的压力传感器具有尺寸小、集成度高的优点。

技术领域

本发明涉及半导体微纳器件制作技术领域，具体涉及一种无结场效应晶体管式压力传感器及其制备方法。

背景技术

氧化锌是具有六方纤锌矿的Ⅱ—Ⅵ族半导体，由于它具有宽带隙、低介电常数及其优异的压电特性，多年来一直广泛应用于压电转换领域。压电式传感器通常以压电元件为核心构件，利用压电体的压电效应或逆压电效应工作。氧化锌晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，在晶体物质两端表面出现电性相反的等量束缚电荷，电荷面密度正比于外力；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变，晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这种特征使得氧化锌具有良好的压电特性，可以用来制备性能良好的压电式传感器。

已有的氧化锌晶体管式压力传感器，多采用氧化锌材料制造晶体管的沟道，栅极受到压力时，作为晶体管沟道的氧化锌纳米线可以通过压电效应将机械能转化为电信号，从而达到检测压力的目的。但是这种方法的缺点是氧化锌纳米线是通过气相沉积方法制备，之后再转移到基片制备晶体管，很难精确定位且制备的传感器尺寸相对较大，难以满足对集成电路日益增长的高集成度要求。

发明内容

本发明针对现有技术中晶体管式压力传感器存在的缺陷，提供一种无结场效应晶体管式压力传感器及其制备方法，以硅纳米线作为晶体管沟道，以氧化锌作为压电栅条，氧化锌栅条受到压力时，其与二氧化硅的接触界面会产生额外的电荷，从而引起沟道电场变化，能够调控沟道电流大小。

本发明采用如下技术方案：

一种无结场效应晶体管式压力传感器，包括对称设于基片左右两端的源区和漏区，所述源区和漏区之间垂直设有若干条纳米线，所述纳米线的左端与所述源区相接，所述纳米线的右端与所述漏区相接，且所述源区和漏区与所述纳米线的掺杂类型和浓度一致；所述纳米线上生长有介质包裹层，所述源区和漏区之间沿垂直于所述纳米线的方向设有压电栅条，所述压电栅条压设于所述纳米线上且所述纳米线嵌设于所述压电栅条的底部内，所述压电栅条与所述纳米线之间通过所述介质包裹层相隔离，且所述压电栅条与所述源区和漏区之间存在间隔，所述压电栅条由掺杂氧化锌制成，且所述掺杂氧化锌的掺杂类型与所述源区和漏区以及所述纳米线的掺杂类型相反，所述压电栅条上设有栅电极。

优选地，所述源区和漏区与所述纳米线的掺杂类型均为n型重掺杂，掺杂材料选自磷、砷或锑。

优选地，所述掺杂氧化锌的掺杂材料选自氮或银。

优选地，所述源区和漏区与所述纳米线均由SOI基片上的顶层硅掺杂后进行刻蚀得到。

优选地，所述介质包裹层的材料为二氧化硅。

优选地，所述源区由位于下部的源区导电台面和位于上部的源电极构成，所述漏区由位于下部的漏区导电台面和位于上部的漏电极构成。

所述的无结场效应晶体管式压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对SOI基片顶层硅采用离子注入的方式进行重掺杂；

步骤2：对步骤1掺杂后的SOI基片进行快速热退火，激活掺杂原子；

步骤3：在步骤2所得的SOI基片上，采用电子束刻蚀的方式制作源区导电台面、漏区导电台面以及所述纳米线；