[发明专利]基于钛酸锶/铝酸镧异质结的pH传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于钛酸锶/铝酸镧异质结的pH传感器，其结构包括：钛酸锶/铝酸镧异质结，以及蒸镀在LaAlO₃层上的两块接触电极，接触电极下方的LaAlO₃层被刻蚀掉，使得接触电极能直接接触到二维电子气，在两个接触电极之间留有感测区，感测区和接触电极之外的区域覆盖有保护层。本发明首次将氧化物异质结器件应用于溶液的pH值检测，器件采用无栅极单感测区设计，测试结果表明，器件对溶液pH值表现出良好的感测性能，且制备工艺简单，体积小，将在多领域具有广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种基于钛酸锶/铝酸镧异质结的pH传感器及其制备方法。

背景技术

目前商用pH值传感器大多采用玻璃材料，强度低、稳定性差且难以小型化和集成化。研发基于二维电子气的固态半导体pH值传感器有望克服以上难点，处于当前相关领域的研究前沿。近年新发现的铝酸镧/钛酸锶(LaAlO₃/SrTiO₃)异质结二维电子气具有与GaN/AlGaN等半导体异质结相比拟的高迁移率和电场可控能力，且具有更高的化学稳定性和制备工艺简捷及无毒等优势，在电子器件应用方面的潜力巨大。LaAlO₃/SrTiO₃界面二维电子气对门控电场的强敏感性为其实现pH值探测提供了理论基础。本发明设计了基于LaAlO₃/SrTiO₃界面二维电子气的pH值传感器原型器件，有助于拓展氧化物异质结的应用领域，开发出经济方便、可集成度高、生物兼容性好的新型pH值传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于钛酸锶/铝酸镧异质结的pH传感器，首次将氧化物异质结传感器应用于溶液pH值检测。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于钛酸锶/铝酸镧异质结的pH传感器，其结构包括：

一SrTiO₃衬底层；

一生长在SrTiO₃衬底层上的LaAlO₃薄膜层，所述LaAlO₃薄膜层与SrTiO₃衬底层之间形成二维电子气；

两块接触电极，所述接触电极位于LaAlO₃层的两端；

其特征在于：接触电极下方的LaAlO₃层被刻蚀掉，使得接触电极能直接接触到二维电子气，在两个接触电极之间留有感测区，感测区和接触电极之外的区域覆盖有保护层。

优选的，所述LaAlO₃层为5～10个晶胞的厚度。

优选的，所述保护层为SiN、SiO₂或Al₂O₃。

优选的，所述接触电极为Ti/Au。

本发明还公开了上述的基于钛酸锶/铝酸镧异质结的pH传感器的制备方法，其步骤包括：

(1)化学腐蚀法(BOE溶液快速腐蚀)处理(111)-SrTiO₃，形成表面原子级平整的SrTiO₃衬底；

(2)在SrTiO₃衬底上外延生长表面原子级平整的LaAlO₃薄膜层，厚度为5～10个原子厚度；

(3)对步骤(2)制得的外延片进行清洁，并在表面沉积SiN层；

(4)匀胶，曝光，显影，在外延片上形成电极图案；

(5)在带电极图案的外延片上应用RIE技术刻蚀掉电极区的SiN层和LaAlO₃层；