[实用新型]碳基场效应晶体管传感器

说明书

本实用新型涉及场效应管领域，公开一种碳基场效应晶体管传感器，包括：位于底层的栅极；位于栅极的一侧的第一介质层；位于所述第一介质层背离所述栅极一侧表面的碳纳米管层；位于所述碳纳米管层背离所述第一介质层一侧表面的第二介质层；位于所述第二介质层背离所述碳纳米管层一侧表面的铁电材料层、源极与漏极，所述铁电材料层设置在源极与漏极之间、并与源极与漏极分别电连接；以及位于铁电材料层背离第二介质层一侧表面的敏感层；其中，所述敏感层作为传感器探针，被设置成包括用于探测待测对象的敏感材料。本实用新型通过铁电层与碳纳米管的界面处累积的电荷所产生的电场对碳纳米管的沟道形成影响，提高传感器的响应灵敏度。

技术领域

本实用新型涉及晶体管技术领域，尤其是场效应管（FET，Field EffectTransistor），具体而言涉及一种基于铁电极化效应的碳基场效应晶体管传感器（CNT-FET）。

背景技术

碳纳米管场效应晶体管（CNT-FET），是一种基于碳基场效应、并以碳纳米管构成沟道材料的新型晶体管，利用碳纳米管的小尺寸、高载流子迁移率、栅-沟道耦合效率高的特性，其对外界的电扰动非常敏感，基于这一特性，在栅极修饰敏感材料作为探针形成不同功能的半导体传感器，即碳基场效应晶体管传感器，如图1所示，具有极佳的栅调控能力，通过探针可以将待测对象的理化信息转换成电扰动信号，而CNT-FET的沟道材料——碳纳米管对外界电扰动十分敏感，表现为沟道载流子浓度变化（可近似为P掺杂或者N掺杂），最终反映为传感器的工作电流的变化，从而得到待测物的理化指标，如图2所示为现有碳基FET生物传感器响应信号示意图，随着待测物浓度的提升，器件在饱和区的工作电流逐渐增大，通过电信号可得到生物分子的浓度信息。

结合图2所示，我们看到碳基FET生物传感器在饱和区工作，响应灵敏度远低于亚阈值区，而基于传统的FET器件结构，引起碳基FET生物传感器亚阈值区的电流变化的因素十分复杂，几乎无法通过电流变化获得响应信号。

现有技术文献：

专利文献1：CN109326714A碳纳米管场效应管的制备方法、制备装置及电子器件

专利文献2：CN108023016A 薄膜晶体管的制备方法

专利文献3：CN111370578A 放生晶体管结构及其特征时间的控制方法

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于铁电极化效应的碳基场效应晶体管传感器，通过铁电层与碳纳米管的界面处累积的电荷所产生的电场对碳纳米管的沟道形成影响，提高传感器的响应灵敏度。

为实现上述目的，本实用新型的第一方面提出一种碳基场效应晶体管传感器，包括：

位于底层的栅极；

位于栅极的一侧的第一介质层；

位于所述第一介质层背离所述栅极一侧表面的碳纳米管层；

位于所述碳纳米管层背离所述第一介质层一侧表面的第二介质层；

位于所述第二介质层背离所述碳纳米管层一侧表面的铁电材料层、源极与漏极，所述铁电材料层设置在源极与漏极之间、并与源极与漏极分别电连接；以及

位于铁电材料层背离第二介质层一侧表面的敏感层；

其中，所述敏感层作为传感器探针，被设置成包括用于探测待测对象的敏感材料。

优选地，所述第一介质层和第二介质层作为栅极介质层，均采用高k介质层。其中，所述第一介质层和第二介质层均为薄膜介质层。

优选地，所述铁电材料层的厚度为6nm-12nm。尤其优选地，所述铁电材料层的厚度为8nm-10nm。其中，所述铁电材料层被设置成工作在晶体极化饱和区间。