[发明专利]基于电场几何效应的微电流检测器件及微电流测量方法

说明书

基于电场几何效应的微电流检测器件及微电流测量方法，该检测器件包括本征半导体，在本征半导体上制作四个具有几何结构布局的欧姆接触型点电极：电极A、电极B、电极C、电极D；电极A、电极B，通入稳恒电流，用于在本征半导体内部形成非均匀电场分布；电极C、电极D，通入微电流并检测。本发明微电流检测器件设计结构简单，可有效地避免复杂结构引起的噪声干扰。本发明不仅有利于提高微弱电流检测精度，而且可集成于半导体薄膜材料微器件，有利于实现具备自检测功能的器件小型化。

技术领域

本发明属于微弱信号检测技术领域，具体涉及一种基于电场几何效应的微电流检测器件及微电流测量方法。

背景技术

随着电子科技的快速发展，微电流检测在各个领域有着越来越广泛地的应用。例如，在电子信息领域，电子器件的漏电流、暗电流检测技术；在生物领域，由细胞病变所引起的生物电流探测技术；在工程领域，由设备老化及电化学腐蚀引起的微电流检测及监控技术等。此外，在航天航空、国防科技、地质侦察、生物医疗、极端科技等广泛领域的电磁相关测量技术中起到不可或缺的重要作用。

微电流通常是指小于微安(10^-6A)量级以下的电流，即易被噪声淹没的电流信号。目前常用的测量微电流的仪器主要是各类运算集成放大器，通常是基于I-V转换法来实现微弱信号放大，其原理是：将直流微电流信号变换成模数转换器采样范围内的电压信号，通过测量电压值来表征直流微电流的大小。由于微电流属于微弱信号，对集成运放电路的降噪要求较高，而且对反馈电阻也有苛刻的要求。不仅如此，在放大捕获待测信号的同时，工频干扰、热噪声、电路失调等杂质信号也同时被放大，所以需要设计出相关的后续电路加以过滤、去除，因此电路设计复杂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于电场几何效应的微电流检测器件及微电流测量方法，该微电流检测器件设计结构简单，可有效地避免复杂结构引起的噪声干扰。本发明不仅有利于提高微弱电流检测精度，而且可集成于半导体薄膜材料微器件，有利于实现具备自检测功能的器件小型化。

本发明采取的技术方案为：

基于电场几何效应的微电流检测器件，该检测器件包括本征半导体，在本征半导体上制作四个具有几何结构布局的欧姆接触型点电极：电极A、电极B、电极C、电极D；

电极A、电极B，通入稳恒电流，用于在本征半导体内部形成非均匀电场分布；

电极C、电极D，通入微电流并检测。

所述电极A、电极B分别位于本征半导体的第一底边两角处，即两角有电流注入点电极的底边；

电极C、电极D位于以本征半导体的第二底边中垂线为对称线的两侧，即与第一底边的相对底边的中垂线为对称线的镜面对称两点位置，含两角处。

所述本征半导体形状没有特殊要求，只要能形成电场的非均匀分布即可。

所述电极A～电极D与本征半导体形成欧姆接触，电极A～电极D采用重掺杂方式或者采用低功函数金属作为点电极材料。其电极与本征半导体之间需形成欧姆接触，因此采用了低功函数金属铟In作为该器件的点电极材料。

本征半导体，实属一种没有显著掺杂物质的纯半导体单晶材料，具有高迁移率和高阻态的特征。本发明则采用本征硅半导体薄膜为演示实例。本征硅薄膜材料其电阻率为3000Ω· cm、晶向为n-Si100，迁移率为100cm²/V·s。高阻态半导体材料有利于将微电流信号转换为易测的电压信号。

基于电场几何效应的微电流测量方法，基于半导体薄膜材料的电场分布几何效应，由电极 A与电极B引入的半导体薄膜内部非均匀电场分布，能够增强由微电流引起的电极C与电极D两端的电压信号，电极C与电极D两端的电压信号与待测微电流之间成一定的比值关系。