[发明专利]场效应晶体管气体传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及场效应晶体管传感器的设计领域，特别涉及一种新型结构的场效应晶体管气体传感器及其制造方法。

背景技术

场效应晶体管是一种半导体组件，此类器件具有源电极、漏电极、栅电极与衬底电极四端。其中连接源电极与漏电极的沟道中流通的电流通过施加于栅电极的电压所产生的电场来控制。利用此原理通过在栅电极上制作不同的敏感物质来检测气体或者液体中的目标成分已经有30年左右的历史，很多利用场效应晶体管的原理制作的生物传感器产品也已经生产出成型产品。

虽然现在有很多利用场效应晶体管作为传感器的产品，但是这些产品仍然存在很多问题，比如，当今流行的基于金属氧化物敏感的场效应晶体管大多需要在其背面额外添加一个加热元件，这种设计在增加了功耗的同时，也增加了设计成本，从而极大地限制这类产品的应用领域；而对于采用顶栅悬空的理念设计的场效应晶体管，一方面加工困难，另一方面则容易导致顶栅的折断；对于采用有机材料敏感的场效应晶体管，由于其只有单一测试元件，很难满足当今对于智能多参数检测的要求。综上所述，设计一种既能在常温下工作(能够满足低功耗的要求)又能满足多测试要求的新型器件是非常有意义的。

发明内容

针对之前传感器产品功耗大、加工困难、物理稳定性差、检测范围小等缺点，本发明提供一种新型场效应晶体管气体传感器。

根据本发明的一个方面，提供了一种场效应晶体管气体传感器，包括至少两个场效应晶体管，所述至少两个场效应晶体管并列排布，串接排布，或者环状排布，并且以共源、共漏或共源且共漏中一种或者它们的组合连接，其中至少一个场效应晶体管的栅电极作为参考栅电极而不具有敏感膜，其余场效应晶体管的栅电极作为测试栅电极而具有敏感膜。

根据本发明的另一个方面，提供了制作上述传感器的方法，包括：

a)形成至少两个场效应晶体管，所述至少两个场效应晶体管并列排布，串接排布，或者环状排布，并且共源、共漏或共源且共漏，其中将所述至少两个场效应晶体管的栅电极形成为参考栅电极，并在其上形成保护层；

b)去除至少一个场效应晶体管的保护层和参考栅电极以露出栅介质层；

c)在露出的栅介质层上形成金属层，并进行高温退火处理；

d)在所述金属层上形成敏感膜。

本发明的另一方面提供了一种使用上述传感器进行测量的方法，其中通过分时控制参考栅电极和测试栅电极对敏感物质进行测量。

本发明提供的新型场效应晶体管气体传感器，可以通过改变场效应晶体管的连接方式、排布以及参考栅电极和测试栅电极的排列方式，对不同的物质进行检测，且具有功耗低、便于设计加工、物理稳定性好、检测范围灵活多变的特点。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的场效应晶体管气体传感器结构的剖面示意图；

图2为本发明的一个实施例的场效应晶体管气体传感器结构俯视图；

图3～图6为本发明的不同实施例的场效应晶体管气体传感器结构俯视图；

图7是使用图3所示实施例的气体传感器进行测量的示意图；

图8的流程图示例说明了制作气体传感器的方法；

图9a～图9c为制作气体传感器过程中不同阶段的剖面示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

本发明的一个方面提供了一种场效应晶体管气体传感器，包括至少两个场效应晶体管，所述至少两个场效应晶体管并列排布，串接排布，或者环状排布，并且以共源、共漏或共源且共漏中一种或者它们的组合连接，其中至少一个场效应晶体管的栅电极作为参考栅电极而不具有敏感膜，其余场效应晶体管的栅电极作为测试栅电极而具有敏感膜。

在一个实施例中至少两个测试栅电极具有不同的敏感膜。