[发明专利]氮化镓基液体传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件和传感器的技术领域，特别涉及一种氮化镓基液体传感器及其制备方法。

背景技术

液体传感器有着广泛的应用，如在军事医学中，在苛刻的战争条件下进行快速血液分析；在工农业生产中，可对高分子聚合物、pH值、蛋白分子和某种特定官能团等进行检测与分析；在环境保护中，可对水环境中的有害离子种类和浓度进行检测。随着半导体和微电子技术的发展，半导体液体传感器成为各国的研究热点之一。传统的Si、GaAs等半导体材料研制而成的传感器，化学稳定性较差、响应时间长，而且不能工作在高温、辐射等恶劣环境中，限制了半导体传感器的发展和应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高化学稳定性、高灵敏度和适于工作在恶劣环境的氮化镓基液体传感器及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明一个方面，提供的一种氮化镓基液体传感器，包括：欧姆接触电极、表面钝化层、肖特基接触电极及半导体衬底；

所述半导体衬底外延上生长有AlGaN/GaN异质结材料结构；

所述表面钝化层设置在所述欧姆接触电极及肖特基接触电极之间；

所述欧姆接触电极、表面钝化层、肖特基接触电极分别设置在所述AlGaN/GaN异质结材料结构上表面。

进一步地，所述AlGaN/GaN异质结材料结构包括：

GaN层、AlN插入层及AlGaN层；

所述AlGaN层上表面设有所述欧姆接触电极、表面钝化层及肖特基接触电极；

所述AlGaN层依次通过AlN插入层、GaN层与所述半导体衬底连接。

进一步地，所述欧姆接触电极为圆形电极，直径为100-200um。

进一步地，所述表面钝化层为环形结构，宽度为20-40um。

进一步地，所述GaN层的厚度为2-3um；

所述AlN插入层的厚度为1-2nm；

所述AlGaN层的厚度为22-25nm，Al组分为23-26%。

本发明的另一个方面，提供一种氮化镓基液体传感器制备方法，包括：先采用金属有机物汽相外延方法在半导体SiC衬底外延上生长AlGaN/GaN异质结材料结构；

再采用电子束蒸发工艺在AlGaN/GaN异质结材料结构上沉积Ni/Au金属层作为肖特基电极；

再采用电子束蒸发工艺沉积Ti/Al/Ti/Au金属层作为欧姆接触电极；

最后采用等离子体增强化学汽相沉积的方法在两个电极之间的环形部分生长SiN_X薄膜作为表面钝化层。

进一步地，所述AlGaN/GaN异质结材料结构包括GaN层、AlN插入层及AlGaN层；

所述欧姆接触电极、表面钝化层及肖特基接触电极设置在所述AlGaN层上表面；

所述AlGaN层依次通过AlN插入层、GaN层与所述半导体衬底连接。

进一步，所述欧姆接触电极的制作在氮气保护下快速退火完成。

进一步地，所述欧姆接触电极为圆形电极，直径为100-200um；

所述表面钝化层为环形结构，宽度为20-40um。

进一步地，所述GaN层的厚度为2-3um；

所述AlN插入层的厚度为1-2nm；

所述AlGaN层的厚度为22-25nm，Al组分为23-26%。

本发明提供的一种氮化镓基液体传感器及其制备方法，结合AlGaN/GaN材料体系所具有的高化学稳定性、高极化2DEG浓度、无毒环保、耐高温、便于系统集成等优点，研制出性能优异的液体传感器，在国家安全、环境保护、医疗卫生、食品安全等领域都具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种氮化镓基液体传感器的俯视图；

图2为图1所示结构的剖视图；

图3为图1所示结构在乙醇和丙酮溶液中的响应曲线示意图；

图4为图1所示结构在丙酮溶液中的时间响应曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案和优点描述的更清晰，以下结合具体的实施例及附图加以说明。