[发明专利]离子感测场效晶体管

说明书

技术领域

本发明是有关于一种场效晶体管，且特别是有关于一种离子感测场效晶体管(Ion-SensitiveFieldEffectTransistor，ISFET)。

背景技术

离子感测场效晶体管是BergveldPiet于公元1970年提出。离子感测场效晶体管主要是用以量测溶液中的离子浓度(如氢离子浓度)。在以离子感测场效晶体管对溶液的离子浓度进行量测的过程中，流经离子感测场效晶体管的电流会随着溶液中的离子浓度而改变。离子感测场效晶体管的元件设计概念主要源自于互补金氧半导体场效晶体管(MOSFET)，BergveldPiet发现将互补金氧半导体场效晶体管中的金属栅极移除并将其浸入溶液中，场效晶体管的通道电流会随着溶液中的氢离子浓度不同而有所变化，因此离子感测场效晶体管可用以量测溶液中的离子浓度。

针对溶液中的不同离子，离子感测场效晶体管可采用不同材质的感测薄膜方可进行该离子浓度的量测，由于溶液中的离子与感测薄膜的键结有其极限(感测极限)存在，因此如何突破离子感测场效晶体管的感测极限实为目前业界亟欲解决的议题之一。

发明内容

本发明提供一种离子感测场效晶体管，其具备高感测极限。

本发明的一种离子感测场效晶体管，其包括一载子阻陷迭层、一栅极、一通道层、一源极、一漏极以及一感测薄膜。栅极与通道层配置于载子阻陷迭层的二相对侧，源极以及漏极与通道层电性连接。感测薄膜配置于通道层上，且通道层位于载子阻陷迭层与感测薄膜之间。

在本发明的一实施例中，上述的载子阻陷迭层包括一第一介电层、一第二介电层以及一载子阻陷层，其中载子阻陷层配置于第一介电层与第二介电层之间。

在本发明的一实施例中，上述的栅极适于配置于一基板上，载子阻陷迭层覆盖栅极，通道层覆盖载子阻陷迭层，且源极与漏极覆盖部分的通道层。

在本发明的一实施例中，上述的通道层的材质例如为非晶硅。

在本发明的一实施例中，上述的离子感测场效晶体管可进一步包括一源极奥姆接触层以及一漏极欧姆接触层，源极欧姆接触层配置于源极与通道层之间，且漏极欧姆接触层配置于漏极与通道层之间。

在本发明的一实施例中，上述的离子感测场效晶体管可进一步包括一与源极电性连接的源极接触导体以及一与漏极电性连接之漏极接触导体。

在本发明的一实施例中，上述的离子感测场效晶体管，可进一步包括一保护层，此保护层覆盖源极、漏极以及通道层的一部分区域，且保护层具有一感测槽以将通道层的一部分区域暴露，而感测薄膜配置于感测槽所暴露出的通道层上。

在本发明的一实施例中，上述的感测槽为条状感测槽，且条状感测槽的延伸方向平行于栅极的延伸方向。

在本发明的一实施例中，上述的感测槽的深度大于1毫米，而感测槽的宽度大于5毫米。

在本发明的一实施例中，上述的保护层的厚度大于1毫米。

在本发明的一实施例中，上述的保护层包括一光刻胶层。

在本发明的一实施例中，上述的保护层包括一光刻胶层以及一元件封装层，其中光刻胶层覆盖源极、漏极以及通道层的部分区域，而元件封装层覆盖光刻胶层。

在本发明的一实施例中，上述的感测薄膜进一步覆盖源极以及漏极。举例而言，上述的感测薄膜包括一感测部分以及一感测部分，其中感测部分覆盖通道层的一部分区域，而保护部分覆盖源极以及漏极，且保护部分的厚度大于感测部分的厚度以于感测部分上方定义出一感测槽。

基于上述，本发明的离子感测场效晶体管具有载子阻陷迭层，且载子阻陷迭层可借由栅极的控制而使载子被阻陷于载子阻陷迭层中，被阻陷于载子阻陷迭层中的载子可以有效地提升离子感测场效晶体管的感测极限。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A是依照本发明第一实施例的离子感测场效晶体管的剖面示意图。

图1B是依照本发明第一实施例的离子感测场效晶体管的上视示意图。

图2A是依照本发明第二实施例的离子感测场效晶体管的剖面示意图。

图2B是依照本发明第二实施例的离子感测场效晶体管的上视示意图。

100、100’：离子感测场效晶体管

110：载子阻陷迭层

112：第一介电层

116：第二介电层

114：载子阻陷层

120：栅极

130：通道层

140S：源极

140D：漏极