[发明专利]用于痕量甲醛气体检测的栅极敏感型FET气体传感器阵列及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于痕量甲醛气体检测的栅极敏感型FET气体传感器阵列，包括：阵列基板；在阵列基本表面通过半导体工艺制备的多个甲醛气体传感器，所述甲醛气体传感器为栅极敏感型传感器，并且多个甲醛气体传感器成周期性分布；其中，所述栅极敏感型传感器包括以碳纳米管作为沟道的FET传感器，依次包括：碳纳米管(CNT)构成的沟道层；位于沟道层上方的介电层；位于沟道层两侧并分隔开的源极以及漏极，介电层位于源极与漏极之间；以及位于源极与漏极之间并形成于介电层上方的敏感层，作为栅极，所述敏感层为连续分布的贵重金属敏感层。本发明的栅极敏感型FET气体传感器阵列，可在气体种类繁多的复杂环境下，例如常见的空气环境中，实现对痕量甲醛气体进行精准检测。

技术领域

本发明涉及甲醛传感器技术领域，具体而言涉及一种用于痕量甲醛气体检测的栅极敏感型FET气体传感器阵列及其制备方法。

背景技术

甲醛(HCHO)广泛存在于建筑材料、装饰材料、木质家具和地毯中，是室内环境挥发性有机化合物(VOCs)中最重要的污染物之一，被认为是致病建筑综合征(SBS)的主要原因。甲醛是一种高度危险的挥发性有机化合物(VOC)气体，会引起皮肤中毒、白血病和呼吸系统癌变等危害。脲醛树脂作为日常装修材料中的一种重要粘合剂，会在数十年的时间里缓慢释放出甲醛气体。根据我国《居室空气中甲醛的卫生标准》规定，居室空气中甲醛的最高容许浓度为 0.08mg/m³(～80ppb)。随着生活水平的提高，对室内空气中HCHO气体的有效检测和降解的需求已经变得非常迫切。

目前，电阻型半导体气体传感器因成本低廉、制造简单、灵敏度高等优点，已经成为产量最大、应用范围最广的一类气体传感器。国内外科研工作者针对单一的HCHO等室内装修污染主要有害气体，开展了高性能电阻型气体传感器的研究工作。然而，在复杂气体环境下对痕量HCHO气体精准检测的研究还鲜有报道，这是因为电阻型气体传感器对不同气体存在响应相似的缺点，具有较高的交叉敏感性，其本质原因在于电阻型器件的参数过于单一，只能依托电阻率反映气体对敏感材料的影响，而气体种类和浓度的改变都会造成电阻率的变化，制约了传感器对气体种类和浓度的分类识别和精准检测。

尽管通过对敏感材料纳米化或表面功能化等技术可提高对单一气体的敏感特性，但在检测ppb级别痕量气体时，其响应信号较小，易受到其他气体等因素的干扰，且需要较大的工作电流或电压才能实现对其微弱信号的检测。该类电阻型气体传感器从原理上难以提高在多组分复杂气体环境中的适用性与可靠性，制约了气体传感器在复杂气体环境下对痕量甲醛气体检测的实际应用，其主要障碍在于电阻率是传感器评价选择特性、灵敏特性等气敏性能的唯一参数和表现形式。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于痕量甲醛气体检测的栅极敏感型FET气体传感器阵列及其制备方法，在气体种类繁多的复杂环境下(例如常见的空气环境)中，实现对痕量甲醛气体进行精准检测。

根据本发明的第一方面提出一种用于痕量甲醛气体检测的栅极敏感型FET气体传感器阵列，包括：

阵列基板；

在阵列基本表面通过半导体工艺制备的多个甲醛气体传感器，所述甲醛气体传感器为栅极敏感型传感器，并且多个甲醛气体传感器成周期性分布；

其中，所述栅极敏感型传感器包括以碳纳米管作为沟道的FET传感器，依次包括：

碳纳米管(CNT)构成的沟道层；

位于沟道层上方的介电层；

位于沟道层两侧并分隔开的源极以及漏极，介电层位于源极与漏极之间；以及

位于源极与漏极之间并形成于介电层上方的敏感层，作为栅极，所述敏感层为连续分布的贵重金属敏感层，敏感层的厚度为1nm～10nm。

优选地，所述介电层为氧化钇介电层，其厚度在6nm～12nm之间。