半導體器件及其檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體領域，尤其涉及半導體器件，具體是指一種半導體器件及其檢 測方法。
【背景技術】
[0002] 待測物的性質對其中發(fā)生的物理化學過程有直接影響，特別是，例如在生物領域 中，電解質的離子活度及介電特性直接影響其中的生物過程，又例如在石油、潤滑油等領 ±或，其的裂化度對使用該石油、潤滑油的機械、裝置等的性能和耐久性及節(jié)能性有巨大的影 響。因此需要一種簡單且準確的裝置和方法實現(xiàn)對液體性質的檢測?，F(xiàn)有技術中通常使用 半導體器件對待測物進行檢測，具體如下：
[0003] 首先，請參閱圖1所示，為現(xiàn)有技術中的用于離子活度檢測半導體器件的結構示 意圖。其中包括半導體襯底B，以及位于所述的襯底上通過摻雜形成的源極S和漏極D，所 述的襯底B上設置有柵極絕緣層5,所述的柵極絕緣層5上設置有柵電極4,所述的柵電極4 上設置有離子敏感膜3,所述的離子敏感膜3與待測物2相接觸，在所述的待測物2中插設 有參比電極1，基于上述的結構，實現(xiàn)對待測物2中的離子活度的檢測其等效電路圖如圖2 所示，其中參比電極1與待測物2的接觸界面的電勢差為ΦΜΕ，待測物2與離子敏感膜3的 接觸界面形成的雙電荷層的電勢為VE：L，其中所述的離子敏感膜3與電解質及半導體部分 一起等效為第一電容6,所述的雙電荷層等效為第四電容10。
[0004] 上述的現(xiàn)有技術雖然在各個領域已經取得了較好的效果，但是仍然存在以下問 題：
[0005] (1)現(xiàn)有技術的半導體器件僅僅檢測待測物的離子活度，反映的信息太少，不能準 確描述待測物質性質，不便于后續(xù)深入研究；
[0006] (2)盡管現(xiàn)有技術的半導體器件也有對待測物電容的測定，但測試手段較為復雜， 準確性和重復性還需要優(yōu)化，且成本高，應用范圍受限。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種能夠簡化對待測物介電 常數的檢測、同時實現(xiàn)對待測物介電常數和待測物離子活度的檢測的半導體器件及其檢測 方法。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的半導體器件及其檢測方法具有如下構成：
[0009] 本發(fā)明的一種用于電容檢測的半導體器件，所述的半導體器件包括襯底、設置于 襯底上的源極、漏極，其主要特點是，所述的半導體器件還包括電容檢測部，所述的電容檢 測部至少包括第一離子敏感膜及與所述的第一離子敏感膜相同的第二離子敏感膜，所述的 第一離子敏感膜與所述的第二離子敏感膜之間設置有待測物，所述的第一離子敏感膜與所 述的襯底相連接，所述的第二離子敏感膜與柵電源相連接，所述的電容檢測部用以基于待 測物在所述的電容檢測部的填充，使得電容檢測部兩端的電容大小改變，從而所述的半導 體器件的閾值電壓改變。
[0010] 進一步地，所述的襯底與所述的第一離子敏感膜之間設置有柵極絕緣層，所述的 柵極絕緣層與所述的第一離子敏感膜之間設置有柵電極。
[0011] 更進一步地，所述的柵電極為一金屬層；或者所述的柵電極為設置于一絕緣層中 的數層互聯(lián)的金屬層，且所述的數層互聯(lián)的金屬層介于所述的柵極絕緣層以及所述的第一 離子敏感膜之間。
[0012] 進一步地，所述的襯底上還設置有柵極絕緣層，所述的柵極絕緣層上設置有柵電 極，所述的電容檢測部還包括梳齒電容，所述的梳齒電容包括第一組梳齒電極以及第二組 梳齒電極，所述的第一組梳齒電極均與所述的柵電極相連接，所述的第二組梳齒電極均與 柵電源相連接，所述的第一組梳齒電極包裹有第一離子敏感膜，所述的第二組梳齒電極包 裹有第二離子敏感膜，且所述的梳齒電容浸沒于所述的待測物中。
[0013] 本發(fā)明還涉及一種待測物的電容檢測的方法，其主要特點是，所述的方法為：
[0014] 在所述的柵電源和源極之間施加一恒定的第一電壓，且在所述的半導體器件的源 極和漏極之間施加一恒定的第二電壓；檢測在所述的漏極和所述的源極之間流過的電流以 獲取所述的待測物的電容；
[0015] 或者所述的方法為：
[0016] 在所述的柵電源和源極之間施加一恒定的第三電壓，且在所述半導體器件的源極 和漏極之間施加一恒定的第一電流，檢測所述的半導體器件的源極和漏極之間的電壓以獲 取所述的待測物的電容。
[0017] 本發(fā)明還涉及一種一種雙模式半導體器件，所述的雙模式半導體器件包括襯底、 設置于襯底上的源極、漏極，其主要特點是：
[0018] 所述的雙模式半導體器件還包括電容檢測部，所述的電容檢測部至少包括第一離 子敏感膜及與所述的第一離子敏感膜相同的第二離子敏感膜，所述的第一離子敏感膜與所 述的第二離子敏感膜之間設置有待測物，所述的第一離子敏感膜與所述的襯底相連接，所 述的第二離子敏感膜與柵電源相連接，所述的電容檢測部用以基于待測物在所述的電容檢 測部的填充，使得電容檢測部兩端的電容大小改變，從而所述的雙模式半導體器件的閾值 電壓改變；
[0019] 所述的待測物中插設有參比電極，用以根據所述的雙模式半導體器件的閾值電壓 的改變獲取所述的待測物的離子活度。
[0020] 進一步地，所述的襯底與所述的第一離子敏感膜之間設置有柵極絕緣層，所述的 柵極絕緣層與所述的第一離子敏感膜之間設置有柵電極。
[0021] 更進一步地，所述的柵電極為一金屬層；或者所述的柵電極為設置于一絕緣層中 的數層互聯(lián)的金屬層，且所述的數層互聯(lián)的金屬層介于所述的柵極絕緣層以及所述的第一 離子敏感膜之間。
[0022] 進一步地，所述的襯底上還設置有柵極絕緣層，所述的柵極絕緣層上設置有柵電 極，所述的電容檢測部還包括梳齒電容，所述的梳齒電容包括第一組梳齒電極以及第二組 梳齒電極，所述的第一組梳齒電極均與所述的柵電極相連接，所述的第二組梳齒電極均與 柵電源相連接，所述的第一組梳齒電極包裹有第一離子敏感膜，所述的第二組梳齒電極包 裹有第二離子敏感膜，且所述的梳齒電容浸沒于所述的待測物中。
[0023] 本發(fā)明還是涉及一種待測物電容和離子活度同時檢測的方法，其主要特點是，所 述的方法包括以下步驟：
[0024] (a)在所述的待測物中未插入參比電極時或者在插入所述的待測物中的參比電極 未通電時，檢測所述的待測物的電容；
[0025] (b)將所述的參比電極插設于所述的待測物中并給所述的參比電極通電，檢測待 測物的離子活度。
[0026] 進一步地，所述的步驟（a)具體為：
[0027] 在所述的雙模式半導體器件的柵電源和源極之間施加一恒定的第一電壓，且在所 述的雙模式半導體器件的源極和漏極之間施加一恒定的第二電壓；檢測在所述的漏極和所 述的源極之間流過的電流以獲取所述的待測物的電容；
[0028] 或者在所述的雙模式半導體器件的柵電源和源極之間施加一恒定的第三電壓，且 在所述的雙模式半導體器件的源極和漏極之間施加一恒定的第一電流，檢測所述的雙模式 半導體器件的源極和漏極之間的電壓以獲取所述的待測物的電容。
[0029] 進一步地，所述的步驟（b)具體為：
[0030] 在所述的參比電極上施加一恒定的第四電壓，在所述源極和漏極之間施加一恒定 的第五電壓，檢測在所述的漏極和所述的源極之間流過的電流以獲取所述的待測物的離子 活度；
[0031] 或在所述的雙模式半導體器件的源極和漏極之間施加一恒定的第二電流，在所述 的雙模式半導體器件的源極和參比電極之間施加一恒定的第六電壓，檢測所述的雙模式半 導體器件的漏極和源極之間的電壓以獲取所述的待測物的離子活度。
[0032] 采用了該發(fā)明中的用于電容檢測的半導體器件，解決了目前對電解質電容的檢測 通常需要復雜的驅動電路和信號處理電路，成本高，應用范圍很局限的問題，且本發(fā)明中的 用于電容檢測的半導體器件的結構簡單，應用范圍廣泛。
[0033] 采用了本發(fā)明中的雙模式的半導體器件，解決了現(xiàn)有技術中僅僅通過電荷變化檢 測待測物的離子活度的問題，提高了對待測物性質描述的準確性，有利于后續(xù)的研究，且其 結構簡單，準確度高，應用范圍廣泛。
【附圖說明】
[0034] 圖1為現(xiàn)有技術中用于離子活度檢測的半導體器件的結構示意圖。
[0035] 圖2為圖1的等效電路圖。
[0036] 圖3為本發(fā)明的用于電容檢測的半導體器件的第一具體實施例的結構示意圖。
[0037] 圖4為圖3的等效電路圖。
[0038] 圖5為本發(fā)明的用于電容檢測的半導體器件的第二具體實施例的結構示意圖。
[0039] 圖6為圖