場效應(yīng)晶體管和包括多個(gè)場效應(yīng)晶體管的氣體檢測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明申請涉及場效應(yīng)晶體管和包括多個(gè)場效應(yīng)晶體管的氣體檢測器。
【背景技術(shù)】
[0002] 場效應(yīng)晶體(FET)是眾所周知的，其包括三個(gè)端子源、漏和柵。有很多不同種類的 具有各種結(jié)構(gòu)和制造方法的FET。
[0003] 就氣體傳感器而言，基于半導(dǎo)體材料的傳統(tǒng)的氣體傳感器器件采用兩個(gè)端子來測 量有或沒有氣體存在時(shí)的材料的阻抗。
[0004] 為了增強(qiáng)靈敏性和氣體特異性，這種器件必須在適度高的溫度下加熱。
[0005] 但是，加熱不僅僅限制了小型微芯片上的大規(guī)模集成，而且是主要成本，阻礙操作 且對電池的壽命要求高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種改進(jìn)的FET結(jié)構(gòu)以及該改進(jìn)的FET在改進(jìn)的氣體檢測器中的 應(yīng)用。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種場效應(yīng)晶體管，包括：
[0008] 源，所述源包括之間具有空隙的多個(gè)電極突起；
[0009] 漏，所述漏包括多個(gè)電極突起，所述漏的每個(gè)所述電極突起位于所述源的所述電 極突起之間的一個(gè)所述空隙中，由此形成交替的漏和源突起的源-漏電極連接區(qū)域；
[0010] 柵，所述柵與所述源-漏電極區(qū)域間隔開，由此在所述柵和所述源-漏電極連接區(qū) 域之間形成溝道，其中所述柵與所述溝道平行；以及
[0011] 多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)納米結(jié)構(gòu)位于所述源-漏電極區(qū)域中，由此在所述源-漏 電極連接區(qū)域中的所述漏和源的所述電極突起之間形成電連接。
[0012] 所述漏、所述源和所述柵優(yōu)選在相同的平面中。
[0013] 所述漏的所述電極突起可以具有細(xì)長的形狀，并且在它們的一個(gè)端部處或附近相 連接。
[0014] 所述源的所述電極突起可以具有細(xì)長的形狀，并且在它們的一個(gè)端部處或附近相 連接。
[0015] 位于所述源-漏電極區(qū)域中的所述多個(gè)納米結(jié)構(gòu)隨機(jī)地布置在所述源-漏電極區(qū) 域中。
[0016] 所述源-漏電極連接區(qū)域大約為90微米X 90微米。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供一種氣體檢測器，包括多個(gè)位于襯底上的場效應(yīng)晶體 管，每個(gè)所述場效應(yīng)晶體管包括：
[0018] 源，所述源包括之間具有空隙的多個(gè)電極突起；
[0019] 漏，所述漏包括多個(gè)電極突起，所述漏的每個(gè)所述電極突起位于所述源的所述電 極突起之間的一個(gè)所述空隙中，由此形成交替的漏和源突起的源-漏電極連接區(qū)域；
[0020] 柵，所述柵與所述源-漏電極區(qū)域間隔開，由此在所述柵和所述源-漏電極連接區(qū) 域之間形成溝道，其中所述柵與所述溝道平行；以及
[0021] 多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)納米結(jié)構(gòu)位于所述源-漏電極區(qū)域中，由此在所述源-漏 電極區(qū)域中的所述漏和源的所述電極突起之間形成電連接。
[0022] 所述氣體檢測器可以包括8個(gè)位于襯底上的場效應(yīng)晶體管。
[0023] 所述氣體檢測器可以包括處理器，以從每個(gè)所述場效應(yīng)晶體管接收信號，以及處 理所述信號以確定一種或多種氣體的存在。
【附圖說明】
[0024] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的場效應(yīng)晶體(FET)的示意圖；
[0025] 圖2示出圖1的FET的更詳細(xì)的示意圖，特別更詳細(xì)地示出源、漏和柵區(qū)；
[0026]圖3(a)示出當(dāng)漏-源電壓、VDS恒定時(shí)，上述的FET的源上的柵電壓(Vg)與漏電流 (Ids)作用機(jī)理的四種主要情景，（b)為相對于漏-源極性為正或負(fù)的柵端子的四種主要連 接方式(A，B，C和D)的示意圖，示出在這種新型的晶體管中，兩種配置導(dǎo)致光滑的輸出特征， 另兩種導(dǎo)致隨機(jī)的和無序的輸出特征；
[0027]圖4示出說明V02的納米帶如何散布遍及叉指型漏源區(qū)域；
[0028]圖5示出根據(jù)示例性實(shí)施例的使用多個(gè)圖1和圖2中示出的FET的氣體檢測器的示 意圖；
[0029] 圖6示出圖5中示出的氣體檢測器的FET中的一個(gè)的另一個(gè)示意圖；
[0030] 圖7示出在正常條件下以及暴露在潮濕空氣之后的V02/V205核-殼納米帶的正向電 流-電壓特征，該正向電流-電壓特征示出當(dāng)暴露在潮濕空氣時(shí)電導(dǎo)率降低以及柵電壓對漏 (輸出電流)的影響；
[0031] 圖8示出V02/V205核-殼納米帶在正?？諝庵星耶?dāng)暴露在潮濕空氣中時(shí)隨時(shí)間的橫 跨電阻，響應(yīng)時(shí)間典型地為5秒，其中恢復(fù)時(shí)間為分鐘量級；
[0032]圖9示出MWCNT纖維在正常條件下及暴露在潮濕空氣之后的正向電流-電壓（Id對 Vds)特征；
[0033]圖10示出當(dāng)CNT芯片在正常空氣中以及在潮濕空氣的影響下的漏電流與柵電壓之 間的曲線；
[0034] 圖11示出暴露在潮濕空氣時(shí)的多壁碳納米管隨時(shí)間的橫跨電阻；
[0035] 圖12示出本發(fā)明在糖尿病患者的呼吸中關(guān)于血糖水平的丙酮檢測的示例性應(yīng)用；
[0036] 圖13是示出氣體檢測器如何布置線路用于在環(huán)境溫度下檢測高達(dá)8種不同氣體的 框圖；
[0037] 圖14示出VO2/V2O5核-殼納米帶的正向電流-電壓特征；
[0038] 圖15示出MWCNT纖維的正向電流-電壓（Id對Vds )特征；
[0039]圖16示出對芯片上的典型的V02/V205FET傳感器的不同的濕度水平的響應(yīng)對柵電 壓；
[0040]圖17示出所有晶體管的家譜和標(biāo)明本發(fā)明在該家譜中位于何處。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 在以下描述中，為了說明的目的，列出許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明實(shí)施例的全 面理解。但是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，本發(fā)明可以脫離這些具體細(xì)節(jié)而實(shí)踐。
[0042] 參考附圖，示出示例性場效應(yīng)晶體管(FET) 10。
[0043] FET 10包括全部位于基底18上的漏12、源14和柵16。
[0044]連接漏12和源14的是多個(gè)納米結(jié)構(gòu)20,以下將對多個(gè)納米結(jié)構(gòu)20進(jìn)行詳細(xì)描述。 [0045]參考圖2，源14包括之間具有空隙的多個(gè)電極突起24。
[0046] 源14的電極突起可以具有細(xì)長的形狀，并且在它們的一個(gè)端部處或附近相連接。
[0047] 漏12還包括多個(gè)電極突起22,每個(gè)電極突起位于源的電極突起之間的一個(gè)空隙 中，由此形成交替的漏和源突起的源-漏電極連接區(qū)域26。
[0048] 漏12的電極突起可以具有細(xì)長的形狀，并且在它們的一個(gè)端部處或附近相連接。 [0049] 這形成包括叉指型電極突起24和26的源漏電極連接區(qū)域26,叉指型電極突起24和 26互鎖就像相扣的雙手手指。
[0050] 柵16與源-漏電極區(qū)域26間隔開，由此在柵和源-漏電極連接區(qū)域26之間形成溝道 28,使得柵16與溝道28平行。
[0051] 應(yīng)理解的是，柵16依靠在與漏12和源14相同的表面上，但不接觸漏12或源14。
[0052] 應(yīng)理解的是，漏12、源14和柵16在相同的平面中。
[0053]多個(gè)納米結(jié)構(gòu)20位于源-漏電極區(qū)域26中，由此在源-漏電極連接區(qū)域中的漏和源 的電極突起之間形成電連接。這些在圖1中示意性表示，并且將在以下詳細(xì)描述。
[0054] 在原型實(shí)施例中，F(xiàn)ET 10制作如下。
[0055]首先基底18使用氧化鋁方襯底形成。接著將這些通過直流濺射涂布金屬膜，優(yōu)選 為金。
[0056]借助金剛石刀（刀頭典型的為30-60微米)在金膜上雕合出T形槽。進(jìn)行該雕合以確 保在希望絕緣的區(qū)域?qū)⒔鹉ね耆诰虺觯ㄟ^這種方式，只留下設(shè)計(jì)為漏、源和柵的膜的部 分涂敷金。
[0057] 應(yīng)理解的是，與在標(biāo)準(zhǔn)潔凈室設(shè)施中完成相同的任務(wù)的復(fù)雜度和成本相比，這項(xiàng) 技術(shù)很簡單。
[0058] 通過不同的技術(shù)實(shí)施三種不同類型的一維納米結(jié)構(gòu)材料(Ti〇2納米纖維，V2O5納米 纖維，Sn0 2納米線和ZnO納米棒)的芯片上生長，例如：（1)靜電紡絲，（2)化學(xué)氣相沉淀和(3) 水熱合成。這樣形成納米結(jié)構(gòu)20。
[0059] 因此，印刷在90微米X90微米的區(qū)域上的叉指型電極形式的金觸點(diǎn)形成漏和源端 子。第三電極平行布置在與漏-源區(qū)域相同的平面中。只有當(dāng)將納米材料布置在漏-源區(qū)域 時(shí)，該器件才成為晶體管。這種晶體管可以稱為橫向柵叉指型漏-源FET(LGIDSFET)。圖2給 出說明。如以下將進(jìn)一步解釋的，這樣的8個(gè)晶體管在ImmX 1mm的Si/Si02晶片上排列成陣 列，其中每個(gè)電極線鍵合至芯片載體的24個(gè)引腳中的每一個(gè)。
[0060] 如以下將詳細(xì)描述的，對于在氣體檢測器中使用的FET 10,通過兩種納米材料之 任一種制備納米結(jié)構(gòu)20從而制得該FET 10。
[0061 ] 這兩種納米材料為V02/V205核-殼納米帶和多壁碳納米管。
[0062]為了完成這點(diǎn)，在異丙醇液體中形成V02/V205納米帶或多壁碳納米管的懸浮液。 [0063] 在一個(gè)示例中，通過稱量5，3，1，0.5，0.2mg的V02/V2〇5核-殼納米帶并將粉末轉(zhuǎn)移 至lOOmL的異丙醇試管中來準(zhǔn)備異丙醇中的VO2/V2O5核-