CN103579228B - 基于二维电子气的氢气传感器芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于二维电子气的氢气传感器芯片，包括衬底，其特征是：在所述衬底上表面设置分隔的左芯片和右芯片，左芯片和右芯片分别包括设置在衬底上表面的GaN层，在GaN层上表面设置AlGaN层，在GaN层和AlGaN层之间形成二维电子气；在所述AlGaN层上表面分别蒸镀形成漏极金属层、源极金属层和栅极金属层；在所述右芯片的栅极金属层上生长氢气隔离层，氢气隔离层覆盖栅极金属层的上表面和侧面。本发明利用二维电子气载流子浓度受纵向电压影响的原理，栅极金属层在不同氢气浓度的电离下产生不同的肖特基势垒，肖特基势垒作用于二维电子气的第三维方向，使电子气载流子发生变化；不同浓度氢气产生不同肖特基势垒，测得不同电子气电流，从而测试出氢气浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种氢气传感器芯片，尤其是一种基于二维电子气的氢气传感器芯片。
背景技术
氢气传感器主要用于工业安全领域，它可以直接反映出气体浓度而不必通过分压来反映。现有的氢气传感器一般采用与气体发生氧化或还原反应的感应电极，在外部电路上形成电流，产生的电流与传感器外气体浓度成比例，以接测量当前气体含量。
与大部分工业一样，氢气传感器也具有高竞争性。因此，氢气传感器制造商常常寻找具有竞争优垫的改进方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于二维电子气的氢气传感器芯片，达到测试环境氢气浓度的目的。
按照本发明提供的技术方案，所述基于二维电子气的氢气传感器芯片，包括衬底，其特征是：在所述衬底上表面设置相互分隔的左芯片和右芯片，左芯片和右芯片分别包括设置在衬底上表面的GaN层，在GaN层上表面设置AlGaN层，在GaN层和AlGaN层之间形成二维电子气；在所述AlGaN层上表面分别蒸镀形成漏极金属层、源极金属层和栅极金属层；在所述右芯片的栅极金属层上生长氢气隔离层，氢气隔离层覆盖栅极金属层的上表面和侧面。
所述漏极金属层和源极金属层为Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金属层，漏极金属层和源极金属层与AlGaN层形成欧姆接触。
所述栅极金属层为Pt金属，栅极金属层与AlGaN层形成肖特基接触。
所述氢气隔离层为SiO2或Si3N4。
所述衬底为蓝宝石衬底、Si衬底或SiC衬底。
本发明利用二维电子气载流子受纵向电压影响的原理原理，通过在栅极金属层铂金对氢气的电离会产生不同的肖特基势垒，使此肖特基势垒会作用于二维电子气的第三维方向，限制二维电子气中二维方向的通道深度，使电子气载流子发生变化；不同浓度氢气会产生不同的肖特基势垒，得到不同电子气电流，从而通过不同电流测试出环境中的氢气浓度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图1所示：所述基于二维电子气的氢气传感器芯片包括衬底1、GaN层2、二维电子气3、AlGaN层4、漏极金属层5、源极金属层6、栅极金属层7、氢气隔离层8、左芯片11、右芯片12等。
如图1所示，本发明包括衬底1，在衬底1上表面设置相互分隔的左芯片11和右芯片12，左芯片11和右芯片12分别包括设置在衬底1上表面的GaN层2，在GaN层2上表面设置AlGaN层4，在GaN层2和AlGaN层4之间形成二维电子气3；在所述AlGaN层4上表面分别蒸镀形成漏极金属层5、源极金属层6和栅极金属层7；在所述右芯片12的栅极金属层7上生长氢气隔离层8，氢气隔离层8覆盖栅极金属层7的上表面和侧面；
所述漏极金属层5和源极金属层6为Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金属层，漏极金属层5和源极金属层6与AlGaN层4形成欧姆接触；
所述栅极金属层7为Pt金属，栅极金属层7与AlGaN层4形成肖特基接触；
所述氢气隔离层8为SiO2或Si3N4；
所述衬底1为蓝宝石衬底、Si衬底或SiC衬底。
本发明所述基于二维电子气的氢气传感器芯片制造过程如下：（1）在衬底1上表面设置GaN层2，在GaN层2上表面设置AlGaN层4，在GaN层2和AlGaN层4之间会形成二维电子气3；（2）在上述AlGaN层4上通过化学干法蚀刻将左芯片11和右芯片12独立出来，即干蚀刻掉一定区域的AlGaN层4和GaN层2，直至衬底1的上表面；（3）在左芯片11和右芯片12的AlGaN层4上分别蒸镀形成漏极金属层5、源极金属层6和栅极金属层7，漏极金属层5和源极金属层6为Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金属层，通过一定的退火条件，使漏极金属层5和源极金属层6与AlGaN层4形成欧姆接触；栅极金属层7为Pt金属，栅极金属层7与AlGaN层4为肖特基接触；（4）在右芯片12的栅极金属层7上生长氢气隔离层8，所述隔离层8为SiO2，此氢气隔离层8会将右芯片12与氢气隔离开，通过漏极金属层5和源极金属层6之间的一定电压提供氢气浓度为零时候的初始电流，对比左右两个芯片的电流可以得到氢气对二维电子器电流的改变量。
本发明的工作原理：本发明利通过在栅极金属层铂金对氢气的电离会产生不同的肖特基势垒，使此肖特基势垒会作用于二维电子气的第三维方向，限制二维电子气中二维方向的通道深度，使电子气载流子发生变化；不同浓度氢气会产生不同的肖特基势垒，得到不同电子气电流；从而通过不同电流测试出环境中的氢气浓度。具体为：通过在左右两个芯片的漏极金属层和源极金属层施加相同固定的电压，左边芯片得到氢气下的电流，右边芯片得到芯片的初始电流；两电流之间不同的差异就是测到不同氢气的不同浓度。
Claims (4)
1.一种基于二维电子气的氢气传感器芯片，包括衬底（1），其特征是：在所述衬底（1）上表面设置相互分隔的左芯片（11）和右芯片（12），左芯片（11）和右芯片（12）分别包括设置在衬底（1）上表面的GaN层（2），在GaN层（2）上表面设置AlGaN层（4），在GaN层（2）和AlGaN层（4）之间形成二维电子气（3）；在所述AlGaN层（4）上表面分别蒸镀形成漏极金属层（5）、源极金属层（6）和栅极金属层（7）；在所述右芯片（12）的栅极金属层（7）上生长氢气隔离层（8），氢气隔离层（8）覆盖栅极金属层（7）的上表面和侧面；
所述栅极金属层（7）为Pt金属，栅极金属层（7）与AlGaN层（4）形成肖特基接触。
2.如权利要求1所述的基于二维电子气的氢气传感器芯片，其特征是：所述漏极金属层（5）和源极金属层（6）为Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金属层，漏极金属层（5）和源极金属层（6）与AlGaN层（4）形成欧姆接触。
3.如权利要求1所述的基于二维电子气的氢气传感器芯片，其特征是：所述氢气隔离层（8）为SiO2或Si3N4。
4.如权利要求1所述的基于二维电子气的氢气传感器芯片，其特征是：所述衬底（1）为蓝宝石衬底、Si衬底或SiC衬底。
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