CN104849317B - 半导体感测装置及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体感测装置及制作方法，半导体感测装置包括纳米线导电层、半导体感测层以及导电层，纳米线导电层包括多个相连的导电纳米线，其中这些导电纳米线之间形成间隙，半导体感测层电性连接纳米线导电层，导电层电性连接半导体感测层，半导体感测层配置于纳米线导电层与导电层之间。
Description
技术领域
本发明是有关于一种半导体装置及其制作方法，且特别是有关于一种半导体感测装置及制作方法。
背景技术
随着科技的发展，半导体的应用已经越来越普遍于人类的生活中，而在众多的应用中，由于半导体对于所接触的气体有极高的灵敏度，因此利用半导体所制作的气体感测装置也越来越受到重视。具体来说，气体感测用半导体在接触到特定气体后，其本身的电性特征(例如是电阻)会随之改变，因此通过检测上述半导体的电性特征，使用者就可以观察上述半导体所处的环境中是否有上述的特定气体。
由于半导体在用于气体感测时，半导体与空气的接触面积会直接影响到所述半导体的感测灵敏度，因此覆盖所述半导体的电极会降低感测灵敏度。另外，现有的技术会将电性连接至所述半导体的电极作成具有特殊的结构，或是将所述电极及所述半导体作成多个微结构来增加与空气的接触面积。但是，在制作成多个子结构或微结构时，电极的这些微结构往往会掉入半导体的这些微结构之间的缝隙之中，因此产生不理想的结构。
发明内容
本发明提供一种半导体感测装置，其具有良好的感测灵敏度。
本发明提供一种半导体感测装置的制作方法，其可以制作出具有纳米线结构的高灵敏度半导体感测装置。
本发明提供一种半导体感测装置，其包括纳米线导电层、半导体感测层以及导电层。纳米线导电层包括多个相连的导电纳米线，其中这些导电纳米线之间形成间隙。半导体感测层电性连接纳米线导电层。导电层电性连接半导体感测层。半导体感测层配置于纳米线导电层与导电层之间。
本发明提供一种半导体感测装置的制作方法，其包括：在基板上形成导电层、形成半导体感测层以及利用滴镀法在半导体感测层上形成纳米线导电层。半导体感测层至少覆盖部分导电层。纳米线导电层包括多个相连的导电纳米线，且这些导电纳米线之间形成间隙。
在本发明的一实施例中，上述的半导体感测层的材料包括有机半导体材料。
在本发明的一实施例中，上述的半导体感测层的材料包括无机半导体材料。
在本发明的一实施例中，上述的半导体感测装置还包括基板，导电层配置于半导体感测层及基板之间。
在本发明的一实施例中，上述的半导体感测装置，还包括介电层，配置于半导体感测层及导电层之间以及半导体感测层及基板之间，其中导电层覆盖部分基板，介电层覆盖部分导电层及部分基板，半导体感测层覆盖介电层及介电层所暴露的部分导电层，纳米线导电层配置于半导体感测层上。
在本发明的一实施例中，上述的这些导电纳米线散乱地相连而形成纳米线导电层。
在本发明的一实施例中，上述的半导体感测层的材料包括氧化铟镓锌、二氧化锡、氧化锌、氧化铁或其组合。
在本发明的一实施例中，上述的半导体感测层包括多个半导体感测柱，这些半导体感测柱从靠近导电层的一侧往靠近纳米线导电层的一侧延伸。
基于上述，本发明的实施例中的半导体感测装置可以通过纳米线导电层来使半导体感测层能够接触空气的面积增加，进而提升感测的灵敏度。同时，通过纳米线导电层的这些导电纳米线可以避免卡入半导体感测层的缝隙。本发明的实施例中的半导体感测装置的制作方法可以通过滴镀法在半导体感测层上形成纳米线导电层，进而制作出高灵敏度的半导体感测装置。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是本发明的第一实施例中半导体感测装置的截面图；
图1B是本发明的第一实施例中半导体感测装置的电压对电流密度的示意图；
图2是本发明的第二实施例中半导体感测装置的截面图；
图3A至图3F是本发明的第三实施例中半导体感测装置的制作方法的示意图；
图4是本发明的第三实施例中半导体感测装置对不同浓度的待测气体的电流密度变化示意图；
图5A是本发明的第三实施例中以不同密度的导电纳米线来测量不同待测气体浓度下电流斜率变化量的示意图；
图5B是本发明的第三实施例中以不同密度的导电纳米线来测量不同待测气体浓度下电流浓度变化比例的示意图。
附图标记说明：
100、200、300：半导体感测装置；
110：纳米线导电层；
112：导电纳米线；
120：半导体感测层；
122：半导体感测柱；
130：导电层；
140：基板；
150：介电层。
具体实施方式
图1A是本发明的第一实施例中半导体感测装置的截面图。请参照图1A，在本实施例中，半导体感测装置100包括纳米线导电层110、半导体感测层120以及导电层130。纳米线导电层110包括多个相连的导电纳米线112，其中这些导电纳米线112之间形成间隙。半导体感测层120电性连接该纳米线导电层110。导电层130电性连接半导体感测层120，其中半导体感测层120配置于纳米线导电层110与导电层130之间。在本实施例中，半导体感测装置100通过这些导电纳米线112之间形成的间隙，可以使半导体感测层120更容易与空气接触，进而使半导体感测装置100的感测灵敏度提升。
请参照图1A，在本发明的第一实施例中，半导体感测装置100还包括基板140，而导电层130配置于半导体感测层120及基板140之间。在本实施例中，这些导电纳米线112散乱相连而形成纳米线导电层110。
具体来说，请参照图1A，半导体感测层120的材料包括有机半导体材料，但不限于此。在其他实施例中，半导体感测层120的材料包括无机半导体材料，但不限于此。更具体来说，请参照图1A，在本发明的实施例中，半导体感测层120的材料包括氧化铟镓锌(indiumgallium zinc oxide,简称：IGZO)，其可以感测空气中的水气(也就是空气的湿度)。请参照图1A，在本发明的另一实施例中，半导体感测层120的材料包括二氧化锡(Tin dioxide，简称：SnO2)、氧化锌(Zinc oxide，简称：ZnO)或氧化铁(Iron Oxide，简称：Fe2O3)，其可以感测空气中的瓦斯。请参照图1A，在本发明的又另一实施例中，半导体感测层120的材料包括二氧化锡(Tin dioxide，简称：SnO2)，其可以感测空气中的一氧化碳(Carbon monoxide，简称：CO)。在本发明的其他实施例中，半导体感测层120的材料不限于上述的有机半导体材料或无机半导体材料或半导体氧化物材料，半导体感测层120的材料还可以根据待测气体来包括上述材料和其他材料的组合。
更具体来说，在本发明的实施例中，通过电性连接至半导体感测装置100的纳米线导电层110及导电层130，可以对半导体感测层120作电性量测。在本发明的实施例中，半导体感测层120接触待测气体时，半导体感测层120的电性特征(例如是电阻或导电性)会改变，而上述电性特征的改变可以通过对半导体感测层120的电性量测得知。
图1B是本发明的第一实施例中半导体感测装置的电压对电流密度的示意图。请参照图1B，在本发明的第一实施例中，这些导电纳米线112例如是银纳米线，而半导体感测层120的材料例如包括聚噻吩共轭高分子(P3HT)。由图1B可以看出本实施例的纳米线导电层110可以有效地作为半导体感测装置100的电极，因此可以对半导体感测层120作电性量测来得知半导体感测层120所接触到的待测气体的浓度。
图2是本发明的第二实施例中半导体感测装置的截面图。请参照图2，本发明的第二实施例中的半导体感测装置200类似于上述的半导体感测装置100，惟不同之处在于半导体感测层120包括多个半导体感测柱122，这些半导体感测柱122从靠近导电层130的一侧往靠近纳米线导电层110的一侧延伸。因此，在本实施例中，半导体感测装置200除了可以通过这些导电纳米线112来增加感测的灵敏度外，这些半导体感测柱122所形成的半导体感测层120可以有更大的表面积与空气接触，进而提升感测的灵敏度。同时，在本实施例中，由于这些导电纳米线112散乱地相连，其形成纳米线导电层110的同时也可以避免掉入这些半导体感测柱122之间的缝隙中，因此可以维持良好的品质。
图3A至图3F是本发明的第三实施例中半导体感测装置的制作方法的示意图。需特别说明的是，图3F为图3E的局部放大剖面图。请参照图3A至图3F，在本发明的第三实施例中，半导体感测装置300的制作方法包括在基板140上形成导电层130、形成半导体感测层120以及利用滴镀法在半导体感测层120上形成纳米线导电层110。半导体感测层120至少覆盖部分导电层130，其中纳米线导电层110包括多个相连的导电纳米线112，且这些导电纳米线112之间形成间隙。详细来说，在本实施例中，纳米线导电层110的形成例如是先在半导体感测层120上滴入具多个导电纳米线112的溶液，干燥(例如是通过烘烤)滴有导电纳米线112溶液的半导体感测层120来使这些导电纳米线112形成纳米线导电层110。
详细来说，请参照图3A至图3F，在本发明的第三实施例中，半导体感测装置300还包括介电层150，其配置于半导体感测层120及导电层130之间以及半导体感测层120及基板140之间。导电层130覆盖部分基板140，介电层150覆盖部分导电层130及部分基板140，半导体感测层120覆盖介电层150及介电层150所暴露的部分导电层130，纳米线导电层110配置于半导体感测层120上。
换句话说，请参照图3A至图3F，在本发明的第三实施例的半导体感测装置300的制作方法中，在基板140上形成导电层130的后，还包括：在部分导电层130及导电层130所暴露的基板140上形成介电层150，且半导体感测层120还覆盖介电层150。
详细来说，请参照图3B及图3C，在本发明的第三实施例中，半导体感测装置300的制作方法中，在形成介电层150后还包括：蚀刻部分介电层150来定义主动区域(也就是主要感测气体的区域)，这边例如是通过电浆来蚀刻介电层150，但不限于此。请参照图3B及图3D，在本实施例中，介电层150及半导体感测层120的形成都是通过旋转涂覆(Spincoating)的方式形成，但不限于此。
图4是本发明的第三实施例中半导体感测装置对不同浓度的待测气体的电流密度变化示意图。请参照图4，在本发明的第三实施例中，半导体感测层120的材料例如包括P3HT，半导体感测装置300放置于存氮气的环境，而待测气体为氨(Ammonia，NH3)，其中各浓度的检测时间例如为300秒，而每次检测完一种浓度的待测气体后的回复时间例如也是300秒。由图4可以看出，较高浓度的待测气体可以使半导体感测装置300的电流密度下降更快，因此半导体感测装置300可以提供高灵敏度的气体感测。
图5A是本发明的第三实施例中以不同密度的导电纳米线来测量不同待测气体浓度下电流斜率变化量的示意图。图5B是本发明的第三实施例中以不同密度的导电纳米线来测量不同待测气体浓度下电流浓度变化比例的示意图。具体来说，请参照图3E、图5A及图5B，纳米线导电层110中的这些导电纳米线112的材质例如是银，而这些导电纳米线112例如是溶于异丙醇(isopropyl alcohol，简称：IPA)中来形成溶液，通过溶解不同量的导电纳米线112来使滴镀后形成的纳米线导电层110具有不同密度的导电纳米线112。详细来说，图5A所示出的是在待测气体(这边例如是氨)刚加入时所测量的数据点，图5B所示出的是在待测气体(这边例如是氨)加入五分钟后所测量的数据点。由图5A及图5B也可以看出，本实施例中的导电纳米线112的密度越高，可以提高半导体感测装置300的灵敏度。
综上所述，本发明的实施例中的半导体感测装置可以通过纳米线导电层所形成的间隙来使半导体感测层能够接触外界空气及待测气体的面积增加，进而提升感测的灵敏度。同时，通过纳米线导电层的这些导电纳米线可以避免卡入具有微结构的半导体感测层的缝隙。本发明的实施例中的半导体感测装置的制作方法可以通过滴镀法在半导体感测层上形成纳米线导电层，其适于应用在具有微结构的半导体感测层上，进而制作出高灵敏度的半导体感测装置。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (16)
1.一种半导体感测装置，其特征在于，包括：
纳米线导电层，包括多个相连的导电纳米线，其中该些导电纳米线之间形成间隙；
半导体感测层，电性连接该纳米线导电层；以及
导电层，电性连接该半导体感测层，其中该半导体感测层配置于该纳米线导电层与该导电层之间。
2.根据权利要求1项所述的半导体感测装置，其特征在于，该半导体感测层的材料包括有机半导体材料。
3.根据权利要求1项所述的半导体感测装置，其特征在于，该半导体感测层的材料包括无机半导体材料。
4.根据权利要求1项所述的半导体感测装置，其特征在于，还包括基板，电性连接该半导体感测层的该导电层配置于该半导体感测层及该基板之间。
5.根据权利要求4项所述的半导体感测装置，其特征在于，还包括介电层，配置于该半导体感测层及该导电层之间以及该半导体感测层及该基板之间，其中该导电层覆盖部分该基板，该介电层覆盖部分该导电层及部分该基板，该半导体感测层覆盖该介电层及该介电层所暴露的部分该导电层，该纳米线导电层配置于该半导体感测层上。
6.根据权利要求1项所述的半导体感测装置，其特征在于，该些导电纳米线散乱地相连而形成该纳米线导电层。
7.根据权利要求1项所述的半导体感测装置，其特征在于，该半导体感测层的材料包括氧化铟镓锌、二氧化锡、氧化锌、氧化铁或其组合。
8.根据权利要求1项所述的半导体感测装置，其特征在于，该半导体感测层包括多个半导体感测柱，该些半导体感测柱从靠近该导电层的一侧往靠近该纳米线导电层的一侧延伸。
9.一种半导体感测装置的制作方法，其特征在于，包括：
在基板上形成导电层；
形成半导体感测层，该半导体感测层至少覆盖部分该导电层；以及
利用滴镀法在该半导体感测层上形成纳米线导电层，其中该纳米线导电层包括多个相连的导电纳米线，且该些导电纳米线之间形成间隙。
10.根据权利要求9项所述的半导体感测装置的制作方法，其特征在于，该半导体感测层的材料包括有机半导体材料。
11.根据权利要求9项所述的半导体感测装置的制作方法，其特征在于，该半导体感测层的材料包括无机半导体材料。
12.根据权利要求9项所述的半导体感测装置的制作方法，其特征在于，该在该基板上形成该导电层的步骤之后，还包括：
在部分该导电层及该导电层所暴露的该基板上形成介电层。
13.根据权利要求12项所述的半导体感测装置的制作方法，其特征在于，该形成该半导体感测层的步骤后，该半导体感测层还覆盖该介电层。
14.根据权利要求9项所述的半导体感测装置的制作方法，其特征在于，该纳米线导电层包括多个导电纳米线，该些导电纳米线散乱相连而形成该纳米线导电层。
15.根据权利要求9项所述的半导体感测装置的制作方法，其特征在于，该半导体感测层包括多个半导体感测柱，该些半导体感测柱从靠近该导电层的一侧往靠近该纳米线导电层的一侧延伸。
16.根据权利要求9项所述的半导体感测装置的制作方法，其特征在于，该半导体感测层的材料包括氧化铟镓锌、二氧化锡、氧化锌、氧化铁或其组合。
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