CN105699463A - 一种化学场效应晶体管气敏传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化学场效应晶体管气敏传感器及其制造方法，所述气敏传感器具有至少一个场效应晶体管，其包括：半导体衬底；形成在半导体衬底上的源区、漏区；形成在源区与漏区之间的衬底表面上的沟道区；形成在沟道区上的绝缘层；以及形成在绝缘层上的敏感层，其作为栅极。以及将相同和/或不同栅区氧化层面积、形状、沟道宽长比和/或栅氧化层厚度的多个场效应晶体管组成传感器阵列。与普通MOSFET化学场效应管相比，本发明中的化学场效应管将金属或多晶硅栅极去掉，通过器件的开关状态变化分辨气体种类并测量气体浓度，具有灵敏度高、制造成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种化学场效应晶体管气敏传感器及其制造方法。
背景技术
气敏传感器(也称为气体传感器)是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气敏传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理、样品抽吸，甚至对样品进行化学处理，以便化学传感器进行更快速的测量。以气敏特性来分类，主要可分为：半导体型气敏传感器、电化学型气敏传感器、固体电解质气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器等。
半导体气敏传感器是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件，与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率、伏安特性或表面电位变化。自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气敏传感器问世以来，半导体气敏传感器已经成为当前应用最普遍、最具实用价值的一类气敏传感器，根据其气敏机制可以分为电阻式和非电阻式两种。非电阻式半导体气敏传感器包括MOS二极管式、结型二极管式以及场效应晶体管式(MOSFET)气敏传感器，其电流或电压随着气体含量变化而变化。其中，MOSFET气敏传感器灵敏度高，但制作工艺比较复杂，成本高。
目前市售的MOSFET气敏传感器主要用来检测氢气(H2)等有爆炸危险气体和CO、NO2等有毒性气体。一种典型的MOSFET化学传感器，器件源、漏区制作于硅晶圆衬底之上，然后再在硅晶圆表面生长一层SiO2，并在沟道区之上的SiO2层上面覆盖多晶硅或者铝金属层形成各种形状的栅极，最后在栅极之上通过溅射、沉积、自组装等物理、化学方法制作敏感层。其工作原理是目标敏感物(例如氢气)与传感器敏感层(例如催化金属铂)接触发生反应，反应产物扩散到MOSFET的栅极，改变了器件的性能。通过分析器件性能的变化而识别目标敏感物。改变传感器敏感层的种类和膜厚可优化灵敏度和选择性，并可改变器件的最佳工作温度。
传统的MOSFET化学场效应晶体管传感器一般是利用气体分子对金属/金属氧化物栅极的穿透或者吸附改变栅区敏感金属/金属氧化物功函数，从而影响栅极电压对沟道电流的调制作用，通过器件的导通阻抗变化或者跨导变化检测气体浓度。用场效应晶体管作为传感器的信号检出元件，不仅使用方便，而且可以输出较强的电流信号，灵敏度高。但是传统的MOSFET化学场效应晶体管结构上一般均为悬浮栅结构，在栅极与绝缘层之间存在一个空气隙(airgap)，导致制造成本高昂。另一方面，由于器件的导通阻抗和跨导与工艺、器件版图密切相关，因此利用器件的导通阻抗变化或者跨导变化检测气体浓度必须内置或者外加校准电路。而校准源的精度以及检测器件与校准源的匹配精度即决定了传感器的最高检测精度及准确度。
气敏传感器的种类很多，各类传感器性能差异较大，检测对象也不一样，但是它们都不同程度的存在着诸如选择性、稳定性、一致性等问题，因此，单个的气敏传感器虽然能有效的用于特定的场合，但是在检测成分复杂的混合气体或挥发性化学物质时，在灵敏性、对复杂混合物的分辨能力(交叉敏感)和对不断变化的环境的适应性上远逊于利用不同传感器的交叉选择性提高气体识别能力(气体的选择性和准确性)的阵列传感器。近年来，随着检测要求的提高，阵列传感及其识别技术已成为国际上的研究热点。现有技术主要以微电极阵列为主，而对基于化学场效应晶体管的阵列气敏传感器则研究较少。从1994年Bright等开始研究ChemFET应用于气体检测的可能性以来[1]，BurgmairM.等于2002年研究了气敏场效应晶体管栅绝缘层表面对功函数测量的影响[2]，VamsiKrishnaT等利用多联硫酸苯化学场效应晶体管传感器检测环境污染[3]，FacciP.等报道了利用化学场效应晶体管跨导特性的研究成果[4]。Hodge-MillerA[5]等研究了耗尽型场效应晶体管应用于生物大分子检测中的模型参数。蒋亚东等于2003年申请了一件有关槽栅电子聚合物传感器阵列的中国专利申请[6]。该器件响应精度较高，但是由于槽栅器件在实际工作中并不能保证栅极边缘两条金属线电压完全相等，导致栅内敏感膜与栅边缘金属形成平面介质电容，影响了器件性能，主要表现在器件的响应重复性较差。
引证文件：
1.BrightV.M.，KolesarE.S.，HauschildN.T.Investigationofthesensitivity，selectivity，andreversibilityofthechemically-sensitivefield-effecttransistor(CHEMFET)todetectNO2，C3H9PO3，andBF3.AerospaceandElectronicsConference，1994.NAECON1994.，ProceedingsoftheIEEE1994National，1：342-349
2.BurgmairM.，EiselsI.ContributionofthegateinsulatorsurfacetoworkfunctionmeasurementswithagassensitiveFET.Sensors，2002.ProceedingsofIEEE，1：439-442
3.VamsiKrishnaT，JessingJ.R.，RussellD.D.，etal.ModelinganddesignofpolythiophenegateelectrodeChemFETsforenvironmentalpollutantsensing.University/Government/IndustryMicroelectronicsSymposium，2003.Proceedingsofthe15thBiennial：271-274
4.FacciP.，ErokhinV.，NicoliniC.Formationandcharacterizationofanultrathinsemiconductorpolycrystallayerfortransducerapplications.Biosensors&Bioelectronics，1997，12(7)：607-611
5.Hodge-MillerA，PerkinsF.K.，PeckerarM.，etal.GatelessDepletionModeFieldEffectTransistorForMacromoleculeSensing.CircuitsandSystems，2003.ISCAS′03.Proceedingsofthe2003InternationalSymposiumon，2003，3：III-918-III-921
6.蒋亚东，谢光忠，电子聚合物气体传感器阵列及其制备方法，专利公开号CN1635372A，公开日为2005年7月6日
发明内容
本发明要解决的技术问题是传统的MOSFET化学场效应晶体管结构一般均为悬浮栅结构，在栅极与绝缘层之间存在一个空气隙(airgap)，导致制造成本高昂。另一方面，由于器件的导通阻抗和跨导与工艺、器件版图密切相关，因此利用器件的导通阻抗变化或者跨导变化检测气体浓度必须内置或者外加校准电路。而校准源的精度以及检测器件与校准源的匹配精度即决定了传感器的最高检测精度及准确度。现有技术主要以微电极阵列为主，而对基于化学场效应晶体管的阵列气敏传感器则研究较少。与传统的通过器件的导通阻抗变化或者跨导变化检测气体浓度的方法相比，单元检测器件的开关状态变化无须精确的校准电路。传感器的最高检测精度只与单元检测器件的结构(包括栅极面积、宽长比、栅极绝缘层厚度等)、阵列的大小及敏感材料的种类相关，不受校准源的精度以及检测器件与校准源的匹配精度限制。同时，单元检测器件的开关状态变化本质上即为0-1数字信号，结合对跨导变化的检测，其阵列组合输出极大提高了传感器的检测精度与准确度。
本发明的目的在于提供一种利用阈值电压变化分辨气体种类并测量气体浓度变化的化学场效应晶体管阵列传感器及其制作方法。与普通MOSFET化学场效应管相比，本发明中的化学场效应管将金属或多晶硅栅极去掉，通过器件的开关状态变化检测气体浓度，具有灵敏度高、制造成本低等优点。将不同栅极面积、形状、宽长比和/或栅极厚度的场效应晶体管组成传感器阵列，利用阵列单元的响应状态差异来检测不同种类与浓度的气体便成为可能，进而实现对待测敏感量类型和浓度的足够精确的表征。理论上，阵列的输出精度只取决于敏感材料的响应精度、传感器对气体浓度的收集精度以及阵列本身的规模。在ppb浓度级别超高精度分辨率的应用中，传感器对气体浓度的收集精度也成为限制传感器分辨精度的因素之一。只要材料选择得当并且阵列足够大，即可取得足够高的处理精度。
为实现上述优点并根据本发明的目的，提供一种化学场效应晶体管气敏传感器，具有至少一个场效应晶体管，其包括：半导体衬底；形成在半导体衬底上的源区、漏区；形成在源区与漏区之间的衬底表面上的沟道区；形成在沟道区上的绝缘层；以及形成在绝缘层上的敏感层，其作为栅极。
根据本发明的一个具体实施例，沟道的掺杂使开启电压调整到任意需要的负电压、零电压或者正电压。
根据本发明的一个具体实施例，绝缘层为自下至上二氧化硅层/氮化硅层双层结构，或者为二氧化硅层单层结构。
根据本发明的一个具体实施例，敏感层在绝缘层上，通过敏感层功函数变化影响场效应管阈值电压变化。
根据本发明的一个具体实施例，场效应晶体管根据阈值电压变化及一定源漏电压下的源漏电流变化实现对待测气体种类以及浓度的检测。
根据本发明的一个具体实施例，将相同和/或不同栅区氧化层面积、形状、沟道宽长比和/或栅氧化层厚度的多个场效应晶体管组成传感器阵列。
根据本发明的一个具体实施例，气体富集器单元制作于基板之上，基板可以是绝缘材料如玻璃、陶瓷，也可以是导体材料如金属，气体富集器单元由导气槽、导气孔组成，封装时导气孔与传感器阵列的栅膜区相连形成气室，传感器阵列烧结或者粘结在基板上。
根据本发明的一个具体实施例，气体富集器单元具有多个导气孔和导气槽；多个导气孔呈阵列排布，导气孔的外部与导气槽相连；导气孔的每个角各通过一根导气槽与相邻导气孔相连。
根据本发明的一个具体实施例，传感器阵列中，漏区与源区分别呈矩阵排列，每四个相邻漏区连线构成的矩形的中心位置设置一个源区，每四个相邻源区连线构成的矩形的中心位置设置一个漏区；每一列或行的源区分别通过金属引线电性连接构成源极列或行；每一列或行的漏区也分别通过金属引线电性连接构成漏极列或行；以及在相邻的源极列或行与漏极列或行之间沟道区上形成栅膜区。
根据本发明的一个具体实施例，对传感器阵列输出敏感信息的识别通过算法实现，算法包括但不限于两层以上的自学习神经网络自学习算法和模拟退火算法。
本发明还提供一种化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，包括以下步骤：(1)在半导体衬底上生长场氧化层；(2)光刻隔离环；(3)磷扩散形成源区、漏区；(4)光刻有源区及源、漏孔区；(5)薄氧，腐蚀SiO2层；(6)调整沟道掺杂，进行硼注入；(7)形成绝缘层；(8)绝缘层上沉积敏感材料，形成敏感层，将其作为栅极；(9)在敏感层光刻接触引线孔；(10)在敏感层溅射金属；(11)光刻引线，合金钝化，光刻键合点。
根据本发明的一个具体实施例，步骤(6)中的调整沟道掺杂，将场效应晶体管的开启电压调整到任意需要的负电压、零电压或者正电压。
根据本发明的一个具体实施例，步骤(7)包括生长栅极氧化层；或者生长栅极氧化层，其后淀积氮化硅层。
根据本发明的一个具体实施例，在半导体衬底上形成相同和/或不同栅区氧化层面积、形状、沟道宽长比和/或栅氧化层厚度的多个场效应晶体管，多个场效应晶体管组成传感器阵列。
根据本发明的一个具体实施例，在基板上制作气体富集器单元，基板可以是绝缘材料如玻璃、陶瓷，也可以是导体材料如金属，气体富集器单元由导气槽、导气孔组成，封装时导气孔与传感器阵列的栅膜区相连形成气室，将传感器阵列烧结或者粘结在基板上。
根据本发明的一个具体实施例，气体富集器单元具有多个导气孔和导气槽；多个导气孔呈阵列排布，导气孔的外部与导气槽相连；导气孔的每个角各通过一根导气槽与相邻导气孔相连。
根据本发明的一个具体实施例，在步骤(3)形成源区、漏区的步骤中，传感器阵列的漏区与源区形成为分别呈矩阵排列，每四个相邻漏区连线构成的矩形的中心位置设置一个源区，每四个相邻源区连线构成的矩形的中心位置设置一个漏区；在步骤(8)中，在相邻的一列源区与漏区之间沟道区上沉积敏感材料，形成敏感层，敏感层沿着相邻的一列源区与漏区之间沟道区蜿蜒设置，形成栅膜区；在步骤(9)中，在源区、漏区上形成接触引线孔；以及在步骤(10)-(11)中，形成多条金属引线，其中每一列的源区分别通过一条金属引线电性连接形成源极列；每一列的漏区也分别通过一条金属引线电性连接形成漏极列。
根据本发明的一个具体实施例，对传感器阵列输出敏感信息的识别通过算法实现，算法包括但不限于两层以上的自学习神经网络自学习算法和模拟退火算法。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术与本发明实施例的技术方案，说明书引入以下附图，其与说明书文字部分一起用于解释本发明的原理。其中，
图1为本发明的MOSFET化学传感器的结构示意图；
图2为本发明的气体富集器的部分单元结构的俯视示意图；
图3为本发明的传感器阵列的一种版图实现；
图4为本发明的神经网络算法程序架构；
图5为本发明的场效应晶体管单元对NO2气体浓度的响应特性；
图6为本发明的场效应晶体管单元对NO2气体浓度的响应重复特性；以及
图7为本发明的传感器阵列的另一种版图实现。
具体实施方式
下面参照附图中示出的本发明的实施例来详细描述本发明。但是本发明的构思不应限于这些实施例，这些实施例也并非本发明可能实施的唯一形式。应当认为能实现相同或相等功能的不同实施方式也被包括在本发明的精神和范围之内。进一步，这些实施例会详细全面地公开本发明，并向本领域技术人员全面传达本发明的保护范围。
图1为本发明的MOSFET化学传感器的结构示意图。器件源、漏区制作于半导体衬底之上，然后在栅极绝缘层之上通过溅射、沉积、自组装等物理、化学方法制作敏感层。半导体衬底可以为硅衬底。栅极绝缘层可以为SiO2层。本发明设计的阵列型场效应晶体管是基于MOSFET的基本工作原理，利用气体分子对栅区敏感层(组成敏感层的材料可以是无机敏感材料，也可以是有机敏感材料)的穿透或者吸附改变栅区敏感层功函数，从而影响器件的阈值电压(开启电压)，通过器件的开关状态变化检测气体浓度。与普通MOSFET化学场效应晶体管相比，本发明中的化学场效应晶体管将金属栅极去掉，利用化学/物理方法在栅极绝缘层上形成一层敏感层，用敏感膜取代栅极部位，形成类似于聚合物-OSFET结构[5]，当气体分子化学或者物理吸附在敏感层上并经历电子交换过程时，在敏感膜内形成电子空穴对，导致电偶极子的形成。由于薄膜的空间有序性，电偶极子的排布也是有序的，引起敏感膜层功函数的规律性变化。由于表面与体内平衡的需要，敏感层功函数的变化又引起连续的费米能级升高，导致器件沟道势垒变化，漏源沟道截面积变化，最终改变了器件的Si表面沟道电导。因而器件沟道导通的程度与敏感膜表面吸附气体的类型、浓度等有关，并且这种气体信息的变化可以由相应的阈值电压变化及一定源漏电压下的源漏电流变化反映出来，从而可以通过测量相应的阈值电压变化及漏源电流变化，实现对待测气体种类以及浓度的检测。也就是说利用了敏感层功函数变化对MOS管开启阈值电压的调制作用作为检测依据测量待检测气体浓度的变化，其电流方程与一般MOSFET源漏电流模型方程相似，其基本结构如附图1所示。
器件的气敏特性是通过气体与栅区部位的敏感膜之间的化学反应来调制漏源电流而实现的，而漏源之间的沟道在刚开启时或漏源电流刚不为零时对气体的检测最为容易和精确。因此可以通过调整沟道掺杂，将器件的开启电压调整到具体应用所期望的数值。
MOSFET化学传感器制作于Si衬底上，衬底可以是P型材料，也可以是N型材料。MOSFET化学传感器的制作工艺与普通的MOSFET的制造工艺基本相同，但也有其特殊之处，主要的区别在于以下三点：
(1)调整沟道掺杂(以下简称调沟)，优选将器件的开启电压调整到0V左右(耗尽型)或0.3V～0.4V(增强型)；
(2)栅极氧化层之上可以不淀积氮化硅层，栅极氧化层厚度应控制在60nm以下；
(3)栅极不开孔、开槽，也不走金属或多晶硅，直接在栅极氧化层上沉积敏感材料，衬底端必须引出。
一种适用于本发明的MOSFET化学传感器制作工艺的主要工艺流程如下：
(1)生长场氧化层；
(2)光刻隔离环；
(3)磷扩散形成源、漏区；
(4)光刻有源区(栅区及源、漏孔区)；
(5)薄氧，腐蚀SiO2层；
(6)调沟硼注入；
(7)生长栅极氧化层；
(8)淀积氮化硅层(这一步骤也可省略)；
(9)直接在栅极氧化层上沉积敏感材料；
(10)光刻接触引线孔、正胶；
(11)溅射硅铝：厚度D＝1～1.2μm；
(12)光刻引线、合金钝化；
(13)光刻键合点。
制作完成的传感器阵列可以烧结或者粘结在基板上然后封装。本实例的封装与一般的商用离子烟雾传感器基本一致。基板可以是陶瓷、ITO玻璃、金属或其他材料，本实施例中使用Al2O3基板。
在不同的比表面积下，敏感气体在敏感层上的不同吸附/解吸过程将造成其对敏感层功函数变化的不同影响。不同敏感气体在同样比表面积敏感层上的附/解吸过程也有差异。这些均进一步反映为MOS管开启阈值电压的变化程度不同。同时，栅极面积、宽长比、气体种类、浓度以及栅极厚度均会对器件的阈值电压产生影响，并且器件对气体的检测灵敏度随栅极面积、宽长比、敏感材料的不同呈一定规律变化。因此，将不同栅极面积、形状、宽长比和/或栅极厚度的场效应晶体管组成传感器阵列，利用阵列单元的响应状态差异来检测不同种类与浓度的气体便成为可能，进而实现对待测敏感量类型和浓度的足够精确的表征。理论上，阵列的输出精度只取决于敏感材料的响应精度、传感器对气体浓度的收集精度以及阵列本身的规模。在ppb浓度级别超高精度分辨率的应用中，传感器对气体浓度的收集精度也成为限制传感器分辨精度的因素之一。只要材料选择得当并且阵列足够大，即可取得足够高的处理精度。
与传统的通过器件的导通阻抗变化或者跨导变化检测气体浓度的方法相比，单元检测器件的开关状态变化无须精确的校准电路。传感器的最高检测精度只与单元检测器件的结构(包括栅极面积、宽长比、栅极绝缘层厚度等)、阵列的大小及敏感材料的种类相关，不受校准源的精度以及检测器件与校准源的匹配精度限制。同时，单元检测器件的开关状态变化本质上即为0-1数字信号，结合对跨导变化的检测，其阵列组合输出极大提高了传感器的检测精度与准确度。
此时还可以通过外加气体富集器来提高传感器的分辨精度。图2为本发明的气体富集器的部分单元结构的俯视示意图。图2中黑色部分为导气槽，灰色部分为导气孔。气体富集器制作于基板之上(基板可以是绝缘材料如玻璃、陶瓷，也可以是导体材料如金属)，气体从进气口进入气体富集器单元，然后经导气槽流入导气孔，导气孔所在位置对应传感器阵列的栅膜区(即敏感膜)，通过气孔的合理分布可以改善气流路径误差，有效提高感器对气体浓度的分辨精度。在一个实施例中，气体富集器中的多个矩形导气孔呈阵列排布，每个导气孔的外部设置矩形导气槽。每个矩形导气槽的四个角各通过一根导气槽与相邻四个导气孔外部设置的矩形导气槽相连。在进一步的实施例中，所述可以为正方形。当需要ppb级别检测精度时，需要在传感器阵列封装结构中的滤罩之下靠近传感器阵列的地方增加一层密封层形成气室，然后在密封层表面按图2形成气体富集器。
图3为本发明的传感器阵列的一种版图实现。图3中黑色标有字母“D”的部分为晶体管漏区，黑色标有字母“S”的部分为晶体管源区，灰色部分为金属引线。传感器阵列中，漏区与源区分别呈矩阵排列，每四个相邻漏区连线构成的矩形的中心位置设置一个源区，每四个相邻源区连线构成的矩形的中心位置设置一个漏区；每一列的源区分别通过一条金属引线电性连接构成源极列；每一列的漏区也分别通过一条金属引线电性连接构成漏极列；以及在相邻的源极列与漏极列之间沟道区上设置栅膜区，栅膜区沿着源极列与漏极列之间区域的形状蜿蜒设置。
对传感器阵列输出敏感信息的识别可以通过特定算法完成，这种特定算法可以软件的方式实现，也可以通过硬件逻辑来实现。本发明中一种特定的算法即为三层自学习神经网络算法，但是不排除采用其他算法的可能性。在一个实施例中，本发明采用特定的神经网络算法，具体实现方式为软件实现，其程序架构如附图4所示。图4为本发明所述传感器阵列的输出信号处理方法中一种特定算法的matlab软件实现结构示意图。图4中黑色标有“输入层”的部分为数据输入层，数据来源于记录的阵列输出，输入层负责将数据归一化处理；标有“隐藏层”的部分为数据传播层，标有“输出层”的部分为数据统计输出层，传播层与输出层一起构成自学习网络。
图5为本发明的场效应晶体管单元对NO2气体浓度的响应特性。器件的灵敏度或相对灵敏度指器件对被测气体的敏感程度，通常用输出信号的变化量/相对变化量与引起此变化的输入信号的变化量的比值来表示。在这里简单定义灵敏度/相对灵敏度为输出量的变化量/相对变化量与输出量的比值。对传感器阵列的气敏测试表明，本发明的场效应晶体管阵列在低浓度(20ppm以下)时依然有10％以上的相对灵敏度，如图5所示。图5中黑点为实际测试结果，曲线为一阶拟合曲线。NO2气体浓度测试范围从675ppb到160ppm。
附表1给出了本发明的传感器阵列用于NO2气体检测时的响应特性。测试表明，器件的宽长比提高有利于器件检测范围的增大。对宽度相同的器件，一般情况下宽长比越大灵敏度越高。而且阵列的响应时间一般在几十到数百毫秒量级，优于传统的平面电极以及报道的场效应晶体管传感器。
附表1不同栅氧厚度敏感阵列的工作特性
图6为本发明的场效应晶体管单元对NO2气体浓度的响应重复特性。与蒋亚东等人申请的槽栅传感器阵列相比，本发明的响应的重复性有了显著改善，如附图6所示。
图7为本发明的传感器阵列的另一种版图实现。阵列各单元(亦即各MOS晶体管)图形参数沟道长度L＝5～20m，沟道长宽比W/L＝5～20，无栅极。
以上对本发明进行了详细叙述和说明，其对本发明而言是示例性的，本发明并不限于此。尽管已经描述了本发明的一些具体实施例，但是凡在本发明的精神和原则之内本领域技术人员所作修改、变化、变型、替代或等效均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (18)
1.一种化学场效应晶体管气敏传感器，具有至少一个场效应晶体管，其包括：
半导体衬底；
形成在半导体衬底上的源区、漏区；
形成在源区与漏区之间的衬底表面上的沟道区；
形成在沟道区上的绝缘层；以及
形成在绝缘层上的敏感层，其作为栅极。
2.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：沟道的掺杂使开启电压调整到任意需要的负电压、零电压或者正电压。
3.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：绝缘层为自下至上二氧化硅层/氮化硅层双层结构，或者为二氧化硅层单层结构。
4.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：敏感层在绝缘层上，通过敏感层功函数变化影响场效应管阈值电压变化。
5.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：场效应晶体管根据阈值电压变化及一定源漏电压下的源漏电流变化实现对待测气体种类以及浓度的检测。
6.根据权利要求1所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：将相同和/或不同栅区面积、形状、沟道宽长比和/或栅区之下的绝缘层厚度的多个场效应晶体管组成传感器阵列。
7.根据权利要求6所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：气体富集器单元制作于基板之上，基板可以是绝缘材料如玻璃、陶瓷，也可以是导体材料如金属，气体富集器单元由导气槽、导气孔组成，封装时导气孔与传感器阵列的栅膜区相连形成气室，传感器阵列烧结或者粘结在基板上。
8.根据权利要求7所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：气体富集器单元具有多个导气孔和导气槽；多个导气孔呈阵列排布，导气孔的外部与导气槽相连；导气孔的每个角各通过一根导气槽与相邻导气孔相连。
9.根据权利要求6所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：传感器阵列中，漏区与源区分别呈矩阵排列，每四个相邻漏区连线构成的矩形的中心位置设置一个源区，每四个相邻源区连线构成的矩形的中心位置设置一个漏区；每一列或行的源区分别通过金属引线电性连接构成源极列或行；每一列或行的漏区也分别通过金属引线电性连接构成漏极列或行；以及在相邻的源极列或行与漏极列或行之间沟道区上形成栅膜区。
10.根据权利要求6所述的化学场效应晶体管气敏传感器，其特征在于：对传感器阵列输出敏感信息的识别通过算法实现，算法包括但不限于两层以上的自学习神经网络自学习算法和模拟退火算法。
11.一种化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，包括以下步骤：
(1)在半导体衬底上生长场氧化层；
(2)光刻隔离环；
(3)磷扩散形成源区、漏区；
(4)光刻有源区及源、漏孔区；
(5)薄氧，腐蚀SiO2层；
(6)调整沟道掺杂，进行硼注入；
(7)形成绝缘层；
(8)绝缘层上沉积敏感材料，形成敏感层，将其作为栅极；
(9)在敏感层光刻接触引线孔；
(10)在敏感层溅射金属；
(11)光刻引线，合金钝化，光刻键合点。
12.根据权利要求11所述的化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，其特征在于：步骤(6)中的调整沟道掺杂，将场效应晶体管的开启电压调整到任意需要的负电压、零电压或者正电压。
13.根据权利要求11所述的化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，其特征在于：步骤(7)包括生长栅极氧化层；或者生长栅极氧化层，其后淀积氮化硅层。
14.根据权利要求11所述的化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，其特征在于：在半导体衬底上形成相同和/或不同栅区面积、形状、沟道宽长比和/或栅区之下的厚度的多个场效应晶体管，多个场效应晶体管组成传感器阵列。
15.根据权利要求14所述的化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，其特征在于：在基板上制作气体富集器单元，基板可以是绝缘材料如玻璃、陶瓷，也可以是导体材料如金属，气体富集器单元由导气槽、导气孔组成，封装时导气孔与传感器阵列的栅膜区相连形成气室，将传感器阵列烧结或者粘结在基板上。
16.根据权利要求15所述的化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，其特征在于：气体富集器单元具有多个导气孔和导气槽；多个导气孔呈阵列排布，导气孔的外部与导气槽相连；导气孔的每个角各通过一根导气槽与相邻导气孔相连。
17.根据权利要求14所述的化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，其特征在于：在步骤(3)形成源区、漏区的步骤中，传感器阵列的漏区与源区形成为分别呈矩阵排列，每四个相邻漏区连线构成的矩形的中心位置设置一个源区，每四个相邻源区连线构成的矩形的中心位置设置一个漏区；在步骤(8)中，在相邻的一列源区与漏区之间沟道区上沉积敏感材料，形成敏感层，敏感层沿着相邻的一列源区与漏区之间沟道区蜿蜒设置，形成栅膜区；在步骤(9)中，在源区、漏区上形成接触引线孔；以及在步骤(10)-(11)中，形成多条金属引线，其中每一列的源区分别通过一条金属引线电性连接形成源极列；每一列的漏区也分别通过一条金属引线电性连接形成漏极列。
18.根据权利要求14所述的化学场效应晶体管气敏传感器的制造方法，其特征在于：对传感器阵列输出敏感信息的识别通过算法实现，算法包括但不限于两层以上的自学习神经网络自学习算法和模拟退火算法。
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