CN111610234B - 一种场效应晶体管丙酮气体传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管丙酮气体传感器及其制备方法。本发明提供的场效应晶体管丙酮气体传感器，包括依次层叠设置的绝缘衬底、栅电极层、栅电极绝缘层、有源层和电极层；所述电极层包括源电极和漏电极；所述有源层的材料为异质结结构的n‑In2O3/p‑CuO复合金属氧化物纳米纤维。本发明采用常见的半导体材料In2O3和CuO，使所述气体传感器具有良好的电导率和物理化学稳定性；所述气体传感器采用In2O3和CuO构建异质结结构，增加了气体催化活性，有利于提高气体传感器的传感性能，促进实用化；所述气体传感器以纳米纤维场效应晶体管为平台，功耗低，敏感性高。

Description

一种场效应晶体管丙酮气体传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管丙酮气体传感器及其制备方法。
背景技术
丙酮是一种无色透明液体，易挥发，易燃，有特殊的辛辣气味。丙酮在工业上主要作为溶剂用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂和喷漆等行业中，也可以作为合成烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、氯仿和环氧树脂等物质的重要原料。丙酮气体长期接触会出现眩晕、灼烧感、咽炎、支气管炎、乏力和易激动等。皮肤长期反复接触可致皮炎，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸。因此，对丙酮气体的快速、及时、准确的检测是很有必要的。所以需要灵敏度高、响应速度快、选择性与可靠性好的丙酮气体传感器。
目前，在大部分的研究中都是以电阻型传感器和晶体管型气体传感器为主，与传统的电阻式传感器相比，场效应晶体管(FETs)传感器响应快、选择性好、可室温条件下工作。因此，场效应晶体管传感器的研究成为了新型传感器研究的一个热点及难点，并引起了国内外许多科研人员的广泛兴趣。与此同时，基于金属氧化物的气体传感器由于其高稳定性和低成本而成为最广泛使用的气体传感器类型。但是，金属氧化物薄膜场效应晶体管虽然有较高的电学稳定性，但是它的传感器的灵敏度是由于它有限的吸附面积。因此，目前对于金属氧化物场效应晶体管气体传感器的研究重点仍然是提高传感器的灵敏度，增强对低浓度气体的检测，以制备高响应、高选择性、高稳定性、低功耗的气体传感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种场效应晶体管丙酮气体传感器及其制备方法，所述场效应晶体管丙酮气体传感器具有高响应、高选择性、高稳定性和低能耗的特点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种场效应晶体管丙酮气体传感器，包括依次层叠设置的绝缘衬底、栅电极层、栅电极绝缘层、有源层和电极层；所述电极层包括源电极和漏电极；
所述有源层的材料为异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维。
优选的，所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维中p-CuO的质量百分含量为3～10％；
所述有源层的厚度为50～150nm。
优选的，所述绝缘衬底为硅片、柔性衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底。
优选的，所述栅电极层的材料为Au、Al、Cr、Ti、ITO、Ag和W中的一种或几种；
所述栅电极层的厚度为50～100nm。
优选的，所述栅电极绝缘层的材料为氧化钆、氧化锆和氧化铪中的一种或几种；
所述栅电极绝缘层的厚度为30～100nm。
优选的，所述源电极和漏电极的材料独立地为Au、Ag、Mo、Al、Cr、Ti和Pd中的一种或几种；
所述电极层的厚度为50～100nm。
本发明还提供了上述技术方案所述的场效应晶体管丙酮气体传感器的制备方法，包括以下步骤：
在绝缘衬底的上表面依次制备栅电极层、栅电极绝缘层、有源层和电极层，得到所述场效应晶体管丙酮气体传感器。
优选的，制备所述有源层的方法为静电纺丝法和原子层沉积法。
优选的，制备所述有源层的方法，包括以下步骤：
将In2O3、聚乙烯吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺混合，得到溶胶；
将所述溶胶进行静电纺丝，在所述栅电极绝缘层的上表面收集纳米纤维产物，得到In2O3/纳米纤维层；
以Cu(thd)2作为铜源，O3作为氧源，采用原子层沉积法，在所述In2O3/纳米纤维层的上表面制备壳状CuO，得到复合物纳米纤维层；
将所述复合物纳米纤维进行煅烧，得到所述有源层。
优选的，所述煅烧的温度为500～550℃，所述煅烧的时间为2～3小时；
所述静电纺丝的收集板和针头的距离为12～15cm，电压为13～14kV，时间为2～4min。
本发明提供了一种场效应晶体管丙酮气体传感器，包括依次设置的绝缘衬底、栅电极层、栅电极绝缘层、有源层和电极层；所述电极层包括源电极和漏电极；所述有源层的材料为异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维。本发明采用异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维作为有源层的材料的场效应晶体管丙酮气体传感器的传感机理如下：当传感器放置在大气环境中时，氧气分子会吸附在传感材料表面，氧气分子会从In2O3和CuO的导带中夺取电子，形成O2 -,如式1所示：
Figure BDA0002572565070000031
式1；所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维吸附空气中的氧气时能带上弯，在表面形成耗尽层，传感器的电导率降低，电流下降。当传感器位于充满丙酮气体的环境中时，丙酮会和半导体材料上的O2-发生如式2所示的反应：
Figure BDA0002572565070000032
式2；之前被氧分子夺走的电子会释放出来，重新回到In2O3和CuO的导带中，半导体材料中的能带向上弯曲程度减小，之前形成的耗尽层宽度减小，传感器的电导率上升，电流升高。所述有源层的设置增加了气体的反应活性位点和催化活性，更好地吸附提高气体传感器的传感性能。
有益效果：
1)采用常见的半导体材料In2O3和CuO，使所述气体传感器具有良好的电导率和物理化学稳定性；
2)所述气体传感器采用In2O3和CuO构建异质结结构，增加了气体催化活性，有利于提高气体传感器的传感性能，对丙酮气体具有高响应与高选择性，促进实用化；
3)所述气体传感器以纳米纤维场效应晶体管为平台，功耗低，敏感性高。
附图说明
图1为本发明所述场效应晶体管丙酮气体传感器的结构示意图，其中，1为绝缘衬底，2为栅电极层，3为栅电极绝缘层，4为有源层，4(a)为n-In2O3层，4(b)为p-CuO层，5为源电极，6为漏电极；
图2为对比例1所述场效应晶体管丙酮气体传感器的丙酮浓度-灵敏度的标准工作曲线；
图3为实施例1所述场效应晶体管丙酮气体传感器的丙酮浓度-灵敏度的标准工作曲线。
图4为对比例1、实施例1～3中场效应晶体管丙酮气体传感器的丙酮浓度-灵敏度的对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种场效应晶体管丙酮气体传感器，包括依次设置的绝缘衬底、栅电极层、栅电极绝缘层、有源层和电极层；所述电极层包括源电极和漏电极；
所述有源层的材料为异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维(所述场效应晶体管丙酮气体传感器的结构示意图如图1所示)。
在本发明中，所述依次设置的绝缘衬底、栅电极层、栅电极绝缘层、有源层和电极层构成所述场效应晶体管丙酮气体传感器的底栅结构。
本发明提供的场效应晶体管丙酮气体传感器包括绝缘衬底；所述绝缘衬底优选为硅片、柔性衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底；所述柔性衬底优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底或聚酰亚胺(PI)衬底。在本发明中，所述绝缘衬底的厚度优选为30～100nm，更优选为40～60nm。
本发明提供的场效应晶体管丙酮气体传感器还包括栅电极层。在本发明中，所述栅电极层的材料优选为Au、Al、Cr、Ti、ITO、Ag和W中的一种或几种；当所述栅电极层的材料为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述栅电极层的厚度优选为50～100nm，更优选为60～90nm，最优选为70～80nm。在本发明中，所述栅电极层优选为图案化的；本发明对所述图案化没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的图案化即可。
本发明提供的场效应晶体管丙酮气体传感器还包括栅电极绝缘层；所述栅电极绝缘层的材料优选为氧化钆、氧化锆和氧化铪中的一种或几种；当所述栅电极绝缘层的材料为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述栅电极绝缘层的厚度优选为30～100nm，更优选为40～90nm，最优选为60～80nm。
本发明提供的场效应晶体管丙酮气体传感器还包括有源层，所述有源层的材料为异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维。在本发明中，所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维中p-CuO的质量百分含量优选为3～10％，更优选为4～8％，最优选为5～6％。在本发明中，所述有源层的厚度优选为50～150nm，更优选为60～120nm，最优选为80～100nm。在本发明中，所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维优选为中空结构；所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维的长度优选为30～60μm，更优选为40～50μm；直径优选为80～120nm，更优选为100～110nm。
在本发明中，所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维优选为中空管状结构纳米纤维，其中具体结构为n-In2O3中空管状结构纳米纤维表面负载着p-CuO。
本发明提供的场效应晶体管丙酮气体传感器还包括电极层，所述电极层包括源电极和漏电极；本发明对所述源电极和漏电极的位置关系没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的位置关系即可。在本发明中，所述源电极和漏电极的材料独立地为Au、Ag、Mo、Al、Cr、Ti和Pd中的一种或几种；当所述源电极和漏电极的材料独立地为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述电极层的厚度优选为50～100nm，更优选为60～90nm，最优选为70～80nm。
本发明还提供了上述技术方案所述的场效应晶体管丙酮气体传感器的制备方法，包括以下步骤：
在绝缘衬底的上表面依次制备栅电极层、栅电极绝缘层、有源层和电极层，得到所述场效应晶体管丙酮气体传感器。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，在绝缘衬底的上表面制备栅电极层前，优选对所述绝缘衬底进行预处理。在本发明中，所述预处理优选为清洗、烘干和紫外臭氧处理；在本发明中，所述清洗优选为依次采用丙酮、酒精和去离子水进行清洗；所述清洗优选在超声的条件下进行，本发明对所述超声的频率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的频率即可。在本发明中，所述清洗的时间优选为30min。本发明对所述烘干没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。本发明对所述紫外臭氧处理的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行即可。在本发明中，所述紫外臭氧处理的时间优选为5～15min，更优选为8～12min，最优选为10min。
在本发明中，在绝缘衬底的上表面制备栅电极层的方式优选为真空蒸镀法或溅射法。在本发明中，所述真空蒸镀法的真空度优选＜10-3Pa。本发明对所述真空蒸镀或溅射的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，制备所述栅电极绝缘层的方法优选为原子层沉积法或溶液法；本发明对所述原子层沉积法或溶液法的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，制备所述有源层的方法优选为静电纺丝法和原子层沉积法。在本发明中，制备所述有源层的方法优选包括以下步骤：
将In2O3、聚乙烯吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺混合，得到溶胶；
将所述溶胶进行静电纺丝，在所述栅电极绝缘层的上表面收集纳米纤维产物，得到In2O3/纳米纤维层；
以Cu(thd)2作为铜源，O3作为氧源，采用原子层沉积法，在所述In2O3/纳米纤维层的上表面制备壳状CuO，得到复合物纳米纤维层；
将所述复合物纳米纤维进行煅烧，得到所述有源层。
本发明将In2O3、聚乙烯吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺混合，得到溶胶。在本发明中，所述In2O3、聚乙烯吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺的质量比优选为0.12:0.3：(3～3.75)，更优选为0.12:3：(3.2～3.6)。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌的速率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述搅拌的时间优选为8～12h，更优选为9～11h。
得到所述溶胶后，本发明将所述溶胶进行静电纺丝，在所述栅电极绝缘层的上表面收集纳米纤维产物，得到In2O3/纳米纤维层。在本发明中，所述静电纺丝的收集板和针头的距离优选为12～15cm，更优选为13～14cm；电压优选为13～14kV；时间优选为2～4min，更优选为3min。在本发明中，所述静电纺丝的过程优选为将所述溶胶装入静电纺丝装置中，收集板接地，在所述收集板上放置制备有栅电极层和栅电极绝缘层的绝缘衬底，纺丝。
得到In2O3/纳米纤维层后，本发明以Cu(thd)2作为铜源，O3作为氧源，采用原子层沉积法，在所述In2O3/纳米纤维层的上表面制备壳状CuO，得到复合物纳米纤维。在本发明中，所述原子层沉积法的条件优选为：反应腔中的温度优选为150℃，压力优选为0.1Torr。在本发明中，所述原子层沉积法制备CuO的沉积周期优选为200～600次，更优选为300～500次，最优选为400-500次。
得到复合物纳米纤维层后，本发明将所述复合物纳米纤维层进行煅烧，得到所述有源层。在本发明中，所述煅烧的温度优选为500～550℃，更优选为510～540℃，最优选为520～530℃；所述煅烧的时间优选为2～3小时。
在本发明中，采用静电纺丝法和原子层沉积法制备有源层可以进一步保证制备得到中空结构的氧化物纳米纤维，其中空结构大大增加了其气体敏感性，制备方法简单，更有利于工业化的批量生产。
在本发明中，制备所述电极层的过程优选为：在制备好的有源层上采用真空蒸镀的方法制备图案化的源电极和漏电极。本发明对所述真空蒸镀的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
下面结合实施例对本发明提供的场效应晶体管丙酮气体传感器及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将硅板依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗30min后，烘干，进行紫外-臭氧处理10min，得到预处理后的硅板；
采用溅射法，在所述预处理后的硅板的上表面，制备50nm厚的图案化的Cr电极层，得到具有栅电极层的硅板；
采用原子层沉积法，在所述具有栅电极层的硅板的上表面沉积厚度为100nm的ZrO2薄膜，得到栅电极绝缘层；
在所述栅电极绝缘层的上表面制备厚度为100nm的有源层；制备过程为：将0.12gIn2O3、0.3g聚乙烯吡咯烷酮和3.75g N，N-二甲基甲酰胺混合，搅拌12小时，得到溶胶；
将所述溶胶装入静电纺丝装置中，收集板接地，在所述收集板上放置依次制备有栅电极层和栅电极绝缘层的绝缘衬底，收集板与针头之间的距离为15cm，静电纺丝的电压为13.74kV，纺丝2min，最后收集在所述栅电极绝缘层的上表面，得到In2O3/纳米纤维层；
以Cu(thd)2作为铜源，O3作为氧源，采用原子层沉积法，在所述In2O3/纳米纤维层制备壳状的CuO，沉积过程中反应腔的温度为150℃，压力为0.1Torr所述CuO的沉积周期为400次，得到复合物纳米纤维层；
将所述复合纳米纤维层在500℃煅烧2小时，得到异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维，即有源层；所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维为中空结构，所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维中的CuO的质量百分含量为6％；
在制备好的有源层上表面，采用真空蒸镀法制备厚度为50nm的源电极和漏电极，得到所述场效应晶体管丙酮气体传感器。
实施例2
将硅板依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗30min后，烘干，进行紫外-臭氧处理10min，得到预处理后的硅板；
采用溅射法，在所述预处理后的硅板的上表面，制备50nm厚的图案化的Cr电极层，得到具有栅电极层的硅板；
采用原子层沉积法，在所述具有栅电极层的硅板的上表面沉积厚度为100nm的ZrO2薄膜，得到栅电极绝缘层；
在所述栅电极绝缘层的上表面制备厚度为100nm的有源层；制备过程为：将0.12gIn2O3、0.3g聚乙烯吡咯烷酮和3.75g N，N-二甲基甲酰胺混合，搅拌12小时，得到溶胶；
将所述溶胶装入静电纺丝装置中，收集板接地，在所述收集板上放置依次制备有栅电极层和栅电极绝缘层的绝缘衬底，收集板与针头之间的距离为15cm，静电纺丝的电压为13.74kV，纺丝2min，最后收集在所述栅电极绝缘层的上表面，得到In2O3/纳米纤维层；
以Cu(thd)2作为铜源，O3作为氧源，采用原子层沉积法，在所述In2O3/纳米纤维层制备壳状的CuO，所述CuO的沉积周期为400次，得到复合物纳米纤维层；
将所述复合纳米纤维层在500℃煅烧2小时，得到异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维，即有源层；所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维为中空结构，所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维中的CuO的质量百分含量为3％；
在制备好的有源层上表面，采用真空蒸镀法制备厚度为50nm的源电极和漏电极，得到所述场效应晶体管丙酮气体传感器。
实施例3
将硅板依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗30min后，烘干，进行紫外-臭氧处理10min，得到预处理后的硅板；
采用溅射法，在所述预处理后的硅板的上表面，制备50nm厚的图案化的Cr电极层，得到具有栅电极层的硅板；
采用原子层沉积法，在所述具有栅电极层的硅板的上表面沉积厚度为100nm的ZrO2薄膜，得到栅电极绝缘层；
在所述栅电极绝缘层的上表面制备厚度为100nm的有源层；制备过程为：将0.12gIn2O3、0.3g聚乙烯吡咯烷酮和3.75g N，N-二甲基甲酰胺混合，搅拌12小时，得到溶胶；
将所述溶胶装入静电纺丝装置中，收集板接地，在所述收集板上放置依次制备有栅电极层和栅电极绝缘层的绝缘衬底，收集板与针头之间的距离为15cm，静电纺丝的电压为13.74kV，纺丝2min，最后收集在所述栅电极绝缘层的上表面，得到In2O3/纳米纤维层；
以Cu(thd)2作为铜源，O3作为氧源，采用原子层沉积法，在所述In2O3/纳米纤维层制备壳状的CuO，所述CuO的沉积周期为400次，得到复合物纳米纤维层；
将所述复合纳米纤维层在500℃煅烧2小时，得到异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维，即有源层；所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维为中空结构，所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维中的CuO的质量百分含量为8％；
在制备好的有源层上表面，采用真空蒸镀法制备厚度为50nm的源电极和漏电极，得到所述场效应晶体管丙酮气体传感器。
对比例1
将硅板依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗30min后，烘干，进行紫外-臭氧处理10min，得到预处理后的硅板；
采用溅射法，在所述预处理后的硅板的上表面，制备50nm厚的图案化的Cr电极层，得到具有栅电极层的硅板；
采用原子层沉积法，在所述具有栅电极层的硅板的上表面沉积厚度为100nm的ZrO2薄膜，得到栅电极绝缘层；
在所述栅电极绝缘层的上表面制备厚度为100nm的有源层；制备过程为：将0.12gIn2O3、0.3g聚乙烯吡咯烷酮和3.75g N，N-二甲基甲酰胺混合，搅拌12小时，得到溶胶；
将所述溶胶装入静电纺丝装置中，收集板接地，在所述收集板上放置依次制备有栅电极层和栅电极绝缘层的绝缘衬底，收集板与针头之间的距离为15cm，静电纺丝的电压为13.74kV，纺丝2min，最后收集在所述栅电极绝缘层的上表面，得到In2O3/纳米纤维层；
将所述In2O3/纳米纤维层在500℃煅烧2小时，得到In2O3纳米纤维层，即有源层；
在制备好的有源层的上表面，采用真空蒸镀法制备厚度为50nm的源电极和漏电极，得到所述场效应晶体管丙酮气体传感器。
测试例
将实施例1～3和对比例1得到的场效应晶体管丙酮气体传感器进行不同丙酮气体浓度下的灵敏度测试，测试过程为将实施例1～3和对比例1得到的场效应晶体管气体传感器分别置于气体箱中，通过与气体传感器连接的半导体测试仪测得此时的电流，即为空气中的电流Ia，然后使用微量进样器通入100-4000ppb浓度的丙酮气体，记录下当每个丙酮气体浓度通入100秒后时，气体传感器所对应的电流，即Ig，然后计算出传感器的灵敏度。传感器灵敏度的计算公式为：S＝(Ig-Ia)/Ia；
其中，Ia为传感器在空气中接触氧气后的电流，Ig为传感器接触丙酮后的电阻；
其中，图2为对比例1所述场效应晶体管丙酮气体传感器的丙酮浓度-灵敏度的标准工作曲线，图3为实施例1所述场效应晶体管丙酮气体传感器的丙酮浓度-灵敏度的标准工作曲线；由图2和图3可知，由异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维构成的场效应晶体管气体传感器，在较低的气体浓度100ppb下，此时的灵敏度值为2.2，可以看出来其具有更好的低浓度灵敏度，综合其它的丙酮气体浓度及相对应的灵敏度值，本发明提供的场效应晶体管丙酮气体传感器能够很好地应用于室内环境中丙酮气体含量的检测。
图4为对比例1、实施例1～3中场效应晶体管丙酮气体传感器的丙酮浓度-灵敏度的对比图，由图4可知，当n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维中的CuO的质量百分含量为6％时，场效应晶体管传感器对丙酮气体的灵敏度最高，其气体响应最好。由此可见，质量百分含量合适的CuO可以显著改善气体传感器的传感性能，进而可以得到一个具有高灵敏度的异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维场效应晶体管丙酮气体传感器。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种场效应晶体管丙酮气体传感器，其特征在于，包括依次层叠设置的绝缘衬底、栅电极层、栅电极绝缘层、有源层和电极层；所述电极层包括源电极和漏电极；
所述有源层的材料为异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维；
所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维中p-CuO的质量百分含量为6%；
所述n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维为中空结构；
所述异质结结构的n-In2O3/p-CuO复合金属氧化物纳米纤维的长度为30~60μm；直径为80~120nm。
2.如权利要求1所述的场效应晶体管丙酮气体传感器，其特征在于，所述绝缘衬底为硅片、柔性衬底、玻璃衬底或陶瓷衬底。
3.如权利要求1所述的场效应晶体管丙酮气体传感器，其特征在于，所述栅电极层的材料为Au、Al、Cr、Ti、ITO、Ag和W中的一种或几种；
所述栅电极层的厚度为50~100nm。
4.如权利要求1所述的场效应晶体管丙酮气体传感器，其特征在于，所述栅电极绝缘层的材料为氧化钆、氧化锆和氧化铪中的一种或几种；
所述栅电极绝缘层的厚度为30~100nm。
5.如权利要求1所述的场效应晶体管丙酮气体传感器，其特征在于，所述源电极和漏电极的材料独立地为Au、Ag、Mo、Al、Cr、Ti和Pd中的一种或几种；
所述电极层的厚度为50~100nm。
6.权利要求1~5任一项所述的场效应晶体管丙酮气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在绝缘衬底的上表面依次制备栅电极层、栅电极绝缘层、有源层和电极层，得到所述场效应晶体管丙酮气体传感器。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，制备所述有源层的方法为静电纺丝法和原子层沉积法。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，制备所述有源层的方法，包括以下步骤：
将In2O3、聚乙烯吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺混合，得到溶胶；
将所述溶胶进行静电纺丝，在所述栅电极绝缘层的上表面收集纳米纤维产物，得到In2O3/纳米纤维层；
以Cu（thd）2作为铜源，O3作为氧源，采用原子层沉积法，在所述In2O3/纳米纤维层的上表面制备壳状CuO，得到复合物纳米纤维层；
将所述复合物纳米纤维进行煅烧，得到所述有源层。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为500~550℃，所述煅烧的时间为2~3小时；
所述静电纺丝的收集板和针头的距离为12~15cm，电压为13~14kV，时间为2~4min。
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