CN116879375A - 一种浮栅结构的场效应型气体传感器及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浮栅结构的场效应型气体传感器及制备方法，包括：衬底层、底栅电极、底栅介质层、沟道层、源电极、漏电极、浮栅介质层和气体敏感层；衬底层设置于气体传感器最底层，起支撑作用；底栅电极设置于衬底层上方中部；底栅介质层设置于衬底层和底栅电极上方，并包覆底栅电极；沟道层设置于底栅介质层上方；源电极和漏电极分别设置于沟道层上方两端，在水平方向上，源电极和漏电极互不接触；浮栅介质层设置于沟道层上方、源电极和漏电极之间；气体敏感层设置于浮栅介质层上方。本发明气体传感器的气体敏感层无需电气连接，选材不受限制，适用于多种应用场景；同时，无需驱动电路，简化制备流程，降低成本，增强传感器的抗干扰性。

Description

一种浮栅结构的场效应型气体传感器及制备方法

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种浮栅结构的场效应型气体传感器及制备方法。

背景技术

半导体气体传感器可以感知工作环境中易燃易爆炸、有毒有害等危险气体信息，并将气体信息转换为电信号输出。半导体气体传感器在消防、工业安全生产、医疗卫生和环境保护中发挥着不可替代的作用。半导体气体传感器主要分为电阻型和场效应型，相比较而言场效应型的气体传感器具有更高的灵敏度和集成度。

场效应型的半导体气体传感器一般以顶栅结构为主，栅极通常接入调制信号用以驱动气体传感器工作。顶栅结构的场效应型气体传感器的顶栅材料对电导率有较高的要求，因此，栅极材料选择受限，从而限制了场效应型气体传感器的应用和推广；其次，栅极需要电气连接以驱动传感器，则需设置介质层用以隔离驱动信号与沟道，该设计使得顶栅结构的场效应型气体传感器结构复杂、制造工艺难度与成本显著上升；同时，由于栅极需接入驱动信号，因此需要配置专用的驱动电路板或芯片，增加了传感器的应用成本，并且复杂的驱动电路易受环境电磁干扰影响，降低传感器的精度。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种浮栅结构的场效应型气体传感器及制备方法，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决现有顶栅结构的场效应型气体传感器栅极材料选择受限、结构复杂、制造难度与成本高、传感器检测精度低的问题。

一方面，本发明提供了一种浮栅结构的场效应型气体传感器，其特征在于，包括：

衬底层；所述衬底层设置于所述气体传感器最底层，起支撑作用；

底栅电极；所述底栅电极设置于所述衬底层上方中部，在水平方向上，所述底栅电极的长度小于所述衬底层的长度；

底栅介质层；所述底栅介质层设置于所述衬底层和所述底栅电极上方，并包覆所述底栅电极；

沟道层；所述沟道层设置于所述底栅介质层上方；所述沟道层利用所述底栅介质层与所述底栅电极实现电气隔离，并接受所述底栅电极电压的调控；

源电极和漏电极；所述源电极和所述漏电极分别设置于所述沟道层上方两端，并基于所述沟道层实现电气连接；在水平方向上，所述源电极和所述漏电极互不接触；

浮栅介质层；所述浮栅介质层设置于所述沟道层上方、所述源电极和所述漏电极之间；

气体敏感层；所述气体敏感层设置于所述浮栅介质层上方；在水平方向上，所述气体敏感层的长度不大于所述浮栅介质层的长度；所述气体敏感层利用所述浮栅介质层与所述沟道层实现电气隔离。

在本发明的一些实施例中，所述底栅介质层采用氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化钽、氧化钇中的一种或多种组合形式的绝缘材料。

在本发明的一些实施例中，所述沟道层采用多晶硅、单晶硅、石墨烯、碳纳米管、氧化锌、磷化铟、砷化镓中的一种或多种组合形式的半导体材料。

在本发明的一些实施例中，所述源电极和所述漏电极采用金、铂、铜、钯、铝、钛中的一种或多种组合形式的金属材料。

在本发明的一些实施例中，所述浮栅介质层采用氧化铪、氧化钇、氧化铝、氮化硅、氧化钽中的一种或多种组合形式的绝缘材料。

另一方面，本发明提供一种浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法，其特征在于，该方法用于制备如上文所述浮栅结构的场效应型气体传感器，所述方法包括以下步骤：

获取一块衬底；

在所述衬底上方中部沉积底栅电极，在水平方向上，所述底栅电极的长度小于所述衬底的长度；

在所述衬底和所述底栅电极上方沉积底栅介质；所述底栅电极被所述底栅介质包覆；

在所述底栅介质上方沉积沟道；

在所述沟道上方两端分别沉积源电极和漏电极，在水平方向上，所述源电极和所述漏电极互不接触；

在所述沟道上方、所述源电极和所述漏电极之间沉积浮栅介质；

在所述浮栅介质上方沉积气体敏感层；在水平方向上，所述气体敏感层的长度不大于所述浮栅介质的长度。

在本发明的一些实施例中，所述底栅电极由金属膜组成，所述底栅电极采用金、铂、铜、铝、钛中的一种或多种组合形式的金属材料。

在本发明的一些实施例中，所述底栅介质采用氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化钽、氧化钇中的一种或多种组合形式的绝缘材料。

在本发明的一些实施例中，在所述底栅介质上方沉积沟道，还包括：

所述沟道采用磁控溅射、原子层沉积、化学气相沉积中的一种或多种组合形式的沉积工艺进行沉积；所述沟道采用多晶硅、单晶硅、石墨烯、碳纳米管、氧化锌、磷化铟、砷化镓中的一种或多种组合形式的半导体材料。

在本发明的一些实施例中，在所述浮栅介质上方沉积气体敏感层，还包括：

所述气体敏感层采用磁控溅射、原子层沉积、旋涂、提拉、液相沉积中的一种或多种组合形式的沉积工艺进行沉积；所述气体敏感层由气体活性材料组成，所述气体活性材料能与待测的目标气体发生反应。

本发明的有益效果至少是：

本发明提供一种浮栅结构的场效应型气体传感器及制备方法，自底而上，包括衬底层、底栅电极、底栅介质层、沟道层、源电极、漏电极、浮栅介质层和气体敏感层。本发明采用浮栅结构，栅极处于悬浮状态，无需电气连接，因此，对于气体敏感层，其气体敏感材料的选择范围更加广泛，不再受材料电导率的限制，从而具有更广泛的应用领域，可用以多种目标气体的检测。进一步的，由于栅极无需设置电气连接功能和电气隔离的介质层，整体结构简单，制造工艺简单且制造成本低。进一步的，由于无需设置专门的驱动电路，既减少了应用成本，又增强了场效应型半导体气体传感器的抗干扰能力。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例中浮栅结构的场效应型气体传感器的结构示意图。

图2为本发明一实施例中浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法步骤示意图。

图3、图4和图5为本发明一实施例中浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法中相应步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

这里需要强调的是，在下文中提及的各步骤标记并不是对各步骤先后顺序的限定，而应当理解为可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

为了解决现有顶栅结构的场效应型气体传感器栅极材料选择受限、结构复杂、制造难度与成本高、传感器检测精度低的问题，本发明提供一种浮栅结构的场效应型气体传感器，如图1所示，包括衬底层101、底栅电极102、底栅介质层103、沟道层104、源电极105、漏电极106、浮栅介质层107和气体敏感层108，具体的：

衬底层101设置于气体传感器最底层，作为其他功能层的支撑体，起支撑作用；同时也为底栅电极102和底栅介质层103提供衬底。

在一些实施例中，衬底层101采用硅、蓝宝石、碳化硅中的一种材料。

底栅电极102设置于衬底层101上方中部，在水平方向上，底栅电极的长度小于衬底层的长度，即，如图1所示的剖视图中，底栅电极102的面积小于衬底层101的面积。底栅电极102用于调控沟道层104的电导行为，配合气体敏感层108能够对传感器的气体信号进行放大和缩小。具体的，目标气体进入气体敏感层108发生反应，气体敏感层108内的电荷发生变换，进而改变沟道层104中的电子浓度，即影响沟道层104的电导率，底栅电极102的电压可以调节沟道层104中的电子浓度，从而放大或缩小输出的气体信号。

在一些实施例中，底栅电极102采用具备高电导率的金属材料，示例性的，底栅电极102采用金、铂、铜、铝、钛中的一种或多种组合形式的金属材料，优选的，在本发明中，底栅电极102采用金材料，底栅电极由金薄膜构成。

底栅介质层103设置于衬底层101和底栅电极102上方，并包覆底栅电极102。底栅介质层103用以对底栅电极102与沟道层104进行电气隔离，同时底栅介质层103也作为沟道层104的衬底。其中，电气隔离是指通过在底栅电极102和沟道层104之间引入一个绝缘层(即本发明中的底栅介质层103)来实现的电气隔离，电气隔离可以防止底栅电极102与沟道层104之间的电流流动，从而保护器件的性能和稳定性。

在一些实施例中，底栅介质层103采用氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化钽、氧化钇中的一种或多种组合形式的绝缘材料，优选的，在本发明中，底栅介质层103采用氧化铪。需要说明的是，所选材料并不限于以上范围，所选材料需满足以下两点要求：(1)所选材料可包覆底栅电极102；(2)所选材料具备较高介电系数，能够对沟道层104的电导行为有效调控。

沟道层104设置于底栅介质层103上方。如上文所述，沟道层104利用底栅介质层103与底栅电极102实现电气隔离，并接受底栅电极102电压的调控。其中，沟道层104采用半导体材料，具备良好的栅控效率。其中，栅控效率也称为栅效应、栅极效应或栅极调制效应，指在器件中，栅极电压和沟道电流之间的关系。它是衡量器件性能的重要指标之一。栅控效率越高，器件的响应速度越快，控制更加精确，性能也更加优越。

在一些实施例中，沟道层采用多晶硅、单晶硅、石墨烯、碳纳米管、氧化锌、磷化铟、砷化镓中的一种或多种组合形式的半导体材料。优选的，在本发明中，沟道层104采用碳纳米管材料。需要说明的是，所选材料并不限于以上范围，所选材料需满足以下两点要求：(1)所选材料的电导行为具有良好的栅控效率；(2)所选材料能够与底栅介质层103和浮栅介质层107形成良好的界面，有利于沟道层104电导行为的调控。

源电极105和漏电极106分别设置于沟道层104上方两端，并基于沟道层104实现电气连接；在水平方向上，源电极105和漏电极106互不接触。源电极105和漏电极106直接与沟道层104接触，在功能上为向沟道层104注入或吸收电流。

需要说明的是，图1中，源电极105设置在沟道层104上方左端，漏电极106设置在沟道层104上方右端，这仅是本发明的一种实施方式，在本发明中，对于源电极105和漏电极106的位置不作限定，因为将源电极105和漏电极106的位置进行互换，不会影响本发明气体传感器的最终性能。

在一些实施例中，源电极105和漏电极106选用相同的材料。

在一些实施例中，源电极105和漏电极106均采用金、铂、铜、钯、铝、钛中的一种或多种组合形式的金属材料。优选的，在本发明中，源电极105和漏电极106均采用钯材料。需要说明的是，所选材料并不限于以上范围，所选材料需满足以下两点要求：(1)所选材料能够与沟道层104形成良好的电学接触或欧姆接触；(2)所选材料具备较高的电导率。

浮栅介质层107设置于沟道层104上方、源电极105和漏电极106之间。以图1所示的剖视图为参照，浮栅介质层107的面积应大于等于源电极105和漏电极106之间空隙的面积。其中，浮栅介质层107需选用具备高介电系数的绝缘材料，以实现沟道层104和气体敏感层108之间的电气隔离。

在一些实施例中，浮栅介质层107采用氧化铪、氧化钇、氧化铝、氮化硅、氧化钽中的一种或多种组合形式的绝缘材料。优选的，在本发明中，浮栅介质层107采用氧化钇材料。需要说明的是，所选材料并不限于以上范围，所选材料需满足以下两点要求：(1)所选材料具备较高的介电系数，从而使气体敏感层108能够高效调控沟道层产生高灵敏响应；(2)所选材料能够与沟道层104形成良好的界面，有利于获得高栅控效率。

气体敏感层108设置于浮栅介质层107上方。在水平方向上，气体敏感层108的长度不大于浮栅介质层107的长度，即，如图1所示的剖视图中，气体敏感层108的面积应小于等于浮栅介质层107的面积。如上文所述，气体敏感层108利用浮栅介质层107与沟道层104实现电气隔离。其中，气体敏感层由气体活性材料组成，以与待测的目标气体发生反应并产生信号输出，不同的材料适用于不同的敏感气体，因此在制备本发明提供的传感器时，可根据具体的应用场景选取不同的材料构建气体敏感层，具体的制备方法在后文浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法中进行说明。

在一些实施例中，气体敏感层由气体活性材料组成，可选的气体活性材料需满足：气体活性材料能够与待测的目标气体发生吸附或化学反应。其中，气体活性材料与气体发生吸附或化学反应时，其电学参数包括但不限于电导率、电容、功函数、电势。

在一些实施例中，目标气体是指半导体气体传感器用于检测的气体，可以为有毒有害气体等，示例性的，目标气体可以包括但不限于氢气、甲烷、一氧化碳、硫化氢、氨气、乙醇或氮氧化物等。

本发明还提供一种浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法，如图2所示，该方法包括以下步骤S201～S207：

步骤S201：获取一块衬底。

步骤S202：在衬底上方中部沉积底栅电极，在水平方向上，底栅电极的长度小于衬底的长度。

步骤S203：在衬底和底栅电极上方沉积底栅介质；底栅电极被底栅介质包覆。

步骤S204：在底栅介质上方沉积沟道。

步骤S205：在沟道上方两端分别沉积源电极和漏电极，在水平方向上，源电极和漏电极互不接触。

步骤S206：在沟道上方、源电极和漏电极之间沉积浮栅介质。

步骤S207：在浮栅介质上方沉积气体敏感层；在水平方向上，气体敏感层的长度不大于浮栅介质的长度。

如图3所示，包括步骤S201～S203。

在步骤S201中，首先获取衬底101，具体的，选择适合于制备本发明气体传感器的衬底材料，对选取的衬底材料进行切割、抛光、清洗、氧化等处理，得到衬底101。

在一些实施例中，衬底101采用硅、蓝宝石、碳化硅中的一种材料。

在步骤S202中，在衬底101上方中部沉积底栅电极102，在水平方向上，底栅电极102的长度小于衬底101的长度，即，如图3所示的剖视图，底栅电极102的面积小于衬底层101的面积。其中，沉积是指将材料沉积在衬底或其他材料表面的过程。沉积可以通过物理方法(如物理气相沉积、物理溅射等)或化学方法(如化学气相沉积、电化学沉积等)进行。在半导体工艺中，沉积是一种重要的加工技术，可以用于制备电极、导线、绝缘层等材料，也可以用于制备复杂的结构和器件。

在一些实施例中，底栅电极102采用具备高电导率的金属材料，示例性的，底栅电极102采用金、铂、铜、铝、钛中的一种或多种组合形式的金属材料，优选的，在本发明中，底栅电极102采用金材料，底栅电极由金薄膜构成。

在步骤S203中，在衬底101和底栅电极102上方沉积底栅介质103。底栅介质103完全包覆底栅电极102。

在一些实施例中，底栅介质层103采用氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化钽、氧化钇中的一种或多种组合形式的绝缘材料，优选的，在本发明中，底栅介质层103采用氧化铪。需要说明的是，所选材料并不限于以上范围，所选材料需满足以下两点要求：(1)所选材料可包覆底栅电极102；(2)所选材料具备较高介电系数，能够对沟道层104的电导行为有效调控。

如图4所示，在步骤S201～S203的基础上，又包含了步骤S204～S205。

在步骤S204中，在底栅介质103上方沉积沟道104。其中，沟道由半导体材料构成，具备良好的栅控效率。

在一些实施例中，沟道层采用多晶硅、单晶硅、石墨烯、碳纳米管、氧化锌、磷化铟、砷化镓中的一种或多种组合形式的半导体材料。优选的，在本发明中，沟道层104采用碳纳米管材料。需要说明的是，所选材料并不限于以上范围，所选材料需满足以下两点要求：(1)所选材料的电导行为具有良好的栅控效率；(2)所选材料能够与底栅介质层103和浮栅介质层107形成良好的界面，有利于沟道层104电导行为的调控。

在一些实施例中，沟道104采用磁控溅射、原子层沉积、化学气相沉积中的一种或多种组合形式的沉积工艺进行沉积。优选的，在本发明中，沟道层104采用液相沉积的方法进行沉积。

在步骤S205中，在沟道104上方两端分别沉积源电极105和漏电极106，在水平方向上，源电极105和漏电极106互不接触。其中，源电极105和漏电极106采用具备高电导率的金属材料。

需要说明的是，图4以及后续图中，源电极105设置在沟道层104上方左端，漏电极106设置在沟道层104上方右端，这仅是本发明的一种实施方式，在本发明中，对于源电极105和漏电极106的位置不作限定，因为将源电极105和漏电极106的位置进行互换，不会影响本发明气体传感器的最终性能。

在一些实施例中，源电极105和漏电极106选用相同的材料。

在一些实施例中，源电极105和漏电极106均采用金、铂、铜、钯、铝、钛中的一种或多种组合形式的金属材料。优选的，在本发明中，源电极105和漏电极106均采用钯材料。需要说明的是，所选材料并不限于以上范围，所选材料需满足以下两点要求：(1)所选材料能够与沟道层104形成良好的电学接触或欧姆接触；(2)所选材料具备较高的电导率。

如图5所示，在步骤S201～S205的基础上，又包含了步骤S206～S207。

在步骤S206中，在沟道104上方、源电极105和漏电极106之间沉积浮栅介质107。以图5所示的剖视图为参照，浮栅介质层107的面积应大于等于源电极105和漏电极106之间空隙的面积。

在一些实施例中，浮栅介质层107采用氧化铪、氧化钇、氧化铝、氮化硅、氧化钽中的一种或多种组合形式的绝缘材料。优选的，在本发明中，浮栅介质层107采用氧化钇材料。需要说明的是，所选材料并不限于以上范围，所选材料需满足以下两点要求：(1)所选材料具备较高的介电系数，从而使气体敏感层108能够高效调控沟道层产生高灵敏响应；(2)所选材料能够与沟道层104形成良好的界面，有利于获得高栅控效率。

在步骤S207中，在浮栅介质107上方沉积气体敏感层108。在水平方向上，气体敏感层的长度不大于浮栅介质的长度，即，如图5所示的剖视图，气体敏感层108的面积应小于等于浮栅介质层107的面积。

气体敏感层由气体活性材料组成，以与待测的目标气体发生反应并产生信号输出，不同的材料适用于不同的敏感气体，因此在制备本发明提供的传感器时，可根据具体的应用场景选取不同的材料构建气体敏感层。具体的，若目标气体为一氧化碳，则可以选用对一氧化碳有高活性的气体敏感材料，如氧化锡半导体材料；若目标气体为氢气，则可以选用对氢气有高活性的钯金属材料；若目标气体为二氧化氮，则可以选用对二氧化氮有高活性的氧化钨材料。

在一些实施例中，气体敏感层采用磁控溅射、原子层沉积、旋涂、提拉、液相沉积中的一种或多种组合形式的沉积工艺进行沉积。优选的，在本发明中，气体敏感层采用磁控溅射的方法进行沉积。

在本发明中，还可以通过增加、减少或组合的形式调整本发明提供的浮栅结构的场效应型气体传感器，构成新的浮栅结构的气体传感器，且新的浮栅结构的气体传感器同样具备或具备部分本发明气体传感器的功能与优点。

示例性的，将衬底层与底栅电极组合。衬底层和底栅电极选用同一种材料，如选用导电材料铜、铝、钛或多晶硅作为衬底层，从而可以将衬底层与底栅电极合并为一层(统称为衬底层或底栅电极)。此时，合并后的衬底层和底栅电极均承担对沟道层电导行为的调控，在功能上原衬底层和原底栅电极并没有被舍去只是由相同材质承担。

示例性的，将浮栅介质层和气体敏感层组合。选用氧化钛、氧化铝或氧化钽构建浮栅介质层，选用以上材料的浮栅介质层能够与活性气体产生气敏响应，从而可以减少气体敏感层。在功能上浮栅介质层同时承担着原气体敏感层与原浮栅介质层的功能。

示例性的，舍去衬底层，将底栅介质作为衬底，并在底栅介质底部衬底底栅电极。在功能上沟道层电导行为的调控依然依赖于底栅电极和底栅介质实现。

示例性的，舍去衬底层、底栅电极、底栅介质层，这一结构调整省去了沟道层的底栅调控功能，但仍可以实现气体敏感材料通过浮栅作用于沟道层产生气敏响应信号。

通过增加、减少或组合的形式调整本发明提供的浮栅结构的场效应型气体传感器，构成新的浮栅结构的气体传感器，其调整组合方式是不能穷举的。浮栅结构的气体传感器的核心为沟道层和浮栅介质层，这两层是不可缺失的，且气体反应需通过浮栅对沟道层电导行为进行调控。因此，通过上述结构调整组成的新的浮栅结构的场效应型气体传感器的方案都应该属于本发明的包含范围。

综上所述，本发明提供一种浮栅结构的场效应型气体传感器及制备方法，自底而上，包括衬底层、底栅电极、底栅介质层、沟道层、源电极、漏电极、浮栅介质层和气体敏感层。本发明采用浮栅结构，栅极处于悬浮状态，无需电气连接，因此，对于气体敏感层，其气体敏感材料的选择范围更加广泛，不再受材料电导率的限制，从而具有更广的应用领域，可用以多种目标气体的检测。进一步的，由于栅极无需设置电气连接功能和电气隔离的介质层，整体结构简单，制造工艺简单且制造成本低。进一步的，由于无需设置专门的驱动电路，既减少了应用成本，又增强了场效应型半导体气体传感器的抗干扰能力。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浮栅结构的场效应型气体传感器，其特征在于，包括：

衬底层；所述衬底层设置于所述气体传感器最底层，起支撑作用；

底栅电极；所述底栅电极设置于所述衬底层上方中部，在水平方向上，所述底栅电极的长度小于所述衬底层的长度；

底栅介质层；所述底栅介质层设置于所述衬底层和所述底栅电极上方，并包覆所述底栅电极；

沟道层；所述沟道层设置于所述底栅介质层上方；所述沟道层利用所述底栅介质层与所述底栅电极实现电气隔离，并接受所述底栅电极电压的调控；

源电极和漏电极；所述源电极和所述漏电极分别设置于所述沟道层上方两端，并基于所述沟道层实现电气连接；在水平方向上，所述源电极和所述漏电极互不接触；

浮栅介质层；所述浮栅介质层设置于所述沟道层上方、所述源电极和所述漏电极之间；

气体敏感层；所述气体敏感层设置于所述浮栅介质层上方；在水平方向上，所述气体敏感层的长度不大于所述浮栅介质层的长度；所述气体敏感层利用所述浮栅介质层与所述沟道层实现电气隔离。

2.根据权利要求1所述的浮栅结构的场效应型气体传感器，其特征在于，所述底栅介质层采用氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化钽、氧化钇中的一种或多种组合形式的绝缘材料。

3.根据权利要求1所述的浮栅结构的场效应型气体传感器，其特征在于，所述沟道层采用多晶硅、单晶硅、石墨烯、碳纳米管、氧化锌、磷化铟、砷化镓中的一种或多种组合形式的半导体材料。

4.根据权利要求1所述的浮栅结构的场效应型气体传感器，其特征在于，所述源电极和所述漏电极采用金、铂、铜、钯、铝、钛中的一种或多种组合形式的金属材料。

5.根据权利要求1所述的浮栅结构的场效应型气体传感器，其特征在于，所述浮栅介质层采用氧化铪、氧化钇、氧化铝、氮化硅、氧化钽中的一种或多种组合形式的绝缘材料。

6.一种浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法，其特征在于，该方法用于制备如权利要求1至5任意一项所述浮栅结构的场效应型气体传感器，所述方法包括以下步骤：

获取一块衬底；

在所述衬底上方中部沉积底栅电极，在水平方向上，所述底栅电极的长度小于所述衬底的长度；

在所述衬底和所述底栅电极上方沉积底栅介质；所述底栅电极被所述底栅介质包覆；

在所述底栅介质上方沉积沟道；

在所述沟道上方两端分别沉积源电极和漏电极，在水平方向上，所述源电极和所述漏电极互不接触；

在所述沟道上方、所述源电极和所述漏电极之间沉积浮栅介质；

在所述浮栅介质上方沉积气体敏感层；在水平方向上，所述气体敏感层的长度不大于所述浮栅介质的长度。

7.根据权利要求6所述的浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法，其特征在于，所述底栅电极由金属膜组成，所述底栅电极采用金、铂、铜、铝、钛中的一种或多种组合形式的金属材料。

8.根据权利要求6所述的浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法，其特征在于，所述底栅介质采用氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化钽、氧化钇中的一种或多种组合形式的绝缘材料。

9.根据权利要求6所述的浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法，其特征在于，在所述底栅介质上方沉积沟道，还包括：

所述沟道采用磁控溅射、原子层沉积、化学气相沉积中的一种或多种组合形式的沉积工艺进行沉积；所述沟道采用多晶硅、单晶硅、石墨烯、碳纳米管、氧化锌、磷化铟、砷化镓中的一种或多种组合形式的半导体材料。

10.根据权利要求6所述的浮栅结构的场效应型气体传感器制备方法，其特征在于，在所述浮栅介质上方沉积气体敏感层，还包括：

所述气体敏感层采用磁控溅射、原子层沉积、旋涂、提拉、液相沉积中的一种或多种组合形式的沉积工艺进行沉积；所述气体敏感层由气体活性材料组成，所述气体活性材料能与待测的目标气体发生反应。