基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器及制備方法，其第二有機(jī)場效應(yīng)管體鍵合固定在第一有機(jī)場效應(yīng)管體的上方，第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間設(shè)置有單晶線體，且在鍵合固定后的第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間形成檢測腔體；第一有機(jī)場效應(yīng)管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進(jìn)入檢測腔體的第一氣孔，第二有機(jī)場效應(yīng)管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進(jìn)入檢測腔體的第二氣孔，所述第一氣孔、第二氣孔均與檢測腔體相連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，與CMOS工藝兼容，遷移率高，提高響應(yīng)時(shí)間及恢復(fù)時(shí)間，信號(hào)強(qiáng)度高，提高測量精度，使用方便，安全可靠。
【專利說明】基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種極性分子氣體傳感器及制備方法，尤其是一種基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器及制備方法，屬于半導(dǎo)體氣體傳感器的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]302402等極性分子氣體是重要的大氣污染源，對(duì)人類正常的生活產(chǎn)生了極為不利的影響；因此，對(duì)極性分子氣體的監(jiān)控勢在必行。目前，市面上所應(yīng)用的極性分子氣體傳感器多采用化學(xué)吸附測量的方式，由于化學(xué)反應(yīng)中存在化學(xué)平衡，無論是氣體的吸附和脫附都不徹底，不僅給測量結(jié)果帶來了偏差，而且未能脫附的氣體將使器件性能發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的改變，從而嚴(yán)重影響了傳感器的使用壽命；而且現(xiàn)有的傳感器還存在反應(yīng)時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間過長的問題，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)極性分子的氣體濃度的實(shí)時(shí)測量。
[0003]目前，有機(jī)物場效應(yīng)管(OFET)相關(guān)技術(shù)日臻完善，常用的有機(jī)物半導(dǎo)體一般由柵極、源極、漏極、有機(jī)物薄膜構(gòu)成，導(dǎo)電溝道位于有機(jī)物薄膜上，其固有特性有利于對(duì)氣體濃度的測量。但目前廣泛使用的薄膜型有機(jī)物場效應(yīng)管的有機(jī)薄膜中存在大量的晶格無序和晶界缺陷，使有機(jī)物半導(dǎo)體的本征特性不能表現(xiàn)出來，導(dǎo)致遷移率較低、傳感器的閾值電壓過大、響應(yīng)信號(hào)過于微弱、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間過長等一系列問題。
[0004]在眾多的有機(jī)物半導(dǎo)體材料中，金屬肽箐化合物不僅具有較高的遷移率，而且在復(fù)雜氣體條件下可以保持穩(wěn)定的化學(xué)特性，但高能粒子束會(huì)損壞有機(jī)晶體的晶格，使半導(dǎo)體材料喪失其電學(xué)特性。另外，光照也會(huì)對(duì)有機(jī)物單晶材料的電學(xué)特性產(chǎn)生可逆的影響。
[0005]為解決上述存在的問題，許多研究機(jī)構(gòu)采用有機(jī)物單晶材料作為導(dǎo)電層，與傳統(tǒng)的薄膜有機(jī)物場效應(yīng)管相比，單晶材料的缺陷和晶界減少了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從而大大提高了有機(jī)物場效應(yīng)管的電學(xué)特性。由于是使用有機(jī)物單晶材料氣體電介質(zhì)的有機(jī)物場效應(yīng)管對(duì)氣體吸附是一個(gè)物理過程，反應(yīng)徹底無殘留，有利于延長期間使用壽命，同時(shí)可以有效縮短響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。但是在用于對(duì)極性氣體分子檢測時(shí)，仍然存在檢測精度低，與COMS工藝不夠兼容，工藝復(fù)雜，難以滿足生產(chǎn)使用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性氣體分子氣體傳感器及制備方法，其結(jié)構(gòu)緊湊，與CMOS工藝兼容，遷移率高，提高響應(yīng)時(shí)間及恢復(fù)時(shí)間，信號(hào)強(qiáng)度高，提高測量精度，使用方便，安全可靠。
[0007]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，包括第一有機(jī)場效應(yīng)管體及第二有機(jī)場效應(yīng)管體；第一有機(jī)場效應(yīng)管體包括第一有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第一場效應(yīng)管源電極，第二有機(jī)場效應(yīng)管體包括第二有機(jī)場效應(yīng)管漏電極及第二有機(jī)場效應(yīng)管源電極；所述第二有機(jī)場效應(yīng)管體鍵合固定在第一有機(jī)場效應(yīng)管體的上方，第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間設(shè)置有單晶線體，且在鍵合固定后的第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間形成檢測腔體；單晶線體橫跨所述檢測腔體，單晶線體的兩端連接第一有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第一有機(jī)場效應(yīng)管源電極，以充當(dāng)?shù)谝粓鲂?yīng)管漏電極與第一場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道，且單晶線體的兩端同時(shí)連接第二有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第二有機(jī)場效應(yīng)管源電極，以充當(dāng)?shù)诙鲂?yīng)管漏電極與第二場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道；第一有機(jī)場效應(yīng)管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進(jìn)入檢測腔體的第一氣孔，第二有機(jī)場效應(yīng)管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進(jìn)入檢測腔體的第二氣孔，所述第一氣孔、第二氣孔均與檢測腔體相連通。
[0008]所述第一有機(jī)場效應(yīng)管體包括第一襯底，第一場效應(yīng)管漏電極包括第一漏極連接導(dǎo)體、第一場效應(yīng)管源電極包括第一源極連接導(dǎo)體，第一漏極連接導(dǎo)體、第一源極連接導(dǎo)體貫穿設(shè)置在第一襯底內(nèi)，且第一漏極連接導(dǎo)體、第一源極連接導(dǎo)體與第一襯底間絕緣隔離；第一襯底還設(shè)置有第一柵極連接導(dǎo)體，第一柵極連接導(dǎo)體位于第一漏極連接導(dǎo)體與第一源極連接導(dǎo)體間；第一襯底的上方設(shè)有第一柵電極層，第一柵電極層的上方設(shè)置第一支撐層，第一支撐層上設(shè)有第一場效應(yīng)管第一電極材料層與第一場效應(yīng)管第二電極材料層，第一場效應(yīng)管第一電極材料層上設(shè)有第一功函數(shù)調(diào)制層，第一場效應(yīng)管第二電極材料層上設(shè)有第二功函數(shù)調(diào)制層；單晶線體的兩端支撐在第一功函數(shù)調(diào)制層及第二功函數(shù)調(diào)制層上，第一場效應(yīng)管第一電極材料層與第一場效應(yīng)管第二電極材料層間設(shè)置貫通第一支撐層的第一腔體，第一氣孔貫通第一襯底，且第一氣孔與第一腔體相連通；第一漏極連接導(dǎo)體與第一場效應(yīng)管第一電極材料層電連接，第一源極連接導(dǎo)體與第一場效應(yīng)管第二電極材料層電連接，第一柵極連接導(dǎo)體與第一柵電極層歐姆接觸。
[0009]所述第一柵電極層與第一襯底間設(shè)置有第一互連導(dǎo)體層，所述第一互連導(dǎo)體層與第一漏極連接導(dǎo)體、第一源極連接導(dǎo)體相互絕緣，第一柵極連接導(dǎo)體與第一互連導(dǎo)體層電連接，且第一柵極連接導(dǎo)體通過第一互連導(dǎo)體層與第一柵電極層歐姆接觸。
[0010]所述第一場效應(yīng)管漏電極還包括第二漏極連接導(dǎo)體、第三漏極連接導(dǎo)體及第四漏極連接導(dǎo)體，第二漏極連接導(dǎo)體貫通設(shè)置在第一互連導(dǎo)體層內(nèi)，第三漏極連接導(dǎo)體貫通設(shè)置在第一柵電極層內(nèi)，第四漏極連接導(dǎo)體貫通設(shè)置在第一支撐層內(nèi)；第一漏極連接導(dǎo)體通過第二漏極連接導(dǎo)體、第三漏極連接導(dǎo)體及第四漏極連接導(dǎo)體與第一場效應(yīng)管第一電極材料層電連接，第一場效應(yīng)管漏電極與第一互連導(dǎo)體層、第一柵電極層相互絕緣隔離；
第一場效應(yīng)管源電極還包括第二源極連接導(dǎo)體、第三源極連接導(dǎo)體及第四源極連接導(dǎo)體，第二源極連接導(dǎo)體貫通設(shè)置在第一互連導(dǎo)體層內(nèi)，第三源極連接導(dǎo)體貫通設(shè)置在第一柵電極層內(nèi)，第四漏極連接導(dǎo)體貫通設(shè)置在第一支撐層內(nèi)，第一源極連接導(dǎo)體通過第二源極連接導(dǎo)體、第三源極連接導(dǎo)體及第四源極連接導(dǎo)體與第一場效應(yīng)管第二電極材料層電連接，第一場效應(yīng)管源電極與第一互連導(dǎo)體層、第一柵電極層相互絕緣隔離。
[0011]所述第一支撐層上設(shè)有第一鍵合環(huán)，第一鍵合環(huán)位于第一場效應(yīng)管第一電極材料層與第一場效應(yīng)管第二電極材料層的外圈；第二場效應(yīng)管體上設(shè)置有第二鍵合環(huán)，第二場效應(yīng)管體通過第二鍵合環(huán)與第一鍵合環(huán)鍵合固定后設(shè)置在第一場效應(yīng)管體的上方。
[0012]所述第二鍵合環(huán)設(shè)置在第二場效應(yīng)管體的第二支撐層上，第二鍵合環(huán)的內(nèi)圈設(shè)置有第二場效應(yīng)管第一電極材料層及第二場效應(yīng)管第二電極材料層,第二場效應(yīng)管第一電極材料層通過第三功函數(shù)調(diào)制層與單晶線體相接觸，第二場效應(yīng)管第二電極材料層通過第四功函數(shù)調(diào)制層與單晶線體相接觸；第二場效應(yīng)管第一電極材料層與第二場效應(yīng)管第二電極材料層間設(shè)有貫通第二支撐層的第二腔體，第二腔體與第一腔體相連通后形成檢測腔體；第二支撐層上設(shè)有第二柵電極層，第二柵電極層上設(shè)有第二襯底；第二場效應(yīng)管漏電極包括第五漏極連接導(dǎo)體，第二場效應(yīng)管源電極包括第五源極連接導(dǎo)體，第五漏極連接導(dǎo)體與第五源極連接導(dǎo)體均貫通設(shè)置在第二襯底內(nèi)，第二襯底內(nèi)還設(shè)置有第二柵極連接導(dǎo)體，所述第二柵極連接導(dǎo)體與第二柵電極層歐姆接觸，第五漏極連接導(dǎo)體與第二場效應(yīng)管第一電極材料層電連接，第五源極連接導(dǎo)體與第二場效應(yīng)管第二電極材料層電連接；第二襯底內(nèi)設(shè)置貫通所述第二襯底的第二氣孔，所述第二氣孔與第二腔體相連通。
[0013]所述第一氣孔與第二氣孔分別位于單晶線體的兩側(cè)。所述進(jìn)入檢測腔體檢測的極性分子氣體包括SO2氣體或NO2氣體。
[0014]所述第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間采用低溫激光鍵合、低溫焊料鍵合或共晶鍵合中的一種。所述檢測腔體的橫向?qū)挾葹镾ynTlOiim，縱向厚度為200?300nmo
[0015]一種基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器制備方法，所述極性分子氣體傳感器的制備方法包括如下步驟:
a、提供第一襯底，并在第一襯底內(nèi)設(shè)置絕緣隔離的第一漏極連接導(dǎo)體、第一柵極連接導(dǎo)體與第一源極連接導(dǎo)體，第一柵極連接導(dǎo)體位于第一漏極連接導(dǎo)體與第一源極連接導(dǎo)體間，且第一漏極連接導(dǎo)體、第一柵極連接導(dǎo)體與第一源極連接導(dǎo)體均貫通設(shè)置在第一襯底內(nèi)；
b、在上述第一襯底上方設(shè)置第一柵電極層，并在第一柵電極層內(nèi)設(shè)置絕緣隔離的第三漏極連接導(dǎo)體及第三源極連接導(dǎo)體；第三漏極連接導(dǎo)體位于第一漏極連接導(dǎo)體的正上方，并與第一漏極連接導(dǎo)體電連接；第三源極連接導(dǎo)體位于第一源極連接導(dǎo)體的正上方，并與第一源極連接導(dǎo)體電連接，第一柵電極層與第一柵極連接導(dǎo)體歐姆接觸；
C、在上述第一柵電極層上設(shè)置第一支撐層，并在第一支撐層內(nèi)設(shè)置第四漏極連接導(dǎo)體及第四源極連接導(dǎo)體，第四漏極連接導(dǎo)體位于第三漏極連接導(dǎo)體的正上方，并與第三漏極連接導(dǎo)體電連接；第四源極連接導(dǎo)體位于第三源極連接導(dǎo)體的正上方，并與第三源極連接導(dǎo)體電連接；
d、在上述第一支撐層上設(shè)置所需的第一場效應(yīng)管第一電極材料層與第一場效應(yīng)管第二電極材料層，第一場效應(yīng)管第一電極材料層與第四漏極連接導(dǎo)體電連接，第一場效應(yīng)管第二電極材料層與第四源極連接導(dǎo)體電連接；
e、在上述第一場效應(yīng)管第一電極材料層上設(shè)置第一功函數(shù)調(diào)制層，在第一場效應(yīng)管第二電極材料層上設(shè)置第二功函數(shù)調(diào)制層；
f、對(duì)第一支撐層進(jìn)行刻蝕，以形成貫通所述第一支撐層的第一腔體，第一場效應(yīng)管第一電極材料層、第一場效應(yīng)管第二電極材料層分別位于第一腔體的兩側(cè)；
g、對(duì)上述第一柵電極層、第一襯底進(jìn)行刻蝕，得到第一氣孔，所述第一氣孔與第一腔體相連通，以形成所需的第一有機(jī)場效應(yīng)管體；
h、提供第二襯底，利用上述步驟形成所需的第二有機(jī)場效應(yīng)管體；第二有機(jī)場效應(yīng)管體包括第二腔體、第二氣孔、第三功函數(shù)調(diào)制層、第二場效應(yīng)管第一電極材料層、第四功函數(shù)調(diào)制層及第二場效應(yīng)管第二電極材料層；
1、在上述第一腔體上設(shè)置若干橫跨的單晶線體，所述單晶線體的兩端分別與第一功函數(shù)調(diào)制層及第二功函數(shù)調(diào)制層連接； j、將上述包含第二襯底的第二有機(jī)場效應(yīng)管體鍵合固定在第一有機(jī)場效應(yīng)管體上，第二腔體與第一腔體共同形成檢測腔體；單晶線體同時(shí)橫跨在第二腔體上，單晶線體的一端通過第三功函數(shù)調(diào)制層與第二場效應(yīng)管第一電極材料層連接，單晶線體的另一端通過第四功函數(shù)調(diào)制層與第二場效應(yīng)管第二電極材料層連接。
[0016]所述步驟d中，第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層與第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層為同一制造層，第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層與第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層通過濺射或蒸鍍電極材料形成；所述步驟e中，第一功函數(shù)調(diào)制層與第二功函數(shù)調(diào)制層為同一制造層，第一功函數(shù)調(diào)制層與第二功函數(shù)調(diào)制層通過濺射或滴注調(diào)制層材料形成。
[0017]所述形成第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層與第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層的電極材料包括Al、Cu或Ag ;電極材料選用Al時(shí),通過石墨烯或派射MoO3形成第一功函數(shù)調(diào)制層及第二功函數(shù)調(diào)制層；電極材料選用Cu時(shí)，調(diào)制層材料包括CuxO、TCNQ或石墨烯；電極材料選用Ag時(shí)，調(diào)制層材料包括TCNQ或石墨烯。所述單晶線體包括酞菁銅、酞菁鐵或酞菁鈷。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管間鍵合固定，且多條單晶線體設(shè)置在第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間，以充當(dāng)?shù)谝粓鲂?yīng)管漏電極與第一場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道，且充當(dāng)?shù)诙鲂?yīng)管漏電極與第二場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道；結(jié)構(gòu)緊湊，與CMOS工藝兼容，遷移率高，提高響應(yīng)時(shí)間及恢復(fù)時(shí)間，信號(hào)強(qiáng)度高，提高測量精度，使用方便，安全可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖廣圖12為本發(fā)明的具體實(shí)施工藝步驟的剖視圖，其中 圖1為本發(fā)明第一襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明在第一襯底內(nèi)設(shè)置第一漏極連接導(dǎo)體、第一柵極連接導(dǎo)體及第一源極連接導(dǎo)體后的剖視圖。
[0021]圖3為本發(fā)明在第一襯底上設(shè)置第一互連導(dǎo)體層后的剖視圖。
[0022]圖4為本發(fā)明設(shè)置第一柵極電極層并在第一柵極電極層內(nèi)設(shè)置第三漏極連接導(dǎo)體與第三源極連接導(dǎo)體后的剖視圖。
[0023]圖5為本發(fā)明設(shè)置第一支撐層并在第一支撐層內(nèi)設(shè)置第四漏極連接導(dǎo)體與第四源極連接導(dǎo)體后的剖視圖。
[0024]圖6為本發(fā)明在第一支撐層上設(shè)置第一鍵合環(huán)后的剖視圖。
[0025]圖7為本發(fā)明在第一支撐層上設(shè)置第一功函數(shù)調(diào)制層與第二功函數(shù)調(diào)制層后的首1J視圖。
[0026]圖8為本發(fā)明得到貫通第一支撐層的第一腔體后的剖視圖。
[0027]圖9為圖8的俯視圖。
[0028]圖10為本發(fā)明得到第一氣孔后的剖視圖。
[0029]圖11為圖10的俯視圖。
[0030]圖12為本發(fā)明將第二有機(jī)場效應(yīng)管體鍵合固定在第一有機(jī)場效應(yīng)管體上后的剖視圖。[0031]圖13為本發(fā)明單晶線體支撐在第一功函數(shù)調(diào)制層、第二功函數(shù)調(diào)制層上的俯視圖。
[0032]圖14為本發(fā)明第二氣孔分布在第二襯底上的示意圖。
[0033]附圖標(biāo)記說明:1_第一襯底、2-第一漏極連接導(dǎo)體、3-第一柵極連接導(dǎo)體、4-第一源極連接導(dǎo)體、5-第一互連導(dǎo)體層、6-第一柵電極層、7-第一支撐層、8-第一鍵合環(huán)、9-第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層、10-第一功函數(shù)調(diào)制層、11-第一空腔、12-第一氣孔、13-單晶線體、14-第二漏極連接導(dǎo)體、15-第二源極連接導(dǎo)體、16-第三漏極連接導(dǎo)體、17-第三源極連接導(dǎo)體、18-第四漏極連接導(dǎo)體、19-第四源極連接導(dǎo)體、20-第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層、21-第二襯底、22-第五漏極連接導(dǎo)體、23-第二柵極連接導(dǎo)體、24-第五源極連接導(dǎo)體、25-第二互連導(dǎo)體層、26-第二柵電極層、27-第二支撐層、28-第二鍵合環(huán)、29-第二有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層、30-第三功函數(shù)調(diào)制層、31-第二空腔、32-第二氣孔、33-第六漏極連接導(dǎo)體、34-第六源極連接導(dǎo)體、35-第七漏極連接導(dǎo)體、36-第七源極連接導(dǎo)體、37-第八漏極連接導(dǎo)體、38-第八源極連接導(dǎo)體、39-第二功函數(shù)調(diào)制層、40-第二有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層及41-第四功函數(shù)調(diào)制層。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0035]如圖12所示:為了能提高夠遷移率、響應(yīng)時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、信號(hào)強(qiáng)度及測量精度，本發(fā)明包括第一有機(jī)場效應(yīng)管體及第二有機(jī)場效應(yīng)管體；第一有機(jī)場效應(yīng)管體包括第一有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第一場效應(yīng)管源電極，第二有機(jī)場效應(yīng)管體包括第二有機(jī)場效應(yīng)管漏電極及第二有機(jī)場效應(yīng)管源電極；所述第二有機(jī)場效應(yīng)管體鍵合固定在第一有機(jī)場效應(yīng)管體的上方，第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間設(shè)置有單晶線體13，且在鍵合固定后的第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間形成檢測腔體；單晶線體13橫跨所述檢測腔體，單晶線體13的兩端連接第一有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第一有機(jī)場效應(yīng)管源電極，以充當(dāng)?shù)谝粓鲂?yīng)管漏電極與第一場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道，且單晶線體13的兩端同時(shí)連接第二有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第二有機(jī)場效應(yīng)管源電極，以充當(dāng)?shù)诙鲂?yīng)管漏電極與第二場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道；第一有機(jī)場效應(yīng)管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進(jìn)入檢測腔體的第一氣孔12，第二有機(jī)場效應(yīng)管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進(jìn)入檢測腔體的第二氣孔32，所述第一氣孔12、第二氣孔32均與檢測腔體相連通。
[0036]具體地，第一有機(jī)場效應(yīng)管體通過單晶線體13形成頂柵底接觸型的有機(jī)物場效應(yīng)管，第二有機(jī)場效應(yīng)管體通過單晶線體13形成頂柵頂接觸型的有機(jī)物場效應(yīng)管，本發(fā)明實(shí)施例中，通過第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體的協(xié)同工作，能夠提高響應(yīng)時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、信號(hào)強(qiáng)度及測量精度。所述第一氣孔12與第二氣孔32分別位于單晶線體13的兩側(cè)，即第一氣孔12與第二氣孔32交錯(cuò)分布，如圖13和圖14所示，第一氣孔12與第二氣孔32交錯(cuò)分布后，能夠使得進(jìn)入檢測腔體的極性分子氣體均能通過單晶線體13，提高檢測的接觸面積與檢測精度。
[0037]所述進(jìn)入檢測腔體檢測的極性分子氣體包括SO2氣體或NO2氣體。所述第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間采用低溫激光鍵合、低溫焊料鍵合或共晶鍵合中的一種。所述檢測腔體的橫向?qū)挾葹? ii nTlO ii m,縱向厚度為20(T300nm。[0038]進(jìn)一步地，所述第一有機(jī)場效應(yīng)管體包括第一襯底I，第一場效應(yīng)管漏電極包括第一漏極連接導(dǎo)體2、第一場效應(yīng)管源電極包括第一源極連接導(dǎo)體4，第一漏極連接導(dǎo)體2、第一源極連接導(dǎo)體4貫穿設(shè)置在第一襯底I內(nèi)，且第一漏極連接導(dǎo)體2、第一源極連接導(dǎo)體4與第一襯底I間絕緣隔離；第一襯底I還設(shè)置有第一柵極連接導(dǎo)體3，第一柵極連接導(dǎo)體3位于第一漏極連接導(dǎo)體2與第一源極連接導(dǎo)體4間；第一襯底I的上方設(shè)有第一柵電極層6，第一柵電極層6的上方設(shè)置第一支撐層7，第一支撐層7上設(shè)有第一場效應(yīng)管第一電極材料層9與第一場效應(yīng)管第二電極材料層20,第一場效應(yīng)管第一電極材料層9上設(shè)有第一功函數(shù)調(diào)制層10，第一場效應(yīng)管第二電極材料層20上設(shè)有第二功函數(shù)調(diào)制層39 ;單晶線體13的兩端支撐在第一功函數(shù)調(diào)制層10及第二功函數(shù)調(diào)制層39上，第一場效應(yīng)管第一電極材料層9與第一場效應(yīng)管第二電極材料層20間設(shè)置貫通第一支撐層7的第一腔體11，第一氣孔12貫通第一襯底1，且第一氣孔12與第一腔體11相連通；第一漏極連接導(dǎo)體2與第一場效應(yīng)管第一電極材料層9電連接,第一源極連接導(dǎo)體4與第一場效應(yīng)管第二電極材料層20電連接，第一柵極連接導(dǎo)體3與第一柵電極層6歐姆接觸。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例中，第一場效應(yīng)管第一電極材料層9通過第一功函數(shù)調(diào)制層10與單晶線體13的一端連接，第一場效應(yīng)管第二電極材料層20通過第二功函數(shù)調(diào)制層39與單晶線體13的另一端連接，通過第一功函數(shù)調(diào)制層10及第二功函數(shù)調(diào)制層39能使得第一場效應(yīng)管第一電極材料層9及第一場效應(yīng)管第二電極材料層20與單晶線體13的功函數(shù)匹配，確保不會(huì)導(dǎo)致遷移率在界面處產(chǎn)生不必要的損失。
[0040]一般來說，采用金屬材料的第一場效應(yīng)管第一電極材料層9及第一場效應(yīng)管第二電極材料層20的功函數(shù)大于單晶線體13的功函數(shù)，通過第一功函數(shù)調(diào)制層10及第二功函數(shù)調(diào)制層39的調(diào)制作用，從而實(shí)現(xiàn)無肖特基勢壘注入載流子到位于單晶線體13中的導(dǎo)電溝道中。第一功函數(shù)調(diào)制層10與第二功函數(shù)調(diào)制層39并不是真正的電極，只需要有合適的功函數(shù)，對(duì)導(dǎo)電要求不高，可以采用半導(dǎo)體，第一功函數(shù)調(diào)制層10與第二功函數(shù)調(diào)制層39的厚度一般在50A100A之間，以避免導(dǎo)致第一場效應(yīng)管第一電極材料層9及第一場效應(yīng)管第二電極材料層20的導(dǎo)電功能下降。
[0041 ] 所述第一柵電極層6與第一襯底I間設(shè)置有第一互連導(dǎo)體層5，所述第一互連導(dǎo)體層5與第一漏極連接導(dǎo)體2、第一源極連接導(dǎo)體4相互絕緣，第一柵極連接導(dǎo)體3與第一互連導(dǎo)體層5電連接，且第一柵極連接導(dǎo)體3通過第一互連導(dǎo)體層5與第一柵電極層6歐姆接觸。本發(fā)明實(shí)施例中，在第一柵電極層6與第一襯底I間設(shè)置第一互連導(dǎo)體層5也是為了匹配第一柵極連接導(dǎo)體3與第一柵電極層6之間的功函數(shù)，第一柵電極層6采用導(dǎo)電多晶娃。第一互連導(dǎo)體層5的材料可以為T1、Al、Mg、Cu或Au中的任意一種。
[0042]當(dāng)?shù)谝粬烹姌O層6與第一襯底I間設(shè)置第一互連導(dǎo)體層5后，所述第一場效應(yīng)管漏電極還包括第二漏極連接導(dǎo)體14、第三漏極連接導(dǎo)體16及第四漏極連接導(dǎo)體18，第二漏極連接導(dǎo)體14貫通設(shè)置在第一互連導(dǎo)體層5內(nèi)，第三漏極連接導(dǎo)體16貫通設(shè)置在第一柵電極層6內(nèi)，第四漏極連接導(dǎo)體18貫通設(shè)置在第一支撐層7內(nèi)；第一漏極連接導(dǎo)體2通過第二漏極連接導(dǎo)體14、第三漏極連接導(dǎo)體16及第四漏極連接導(dǎo)體18與第一場效應(yīng)管第一電極材料層9電連接,第一場效應(yīng)管漏電極與第一互連導(dǎo)體層5、第一柵電極層6相互絕緣隔離；
所述第一場效應(yīng)管漏電極與第一互連導(dǎo)體層5、第一柵電極層6相互絕緣隔離是指需要通過第二漏極連接導(dǎo)體14與第一互連導(dǎo)體層5間絕緣隔離，第三漏極連接導(dǎo)體16與第一柵電極層6間絕緣隔離，從而能夠?qū)崿F(xiàn)上述絕緣隔離要求。
[0043]第一場效應(yīng)管源電極還包括第二源極連接導(dǎo)體15、第三源極連接導(dǎo)體17及第四源極連接導(dǎo)體19，第二源極連接導(dǎo)體15貫通設(shè)置在第一互連導(dǎo)體層5內(nèi)，第三源極連接導(dǎo)體17貫通設(shè)置在第一柵電極層6內(nèi)，第四漏極連接導(dǎo)體19貫通設(shè)置在第一支撐層7內(nèi)，第一源極連接導(dǎo)體4通過第二源極連接導(dǎo)體15、第三源極連接導(dǎo)體17及第四源極連接導(dǎo)體
19與第一場效應(yīng)管第二電極材料層20電連接，第一場效應(yīng)管源電極與第一互連導(dǎo)體層5、第一柵電極層6相互絕緣隔離。
[0044]所述第一場效應(yīng)管源電極與第一互連導(dǎo)體層5、第一柵電極層6相互絕緣隔離是指需要第二源極連接導(dǎo)體15與第一互連導(dǎo)體層5間絕緣隔離，第三源極連接導(dǎo)體17與第一柵電極層6間絕緣隔離，以實(shí)現(xiàn)數(shù)序的絕緣隔離要求。
[0045]所述第一支撐層7上設(shè)有第一鍵合環(huán)8，第一鍵合環(huán)8位于第一場效應(yīng)管第一電極材料層9與第一場效應(yīng)管第二電極材料層20的外圈；第二場效應(yīng)管體上設(shè)置有第二鍵合環(huán)28，第二場效應(yīng)管體通過第二鍵合環(huán)28與第一鍵合環(huán)8鍵合固定后設(shè)置在第一場效應(yīng)管體的上方。本發(fā)明實(shí)施例中，通過第一鍵合環(huán)8與第二鍵合環(huán)28鍵合能實(shí)現(xiàn)低溫激光鍵合、低溫焊料鍵合或共晶鍵合的一種，低溫激光鍵合、低溫焊料鍵合或共晶鍵合為通用常規(guī)鍵合方式，具體過程不再贅述。第一場效應(yīng)管體與第二場效應(yīng)管體還可以采用對(duì)準(zhǔn)鍵合或其他鍵合方式，此處不再贅述。
[0046]所述第二鍵合環(huán)28設(shè)置在第二場效應(yīng)管體的第二支撐層27上，第二鍵合環(huán)28的內(nèi)圈設(shè)置有第二場效應(yīng)管第一電極材料層29及第二場效應(yīng)管第二電極材料層40，第二場效應(yīng)管第一電極材料層29通過第三功函數(shù)調(diào)制層30與單晶線體13相接觸，第二場效應(yīng)管第二電極材料層40通過第四功函數(shù)調(diào)制層41與單晶線體13相接觸；第二場效應(yīng)管第一電極材料層29與第二場效應(yīng)管第二電極材料層40間設(shè)有貫通第二支撐層27的第二腔體31，第二腔體31與第一腔體31相連通后形成檢測腔體；第二支撐層27上設(shè)有第二柵電極層26，第二柵電極層26上設(shè)有第二襯底21 ;第二場效應(yīng)管漏電極包括第五漏極連接導(dǎo)體22，第二場效應(yīng)管源電極包括第五源極連接導(dǎo)體24，第五漏極連接導(dǎo)體22與第五源極連接導(dǎo)體24均貫通設(shè)置在第二襯底21內(nèi)，第二襯底21內(nèi)還設(shè)置有第二柵極連接導(dǎo)體23，所述第二柵極連接導(dǎo)體23與第二柵電極層26歐姆接觸，第五漏極連接導(dǎo)體22與第二場效應(yīng)管第一電極材料層29電連接,第五源極連接導(dǎo)體24與第二場效應(yīng)管第二電極材料層40電連接；第二襯底21內(nèi)設(shè)置貫通所述第二襯底21的第二氣孔32，所述第二氣孔32與第二腔體31相連通。
[0047]本發(fā)明實(shí)施例中，第二有機(jī)場效應(yīng)管體與第一有機(jī)場效應(yīng)管體的結(jié)構(gòu)相同，第二有機(jī)場效應(yīng)管體與第一有機(jī)場效應(yīng)管體的不同之處位于第二氣孔32與第一氣孔31的交錯(cuò)分布。具體地，第二柵電極層26與第二襯底21間設(shè)有第二互連導(dǎo)體層25，第二互連導(dǎo)體層25內(nèi)設(shè)置與所述互連導(dǎo)體層25絕緣隔離的第六漏極連接導(dǎo)體33及第六源極連接導(dǎo)體34，第六漏極連接導(dǎo)體33位于第五漏極連接導(dǎo)體22的正上方，且第六漏極連接導(dǎo)體33與第五漏極連接導(dǎo)體22電連接，第六源極連接導(dǎo)體34位于第五源極連接導(dǎo)體24的正下方，第六源極連接導(dǎo)體34與第五源極連接導(dǎo)體24電連接。
[0048]第二柵電極層26內(nèi)設(shè)有第七漏極連接導(dǎo)體35及第七源極連接導(dǎo)體36，第七漏極連接導(dǎo)體35位于第六漏極連接導(dǎo)體33的正下方，第七源極連接導(dǎo)體35位于第六源極連接導(dǎo)體34的正下方，第七漏極連接導(dǎo)體35與第六漏極連接導(dǎo)體33電連接，第七源極連接導(dǎo)體36與第六源極連接導(dǎo)體34電連接，且第七漏極連接導(dǎo)體35與第七源極連接導(dǎo)體36均與第二柵電極層26絕緣隔離，第二柵電極層26也為多晶硅。
[0049]第二支撐層7內(nèi)設(shè)置有第八漏極連接導(dǎo)體37及第八源極連接導(dǎo)體38，第八漏極連接導(dǎo)體37位于第七漏極連接導(dǎo)體35的正上方，第八源極連接導(dǎo)體38位于第七源極連接導(dǎo)體36的正下方，第八漏極連接導(dǎo)體37與第七漏極連接導(dǎo)體35電連接，第八源極連接導(dǎo)體38與第七源極連接導(dǎo)體36電連接。
[0050]如圖f圖12所示，上述結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器可以通過下述工藝步驟制備得到，所述極性分子氣體傳感器的制備方法包括如下步驟:
a、提供第一襯底1，并在第一襯底I內(nèi)設(shè)置絕緣隔離的第一漏極連接導(dǎo)體2、第一柵極連接導(dǎo)體3與第一源極連接導(dǎo)體4，第一柵極連接導(dǎo)體3位于第一漏極連接導(dǎo)體2與第一源極連接導(dǎo)體4間，且第一漏極連接導(dǎo)體2、第一柵極連接導(dǎo)體3與第一源極連接導(dǎo)體4均貫通設(shè)置在第一襯底I內(nèi)；
如圖1和圖2所示:第一襯底I采用SOI (Silicon-On-1nsulator)或娃；為了在第一襯底I內(nèi)制備得到第一漏極連接導(dǎo)體2、第一柵極連接導(dǎo)體3及第一源極連接導(dǎo)體4，需要選擇性地掩蔽和刻蝕第一襯底1，以在第一襯底I內(nèi)得到通孔，通過在通孔內(nèi)設(shè)置絕緣層，粘附層，并在通孔內(nèi)填充金屬，得到貫通第一襯底I的第一漏極連接導(dǎo)體2、第一柵極連接導(dǎo)體3及第一源極連接導(dǎo)體4。
[0051]b、在上述第一襯底I上方設(shè)置第一柵電極層6，并在第一柵電極層6內(nèi)設(shè)置絕緣隔離的第三漏極連接導(dǎo)體16及第三源極連接導(dǎo)體17 ;第三漏極連接導(dǎo)體16位于第一漏極連接導(dǎo)體2的正上方，并與第一漏極連接導(dǎo)體2電連接；第三源極連接導(dǎo)體17位于第一源極連接導(dǎo)體4的正上方，并與第一源極連接導(dǎo)體4電連接，第一柵電極層6與第一柵極連接導(dǎo)體3歐姆接觸；
如圖3所示，為了能夠使得第一柵極連接導(dǎo)體3與第一柵電極層6之間功函數(shù)的匹配，需要在第一柵電極層6與第一襯底I內(nèi)設(shè)置第一互連導(dǎo)體層5，第一互連導(dǎo)體層5通過蒸鍍或?yàn)R射的方法設(shè)置在第一襯底I上，第一互連導(dǎo)體層5的材料為T1、Al、Mg、Cu或Au中的一種。在得到第一互連導(dǎo)電層5上，將第一漏極連接導(dǎo)體2及第一源極連接導(dǎo)體4正上方的第一互連導(dǎo)體層5刻蝕掉，形成貫通第一互連導(dǎo)體層5的通孔，通過在通孔內(nèi)設(shè)置絕緣層，粘附層后，通過金屬填充得到第二漏極連接導(dǎo)體14及第二源極連接導(dǎo)體15，本發(fā)明實(shí)施例中，第二漏極連接導(dǎo)體14及第二源極連接導(dǎo)體15為同一工藝制造層。當(dāng)金屬填充后，在設(shè)置第一柵電極層6前需要第一互連導(dǎo)體層5間的填充金屬去除，此處為常規(guī)的工藝步驟，此處不再贅述。
[0052]如圖4所示，為了能夠得到第三漏極連接導(dǎo)體16及第三源極連接導(dǎo)體17，需要對(duì)第一柵電極層6進(jìn)行刻蝕，以得到貫通第一柵電極層6的通孔，通過在通孔內(nèi)制造絕緣層，粘附層等后，進(jìn)行金屬填充，金屬填充后得到第一漏極連接導(dǎo)體16與第三源極連接導(dǎo)體17，第三漏極連接導(dǎo)體16與第三源極連接導(dǎo)體17為同一工藝制造層。
[0053]C、在上述第一柵電極層6上設(shè)置第一支撐層7，并在第一支撐層7內(nèi)設(shè)置第四漏極連接導(dǎo)體18及第四源極連接導(dǎo)體19，第四漏極連接導(dǎo)體18位于第三漏極連接導(dǎo)體16的正上方，并與第三漏極連接導(dǎo)體16電連接；第四源極連接導(dǎo)體19位于第三源極連接導(dǎo)體17的正上方，并與第三源極連接導(dǎo)體17電連接；
如圖5所示,第一支撐層7通過CVD (Chemical Vapor Deposition)設(shè)置在第一柵電極層6上，第一支撐層7可以為生長的氧化硅、氮化硅或旋涂烘干的PMMA等光刻膠形成，通過在第一支撐層7刻蝕形成通孔，通過對(duì)通孔內(nèi)填充金屬得到第四漏極連接導(dǎo)體18及第四源極連接導(dǎo)體19。本發(fā)明實(shí)施例中，形成通孔以及在通孔內(nèi)填充金屬的過程為現(xiàn)有常用的技術(shù)手段。第四漏極連接導(dǎo)體18、第四源極連接導(dǎo)體19為同一工藝制造層。
[0054]d、在上述第一支撐層7上設(shè)置所需的第一場效應(yīng)管第一電極材料層9與第一場效應(yīng)管第二電極材料層20,第一場效應(yīng)管第一電極材料層9與第四漏極連接導(dǎo)體18電連接，第一場效應(yīng)管第二電極材料層20與第四源極連接導(dǎo)體19電連接；
如圖6所示:具體實(shí)施時(shí)，先在第一支撐層7上設(shè)置第一鍵合環(huán)8，在具有第一鍵合環(huán)8的第一支撐層7上設(shè)置第一場效應(yīng)管第一電極材料層9及第一場效應(yīng)管第二電極材料層
20;第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層9與第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層20為同一制造層，第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層9與第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層20通過派射或蒸鍍電極材料形成；
e、在上述第一場效應(yīng)管第一電極材料層9上設(shè)置第一功函數(shù)調(diào)制層10,在第一場效應(yīng)管第二電極材料層20上設(shè)置第二功函數(shù)調(diào)制層39 ；
如圖7所示，第一功函數(shù)調(diào)制層10與第二功函數(shù)調(diào)制層39為同一制造層，第一功函數(shù)調(diào)制層10與第二功函數(shù)調(diào)制層39通過濺射或滴注調(diào)制層材料形成。
[0055]所述形成第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層9與第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層20的電極材料包括Al、Cu或Ag ;電極材料選用Al時(shí),通過石墨烯或派射MoO3形成第一功函數(shù)調(diào)制層10及第二功函數(shù)調(diào)制層39 ;電極材料選用Cu時(shí)，調(diào)制層材料包括CuxO(CuxO為氧化某銅，亦即銅的氧化物)、TCNQ (TCNQ是一種有機(jī)半導(dǎo)體，是一種絡(luò)合鹽)或石墨烯；電極材料選用Ag時(shí),調(diào)制層材料包括TCNQ或石墨烯。當(dāng)采用石墨烯時(shí),需要在其他襯底上先做好后揭下來用機(jī)械探針覆蓋到第一場效應(yīng)管第一電極材料層9及第一場效應(yīng)管第二電極材料層20上。
[0056]f、對(duì)第一支撐層7進(jìn)行刻蝕，以形成貫通所述第一支撐層7的第一腔體11，第一場效應(yīng)管第一電極材料層9、第一場效應(yīng)管第二電極材料層20分別位于第一腔體11的兩側(cè)；
如圖8和圖9所示，通過對(duì)第一支撐層7進(jìn)行刻蝕，得到第一腔體11，第一腔體11的底部為第一柵電極層6，第一腔體11沿第一支撐層7的寬度進(jìn)行刻蝕。
[0057]g、對(duì)上述第一柵電極層6、第一襯底I進(jìn)行刻蝕，得到第一氣孔12，所述第一氣孔12與第一腔體11相連通，以形成所需的第一有機(jī)場效應(yīng)管體；
如圖10和圖11所示，通過對(duì)第一柵電極層6及第一襯底I的刻蝕，得到第一氣孔12，第一氣孔12位于第一腔體11的一端，第一氣孔12貫通第一柵電極層6及第一襯底1，通過上述設(shè)置后能形成第一有機(jī)場效應(yīng)管體。
[0058]h、提供第二襯底21，利用上述步驟形成所需的第二有機(jī)場效應(yīng)管體；第二有機(jī)場效應(yīng)管體包括第二腔體31、第二氣孔32、第三功函數(shù)調(diào)制層30、第二場效應(yīng)管第一電極材料層29、第四功函數(shù)調(diào)制層41及第二場效應(yīng)管第二電極材料層40 ；
通過上述說明可知，第二有機(jī)場效應(yīng)管體的結(jié)構(gòu)與第一有機(jī)場效應(yīng)管體的結(jié)構(gòu)基板類同，為了得到第二有機(jī)場效應(yīng)管體可以采用上述步驟制備；
1、在上述第一腔體11上設(shè)置若干橫跨的單晶線體13，所述單晶線體13的兩端分別與第一功函數(shù)調(diào)制層10及第二功函數(shù)調(diào)制層20連接；
所述單晶線體13包括酞菁銅、酞菁鐵或酞菁鈷。通過單晶線體13來充當(dāng)?shù)谝挥袡C(jī)場效應(yīng)管體及第二有機(jī)場效應(yīng)管體的導(dǎo)電溝道。在具體實(shí)施時(shí)，可以通過設(shè)置多條單晶線體13來增大響應(yīng)電流。
[0059]j、將上述包含第二襯底21的第二有機(jī)場效應(yīng)管體鍵合固定在第一有機(jī)場效應(yīng)管體上，第二腔體31與第一腔體11共同形成檢測腔體；單晶線體13同時(shí)橫跨在第二腔體31上，單晶線體13的一端通過第三功函數(shù)調(diào)制層30與第二場效應(yīng)管第一電極材料層29連接，單晶線體13的另一端通過第四功函數(shù)調(diào)制層41與第二場效應(yīng)管第二電極材料層40連接。
[0060]如圖12所示，通過鍵合后得到所需的極性分子氣體傳感器，本發(fā)明實(shí)施例中，第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體通過第一鍵合環(huán)8及第二鍵合環(huán)28鍵合固定。
[0061]對(duì)于第一有機(jī)場效應(yīng)管體中，第一柵電極層6、第一互連導(dǎo)體層5及第一柵極連接導(dǎo)體3形成第一有機(jī)場效應(yīng)管柵電極,第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層9、第一功函數(shù)調(diào)制層10、第一漏極連接導(dǎo)體2、第二漏極連接導(dǎo)體14、第三漏極連接導(dǎo)體16及第四漏極連接導(dǎo)體18形成第一有機(jī)場效應(yīng)管漏電極，第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層20、第二功函數(shù)調(diào)制層39、第一源極連接導(dǎo)體4、第二源極連接導(dǎo)體15、第三源極連接導(dǎo)體17及第四源極連接導(dǎo)體19形成第二有機(jī)場效應(yīng)管源電極。
[0062]對(duì)于第二有機(jī)場效應(yīng)管體中，第二柵電極層26、第二互連導(dǎo)體層25及第二柵電極連接導(dǎo)體23形成第二有機(jī)場效應(yīng)管柵電極,第二有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層29、第三功函數(shù)調(diào)制層30、第五漏極連接導(dǎo)體22、第六漏極連接導(dǎo)體33、第七漏極連接導(dǎo)體35及第八漏極連接導(dǎo)體37形成第二有機(jī)場效應(yīng)管漏電極，第二有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層40、第四功函數(shù)調(diào)制層41、第五源極連接導(dǎo)體24、第六源極連接導(dǎo)體34、第七源極連接導(dǎo)體36及第八源極連接導(dǎo)體38形成第二有機(jī)場效應(yīng)管源電極。
[0063]本發(fā)明采用了雙空腔電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過單晶線體13、第一有機(jī)場效應(yīng)管體及第二有機(jī)場效應(yīng)管體的配合，具有如下特點(diǎn):
I)、第二有機(jī)場效應(yīng)管體的第二有機(jī)場效應(yīng)管柵電極工作模式:第二有機(jī)場效應(yīng)管柵電極加偏置電壓而第一有機(jī)場效應(yīng)管柵電極不加偏置電壓時(shí)，整個(gè)傳感器工作在積累區(qū)，輔以所需的源漏電壓(同時(shí)在第一有機(jī)場效應(yīng)管源電極、第一有機(jī)場效應(yīng)管漏電極上加偏置電壓，第二有機(jī)場效應(yīng)管源電極的電壓與第一有機(jī)場效應(yīng)管源電極電壓相同，第二有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第一有機(jī)場效應(yīng)管漏電極的電壓相同)，將有電流流過充當(dāng)導(dǎo)電溝道的單晶線體13的上表面，但如無待測極性分子氣體存在時(shí)，由于位于單晶線體13的上表面(氣體電介質(zhì)界面處)大量的載流子淺勢阱對(duì)載流子的俘獲效應(yīng)，使電流信號(hào)極其微弱。如存在待測極性分子氣體SO2或NO2與位于單晶線體13上表面的淺勢阱相互作用，可以使單晶線體13的遷移率大大增加，表現(xiàn)為使電流信號(hào)顯著增加。在這種工作模式下，第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體同時(shí)向有單晶線體13中注入載流子，充當(dāng)輸出響應(yīng)的源漏電流信號(hào)明顯高于單管注入載流子時(shí)的情況，同時(shí)達(dá)到縮短響應(yīng)時(shí)間的目的。
[0064]2)、第一有機(jī)場效應(yīng)管柵電極工作模式:第一有機(jī)場效應(yīng)管柵電極加電壓偏置而第二有機(jī)場效應(yīng)管柵電極不加偏置電壓時(shí)，整個(gè)傳感器也工作在積累區(qū)，施加與第二有機(jī)場效應(yīng)管柵電極工作時(shí)相同的源漏電壓，將有電流流過充當(dāng)導(dǎo)電溝道的單晶線體13的下表面，但如無待測極性分子氣體存在時(shí)，由于位于單晶線體13的下表面(氣體電介質(zhì)界面處)的大量的載流子淺勢阱對(duì)載流子的俘獲效應(yīng)，使電流信號(hào)極其微弱。如存在待測極性分子氣體SO2或NO2與位于單晶線體13下表面的淺勢阱相互作用，可以使單晶線體13的遷移率大大增加，表現(xiàn)為使電流信號(hào)顯著增加。在這種工作模式下，第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體同時(shí)向單晶線體13中注入載流子，充當(dāng)輸出響應(yīng)的源漏電流信號(hào)明顯高于單管注入載流子時(shí)的情況。第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間采用N條單晶線體13同時(shí)工作，進(jìn)一步增大了信號(hào)。
[0065]每個(gè)柵電極工作時(shí)都有兩個(gè)有機(jī)物場效應(yīng)管同時(shí)工作，從而增大了響應(yīng)信號(hào)。通過界面(所述界面是指第一功函數(shù)調(diào)制層10、第二功函數(shù)調(diào)制層39與單晶線體13形成接觸的部分)適當(dāng)?shù)拇植诨幚?高能Ar粒子束轟擊)，增大了界面與單晶線體13的接觸面積，增大了遷移率，從而達(dá)到縮短響應(yīng)時(shí)間的目的。
[0066]在源漏電壓恒定的前提下，通過對(duì)第二有機(jī)場效應(yīng)管柵電極工作模式和第一有機(jī)場效應(yīng)管柵電極工作模式的交替使用來實(shí)現(xiàn)對(duì)單晶線體13上下兩個(gè)表面的時(shí)分復(fù)用，從而有效地達(dá)到縮短恢復(fù)時(shí)間的目的。
[0067]本發(fā)明第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管間鍵合固定，且多條單晶線體13設(shè)置在第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間，以充當(dāng)?shù)谝粓鲂?yīng)管漏電極與第一場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道，且充當(dāng)?shù)诙鲂?yīng)管漏電極與第二場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道；結(jié)構(gòu)緊湊，與CMOS工藝兼容，遷移率高，提高響應(yīng)時(shí)間及恢復(fù)時(shí)間，信號(hào)強(qiáng)度高，提高測量精度，使用方便，安全可靠。
【權(quán)利要求】
1.一種基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，包括第一有機(jī)場效應(yīng)管體及第二有機(jī)場效應(yīng)管體；第一有機(jī)場效應(yīng)管體包括第一有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第一場效應(yīng)管源電極，第二有機(jī)場效應(yīng)管體包括第二有機(jī)場效應(yīng)管漏電極及第二有機(jī)場效應(yīng)管源電極；其特征是:所述第二有機(jī)場效應(yīng)管體鍵合固定在第一有機(jī)場效應(yīng)管體的上方，第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間設(shè)置有單晶線體(13)，且在鍵合固定后的第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間形成檢測腔體；單晶線體(13)橫跨所述檢測腔體，單晶線體(13)的兩端連接第一有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第一有機(jī)場效應(yīng)管源電極，以充當(dāng)?shù)谝粓鲂?yīng)管漏電極與第一場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道，且單晶線體(13)的兩端同時(shí)連接第二有機(jī)場效應(yīng)管漏電極與第二有機(jī)場效應(yīng)管源電極，以充當(dāng)?shù)诙鲂?yīng)管漏電極與第二場效應(yīng)管源電極間的導(dǎo)電溝道；第一有機(jī)場效應(yīng)管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進(jìn)入檢測腔體的第一氣孔(12)，第二有機(jī)場效應(yīng)管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進(jìn)入檢測腔體的第二氣孔(32)，所述第一氣孔(12)、第二氣孔(32)均與檢測腔體相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第一有機(jī)場效應(yīng)管體包括第一襯底(I )，第一場效應(yīng)管漏電極包括第一漏極連接導(dǎo)體(2)、第一場效應(yīng)管源電極包括第一源極連接導(dǎo)體(4)，第一漏極連接導(dǎo)體(2)、第一源極連接導(dǎo)體(4)貫穿設(shè)置在第一襯底(I)內(nèi)，且第一漏極連接導(dǎo)體(2)、第一源極連接導(dǎo)體(4)與第一襯底(I)間絕緣隔離；第一襯底(I)還設(shè)置有第一柵極連接導(dǎo)體(3)，第一柵極連接導(dǎo)體(3)位于第一漏極連接導(dǎo)體(2)與第一源極連接導(dǎo)體(4)間；第一襯底(I)的上方設(shè)有第一柵電極層(6)，第一柵電極層(6)的上方設(shè)置第一支撐層(7)，第一支撐層(7)上設(shè)有第一場效 應(yīng)管第一電極材料層(9)與第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20)，第一場效應(yīng)管第一電極材料層(9)上設(shè)有第一功函數(shù)調(diào)制層(10)，第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20)上設(shè)有第二功函數(shù)調(diào)制層(39);單晶線體(13)的兩端支撐在第一功函數(shù)調(diào)制層(10)及第二功函數(shù)調(diào)制層(39)上,第一場效應(yīng)管第一電極材料層(9)與第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20)間設(shè)置貫通第一支撐層(7 )的第一腔體(11 )，第一氣孔(12 )貫通第一襯底(I )，且第一氣孔(12)與第一腔體(11)相連通；第一漏極連接導(dǎo)體(2)與第一場效應(yīng)管第一電極材料層(9)電連接，第一源極連接導(dǎo)體(4)與第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20)電連接，第一柵極連接導(dǎo)體(3)與第一柵電極層(6)歐姆接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第一柵電極層(6 )與第一襯底(I)間設(shè)置有第一互連導(dǎo)體層(5 )，所述第一互連導(dǎo)體層(5)與第一漏極連接導(dǎo)體(2)、第一源極連接導(dǎo)體(4)相互絕緣，第一柵極連接導(dǎo)體(3)與第一互連導(dǎo)體層(5 )電連接，且第一柵極連接導(dǎo)體(3 )通過第一互連導(dǎo)體層(5 )與第一柵電極層(6)歐姆接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第一場效應(yīng)管漏電極還包括第二漏極連接導(dǎo)體(14)、第三漏極連接導(dǎo)體(16)及第四漏極連接導(dǎo)體(18)，第二漏極連接導(dǎo)體(14)貫通設(shè)置在第一互連導(dǎo)體層(5)內(nèi)，第三漏極連接導(dǎo)體(16 )貫通設(shè)置在第一柵電極層(6 )內(nèi)，第四漏極連接導(dǎo)體(18 )貫通設(shè)置在第一支撐層(7)內(nèi)；第一漏極連接導(dǎo)體(2)通過第二漏極連接導(dǎo)體(14)、第三漏極連接導(dǎo)體(16)及第四漏極連接導(dǎo)體(18)與第一場效應(yīng)管第一電極材料層(9)電連接,第一場效應(yīng)管漏電極與第一互連導(dǎo)體層(5)、第一柵電極層(6)相互絕緣隔離；第一場效應(yīng)管源電極還包括第二源極連接導(dǎo)體(15)、第三源極連接導(dǎo)體(17)及第四源極連接導(dǎo)體(19)，第二源極連接導(dǎo)體(15)貫通設(shè)置在第一互連導(dǎo)體層(5)內(nèi)，第三源極連接導(dǎo)體(17)貫通設(shè)置在第一柵電極層(6)內(nèi)，第四漏極連接導(dǎo)體(19)貫通設(shè)置在第一支撐層(7)內(nèi)，第一源極連接導(dǎo)體(4)通過第二源極連接導(dǎo)體(15)、第三源極連接導(dǎo)體(17)及第四源極連接導(dǎo)體(19)與第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20)電連接，第一場效應(yīng)管源電極與第一互連導(dǎo)體層(5)、第一柵電極層(6)相互絕緣隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第一支撐層(7)上設(shè)有第一鍵合環(huán)(8)，第一鍵合環(huán)(8)位于第一場效應(yīng)管第一電極材料層(9 )與第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20 )的外圈；第二場效應(yīng)管體上設(shè)置有第二鍵合環(huán)(28)，第二場效應(yīng)管體通過第二鍵合環(huán)(28)與第一鍵合環(huán)(8)鍵合固定后設(shè)置在第一場效應(yīng)管體的上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第二鍵合環(huán)(28 )設(shè)置在第二場效應(yīng)管體的第二支撐層(27 )上，第二鍵合環(huán)(28 )的內(nèi)圈設(shè)置有第二場效應(yīng)管第一電極材料層(29)及第二場效應(yīng)管第二電極材料層(40)，第二場效應(yīng)管第一電極材料層(29)通過第三功函數(shù)調(diào)制層(30)與單晶線體(13)相接觸，第二場效應(yīng)管第二電極材料層(40)通過第四功函數(shù)調(diào)制層(41)與單晶線體(13)相接觸；第二場效應(yīng)管第一電極材料層(29)與第二場效應(yīng)管第二電極材料層(40)間設(shè)有貫通第二支撐層(27)的第二腔體(31)，第二腔體(31)與第一腔體(31)相連通后形成檢測腔體；第二支撐層(27)上 設(shè)有第二柵電極層(26)，第二柵電極層(26)上設(shè)有第二襯底(21);第二場效應(yīng)管漏電極包括第五漏極連接導(dǎo)體(22)，第二場效應(yīng)管源電極包括第五源極連接導(dǎo)體(24)，第五漏極連接導(dǎo)體(22)與第五源極連接導(dǎo)體(24)均貫通設(shè)置在第二襯底(21)內(nèi)，第二襯底(21)內(nèi)還設(shè)置有第二柵極連接導(dǎo)體(23)，所述第二柵極連接導(dǎo)體(23)與第二柵電極層(26)歐姆接觸，第五漏極連接導(dǎo)體(22)與第二場效應(yīng)管第一電極材料層(29)電連接，第五源極連接導(dǎo)體(24)與第二場效應(yīng)管第二電極材料層(40)電連接；第二襯底(21)內(nèi)設(shè)置貫通所述第二襯底(21)的第二氣孔(32)，所述第二氣孔(32)與第二腔體(31)相連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第一氣孔(12)與第二氣孔(32)分別位于單晶線體(13)的兩側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述進(jìn)入檢測腔體檢測的極性分子氣體包括SO2氣體或NO2氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第一有機(jī)場效應(yīng)管體與第二有機(jī)場效應(yīng)管體間采用低溫激光鍵合、低溫焊料鍵合或共晶鍵合中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述檢測腔體的橫向?qū)挾葹? μ m-10 μ m，縱向厚度為20(T300nm。
11.一種基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器制備方法，其特征是，所述極性分子氣體傳感器的制備方法包括如下步驟: (a)、提供第一襯底(1)，并在第一襯底(I)內(nèi)設(shè)置絕緣隔離的第一漏極連接導(dǎo)體(2)、第一柵極連接導(dǎo)體(3)與第一源極連接導(dǎo)體(4)，第一柵極連接導(dǎo)體(3)位于第一漏極連接導(dǎo)體(2)與第一源極連接導(dǎo)體(4)間，且第一漏極連接導(dǎo)體(2)、第一柵極連接導(dǎo)體(3)與第一源極連接導(dǎo)體(4)均貫通設(shè)置在第一襯底(I)內(nèi)； (b)、在上述第一襯底(1)上方設(shè)置第一柵電極層(6),并在第一柵電極層(6)內(nèi)設(shè)置絕緣隔離的第三漏極連接導(dǎo)體(16)及第三源極連接導(dǎo)體(17);第三漏極連接導(dǎo)體(16)位于第一漏極連接導(dǎo)體(2)的正上方，并與第一漏極連接導(dǎo)體(2)電連接；第三源極連接導(dǎo)體(17)位于第一源極連接導(dǎo)體(4)的正上方，并與第一源極連接導(dǎo)體(4)電連接，第一柵電極層(6)與第一柵極連接導(dǎo)體(3)歐姆接觸； (C)、在上述第一柵電極層(6)上設(shè)置第一支撐層(7)，并在第一支撐層(7)內(nèi)設(shè)置第四漏極連接導(dǎo)體(18)及第四源極連接導(dǎo)體(19)，第四漏極連接導(dǎo)體(18)位于第三漏極連接導(dǎo)體(16)的正上方，并與第三漏極連接導(dǎo)體(16)電連接；第四源極連接導(dǎo)體(19)位于第三源極連接導(dǎo)體(17)的正上方，并與第三源極連接導(dǎo)體(17)電連接； (d)、在上述第一支撐層(7)上設(shè)置所需的第一場效應(yīng)管第一電極材料層(9)與第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20)，第一場效應(yīng)管第一電極材料層(9)與第四漏極連接導(dǎo)體(18)電連接，第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20)與第四源極連接導(dǎo)體(19)電連接； (e)、在上述第一場效應(yīng)管第一電極材料層(9)上設(shè)置第一功函數(shù)調(diào)制層(10)，在第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20)上設(shè)置第二功函數(shù)調(diào)制層(39)；(f)、對(duì)第一支撐層(7)進(jìn)行刻蝕，以形成貫通所述第一支撐層(7)的第一腔體(11)，第一場效應(yīng)管第一電極材料層(9)、第一場效應(yīng)管第二電極材料層(20)分別位于第一腔體(11)的兩側(cè)； (g)、對(duì)上述第一柵電極層(6)、第一襯底(I)進(jìn)行刻蝕，得到第一氣孔(12)，所述第一氣孔(12)與第一腔體(11)相連通，以形成所需的第一有機(jī)場效應(yīng)管體； (h)、提供第二襯底(21)，利用上述步驟形成所需的第二有機(jī)場效應(yīng)管體；第二有機(jī)場效應(yīng)管體包括第二腔體(31)、第二氣孔(32)、第三功函數(shù)調(diào)制層(30)、第二場效應(yīng)管第一電極材料層(29)、第四功函數(shù)調(diào)制層(41)及第二場效應(yīng)管第二電極材料層(40); (i)、在上述第一腔體(11)上設(shè)置若干橫跨的單晶線體(13)，所述單晶線體(13)的兩端分別與第一功函數(shù)調(diào)制層(10)及第二功函數(shù)調(diào)制層(20)連接； (j)、將上述包含第二襯底(21)的第二有機(jī)場效應(yīng)管體鍵合固定在第一有機(jī)場效應(yīng)管體上，第二腔體(31)與第一腔體(11)共同形成檢測腔體；單晶線體(13)同時(shí)橫跨在第二腔體(31)上，單晶線體(13)的一端通過第三功函數(shù)調(diào)制層(30)與第二場效應(yīng)管第一電極材料層(29)連接，單晶線體(13)的另一端通過第四功函數(shù)調(diào)制層(41)與第二場效應(yīng)管第二電極材料層(40)連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器制備方法，其特征是，所述步驟(d)中，第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層(9)與第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層(20)為同一制造層,第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層(9)與第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層(20)通過濺射或蒸鍍電極材料形成；所述步驟(e)中，第一功函數(shù)調(diào)制層(10)與第二功函數(shù)調(diào)制層(39)為同一制造層，第一功函數(shù)調(diào)制層(10)與第二功函數(shù)調(diào)制層(39)通過濺射或滴注調(diào)制層材料形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器制備方法，其特征是，所述形成第一有機(jī)場效應(yīng)管第一電極材料層(9)與第一有機(jī)場效應(yīng)管第二電極材料層(20 )的電極材料包括Al、Cu或Ag ;電極材料選用Al時(shí),通過石墨烯或派射MoO3形成第一功函數(shù)調(diào)制層(10)及第二功函數(shù)調(diào)制層(39);電極材料選用Cu時(shí)，調(diào)制層材料包括CuxO, TCNQ或石墨烯；電極材料選用Ag時(shí)，調(diào)制層材料包括TCNQ或石墨烯。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述基于有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器制備方法，其特征是，所述單晶線體 (13)包括酞菁銅、酞菁鐵或酞菁鈷。
【文檔編號(hào)】G01N27/414GK103760207SQ201410038167
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】張宇, 歐文, 明安杰, 張文博, 張樂, 任耀輝 申請(qǐng)人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心