基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，包括襯底，其特征是：在所述襯底上表面設置分隔的左芯片和右芯片，左芯片和右芯片分別包括設置在襯底上表面的GaN層，在GaN層上表面設置AlGaN層，在GaN層和AlGaN層之間形成二維電子氣；在所述AlGaN層上表面分別蒸鍍形成漏極金屬層、源極金屬層和柵極金屬層；在所述右芯片的柵極金屬層上生長氫氣隔離層，氫氣隔離層覆蓋柵極金屬層的上表面和側面。本發(fā)明利用二維電子氣載流子濃度受縱向電壓影響的原理，柵極金屬層在不同氫氣濃度的電離下產生不同的肖特基勢壘，肖特基勢壘作用于二維電子氣的第三維方向，使電子氣載流子發(fā)生變化；不同濃度氫氣產生不同肖特基勢壘，測得不同電子氣電流，從而測試出氫氣濃度。
【專利說明】基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氫氣傳感器芯片，尤其是一種基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片。
【背景技術】
[0002]氫氣傳感器主要用于工業(yè)安全領域，它可以直接反映出氣體濃度而不必通過分壓來反映?，F(xiàn)有的氫氣傳感器一般米用與氣體發(fā)生氧化或還原反應的感應電極，在外部電路上形成電流，產生的電流與傳感器外氣體濃度成比例，以接測量當前氣體含量。
[0003]與大部分工業(yè)一樣，氫氣傳感器也具有高競爭性。因此，氫氣傳感器制造商常常尋找具有競爭優(yōu)墊的改進方法。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，達到測試環(huán)境氫氣濃度的目的。
[0005]按照本發(fā)明提供的技術方案，所述基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，包括襯底，其特征是:在所述襯底上表面設置相互分隔的左芯片和右芯片，左芯片和右芯片分別包括設置在襯底上表面的GaN層，在GaN層上表面設置AlGaN層，在GaN層和AlGaN層之間形成二維電子氣；在所述AlGaN層上表面分別蒸鍍形成漏極金屬層、源極金屬層和柵極金屬層；在所述右芯片的柵極金屬層上生長氫氣隔離層，氫氣隔離層覆蓋柵極金屬層的上表面和側面。
[0006]所述漏極金屬層和源極金屬層為Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金屬層，漏極金屬層和源極金屬層與AlGaN層形成歐姆接觸。
[0007]所述柵極金屬層為Pt金屬，柵極金屬層與AlGaN層形成肖特基接觸。
[0008]所述氫氣隔離層為SiO2或Si3N4。
[0009]所述襯底為藍寶石襯底、Si襯底或SiC襯底。
[0010]本發(fā)明利用二維電子氣載流子受縱向電壓影響的原理原理，通過在柵極金屬層鉬金對氫氣的電離會產生不同的肖特基勢壘，使此肖特基勢壘會作用于二維電子氣的第三維方向，限制二維電子氣中二維方向的通道深度，使電子氣載流子發(fā)生變化；不同濃度氫氣會產生不同的肖特基勢壘，得到不同電子氣電流，從而通過不同電流測試出環(huán)境中的氫氣濃度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合具體附圖對本發(fā)明作進一步說明。[0013]如圖1所示:所述基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片包括襯底l、GaN層2、二維電 子氣3、AlGaN層4、漏極金屬層5、源極金屬層6、柵極金屬層7、氫氣隔離層8、左芯片11、右 芯片12等。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明包括襯底1，在襯底I上表面設置相互分隔的左芯片11和右芯 片12，左芯片11和右芯片12分別包括設置在襯底I上表面的GaN層2，在GaN層2上表面 設置AlGaN層4，在GaN層2和AlGaN層4之間形成二維電子氣3 ;在所述AlGaN層4上表 面分別蒸鍍形成漏極金屬層5、源極金屬層6和柵極金屬層7 ;在所述右芯片12的柵極金屬 層7上生長氫氣隔離層8，氫氣隔離層8覆蓋柵極金屬層7的上表面和側面；
所述漏極金屬層5和源極金屬層6為Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金屬層， 漏極金屬層5和源極金屬層6與AlGaN層4形成歐姆接觸；
所述柵極金屬層7為Pt金屬，柵極金屬層7與AlGaN層4形成肖特基接觸；
所述氫氣隔離層8為SiO2或Si3N4 ；
所述襯底I為藍寶石襯底、Si襯底或SiC襯底。
[0015]本發(fā)明所述基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片制造過程如下:(I)在襯底I上表 面設置GaN層2，在GaN層2上表面設置AlGaN層4，在GaN層2和AlGaN層4之間會形成 二維電子氣3 ; (2)在上述AlGaN層4上通過化學干法蝕刻將左芯片11和右芯片12獨立出 來，即干蝕刻掉一定區(qū)域的AlGaN層4和GaN層2，直至襯底I的上表面；(3)在左芯片11 和右芯片12的AlGaN層4上分別蒸鍍形成漏極金屬層5、源極金屬層6和柵極金屬層7，漏 極金屬層5和源極金屬層6為Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金屬層，通過一定的 退火條件，使漏極金屬層5和源極金屬層6與AlGaN層4形成歐姆接觸；柵極金屬層7為Pt 金屬，柵極金屬層7與AlGaN層4為肖特基接觸；(4)在右芯片12的柵極金屬層7上生長 氫氣隔離層8，所述隔離層8為SiO2，此氫氣隔離層8會將右芯片12與氫氣隔離開，通過漏 極金屬層5和源極金屬層6之間的一定電壓提供氫氣濃度為零時候的初始電流，對比左右 兩個芯片的電流可以得到氫氣對二維電子器電流的改變量。
[0016]本發(fā)明的工作原理:本發(fā)明利通過在柵極金屬層鉬金對氫氣的電離會產生不同的 肖特基勢壘，使此肖特基勢壘會作用于二維電子氣的第三維方向，限制二維電子氣中二維 方向的通道深度，使電子氣載流子發(fā)生變化；不同濃度氫氣會產生不同的肖特基勢壘，得到 不同電子氣電流；從而通過不同電流測試出環(huán)境中的氫氣濃度。具體為:通過在左右兩個 芯片的漏極金屬層和源極金屬層施加相同固定的電壓，左邊芯片得到氫氣下的電流，右邊 芯片得到芯片的初始電流；兩電流之間不同的差異就是測到不同氫氣的不同濃度。
【權利要求】
1.一種基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，包括襯底(I)，其特征是:在所述襯底(I) 上表面設置相互分隔的左芯片(11)和右芯片(12)，左芯片(11)和右芯片(12)分別包括設 置在襯底(I)上表面的GaN層(2 )，在GaN層(2 )上表面設置AlGaN層(4 )，在GaN層(2 )和 AlGaN層(4)之間形成二維電子氣(3);在所述AlGaN層(4)上表面分別蒸鍍形成漏極金屬 層(5)、源極金屬層(6)和柵極金屬層(7);在所述右芯片(12)的柵極金屬層(7)上生長氫 氣隔離層(8)，氫氣隔離層(8)覆蓋柵極金屬層(7)的上表面和側面。
2.如權利要求1所述的基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，其特征是:所述漏極金屬 層(5)和源極金屬層(6)為Ti/Al或Ti/Al/Ti/Au或Ti/Al/Ni/Au金屬層，漏極金屬層(5) 和源極金屬層(6)與AlGaN層(4)形成歐姆接觸。
3.如權利要求1所述的基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，其特征是:所述柵極金屬 層(7 )為Pt金屬，柵極金屬層(7 )與AlGaN層(4 )形成肖特基接觸。
4.如權利要求1所述的基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，其特征是:所述氫氣隔離 層(8)為 SiO2 *Si3N4。
5.如權利要求1所述的基于二維電子氣的氫氣傳感器芯片，其特征是:所述襯底(I)為 藍寶石襯底、Si襯底或SiC襯底。
【文檔編號】H01L29/778GK103579228SQ201310606571
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權日:2013年11月25日
【發(fā)明者】鄧群雄, 郭文平, 柯志杰, 黃慧詩 申請人:江蘇新廣聯(lián)科技股份有限公司