本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電子器件，特別是一種表面量子點濕度傳感器芯片。
背景技術(shù)：
量子點又稱半導(dǎo)體納米晶，與塊體材料相比，其尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大，當(dāng)其粒徑小于激子玻爾半徑時，導(dǎo)致粒子的電子狀態(tài)發(fā)生突變，從而顯現(xiàn)出基本的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)；由于其獨特的光電性質(zhì)，如高的量子產(chǎn)率、長的熒光壽命、大的消光系數(shù)、強的光耐受性、窄的發(fā)射譜和較寬的激發(fā)光譜等，量子點的制備和應(yīng)用引起了人們廣泛的關(guān)注；尤其是在傳感領(lǐng)域，量子點已經(jīng)用于構(gòu)建傳感器，如離子傳感器、生物傳感器、熒光探針、醫(yī)學(xué)成像和氣敏傳感器等。
量子點的制備方法主要包括物理制備法和化學(xué)制備法兩種，化學(xué)制備法主要用來合成cdse、zns、cds、cdte、hgs等量子點材料，但是這些量子點材料在與目前的硅基和gaas基等廣泛使用的光電子器件集成方面存在巨大的挑戰(zhàn)。相比而言，采用mocvd、mbe等物理方法制備的iii-v族量子點在系統(tǒng)集成方面具有天然的優(yōu)勢，如ingaas、inp量子點等，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于激光器、紅外探測器、太陽能電池等領(lǐng)域。
上述量子點器件中，為了提高器件的性能，往往需要在量子點的表面覆蓋一層寬禁帶半導(dǎo)體材料(蓋帽層)，如在ingaas量子點的表面覆蓋一層gaas，來抑制表面態(tài)對量子點器件光學(xué)性能和電學(xué)性能的影響；如果在量子點表面不覆蓋蓋帽層，就形成了表面量子點。表面量子點表面存在大量的懸掛鍵，形成表面態(tài)。表面態(tài)對h2o分子具有吸附作用，抑制了表面態(tài)的非輻射復(fù)合，進而影響表面量子點的光學(xué)特性和電學(xué)特性。因此，采用in(ga)as表面量子點作為敏感材料，利用表面態(tài)對量子點光學(xué)性能、電學(xué)性能的影響，易于實現(xiàn)對水分子探測的系統(tǒng)集成和片上集成，實現(xiàn)對空氣中濕度的感知測量。
但是目前的量子點傳感器主要是采用單層的量子點，其應(yīng)用于濕度傳感還存在如下困難，（1）cdse、zns、cds、cdte、hgs等量子點難于和目前的gaas基光電子器件集成，不利于片上系統(tǒng)和集成系統(tǒng)的發(fā)展；（2）需要有配套的激發(fā)光源和光學(xué)探測器，這大大增加了傳感器的復(fù)雜程度和成本；（3）單層量子點的性能還不夠優(yōu)化，如量子點尺寸均勻性較差、發(fā)光強度較弱、發(fā)光光譜帶寬較大等。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的是提供一種表面量子點濕度傳感器芯片，可有效解決現(xiàn)有單層量子點濕度傳感器量子點尺寸均勻性差、發(fā)光強度弱、光譜帶寬較大、使用復(fù)雜、效果不盡人意的問題。
本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，本發(fā)明包括由下而上的gaas（砷化鎵）襯底層、n型gaas緩沖層、掩埋ingaas量子點層和ingaas表面量子點層，掩埋ingaas量子點層與n型gaas緩沖層左右兩端均成臺階狀結(jié)構(gòu)，掩埋ingaas量子點層左端臺階上淀積有豎向的第一二氧化硅鈍化層，且第一二氧化硅鈍化層與n型gaas緩沖層的端面平齊，掩埋ingaas量子點層右端臺階上淀積有垂直的第二二氧化硅鈍化層，第二二氧化硅鈍化層的右側(cè)下部在n型gaas緩沖層上淀積有橫向的第三二氧化硅鈍化層，第三二氧化硅鈍化層的上面淀積有與n型gaas緩沖層連通的au/ge/ni合金下電極，ingaas表面量子點層左邊上面有與第一二氧化硅鈍化層相連在一起的橫向的第四二氧化硅鈍化層，第四二氧化硅鈍化層上沉積有與ingaas表面量子點層連通的au/ge/ni合金上電極。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)制備方便，成本低，效果好，該結(jié)構(gòu)中多層掩埋量子點的存在使得濕度傳感器的靈敏度更高，經(jīng)濟和社會效益顯著。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)主視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細說明。
如圖1所示，本發(fā)明包括由下而上的gaas（砷化鎵）襯底層1、n型gaas緩沖層2、掩埋ingaas量子點層3和ingaas表面量子點層4，掩埋ingaas量子點層3上覆蓋有一層gaas，掩埋ingaas量子點層3與n型gaas緩沖層2左右兩端均成臺階狀結(jié)構(gòu)，掩埋ingaas量子點層3左端臺階上淀積有豎向的第一二氧化硅鈍化層5，且第一二氧化硅鈍化層5與n型gaas緩沖層2的端面平齊，掩埋ingaas量子點層3右端臺階上淀積有垂直的第二二氧化硅鈍化層8，第二二氧化硅鈍化層8的右側(cè)下部在n型gaas緩沖層2上淀積有橫向的第三二氧化硅鈍化層7，第三二氧化硅鈍化層7的上面淀積有與n型gaas緩沖層2連通的au/ge/ni合金下電極10，ingaas表面量子點層4左邊上面有與第一二氧化硅鈍化層5相連在一起的橫向的第四二氧化硅鈍化層6，第四二氧化硅鈍化層6上沉積有與ingaas表面量子點層4連通的au/ge/ni合金上電極9。
為了保證使用效果和使用方便，
所述掩埋ingaas量子點層3為1-15層，（圖中給出5層）。
所述掩埋ingaas量子點層每層3的厚度不大于20nm。
所述的芯片為圓形。
本發(fā)明在具體實施中，
1、所述的n型gaas緩沖層使用分子束外延技術(shù)在砷化鎵襯底上面生長制成；
2、所述的掩埋ingaas量子點層使用分子束外延技術(shù)在n型gaas緩沖層上面生長制成，每層掩埋ingaas量子點層的厚度為20nm；
3、所述的ingaas表面量子點層使用分子束外延技術(shù)在掩埋ingaas量子點層上生長制成；
4、所述的臺階使用濕法刻蝕工藝在n型gaas緩沖層與掩埋ingaas量子點層之間刻蝕而成；
5、所述的二氧化硅鈍化層在刻蝕后的臺階上淀積而成；
6、所述的au/ge/ni合金上電極和au/ge/ni合金下電極是在二氧化硅鈍化層上光刻、腐蝕出引線孔，并在引線孔中蒸度au/ge/ni制成；
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：
（1）采用ingaas表面量子點作為敏感材料，易于實現(xiàn)與現(xiàn)有的gaas基光電子器件的集成，有利于片上系統(tǒng)集成度的提高，可為多功能的片上集成系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)；
（2）采用在多層掩埋量子點上生長一層表面ingaas量子點，可以分別獨立地控制表面量子點的密度和尺寸，并提高量子點的均勻度。例如當(dāng)掩埋量子點層數(shù)為8時，表面量子點的平均高度為6.7±0.7nm,平均直徑為46±1.8nm，而當(dāng)掩埋量子點層數(shù)為1時，表面量子點的平均高度為6.7±1.3nm,平均直徑為46±6nm。
（3）利用多層掩埋量子點與表面量子點之間的強耦合作用，該結(jié)構(gòu)不需要配套的激發(fā)光源和光學(xué)探測器，只需要直接測量上、下電極間的電阻值，即可實現(xiàn)環(huán)境濕度的測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)勢。成本低的具體體現(xiàn)為目前市場上的激發(fā)光源（如100mw的激發(fā)波長為532nm的激光器）的價格在9000元左右，光學(xué)探測器（如ingaas探測器）的價格在15000元左右。該結(jié)構(gòu)不需要配套的激發(fā)光源和光學(xué)探測器，可節(jié)約成本24000元左右。
（4）與單層表面量子點相比，該結(jié)構(gòu)中多層掩埋量子點的存在使得濕度傳感器的靈敏度更高，且掩埋量子點的層數(shù)越多，靈敏度越高。例如，測試結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)境濕度為30%時，只包含一層掩埋量子點結(jié)構(gòu)的響應(yīng)電流為2.3微安，包含五層掩埋量子點結(jié)構(gòu)的響應(yīng)電流為11.6微安，包含十層掩埋量子點結(jié)構(gòu)的響應(yīng)電流為18.7微安。