基于有機場效應管結(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場效應管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器及制備方法，其第二有機場效應管體鍵合固定在第一有機場效應管體的上方，第一有機場效應管體與第二有機場效應管體間設(shè)置有單晶線體，且在鍵合固定后的第一有機場效應管體與第二有機場效應管體間形成檢測腔體；第一有機場效應管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進入檢測腔體的第一氣孔，第二有機場效應管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進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，提高響應時間及恢復時間，信號強度高，提高測量精度，使用方便，安全可靠。
【專利說明】基于有機場效應管結(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場效應管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器及制備方法，屬于半導體氣體傳感器的【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，對人類正常的生活產(chǎn)生了極為不利的影響；因此，對極性分子氣體的監(jiān)控勢在必行。目前，市面上所應用的極性分子氣體傳感器多采用化學吸附測量的方式，由于化學反應中存在化學平衡，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時間、恢復時間過長的問題，難以實現(xiàn)對極性分子的氣體濃度的實時測量。
[0003]目前，有機物場效應管(OFET)相關(guān)技術(shù)日臻完善，常用的有機物半導體一般由柵極、源極、漏極、有機物薄膜構(gòu)成，導電溝道位于有機物薄膜上，其固有特性有利于對氣體濃度的測量。但目前廣泛使用的薄膜型有機物場效應管的有機薄膜中存在大量的晶格無序和晶界缺陷，使有機物半導體的本征特性不能表現(xiàn)出來，導致遷移率較低、傳感器的閾值電壓過大、響應信號過于微弱、響應時間和恢復時間過長等一系列問題。
[0004]在眾多的有機物半導體材料中，金屬肽箐化合物不僅具有較高的遷移率，而且在復雜氣體條件下可以保持穩(wěn)定的化學特性，但高能粒子束會損壞有機晶體的晶格，使半導體材料喪失其電學特性。另外，光照也會對有機物單晶材料的電學特性產(chǎn)生可逆的影響。
[0005]為解決上述存在的問題，許多研究機構(gòu)采用有機物單晶材料作為導電層，與傳統(tǒng)的薄膜有機物場效應管相比，單晶材料的缺陷和晶界減少了兩個數(shù)量級，從而大大提高了有機物場效應管的電學特性。由于是使用有機物單晶材料氣體電介質(zhì)的有機物場效應管對氣體吸附是一個物理過程，反應徹底無殘留，有利于延長期間使用壽命，同時可以有效縮短響應時間和恢復時間。但是在用于對極性氣體分子檢測時，仍然存在檢測精度低，與COMS工藝不夠兼容，工藝復雜，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，提供一種基于有機場效應管結(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，提高響應時間及恢復時間，信號強度高，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，所述基于有機場效應管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，包括第一有機場效應管體及第二有機場效應管體；第一有機場效應管體包括第一有機場效應管漏電極與第一場效應管源電極，第二有機場效應管體包括第二有機場效應管漏電極及第二有機場效應管源電極；所述第二有機場效應管體鍵合固定在第一有機場效應管體的上方，第一有機場效應管體與第二有機場效應管體間設(shè)置有單晶線體，且在鍵合固定后的第一有機場效應管體與第二有機場效應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場效應管漏電極與第一有機場效應管源電極，以充當?shù)谝粓鲂苈╇姌O與第一場效應管源電極間的導電溝道，且單晶線體的兩端同時連接第二有機場效應管漏電極與第二有機場效應管源電極，以充當?shù)诙鲂苈╇姌O與第二場效應管源電極間的導電溝道；第一有機場效應管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進入檢測腔體的第一氣孔，第二有機場效應管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進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]所述第一有機場效應管體包括第一襯底，第一場效應管漏電極包括第一漏極連接導體、第一場效應管源電極包括第一源極連接導體，第一漏極連接導體、第一源極連接導體貫穿設(shè)置在第一襯底內(nèi)，且第一漏極連接導體、第一源極連接導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體，第一柵極連接導體位于第一漏極連接導體與第一源極連接導體間；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)有第一場效應管第一電極材料層與第一場效應管第二電極材料層，第一場效應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，第一場效應管第一電極材料層與第一場效應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；第一漏極連接導體與第一場效應管第一電極材料層電連接，第一源極連接導體與第一場效應管第二電極材料層電連接，第一柵極連接導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)置有第一互連導體層，所述第一互連導體層與第一漏極連接導體、第一源極連接導體相互絕緣，第一柵極連接導體與第一互連導體層電連接，且第一柵極連接導體通過第一互連導體層與第一柵電極層歐姆接觸。
[0010]所述第一場效應管漏電極還包括第二漏極連接導體、第三漏極連接導體及第四漏極連接導體，第二漏極連接導體貫通設(shè)置在第一互連導體層內(nèi)，第三漏極連接導體貫通設(shè)置在第一柵電極層內(nèi)，第四漏極連接導體貫通設(shè)置在第一支撐層內(nèi)；第一漏極連接導體通過第二漏極連接導體、第三漏極連接導體及第四漏極連接導體與第一場效應管第一電極材料層電連接，第一場效應管漏電極與第一互連導體層、第一柵電極層相互絕緣隔離；
第一場效應管源電極還包括第二源極連接導體、第三源極連接導體及第四源極連接導體，第二源極連接導體貫通設(shè)置在第一互連導體層內(nèi)，第三源極連接導體貫通設(shè)置在第一柵電極層內(nèi)，第四漏極連接導體貫通設(shè)置在第一支撐層內(nèi)，第一源極連接導體通過第二源極連接導體、第三源極連接導體及第四源極連接導體與第一場效應管第二電極材料層電連接，第一場效應管源電極與第一互連導體層、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)位于第一場效應管第一電極材料層與第一場效應管第二電極材料層的外圈；第二場效應管體上設(shè)置有第二鍵合環(huán)，第二場效應管體通過第二鍵合環(huán)與第一鍵合環(huán)鍵合固定后設(shè)置在第一場效應管體的上方。
[0012]所述第二鍵合環(huán)設(shè)置在第二場效應管體的第二支撐層上，第二鍵合環(huán)的內(nèi)圈設(shè)置有第二場效應管第一電極材料層及第二場效應管第二電極材料層,第二場效應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；第二場效應管第一電極材料層與第二場效應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；第二場效應管漏電極包括第五漏極連接導體，第二場效應管源電極包括第五源極連接導體，第五漏極連接導體與第五源極連接導體均貫通設(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體，所述第二柵極連接導體與第二柵電極層歐姆接觸，第五漏極連接導體與第二場效應管第一電極材料層電連接，第五源極連接導體與第二場效應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]所述第一有機場效應管體與第二有機場效應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]一種基于有機場效應管結(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體、第一柵極連接導體與第一源極連接導體，第一柵極連接導體位于第一漏極連接導體與第一源極連接導體間，且第一漏極連接導體、第一柵極連接導體與第一源極連接導體均貫通設(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體及第三源極連接導體；第三漏極連接導體位于第一漏極連接導體的正上方，并與第一漏極連接導體電連接；第三源極連接導體位于第一源極連接導體的正上方，并與第一源極連接導體電連接，第一柵電極層與第一柵極連接導體歐姆接觸；
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)置第四漏極連接導體及第四源極連接導體，第四漏極連接導體位于第三漏極連接導體的正上方，并與第三漏極連接導體電連接；第四源極連接導體位于第三源極連接導體的正上方，并與第三源極連接導體電連接；
d、在上述第一支撐層上設(shè)置所需的第一場效應管第一電極材料層與第一場效應管第二電極材料層，第一場效應管第一電極材料層與第四漏極連接導體電連接，第一場效應管第二電極材料層與第四源極連接導體電連接；
e、在上述第一場效應管第一電極材料層上設(shè)置第一功函數(shù)調(diào)制層，在第一場效應管第二電極材料層上設(shè)置第二功函數(shù)調(diào)制層；
f、對第一支撐層進行刻蝕，以形成貫通所述第一支撐層的第一腔體，第一場效應管第一電極材料層、第一場效應管第二電極材料層分別位于第一腔體的兩側(cè)；
g、對上述第一柵電極層、第一襯底進行刻蝕，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場效應管體；
h、提供第二襯底，利用上述步驟形成所需的第二有機場效應管體；第二有機場效應管體包括第二腔體、第二氣孔、第三功函數(shù)調(diào)制層、第二場效應管第一電極材料層、第四功函數(shù)調(diào)制層及第二場效應管第二電極材料層；
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場效應管體鍵合固定在第一有機場效應管體上，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)制層與第二場效應管第二電極材料層連接。
[0016]所述步驟d中，第一有機場效應管第一電極材料層與第一有機場效應管第二電極材料層為同一制造層，第一有機場效應管第一電極材料層與第一有機場效應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]所述形成第一有機場效應管第一電極材料層與第一有機場效應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,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，調(diào)制層材料包括CuxO、TCNQ或石墨烯；電極材料選用Ag時，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:第一有機場效應管體與第二有機場效應管間鍵合固定，且多條單晶線體設(shè)置在第一有機場效應管體與第二有機場效應管體間，以充當?shù)谝粓鲂苈╇姌O與第一場效應管源電極間的導電溝道，且充當?shù)诙鲂苈╇姌O與第二場效應管源電極間的導電溝道；結(jié)構(gòu)緊湊，與CMOS工藝兼容，遷移率高，提高響應時間及恢復時間，信號強度高，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)置第一漏極連接導體、第一柵極連接導體及第一源極連接導體后的剖視圖。
[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)置第三漏極連接導體與第三源極連接導體后的剖視圖。
[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)置第四漏極連接導體與第四源極連接導體后的剖視圖。
[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)明將第二有機場效應管體鍵合固定在第一有機場效應管體上后的剖視圖。[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]附圖標記說明:1_第一襯底、2-第一漏極連接導體、3-第一柵極連接導體、4-第一源極連接導體、5-第一互連導體層、6-第一柵電極層、7-第一支撐層、8-第一鍵合環(huán)、9-第一有機場效應管第一電極材料層、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-第二漏極連接導體、15-第二源極連接導體、16-第三漏極連接導體、17-第三源極連接導體、18-第四漏極連接導體、19-第四源極連接導體、20-第一有機場效應管第二電極材料層、21-第二襯底、22-第五漏極連接導體、23-第二柵極連接導體、24-第五源極連接導體、25-第二互連導體層、26-第二柵電極層、27-第二支撐層、28-第二鍵合環(huán)、29-第二有機場效應管第一電極材料層、30-第三功函數(shù)調(diào)制層、31-第二空腔、32-第二氣孔、33-第六漏極連接導體、34-第六源極連接導體、35-第七漏極連接導體、36-第七源極連接導體、37-第八漏極連接導體、38-第八源極連接導體、39-第二功函數(shù)調(diào)制層、40-第二有機場效應管第二電極材料層及41-第四功函數(shù)調(diào)制層。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0035]如圖12所示:為了能提高夠遷移率、響應時間、恢復時間、信號強度及測量精度，本發(fā)明包括第一有機場效應管體及第二有機場效應管體；第一有機場效應管體包括第一有機場效應管漏電極與第一場效應管源電極，第二有機場效應管體包括第二有機場效應管漏電極及第二有機場效應管源電極；所述第二有機場效應管體鍵合固定在第一有機場效應管體的上方，第一有機場效應管體與第二有機場效應管體間設(shè)置有單晶線體13，且在鍵合固定后的第一有機場效應管體與第二有機場效應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場效應管漏電極與第一有機場效應管源電極，以充當?shù)谝粓鲂苈╇姌O與第一場效應管源電極間的導電溝道，且單晶線體13的兩端同時連接第二有機場效應管漏電極與第二有機場效應管源電極，以充當?shù)诙鲂苈╇姌O與第二場效應管源電極間的導電溝道；第一有機場效應管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進入檢測腔體的第一氣孔12，第二有機場效應管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進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，第一有機場效應管體通過單晶線體13形成頂柵底接觸型的有機物場效應管，第二有機場效應管體通過單晶線體13形成頂柵頂接觸型的有機物場效應管，本發(fā)明實施例中，通過第一有機場效應管體與第二有機場效應管體的協(xié)同工作，能夠提高響應時間、恢復時間、信號強度及測量精度。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交錯分布，如圖13和圖14所示，第一氣孔12與第二氣孔32交錯分布后，能夠使得進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。所述第一有機場效應管體與第二有機場效應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]進一步地，所述第一有機場效應管體包括第一襯底I，第一場效應管漏電極包括第一漏極連接導體2、第一場效應管源電極包括第一源極連接導體4，第一漏極連接導體2、第一源極連接導體4貫穿設(shè)置在第一襯底I內(nèi)，且第一漏極連接導體2、第一源極連接導體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體3，第一柵極連接導體3位于第一漏極連接導體2與第一源極連接導體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)有第一場效應管第一電極材料層9與第一場效應管第二電極材料層20,第一場效應管第一電極材料層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，第一場效應管第一電極材料層9與第一場效應管第二電極材料層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；第一漏極連接導體2與第一場效應管第一電極材料層9電連接,第一源極連接導體4與第一場效應管第二電極材料層20電連接，第一柵極連接導體3與第一柵電極層6歐姆接觸。
[0039]本發(fā)明實施例中，第一場效應管第一電極材料層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能使得第一場效應管第一電極材料層9及第一場效應管第二電極材料層20與單晶線體13的功函數(shù)匹配，確保不會導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管第一電極材料層9及第一場效應管第二電極材料層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，從而實現(xiàn)無肖特基勢壘注入載流子到位于單晶線體13中的導電溝道中。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)，對導電要求不高，可以采用半導體，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，以避免導致第一場效應管第一電極材料層9及第一場效應管第二電極材料層20的導電功能下降。
[0041 ] 所述第一柵電極層6與第一襯底I間設(shè)置有第一互連導體層5，所述第一互連導體層5與第一漏極連接導體2、第一源極連接導體4相互絕緣，第一柵極連接導體3與第一互連導體層5電連接，且第一柵極連接導體3通過第一互連導體層5與第一柵電極層6歐姆接觸。本發(fā)明實施例中，在第一柵電極層6與第一襯底I間設(shè)置第一互連導體層5也是為了匹配第一柵極連接導體3與第一柵電極層6之間的功函數(shù)，第一柵電極層6采用導電多晶娃。第一互連導體層5的材料可以為T1、Al、Mg、Cu或Au中的任意一種。
[0042]當?shù)谝粬烹姌O層6與第一襯底I間設(shè)置第一互連導體層5后，所述第一場效應管漏電極還包括第二漏極連接導體14、第三漏極連接導體16及第四漏極連接導體18，第二漏極連接導體14貫通設(shè)置在第一互連導體層5內(nèi)，第三漏極連接導體16貫通設(shè)置在第一柵電極層6內(nèi)，第四漏極連接導體18貫通設(shè)置在第一支撐層7內(nèi)；第一漏極連接導體2通過第二漏極連接導體14、第三漏極連接導體16及第四漏極連接導體18與第一場效應管第一電極材料層9電連接,第一場效應管漏電極與第一互連導體層5、第一柵電極層6相互絕緣隔離；
所述第一場效應管漏電極與第一互連導體層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體14與第一互連導體層5間絕緣隔離，第三漏極連接導體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]第一場效應管源電極還包括第二源極連接導體15、第三源極連接導體17及第四源極連接導體19，第二源極連接導體15貫通設(shè)置在第一互連導體層5內(nèi)，第三源極連接導體17貫通設(shè)置在第一柵電極層6內(nèi)，第四漏極連接導體19貫通設(shè)置在第一支撐層7內(nèi)，第一源極連接導體4通過第二源極連接導體15、第三源極連接導體17及第四源極連接導體
19與第一場效應管第二電極材料層20電連接，第一場效應管源電極與第一互連導體層5、第一柵電極層6相互絕緣隔離。
[0044]所述第一場效應管源電極與第一互連導體層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體15與第一互連導體層5間絕緣隔離，第三源極連接導體17與第一柵電極層6間絕緣隔離，以實現(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位于第一場效應管第一電極材料層9與第一場效應管第二電極材料層20的外圈；第二場效應管體上設(shè)置有第二鍵合環(huán)28，第二場效應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)置在第一場效應管體的上方。本發(fā)明實施例中，通過第一鍵合環(huán)8與第二鍵合環(huán)28鍵合能實現(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。第一場效應管體與第二場效應管體還可以采用對準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)置有第二場效應管第一電極材料層29及第二場效應管第二電極材料層40，第二場效應管第一電極材料層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；第二場效應管第一電極材料層29與第二場效應管第二電極材料層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 ;第二場效應管漏電極包括第五漏極連接導體22，第二場效應管源電極包括第五源極連接導體24，第五漏極連接導體22與第五源極連接導體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體23，所述第二柵極連接導體23與第二柵電極層26歐姆接觸，第五漏極連接導體22與第二場效應管第一電極材料層29電連接,第五源極連接導體24與第二場效應管第二電極材料層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)明實施例中，第二有機場效應管體與第一有機場效應管體的結(jié)構(gòu)相同，第二有機場效應管體與第一有機場效應管體的不同之處位于第二氣孔32與第一氣孔31的交錯分布。具體地，第二柵電極層26與第二襯底21間設(shè)有第二互連導體層25，第二互連導體層25內(nèi)設(shè)置與所述互連導體層25絕緣隔離的第六漏極連接導體33及第六源極連接導體34，第六漏極連接導體33位于第五漏極連接導體22的正上方，且第六漏極連接導體33與第五漏極連接導體22電連接，第六源極連接導體34位于第五源極連接導體24的正下方，第六源極連接導體34與第五源極連接導體24電連接。
[0048]第二柵電極層26內(nèi)設(shè)有第七漏極連接導體35及第七源極連接導體36，第七漏極連接導體35位于第六漏極連接導體33的正下方，第七源極連接導體35位于第六源極連接導體34的正下方，第七漏極連接導體35與第六漏極連接導體33電連接，第七源極連接導體36與第六源極連接導體34電連接，且第七漏極連接導體35與第七源極連接導體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體37及第八源極連接導體38，第八漏極連接導體37位于第七漏極連接導體35的正上方，第八源極連接導體38位于第七源極連接導體36的正下方，第八漏極連接導體37與第七漏極連接導體35電連接，第八源極連接導體38與第七源極連接導體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體2、第一柵極連接導體3與第一源極連接導體4，第一柵極連接導體3位于第一漏極連接導體2與第一源極連接導體4間，且第一漏極連接導體2、第一柵極連接導體3與第一源極連接導體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體2、第一柵極連接導體3及第一源極連接導體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的第一漏極連接導體2、第一柵極連接導體3及第一源極連接導體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體16及第三源極連接導體17 ;第三漏極連接導體16位于第一漏極連接導體2的正上方，并與第一漏極連接導體2電連接；第三源極連接導體17位于第一源極連接導體4的正上方，并與第一源極連接導體4電連接，第一柵電極層6與第一柵極連接導體3歐姆接觸；
如圖3所示，為了能夠使得第一柵極連接導體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)置第一互連導體層5，第一互連導體層5通過蒸鍍或濺射的方法設(shè)置在第一襯底I上，第一互連導體層5的材料為T1、Al、Mg、Cu或Au中的一種。在得到第一互連導電層5上，將第一漏極連接導體2及第一源極連接導體4正上方的第一互連導體層5刻蝕掉，形成貫通第一互連導體層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體14及第二源極連接導體15，本發(fā)明實施例中，第二漏極連接導體14及第二源極連接導體15為同一工藝制造層。當金屬填充后，在設(shè)置第一柵電極層6前需要第一互連導體層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體16及第三源極連接導體17，需要對第一柵電極層6進行刻蝕，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，進行金屬填充，金屬填充后得到第一漏極連接導體16與第三源極連接導體17，第三漏極連接導體16與第三源極連接導體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)置第四漏極連接導體18及第四源極連接導體19，第四漏極連接導體18位于第三漏極連接導體16的正上方，并與第三漏極連接導體16電連接；第四源極連接導體19位于第三源極連接導體17的正上方，并與第三源極連接導體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，通過對通孔內(nèi)填充金屬得到第四漏極連接導體18及第四源極連接導體19。本發(fā)明實施例中，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。第四漏極連接導體18、第四源極連接導體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管第一電極材料層9與第一場效應管第二電極材料層20,第一場效應管第一電極材料層9與第四漏極連接導體18電連接，第一場效應管第二電極材料層20與第四源極連接導體19電連接；
如圖6所示:具體實施時，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)置第一場效應管第一電極材料層9及第一場效應管第二電極材料層
20;第一有機場效應管第一電極材料層9與第一有機場效應管第二電極材料層20為同一制造層，第一有機場效應管第一電極材料層9與第一有機場效應管第二電極材料層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]所述形成第一有機場效應管第一電極材料層9與第一有機場效應管第二電極材料層20的電極材料包括Al、Cu或Ag ;電極材料選用Al時,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，調(diào)制層材料包括CuxO(CuxO為氧化某銅，亦即銅的氧化物)、TCNQ (TCNQ是一種有機半導體，是一種絡合鹽)或石墨烯；電極材料選用Ag時,調(diào)制層材料包括TCNQ或石墨烯。當采用石墨烯時,需要在其他襯底上先做好后揭下來用機械探針覆蓋到第一場效應管第一電極材料層9及第一場效應管第二電極材料層20上。
[0056]f、對第一支撐層7進行刻蝕，以形成貫通所述第一支撐層7的第一腔體11，第一場效應管第一電極材料層9、第一場效應管第二電極材料層20分別位于第一腔體11的兩側(cè)；
如圖8和圖9所示，通過對第一支撐層7進行刻蝕，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的寬度進行刻蝕。
[0057]g、對上述第一柵電極層6、第一襯底I進行刻蝕，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場效應管體；
如圖10和圖11所示，通過對第一柵電極層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場效應管體。
[0058]h、提供第二襯底21，利用上述步驟形成所需的第二有機場效應管體；第二有機場效應管體包括第二腔體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及第二場效應管第二電極材料層40 ；
通過上述說明可知，第二有機場效應管體的結(jié)構(gòu)與第一有機場效應管體的結(jié)構(gòu)基板類同，為了得到第二有機場效應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?shù)谝挥袡C場效應管體及第二有機場效應管體的導電溝道。在具體實施時，可以通過設(shè)置多條單晶線體13來增大響應電流。
[0059]j、將上述包含第二襯底21的第二有機場效應管體鍵合固定在第一有機場效應管體上，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)明實施例中，第一有機場效應管體與第二有機場效應管體通過第一鍵合環(huán)8及第二鍵合環(huán)28鍵合固定。
[0061]對于第一有機場效應管體中，第一柵電極層6、第一互連導體層5及第一柵極連接導體3形成第一有機場效應管柵電極,第一有機場效應管第一電極材料層9、第一功函數(shù)調(diào)制層10、第一漏極連接導體2、第二漏極連接導體14、第三漏極連接導體16及第四漏極連接導體18形成第一有機場效應管漏電極，第一有機場效應管第二電極材料層20、第二功函數(shù)調(diào)制層39、第一源極連接導體4、第二源極連接導體15、第三源極連接導體17及第四源極連接導體19形成第二有機場效應管源電極。
[0062]對于第二有機場效應管體中，第二柵電極層26、第二互連導體層25及第二柵電極連接導體23形成第二有機場效應管柵電極,第二有機場效應管第一電極材料層29、第三功函數(shù)調(diào)制層30、第五漏極連接導體22、第六漏極連接導體33、第七漏極連接導體35及第八漏極連接導體37形成第二有機場效應管漏電極，第二有機場效應管第二電極材料層40、第四功函數(shù)調(diào)制層41、第五源極連接導體24、第六源極連接導體34、第七源極連接導體36及第八源極連接導體38形成第二有機場效應管源電極。
[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、第一有機場效應管體及第二有機場效應管體的配合，具有如下特點:
I)、第二有機場效應管體的第二有機場效應管柵電極工作模式:第二有機場效應管柵電極加偏置電壓而第一有機場效應管柵電極不加偏置電壓時，整個傳感器工作在積累區(qū)，輔以所需的源漏電壓(同時在第一有機場效應管源電極、第一有機場效應管漏電極上加偏置電壓，第二有機場效應管源電極的電壓與第一有機場效應管源電極電壓相同，第二有機場效應管漏電極與第一有機場效應管漏電極的電壓相同)，將有電流流過充當導電溝道的單晶線體13的上表面，但如無待測極性分子氣體存在時，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載流子的俘獲效應，使電流信號極其微弱。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)為使電流信號顯著增加。在這種工作模式下，第一有機場效應管體與第二有機場效應管體同時向有單晶線體13中注入載流子，充當輸出響應的源漏電流信號明顯高于單管注入載流子時的情況，同時達到縮短響應時間的目的。
[0064]2)、第一有機場效應管柵電極工作模式:第一有機場效應管柵電極加電壓偏置而第二有機場效應管柵電極不加偏置電壓時，整個傳感器也工作在積累區(qū)，施加與第二有機場效應管柵電極工作時相同的源漏電壓，將有電流流過充當導電溝道的單晶線體13的下表面，但如無待測極性分子氣體存在時，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載流子的俘獲效應，使電流信號極其微弱。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)為使電流信號顯著增加。在這種工作模式下，第一有機場效應管體與第二有機場效應管體同時向單晶線體13中注入載流子，充當輸出響應的源漏電流信號明顯高于單管注入載流子時的情況。第一有機場效應管體與第二有機場效應管體間采用N條單晶線體13同時工作，進一步增大了信號。
[0065]每個柵電極工作時都有兩個有機物場效應管同時工作，從而增大了響應信號。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?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，從而達到縮短響應時間的目的。
[0066]在源漏電壓恒定的前提下，通過對第二有機場效應管柵電極工作模式和第一有機場效應管柵電極工作模式的交替使用來實現(xiàn)對單晶線體13上下兩個表面的時分復用，從而有效地達到縮短恢復時間的目的。
[0067]本發(fā)明第一有機場效應管體與第二有機場效應管間鍵合固定，且多條單晶線體13設(shè)置在第一有機場效應管體與第二有機場效應管體間，以充當?shù)谝粓鲂苈╇姌O與第一場效應管源電極間的導電溝道，且充當?shù)诙鲂苈╇姌O與第二場效應管源電極間的導電溝道；結(jié)構(gòu)緊湊，與CMOS工藝兼容，遷移率高，提高響應時間及恢復時間，信號強度高，提高測量精度，使用方便，安全可靠。
【權(quán)利要求】
1.一種基于有機場效應管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，包括第一有機場效應管體及第二有機場效應管體；第一有機場效應管體包括第一有機場效應管漏電極與第一場效應管源電極，第二有機場效應管體包括第二有機場效應管漏電極及第二有機場效應管源電極；其特征是:所述第二有機場效應管體鍵合固定在第一有機場效應管體的上方，第一有機場效應管體與第二有機場效應管體間設(shè)置有單晶線體(13)，且在鍵合固定后的第一有機場效應管體與第二有機場效應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場效應管漏電極與第一有機場效應管源電極，以充當?shù)谝粓鲂苈╇姌O與第一場效應管源電極間的導電溝道，且單晶線體(13)的兩端同時連接第二有機場效應管漏電極與第二有機場效應管源電極，以充當?shù)诙鲂苈╇姌O與第二場效應管源電極間的導電溝道；第一有機場效應管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進入檢測腔體的第一氣孔(12)，第二有機場效應管體內(nèi)包括用于極性分子氣體進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所述的基于有機場效應管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第一有機場效應管體包括第一襯底(I )，第一場效應管漏電極包括第一漏極連接導體(2)、第一場效應管源電極包括第一源極連接導體(4)，第一漏極連接導體(2)、第一源極連接導體(4)貫穿設(shè)置在第一襯底(I)內(nèi)，且第一漏極連接導體(2)、第一源極連接導體(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體(3)，第一柵極連接導體(3)位于第一漏極連接導體(2)與第一源極連接導體(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 應管第一電極材料層(9)與第一場效應管第二電極材料層(20)，第一場效應管第一電極材料層(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,第一場效應管第一電極材料層(9)與第一場效應管第二電極材料層(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；第一漏極連接導體(2)與第一場效應管第一電極材料層(9)電連接，第一源極連接導體(4)與第一場效應管第二電極材料層(20)電連接，第一柵極連接導體(3)與第一柵電極層(6)歐姆接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有機場效應管結(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)置有第一互連導體層(5 )，所述第一互連導體層(5)與第一漏極連接導體(2)、第一源極連接導體(4)相互絕緣，第一柵極連接導體(3)與第一互連導體層(5 )電連接，且第一柵極連接導體(3 )通過第一互連導體層(5 )與第一柵電極層(6)歐姆接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于有機場效應管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第一場效應管漏電極還包括第二漏極連接導體(14)、第三漏極連接導體(16)及第四漏極連接導體(18)，第二漏極連接導體(14)貫通設(shè)置在第一互連導體層(5)內(nèi)，第三漏極連接導體(16 )貫通設(shè)置在第一柵電極層(6 )內(nèi)，第四漏極連接導體(18 )貫通設(shè)置在第一支撐層(7)內(nèi)；第一漏極連接導體(2)通過第二漏極連接導體(14)、第三漏極連接導體(16)及第四漏極連接導體(18)與第一場效應管第一電極材料層(9)電連接,第一場效應管漏電極與第一互連導體層(5)、第一柵電極層(6)相互絕緣隔離；第一場效應管源電極還包括第二源極連接導體(15)、第三源極連接導體(17)及第四源極連接導體(19)，第二源極連接導體(15)貫通設(shè)置在第一互連導體層(5)內(nèi)，第三源極連接導體(17)貫通設(shè)置在第一柵電極層(6)內(nèi)，第四漏極連接導體(19)貫通設(shè)置在第一支撐層(7)內(nèi)，第一源極連接導體(4)通過第二源極連接導體(15)、第三源極連接導體(17)及第四源極連接導體(19)與第一場效應管第二電極材料層(20)電連接，第一場效應管源電極與第一互連導體層(5)、第一柵電極層(6)相互絕緣隔離。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有機場效應管結(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)位于第一場效應管第一電極材料層(9 )與第一場效應管第二電極材料層(20 )的外圈；第二場效應管體上設(shè)置有第二鍵合環(huán)(28)，第二場效應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)置在第一場效應管體的上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于有機場效應管結(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)置有第二場效應管第一電極材料層(29)及第二場效應管第二電極材料層(40)，第二場效應管第一電極材料層(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；第二場效應管第一電極材料層(29)與第二場效應管第二電極材料層(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);第二場效應管漏電極包括第五漏極連接導體(22)，第二場效應管源電極包括第五源極連接導體(24)，第五漏極連接導體(22)與第五源極連接導體(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體(23)，所述第二柵極連接導體(23)與第二柵電極層(26)歐姆接觸，第五漏極連接導體(22)與第二場效應管第一電極材料層(29)電連接，第五源極連接導體(24)與第二場效應管第二電極材料層(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所述的基于有機場效應管結(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所述的基于有機場效應管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述進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所述的基于有機場效應管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器，其特征是:所述第一有機場效應管體與第二有機場效應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所述的基于有機場效應管結(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。
11.一種基于有機場效應管結(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體(2)、第一柵極連接導體(3)與第一源極連接導體(4)，第一柵極連接導體(3)位于第一漏極連接導體(2)與第一源極連接導體(4)間，且第一漏極連接導體(2)、第一柵極連接導體(3)與第一源極連接導體(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體(16)及第三源極連接導體(17);第三漏極連接導體(16)位于第一漏極連接導體(2)的正上方，并與第一漏極連接導體(2)電連接；第三源極連接導體(17)位于第一源極連接導體(4)的正上方，并與第一源極連接導體(4)電連接，第一柵電極層(6)與第一柵極連接導體(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)置第四漏極連接導體(18)及第四源極連接導體(19)，第四漏極連接導體(18)位于第三漏極連接導體(16)的正上方，并與第三漏極連接導體(16)電連接；第四源極連接導體(19)位于第三源極連接導體(17)的正上方，并與第三源極連接導體(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管第一電極材料層(9)與第一場效應管第二電極材料層(20)，第一場效應管第一電極材料層(9)與第四漏極連接導體(18)電連接，第一場效應管第二電極材料層(20)與第四源極連接導體(19)電連接； (e)、在上述第一場效應管第一電極材料層(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)、對第一支撐層(7)進行刻蝕，以形成貫通所述第一支撐層(7)的第一腔體(11)，第一場效應管第一電極材料層(9)、第一場效應管第二電極材料層(20)分別位于第一腔體(11)的兩側(cè)； (g)、對上述第一柵電極層(6)、第一襯底(I)進行刻蝕，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場效應管體； (h)、提供第二襯底(21)，利用上述步驟形成所需的第二有機場效應管體；第二有機場效應管體包括第二腔體(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)的第二有機場效應管體鍵合固定在第一有機場效應管體上，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所述基于有機場效應管結(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，第一有機場效應管第一電極材料層(9)與第一有機場效應管第二電極材料層(20)為同一制造層,第一有機場效應管第一電極材料層(9)與第一有機場效應管第二電極材料層(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所述基于有機場效應管結(jié)構(gòu)的極性分子氣體傳感器制備方法，其特征是，所述形成第一有機場效應管第一電極材料層(9)與第一有機場效應管第二電極材料層(20 )的電極材料包括Al、Cu或Ag ;電極材料選用Al時,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，調(diào)制層材料包括CuxO, TCNQ或石墨烯；電極材料選用Ag時，調(diào)制層材料包括TCNQ或石墨烯。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述基于有機場效應管結(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】G01N27/414GK103760207SQ201410038167
【公開日】2014年4月30日 申請日期: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 申請人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心