[发明专利]多栅结构场效应晶体管pH传感器及制造方法

说明书

本发明提供了一种多栅结构场效应晶体管pH传感器及制造方法，包括：基板、第一栅极、第一介电层、漏极、沟道层、源极、第三栅极、第二介电层和第二栅极；第二栅极为储液槽中的溶液和参比电极构成的液接式栅极；其中，基板的顶面设置有第一栅极；第一栅极的顶面设置有第一介电层；第一介电层的顶面设置有漏极、沟道层、源极；漏极、沟道层和源极的顶面设置有第二介电层；第二介电层的顶面设置有第二栅极；第一介电层的顶面还设置有第三栅极；本发明在第二介电层的顶面设置有储液槽，通过增加一个与沟道层处于同一平面的栅极，突破了传统的双栅结构，增强了晶体管的电容耦合的效果并提升了对pH值检测的灵敏度。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种多栅结构场效应晶体管pH传感器及制造方法。

背景技术

pH是衡量溶液酸碱程度的指标，在化学、农业、食品加工、制药、环境科学和生物医学工程等广泛领域都处于中心地位。其中，应用于生物医学、食品加工、制药等领域的微容量水环境的pH检测经常被人们忽视。如今市面上大多数pH传感器尺寸较大且灵敏度不高，适用于水污染监测及工业生产领域，在自来水管网等特殊水环境中无法做到精准检测。离子敏场效应晶体管pH传感器由于其易于制造、成本低以及与柔性基底的兼容性，被广泛应用于化学和生物传感领域。

现有的pH传感器往往采用双栅场效应晶体管，可以通过上栅和下栅氧化物电容之间的电容耦合而超过其灵敏度极限，为了进一步地提高测量灵敏度，现有技术中的基于ZnO双栅场效应晶体管的传感器、基于铟镓锌氧化物(InGaZnO)纳米光纤通道双栅场效应晶体管的高灵敏度化学传感器，基于横向协同双电层调制的感器，等方案虽然实现了提高灵敏度的效果，但是仍然是在双栅结构的基础上，从材料或结构角度去改变栅介质的电容，从而提升双栅型离子敏场效应晶体管pH传感器的灵敏度，但是都并没有突破双栅结构。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多栅结构场效应晶体管pH传感器，其中，包括：基板、第一栅极、第一介电层、漏极、沟道层、源极、第三栅极、第二介电层和第二栅极；第二栅极为储液槽中的溶液和参比电极构成的液接式栅极；其中，基板的顶面设置有第一栅极；第一栅极的顶面设置有第一介电层；第一介电层的顶面设置有漏极、沟道层和源极；漏极、沟道层和源极的顶面设置有第二介电层；第二介电层的顶面设置有第二栅极；第一介电层的顶面还设置有第三栅极，其中，第三栅极与漏极、沟道层、源极均处于同一平面；第二介电层的顶面设置有储液槽，储液槽用于盛装待测液体；储液槽中还设置有参比电极，用于稳定电位。

进一步地，其中，基板的材质为半导体Si。

进一步地，其中，第一栅极、第三栅极、源极和漏极的材质均为金属Al。

进一步地，其中，第三栅极、源极和漏极的金属Al表面镀有金属Au。

进一步地，其中，第一介电层的材质为SiO₂。

进一步地，其中，沟道层的材质为铟镓锌氧化物。

进一步地，铟镓锌氧化物的摩尔组分构成为In₂O₃:Ga₂O₃:ZnO＝2:1:2。

进一步地，其中，第二介电层的材质为TiO₂。

进一步地，其中，参比电极的材质为金属Ag和AgCl。