The invention relates to the technical field of semiconductor sensor, in particular to a preparation method of GaN based pH sensor with double gate structure. It includes the following steps: S1. Growing GaN transition layer with high resistance insulation on n-type GaN substrate as the dielectric layer of back gate; S2. Growing GaN channel layer on GaN transition layer with high resistance insulation; S3. Growing AlGaN thin barrier layer on the surface of channel layer; S4. Depositing ohmic contact electrode; S5. Covering electrode and access area of growth medium layer only expose the detection area of top gate. The invention provides a preparation method of a dual gate GaN based pH sensor, which grows a thin barrier AlGaN layer, covers the parts outside the sensing area with a silicon nitride passivation layer, and improves the two-dimensional electron gas concentration and mobility of the access area; by using the thin barrier layer structure, high transconductance can be realized, and the capacitance coupling effect of the back gate electrode and the channel can be combined to obtain the exploration of breaking the Nernst limit Sensitivity.
【技术实现步骤摘要】
一种双栅结构GaN基pH传感器的制备方法
本专利技术涉及半导体传感器
,更具体地,涉及一种双栅结构GaN基pH传感器的制备方法。
技术介绍
pH传感器是测量液体介质的酸碱度、进行精密监测和科学认证的必备检验器件,在环境、医疗、工业、农业及生物等使用溶液领域中有着重要的应用。随着科学技术的不断发展,基于离子敏感场效晶体管(ISFET:IonSensitiveFieldEffectTransistor)的全固态pH传感器由于具有尺寸小、不易碎、灵敏度高、性能稳定、便于携带等特点,而倍受青睐。目前,Si基MOSFET由于低廉的价格、可与传统CMOS工艺兼容量产及良好的可靠性等特征成为制备ISFETpH传感器的主要材料。然而Si基pH传感器的研发逐渐趋于理论极限,由于材料自身的性能缺陷不能工作用高温(低于150度)及一些特定溶液(氢氟酸等)环境中,这种pH传感器的稳定性和可靠性还无法保证,极大地限制了其实用性。近来,常见的ISFET逐渐从典型的Si基ISFET扩展到III族氮化物基ISFET以及氧化物半导体TFT为基础的ISFET。相比于玻璃电极,ISFET不再需要内置参比电极,简化了器件结构,有利于实现小型化探测器,提高了测试的便捷性,且利用硅基成熟的半导体加工技术有利于实现大规模生产。III族氮化物材料具有较宽的带隙和较强的化学稳定性,使得其具有更强的极端条件(如高温)耐受性,而且III族氮化物材料相对硅基材料具有更好的生物兼容性,使得III族氮化物ISFET受到广泛关注。GaN基ISFETpH传感 ...
【技术保护点】
1.一种双栅结构GaN基pH传感器的制备方法,其特征在于,利用薄势垒层(4)结构,实现高的跨导;结合背栅电极与沟道的电容耦合作用,获得突破能斯托极限的探测感度;具体包括以下步骤:/nS1.在n型GaN衬底(1)上生长高阻绝缘的GaN过渡层(2)作为背栅的介质层(6);/nS2.在高阻绝缘的GaN过渡层(2)上生长GaN沟道层(3);/nS3.在沟道层(3)表面生长AlGaN薄势垒层(4);/nS4.沉积欧姆接触电极(5);/nS5.生长介质层(6)掩盖电极及接入区只露出顶栅极探测区域。/n
【技术特征摘要】
1.一种双栅结构GaN基pH传感器的制备方法,其特征在于,利用薄势垒层(4)结构,实现高的跨导;结合背栅电极与沟道的电容耦合作用,获得突破能斯托极限的探测感度;具体包括以下步骤:
S1.在n型GaN衬底(1)上生长高阻绝缘的GaN过渡层(2)作为背栅的介质层(6);
S2.在高阻绝缘的GaN过渡层(2)上生长GaN沟道层(3);
S3.在沟道层(3)表面生长AlGaN薄势垒层(4);
S4.沉积欧姆接触电极(5);
S5.生长介质层(6)掩盖电极及接入区只露出顶栅极探测区域。
2.根据权利要求1所述的双栅结构GaN基pH传感器的制备方法,其特征在于,所述的步骤S1至S3中生长的高阻绝缘的GaN过渡层(2)及薄势垒厚度较小的AlGaN/GaN异质结材料。
3.根据权利要求1所述的双栅结构GaN基pH传感器的制备方法,其特征在于,通过在所述的S5步骤中沉积氮化硅以同时保护金属电极并提升接入区沟道性能。
4.根据权利要求1所述的双栅结构GaN基pH传感器的制备方法,其特征在于,所述的衬底(1)为氨热法、HVPE或者MOCVD生长的GaN自支撑衬底(1)中的任一种;所述的高阻绝缘过渡层(2)为AlN、AlGaN、GaN的任一种或组合;厚度为10nm~10μm;所述的介质层(6)为氮化硅,厚度为0-500nm。
5.根据权利要求1所述的双栅结构GaN基pH传感器的制备方法,其特征在于,所述的GaN沟道层(3)为非故意掺杂的GaN外延层或掺杂的高阻G...
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