一种气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种气体传感器及其制备方法，包括提供衬底，所述衬底包括层叠设置的栅极和栅介质层；在所述栅介质层上设置二维半导体材料，形成沟道传输层；在所述沟道传输层的两侧形成源极和漏极；通过溶液浸泡在所述沟道传输层上设置金属有机框架化合物材料，形成气体敏感层。本发明专利技术提供的气体传感器的制备方法实现了二维半导体材料与金属有机框架化合物形成异质结的可控制备，并且得到的气体敏感层的孔隙方向都朝外，孔隙排布整齐有序，可以和气体更加充分的结合，从而增强了气体传感的性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感
，尤其涉及一种气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]二维过渡金属二硫族化合物(TMDs)的高面积体积比和良好的材料特性使其在传感
得到了广泛的研究，并成为场效应晶体管(FET)型气体传感器件中的有源沟道。到目前为止，各种类型的基于金属掺杂的TMDs或TMDs/金属氧化物异质结的气体传感器已经被开发出来，以提高气体吸收和传感能力。这些技术可以降低TMDs与气体分子反应所需的能量，通过增加扩散来增强的吸附位点数量，从而改善气体传感性能。
[0003]但是，现有的基于TMDs的气体传感器表面对大多数气体的吸收相对较弱，导致响应性有限。并且大部分TMDs的气体传感器是电阻型的，采用两端器件的几何结构。当暴露在化学物质或气体中时，气体和沟道材料之间发生电荷交换，导致器件的电阻和电流发生变化，导致检测的灵敏度降低。
[0004]因此，有必要开发一种新的气体传感器用以解决上述的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种气体传感器及其制备方法，实现了二维半导体材料与金属有机框架化合物形成异质结的可控制备，并且得到的气体敏感层的孔隙方向都朝外，可以和气体更加充分的结合，从而增强了气体传感的性能。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种气体传感器的制备方法，包括：
[0007]提供衬底，所述衬底包括层叠设置的栅极和栅介质层；
[0008]在所述栅介质层上设置二维半导体材料，形成沟道传输层；
[0009]在所述沟道传输层的两侧形成源极和漏极；
[0010]通过溶液浸泡在所述沟道传输层上设置金属有机框架化合物材料，形成气体敏感层。
[0011]在一些实施例中，所述通过溶液浸泡在所述沟道传输层上设置金属有机框架化合物材料，形成气体敏感层，包括：
[0012]制备金属有机框架化合物溶液；
[0013]将所述衬底放置于所述金属有机框架化合物溶液中浸泡并加热，以在所述沟道传输层上外延生长所述金属有机框架化合物材料，形成所述气体敏感层。
[0014]在一些实施例中，所述金属有机框架化合物材料为Ni3(HITP)2；
[0015]所述制备金属有机框架化合物溶液，包括：
[0016]将六水氯化镍与水、浓缩氨水和HATP
·
6HCl混合形成第一溶液；
[0017]将所述第一溶液加热并搅拌得到黑色粉末状固体；
[0018]将所述黑色粉末状固体离心、过滤和洗涤后放入纯丙酮中加热，得到所述金属有机框架化合物溶液。
[0019]在一些实施例中，所述将所述第一溶液加热并搅拌得到黑色粉末状固体，包括：
[0020]将所述第一溶液加热至60
‑
70摄氏度，并搅拌1
‑
3小时，直至得到所述黑色粉末状固体。
[0021]在一些实施例中，所述将所述黑色粉末状固体离心过滤和洗涤后放入纯丙酮中加热；
[0022]将离心过滤后的所述黑色粉末状固体在回流的水中清洗30
‑
40个小时；
[0023]将清洗后的所述黑色粉末状固体放入纯丙酮中在60
‑
70摄氏度的温度下加热2
‑
4小时。
[0024]在一些实施例中，所述将所述衬底放置于所述金属有机框架化合物溶液中浸泡并加热，包括：
[0025]将所述衬底放置于所述金属有机框架化合物溶液中，在60
‑
70摄氏度的温度下加热11
‑
13小时。
[0026]第二方面，本专利技术提供一种气体传感器，采用所述的气体传感器的制备方法制备形成，所述气体传感器包括：
[0027]衬底，包括层叠设置的栅极和栅介质层；
[0028]设在所述栅介质层上的沟道传输层；
[0029]在所述沟道传输层的两侧设置的源极和漏极；
[0030]在所述沟道传输层上设置的气体敏感层。
[0031]在一些实施例中，所述沟道传输层的材质为二维半导体材料，所述二维半导体材料包括MoS2、WS2、MoTe2中的任意一种。
[0032]在一些实施例中，所述气体敏感层的材质为金属有机框架化合物材料，所述金属有机框架化合物材料包括Ni3(HITP)2或Co3(HITP)2。
[0033]在一些实施例中，所述气体敏感层的材质为金属有机框架化合物材料，所述金属有机框架化合物材料包括Ni3(HITP)2或Co3(HITP)2
[0034]所述沟道传输层的厚度在1
‑
10nm，且所述气体传感器的敏感性随着所述沟道传输层的厚度增加而提高。
[0035]本专利技术提供的一种气体传感器及其制备方法的有益效果在于：
[0036]1、通过在金属有机框架化合物溶液中浸泡生长气体敏感层，金属有机框架化合物可以随着二维半导体材料的晶向外延生长，可以实现二维半导体材料与金属有机框架化合物形成异质结的可控制备，并且得到的气体敏感层孔隙方向都朝外，可以和气体更加充分的结合，从而增强气体传感能力。
[0037]2、该气体传感器的气体传感响应大大增强，并通过栅极调控显示出良好的可调节性，可提高从气体(如NH3)中接收电子的数量。
[0038]3、该气体传感器的敏感性随着沟道传输层的厚度增加而提高。
[0039]4、该气体传感器的兼容性强，适用于先进柔性、可穿戴和小型化电子器件。
附图说明
[0040]图1为本专利技术提供的实施例气体传感器的制备方法的流程图；
[0041]图2为本专利技术提供的实施例制备金属有机框架化合物溶液的流程图；
[0042]图3为本专利技术提供的实施例衬底的结构示意图；
[0043]图4为本专利技术提供的实施例在衬底上形成沟道传输层后的结构示意图；
[0044]图5为本专利技术提供的实施例在沟道传输层的两侧形成源极和漏极后的结构示意图；
[0045]图6为本专利技术提供的实施例气体传感器的结构示意图。
[0046]附图标记：
[0047]衬底、栅极2、沟道传输层3、源极4、漏极5、气体敏感层6。
具体实施方式
[0048]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0049]图1为本专利技术提供的实施例气体传感器的制备方法的流程图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体传感器的制备方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底包括层叠设置的栅极和栅介质层；在所述栅介质层上设置二维半导体材料，形成沟道传输层；在所述沟道传输层的两侧形成源极和漏极；通过溶液浸泡在所述沟道传输层上设置金属有机框架化合物材料，形成气体敏感层。2.根据权利要求1所述的气体传感器的制备方法，其特征在于，所述通过溶液浸泡在所述沟道传输层上设置金属有机框架化合物材料，形成气体敏感层，包括：制备金属有机框架化合物溶液；将所述衬底放置于所述金属有机框架化合物溶液中浸泡并加热，以在所述沟道传输层上外延生长所述金属有机框架化合物材料，形成所述气体敏感层。3.根据权利要求2所述的气体传感器的制备方法，其特征在于，所述金属有机框架化合物材料为Ni3(HITP)2；所述制备金属有机框架化合物溶液，包括：将六水氯化镍与水、浓缩氨水和HATP
·
6HCl混合形成第一溶液；将所述第一溶液加热并搅拌得到黑色粉末状固体；将所述黑色粉末状固体离心、过滤和洗涤后放入纯丙酮中加热，得到所述金属有机框架化合物溶液。4.根据权利要求3所述的气体传感器的制备方法，其特征在于，所述将所述第一溶液加热并搅拌得到黑色粉末状固体，包括：将所述第一溶液加热至60
‑
70摄氏度，并搅拌1
‑
3小时，直至得到所述黑色粉末状固体。5.根据权利要求3所述的气体传感器的制备方法，其特征在于，所述将所述黑色粉末状固体离心过滤和洗涤后放入纯丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博冉，朱颢，杨雅芬，张卫，
申请(专利权)人：上海集成电路制造创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：