本发明实施例涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种气体传感器及其制备方法。
背景技术：
在气体探测系统中会大量使用多种类型的气体传感器。这些传感器因适用的测试条件不同，如测试电压、测试电流等，会被分装为不同的传感器。
通常，不同用途的气体传感器的设计都是进行单独封装设计的。这样可以获得多个具有不同功能的气体传感器，但这种单独的设计封装会提高探测系统的维护成本。
技术实现要素：
本发明提供一种气体传感器及其制备方法，以实现将多个不同功能的气体传感器集成，降低成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种气体传感器，该气体传感器包括：衬底；至少两个气体传感单元，位于所述半导体衬底上，所述气体传感单元包括异质结，位于所述异质结之上的源极、漏极以及功能性膜层构成的栅极，其中，所述气体传感单元之间的异质结相互隔断，所述功能性膜层用于探测气体，且不同气体传感单元中的功能性膜层能够探测的气体不同；
钝化层，覆盖除所述功能性膜层以外的全部器件区域。
第二方面，本发明实施例还提供了一种气体传感器的制备方法，该制备方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成至少两个气体传感单元，其中，所述气体传感单元包括异质结，位于所述异质结之上的源极、漏极以及功能性膜层构成的栅极，其中，所述气体传感单元之间的异质结相互隔断，所述功能性膜层用于探测气体，且不同气体传感单元中的功能性膜层能够探测的气体不同；
在所述气体传感单元上形成钝化层，其中，所述钝化层覆盖除所述功能性膜层以外的全部器件区域。
本发明通过一种气体传感器，该气体传感器包括：衬底；至少两个气体传感单元，位于半导体衬底上，气体传感单元包括异质结，位于异质结之上的源极、漏极以及功能性膜层构成的栅极，其中，气体传感单元之间的异质结相互隔断，功能性膜层用于探测气体，且不同气体传感单元中的功能性膜层能够探测的气体不同，钝化层，覆盖除功能性膜层以外的全部器件区域。解决现有的不同用途的气体传感器的设计都是进行单独封装设计会存在提高探测系统的维护成本的问题，实现将多个不同功能的气体传感器集成，降低成本的效果。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种气体传感器的结构示意图；
图2是本发明实施例中的一种气体传感器的结构俯视示意图；
图3是本发明实施例中的一种气体传感器的异质结的结构示意图；
图4是本发明实施例中的一种气体传感器的制备方法的流程图；
图5是本发明实施例中的一种气体传感器单元的制备方法的流程图；
图6-图15为本发明实施例提供的气体传感器的制备方法各主要流程对应的气体传感器的俯视图及剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例中提供的一种气体传感器的结构示意图。本发明实施例所提供的气体传感器可由本发明任意实施例所提供的气体传感器的制备方法获得。
示例性的，参考图1，该气体传感器包括衬底1；
至少两个气体传感单元，位于衬底1上，气体传感单元包括异质结，位于异质结之上的源极、漏极以及功能性膜层构成的栅极，其中，气体传感单元之间的异质结相互隔断，功能性膜层用于探测气体，且不同气体传感单元中的功能性膜层能够探测的气体不同；
钝化层，覆盖除功能性膜层以外的全部器件区域。其中，除功能性膜层以外的全部器件区域是指延伸至无异质结的区域。
示例性的，参考图1，该气体传感器包括至少两个气体传感单元，图1示例性的给出了包括三个气体传感单元的气体传感器的结构示意图，这三个气体传感单元分别为第一气体传感单元100、第二气体传感单元200和第三气体传感单元300，第一气体传感单元100、第二气体传感单元200和第三气体传感单元300均位于衬底1上，其中衬底1可以是蓝宝石衬底，各气体传感单元生长在该衬底1上。每个气体传感单元均包括异质结，位于异质结之上的源极、漏极以及功能性膜层栅极，即第一气体传感单元100包括异质结110、漏极120、源极130、第一功能性膜层栅极140，第二气体传感单元200包括异质结210、漏极220、源极230、第二功能性膜层栅极240，第三气体传感单元300包括异质结310、漏极320、源极330、第三功能性膜层栅极340。其中，第一气体传感单元100的异质结110、第二气体传感单元200的异质结210和第三气体传感单元300的异质结310相互之间是隔断的，以使不同的气体传感单元之间是相互独立在同一个衬底1上。第一功能性膜层栅极140、第二功能性膜层栅极240和第三功能性膜层栅极340分别用于探测气体，且因为其功能性膜层所用的材料不同，所以不同的功能性膜层能够探测的气体不同。该气体传感器还包括钝化层，每个气体传感单元均具有钝化层，钝化层5用于覆盖第一气体传感单元100的除第一功能性膜层栅极140以外的区域、第二气体传感单元200的除第二功能性膜层栅极240以外的区域、以及第三气体传感单元300的除第三功能性膜层栅极340以外的区域。
可选的，继续参考图1，各气体传感单元的异质结位于同一层且对应膜层的材料相同。
具体地，参考图1，第一气体传感单元100的异质结110、第二气体传感单元200的异质结210和第三气体传感单元300的异质结310位于同一层，且对应的异质结的膜层材料是相同的。
可选的，参考图1，任意相邻两个气体传感单元之间设置有用于隔断异质结的隔离槽2。
具体地，示例性的，参考图1，第一气体传感单元100与第二气体传感单元200之间设置有隔离槽2，第二气体传感单元200与第三气体传感单元300之间设置有隔离槽2，隔离槽2用于将第一气体传感单元100的异质结110和第二气体传感单元200的异质结210隔断，将第二气体传感单元200的异质结210和第三气体传感单元300的异质结310隔断。采用隔离槽将各气体传感单元进行隔断以使各个气体传感单元在衬底上是相互独立的区域，防止不同气体传感单元之间相互干扰。
可选的，参考图1，钝化层覆盖隔离槽的内壁。
具体地，示例性的，参考图1，钝化层3覆盖在隔离槽2的内壁上，用于进一步的将第一气体传感单元100的异质结110和第二气体传感单元200的异质结210隔断，将第二气体传感单元200的异质结210和第三气体传感单元300的异质结310隔断，保护各个气体传感单元的独立性，防止相邻的两个气体传感单元之间产生干扰，影响各气体传感单元的功能体现。
图2是本发明实施例一中提供的一种气体传感器的结构俯视示意图。参考图2，每个气体传感单元还包括封装管脚；
封装管脚包括与栅极电连接的栅极管脚、与源极电连接的源极管脚以及与漏极电连接的漏极管脚。各气体传感单元中的源极管脚相互电连接。
具体地，示例性的，参考图2，第一气体传感单元100的封装管脚包括与栅极电连接的栅极管脚p1、与漏极电连接的漏极管脚p2和与源极电连接的源极管脚，第二气体传感单元200的封装管脚包括与栅极电连接的栅极管脚p3、与漏极电连接的漏极管脚p4和与源极电连接的源极管脚，第三气体传感单元300的封装管脚包括与栅极电连接的栅极管脚p5、与漏极电连接的漏极管脚p6和与源极电连接的源极管脚，其中第一气体传感单元100的源极管脚、第二气体传感单元200的源极管脚、第三气体传感单元300的源极管脚相互连接在同一电极管脚p7上，即共源极。
可选的，参考图1和图2，功能性膜层的材料包括铂金(pt)、氧化镧(la2o3)和二氧化锡(sno2)中的一种。
具体地，示例性的，参考图1和图2，各气体传感单元的功能性膜层的材料可以为铂金(pt)、氧化镧(la2o3)和二氧化锡(sno2)中的一种。例如，第一气体传感单元100的第一功能性膜层150的材料可以为铂金(pt)、氧化镧(la2o3)和二氧化锡(sno2)中的一种，第二气体传感单元200的第二功能性膜层250的材料可以为铂金(pt)、氧化镧(la2o3)和二氧化锡(sno2)中的一种，第三气体传感单元300的第三功能性膜层的材料可以为铂金(pt)、氧化镧(la2o3)和二氧化锡(sno2)中的一种。
图3为本发明实施例中提供的一种气体传感器的异质结的结构示意图。参考图3，异质结包括层叠的gan沟道层3和algan势垒层4，algan势垒层4位于gan沟道层3远离衬底1的一侧。可选的，在该气体传感器的衬底1和异质结之间还可以包括缓冲层6和ain层7，缓冲层用于减小应力、降低缺陷密度以及电绝缘，缓冲层的材料可以为gan，ain层位于缓冲层之上。可选地，在algan势垒层4和源极、漏极(源极和漏极处于同一层)之间还包括gan层8，gan层8用于提高algan势垒层4和源极之间、algan势垒层4和漏极之间的欧姆接触特性。
具体地，示例性的，参考图1至图3，缓冲层6位于衬底1之上，ain层7位于缓冲层6之上，各气体传感单元的异质结处于同一层且均位于ain层7之上。第一气体传感单元100的异质结110包括algan势垒层112和gan沟道层111，第二气体传感单元200的异质结210包括algan势垒层212和gan沟道层211，第三气体传感单元300的异质结310包括algan势垒层312和gan沟道层311。其中，第一气体传感单元100的漏极120和algan势垒层112形成欧姆接触，源极130和algan势垒层112形成欧姆接触；第二气体传感单元200的漏极220和algan势垒层212形成欧姆接触，源极230与algan势垒层212形成欧姆接触；第三气体传感单元300的漏极320和algan势垒层312形成欧姆接触，源极330和algan势垒层312形成欧姆接触。
其中，源极、漏极常用的金属膜层为钛ti/铝al/x/金au(其中，常见的x为钛ti、镍ni、钼mo等)
在本实施例的技术方案中，该气体传感器可以用于检测气体的成分以及气体的浓度，其工作原理为：示例性的，参考图1至图3，假设第一气体传感单元100的第一功能性膜层栅极140采用的材料是铂金(pt)，可以测试h2、nh3、no2等气体；第二气体传感单元200的第二功能性膜层栅极240采用的材料是氧化镧(la2o3)，可以测试co2，第三气体传感单元300的第三功能性膜层栅极340采用的材料是二氧化锡(sno2)，可以测试臭氧。当需要检测某气体的成分及所含气体的浓度时，将源极、漏极连接至恒压电源，将该气体传感器与待检测气体接触，如果检测到第一气体传感单元100的栅极管脚p1电流信号发生变化，则说明该气体可能是h2、nh3、no2气体，且通过观测该电压信号的幅值可以判断出该气体成分的浓度，如果没有检测到电信号，说明该气体不是h2、nh3、no2气体；这样判断的依据是：第一气体传感单元100的第一功能性膜层栅极140的功能性膜层所采用的材料是铂金(pt)，当h2、nh3、no2气体与第一功能性膜层铂金(pt)接触时，在第一功能性膜层栅极140区会发生相应的化学反应，产生的化学反应会对异质结110产生的二维电子气的浓度产生影响，从而将化学信号转变为电信号，而且如果气体的浓度越高，其发生的化学反应的速度越快，则化学信号转变为电信号的幅度越大，从而通过栅极管脚p1可以检测到电流信号的变化，并且可以检测到该电流信号变化的幅度。如果检测到第二气体传感单元200的栅极管脚p3的电流信号发生变化，则说明该气体为co2，且通过观测该电流信号的变化的幅度可以判断出该气体成分的浓度，如果没有检测到电流信号变化，说明该气体不是co2，这样判断的依据是：第二气体传感单元200的第二功能性膜层栅极240所采用的材料是氧化镧(la2o3)，当co2与第二功能性膜层氧化镧(la2o3)接触时，在第二功能性膜层栅极240区会发生相应的化学反应，产生的化学反应会对异质结210产生的二维电子气的浓度产生影响，从而将化学信号转变为电信号，而且如果气体的浓度越高，其发生的化学反应的速度越快，则化电流信号的变化幅度越大，从而通过栅极管脚p3可以检测到有该电流信号变化，并且可以检测到该电流信号变化的幅度。如果检测到第三气体传感单元300的栅极管脚p5有电流信号变化，则说明该气体为臭氧，且通过观测该电流信号变化的幅度可以判断出该气体成分的浓度，如果没有检测到电信号变化，说明该气体不是臭氧，这样判断的依据是：第三气体传感单元300的第三功能性膜层栅极340的功能性膜层所采用的材料是二氧化锡(sno2)，当臭氧与第三功能性膜层二氧化锡(sno2)接触时，在第三功能性膜层栅极340区会发生相应的化学反应，产生的化学反应会对异质结310产生的二维电子气的浓度产生影响，从而将化学信号转变为电信号，而且如果气体的成分越高，其发生的化学反应的速度越快，则化学信号转变为电流信号变化的幅度越大，从而通过栅极管脚p5可以检测到有该电流信号变化，并且可以检测到该电流信号变化的幅值。
需要说明的是，上述实施例只是示例性的给出了气体传感器包含三个气体传感单元的示例性说明，气体传感单元的个数至少包括两个，其个数和其功能性膜层材料的类型根据实际需要进行设置，其个数在此不做具体的限定。
本发明实施例通过一种气体传感器，该气体传感器包括：衬底；至少两个气体传感单元，位于半导体衬底上，气体传感单元包括异质结，位于异质结之上的源极、漏极以及功能性膜层构成的栅极，其中，气体传感单元之间的异质结相互隔断，功能性膜层用于探测气体，且不同气体传感单元中的功能性膜层能够探测的气体不同，钝化层，覆盖除功能性膜层以外的全部器件区域。解决了现有的不同用途的气体传感器的设计都是进行单独封装设计会存在提高探测系统的维护成本的问题，实现了将多个不同功能的气体传感器集成，降低成本的效果。
图4为本发明实施例中提供的一种气体传感器的制备方法的流程图，本实施例可适用于气体传感器的实现过程，该方法用于制备本发明任意实施例所述的气体传感器，具体包括如下步骤：
步骤410、提供衬底。
其中，该衬底可以是蓝宝石衬底。
步骤420、在衬底上形成至少两个气体传感单元。
其中，各气体传感单元均位于同一个衬底上，每个气体传感单元包括异质结，位于异质结之上的源极和漏极，以及由功能性膜层构成的栅极。其中，各个气体传感单元之间的异质结是相互隔断，各个气体传感单元的功能性膜层用于探测气体，且不同气体传感单元中的功能性膜层能够探测的气体不同。
步骤430、在气体传感单元上形成钝化层。
其中，钝化层覆盖除功能性膜层以外的全部器件区域。该钝化层用于保护每个气体传感单元中的源极、漏极和栅极，避免各个气体传感单元之间相互因接触产生干扰，以及预防在使用中产生的损伤。
图5是本发明实施例中提供的一种气体传感器单元的制备方法的流程图。可选的，参考图5，在衬底上形成至少两个气体传感单元的步骤包括：
步骤421、在衬底上依次外延生长gan沟道层和algan势垒层，形成异质结。
示例性的，参考图6和图7，在衬底上依次外延生长gan沟道层3和algan势垒层4生成的异质结5。
步骤422、刻蚀任意相邻两个器件区之间的异质结，直至至少贯穿algan势垒层，形成隔离槽。
采用等离子刻蚀的方法刻蚀相邻的两个气体传感单元之间的异质结，直至至少贯穿algan势垒层，形成隔离槽，形成的隔离槽2参考图8和图9。此外，还可采用离子注入的方法形成隔离槽2。
步骤423、采用微纳制造工艺在各器件区的异质结上形成源极和漏极。
在上述步骤基础之上，示例性的，参考图10和图11，采用微纳制造工艺对在各气体传感单元的源极和漏极对应的区域依次形成源极欧姆接触和漏极欧姆接触。其中，微纳制造工艺包括依次去除表面氧化物处理、金属沉淀并图形化处理、以及高温退火处理。
步骤424、采用微纳制造工艺在各器件区的异质结上形成功能性膜层栅极。
在上述步骤的基础之上，示例性的，参考图12和图13，采用微纳制造工艺对各气体传感单元的栅极对应的区域分别形成栅极，栅极为功能性膜层。
示例性的，参考图2，在上述各步骤的基础之上，对各气体传感单元的源极、漏极和栅极制作极板作为管脚。其中，各气体传感单元的源极共用一个极板，即共源极。
示例性的，参考图14和图15，在上述各步骤的基础之上，对各气体传感单元设置钝化层5，以保护器件提高器件可靠性，除非器件区域的极板和栅极均会被覆盖。
需要说明的是，上述实施例只是示例性的给出了气体传感器包含三个气体传感单元的示例性说明，气体传感单元的个数至少包括两个，其个数和其功能性膜层材料的类型根据实际需要进行设置，其个数在此不做具体的限定。
本实施例的技术方案，通过提供一种气体传感器的制备方法，提供衬底；在衬底上形成至少两个气体传感单元，其中，气体传感单元包括异质结，位于异质结之上的源极、漏极以及功能性膜层构成的栅极，其中，气体传感单元之间的异质结相互隔断，功能性膜层用于探测气体，且不同气体传感单元中的功能性膜层能够探测的气体不同；在气体传感单元上形成钝化层，其中，钝化层覆盖除功能性膜层以外的全部器件区域。解决了现有的不同用途的气体传感器的设计都是进行单独封装设计会存在提高探测系统的维护成本的问题，实现了将多个不同功能的气体传感器集成，降低成本的效果。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
1.一种气体传感器，其特征在于，包括：
衬底；
至少两个气体传感单元，位于所述衬底上，所述气体传感单元包括异质结，位于所述异质结之上的源极、漏极以及功能性膜层构成的栅极，其中，所述气体传感单元之间的异质结相互隔断，所述功能性膜层用于探测气体，且不同气体传感单元中的功能性膜层能够探测的气体不同；
钝化层，覆盖除所述功能性膜层以外的全部器件区域。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，各所述气体传感单元的异质结位于同一层且对应膜层的材料相同。
3.根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，任意相邻两个所述气体传感单元之间设置有用于隔断所述异质结的隔离槽。
4.根据权利要求3所述的气体传感器，其特征在于，所述钝化层覆盖所述隔离槽的内壁。
5.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，每个所述气体传感单元还包括封装管脚；
所述封装管脚包括与所述栅极电连接的栅极管脚、与所述源极电连接的源极管脚以及与所述漏极电连接的漏极管脚。
6.根据权利要求5所述的气体传感器，其特征在于，各所述气体传感单元中的源极管脚相互电连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述功能性膜层的材料包括铂金pt、氧化镧la2o3和二氧化锡sno2中的一种。
8.根据权利要求1-6任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述异质结包括层叠的gan沟道层和algan势垒层，所述algan势垒层位于所述gan沟道层远离所述半导体衬底的一侧。
9.一种气体传感器的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成至少两个气体传感单元，其中，所述气体传感单元包括异质结，位于所述异质结之上的源极、漏极以及功能性膜层构成的栅极，其中，所述气体传感单元之间的异质结相互隔断，所述功能性膜层用于探测气体，且不同气体传感单元中的功能性膜层能够探测的气体不同；
在所述气体传感单元上形成钝化层，其中，所述钝化层覆盖除所述功能性膜层以外的全部器件区域。
10.根据权利要求9所述的气体传感器的制备方法，其特征在于，在所述衬底上形成至少两个气体传感单元，包括：
在所述衬底上依次外延生长gan沟道层和algan势垒层，形成异质结；
刻蚀任意相邻两个器件区之间的异质结，直至至少贯穿所述algan势垒层，形成隔离槽；
采用微纳制造工艺在各器件区的异质结上形成源极、漏极以及功能性膜层构成的栅极。
技术总结