專利名稱：多重氣體感測(cè)器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體感測(cè)器，特別涉及一種半導(dǎo)體式多重氣體感測(cè)器，其相容于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制作技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)感測(cè)器的微型化，并同時(shí)地辨識(shí)多種氣體。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染及工業(yè)需求，使得感測(cè)器的發(fā)展倍受重視。在空氣污染防治日益復(fù)雜及工業(yè)上的迫切需要，高效能的氣體感測(cè)器更受重視。氣體感測(cè)器可分類為金屬氧化物半導(dǎo)體式(Metal Oxide Semiconductor)、觸媒燃燒式(Catalystic Combustion Sensor)與熱線半導(dǎo)體式(Hot Wire Semiconductor)及電化學(xué)式氣體感測(cè)器 (Controlled Potential Electrolysis Sensor)等。觸媒燃燒式氣體感測(cè)器必須在高溫狀態(tài)下才能偵測(cè)到氣體的泄漏，加上其反應(yīng)靈敏度低及響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法應(yīng)用于即時(shí)檢測(cè)。而電化學(xué)式氣體感測(cè)器相較于其他種類的氣體感測(cè)器，其可使用的生命周期較短。另外，以硅基板制作的氣體感測(cè)器，相較于III-V族半導(dǎo)體材料，由于能隙較小，無(wú)法在高溫下操作，對(duì)于一些工業(yè)、民生用途上有諸多限制，如汽車環(huán)保及化學(xué)工程方面皆無(wú)法應(yīng)用。因此，目前以金屬氧化物半導(dǎo)體式氣體感測(cè)器為主要供應(yīng)，由于其耐熱性及耐蝕性佳、應(yīng)答速率快、元件制作容易，以及易與微處理器組合成氣體感測(cè)系統(tǒng)或便攜式監(jiān)測(cè)器，因此被廣泛地使用在家庭、工廠環(huán)境中以偵測(cè)毒性氣體及燃燒爆炸性氣體。然而，金屬氧化物半導(dǎo)體式氣體感測(cè)器的氣體選擇性不佳，無(wú)法同時(shí)感測(cè)多種氣體，僅能針對(duì)單一氣體作檢測(cè)，限制其可實(shí)際應(yīng)用的范疇。因此，如何使氣體感測(cè)器具備同時(shí)檢測(cè)多種氣體的能力下，仍可維持良好的感測(cè)靈敏度，是本技術(shù)領(lǐng)域亟欲解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種多重氣體感測(cè)器及其制造方法，可以同時(shí)地辨識(shí)多種氣體。本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)可以從本發(fā)明所揭露的技術(shù)特征中得到進(jìn)一步的了解。為達(dá)到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種多
重氣體感測(cè)器，包括一基板、一磊晶層、一金屬氧化物層、一第一金屬層、一第二金屬層及多個(gè)第三金屬層。磊晶層成長(zhǎng)于基板上，并且具有一第一磊晶結(jié)構(gòu)及一第二磊晶結(jié)構(gòu)，第一磊晶結(jié)構(gòu)及第二磊晶結(jié)構(gòu)之間具有一間隙。金屬氧化物層成長(zhǎng)于第一磊晶結(jié)構(gòu)上；第一金屬層成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)上，且第一金屬層具有至少兩種金屬；第二金屬層成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)上，并且第二金屬層與第一金屬層之間保持一段距離；以及，第三金屬層成長(zhǎng)于金屬氧化物層、第一金屬層及二金屬層上。在一較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括兩個(gè)第二金屬層，并且兩個(gè)第二金屬層相互重迭地成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)上。在一較佳實(shí)施例中，磊晶層進(jìn)一步包括兩個(gè)第二磊晶結(jié)構(gòu)及兩第二金屬層，并且
4兩個(gè)第二磊晶結(jié)構(gòu)之間具有間隙，兩個(gè)第二金屬層分別成長(zhǎng)于兩個(gè)第二磊晶結(jié)構(gòu)上。為達(dá)上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種多重氣體感測(cè)器的制作方法，其步驟包括提供一基板；在基板之上成長(zhǎng)一磊晶層；蝕刻磊晶層，使得磊晶層具有一第一磊晶結(jié)構(gòu)及一第二磊晶結(jié)構(gòu)，并且第一磊晶結(jié)構(gòu)及第二磊晶結(jié)構(gòu)之間形成一間隙；在第一磊晶結(jié)構(gòu)上成長(zhǎng)一金屬氧化物層；在第二磊晶結(jié)構(gòu)上成長(zhǎng)一第一金屬層，且第一金屬層具有至少兩種金屬；在第二磊晶結(jié)構(gòu)上成長(zhǎng)一第二金屬層，并且第二金屬層與第一金屬層之間保持一段距離；以及，在金屬氧化物層上、第一金屬層及二金屬層上成長(zhǎng)多個(gè)第三金屬層。


圖1至圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器的制作方法及結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的另一實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器300中的第二磊晶結(jié)構(gòu)320b在室溫下通入不同氣體時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)圖。圖7為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器300中第二磊晶結(jié)構(gòu)320a在溫度為150°C下通入不同氣體時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)圖。圖8為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器300中第一磊晶結(jié)構(gòu)310在溫度為 300°C下通入不同氣體時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)圖。圖9為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器的氣體選擇性列表。主要元件符號(hào)說(shuō)明多重氣體感測(cè)器100、200、300基板101磊晶層102成核層102a緩沖層102b主動(dòng)層102c金屬氧化物層103第一金屬層104第二金屬層105、105a、105b第三金屬層106第一磊晶結(jié)構(gòu)110、210、310第二磊晶結(jié)構(gòu)120、220、320a、320b阻擋層D間隙d混合氫氣與空氣H2/air混合二氧化氮與空氣N02/air混合氨氮與空氣NH3/air
具體實(shí)施例方式有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合附圖式的一個(gè)較佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實(shí)施例中所提到的方向用語(yǔ)，例如上、下、左、 右、前或后等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明。參照?qǐng)D1至圖3，其示出了本發(fā)明的多重氣體感測(cè)器100的制作方法，包括以下步驟首先，在藍(lán)寶石基板101上，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)或分子束幕晶成長(zhǎng)法(molecular beam epitaxy, MBE)在基板101上成長(zhǎng)一磊晶層102，磊晶層102的成長(zhǎng)方法是利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法成長(zhǎng)一未摻雜的氮化鋁(AlN)成核層10 ;接著，成長(zhǎng)一無(wú)摻雜的氮化鎵(GaN)緩沖層102b ；再成長(zhǎng)一氮化鋁鎵(AlxGai_xN)主動(dòng)層102c。磊晶層102形成后，利用光學(xué)微影技術(shù)(photolithography)將鎳(Ni)鍍于主動(dòng)層102c上以形成多個(gè)阻擋層D，并且每一阻擋層D分別位于第一磊晶結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)及第二磊晶結(jié)構(gòu)(未標(biāo)示)之上。其中，成核層10 的厚度范圍為0. Inm至30 μ m，緩沖層102b的厚度范圍為0. Inm 至30 μ m，以及主動(dòng)層102c為一 η型摻雜的氮化鋁鎵層，主動(dòng)層102c的厚度范圍為Inm至 15 μ m，并且氮化鋁鎵(AlxGi^xN)的χ值范圍約為0. 01至0. 5，以及其電子摻雜濃度范圍為 IX IO16CnT3 至 IXlO2W30在源功率(source power)為700瓦特下，以及在射頻功率(radio-frequency power)為120瓦特下，利用感應(yīng)耦合電漿-反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)(ICP-RIE)，通入氯氣(Cl2) 來(lái)蝕刻磊晶層102。然后，利用硝酸去除殘留的鎳所產(chǎn)生的阻擋層D，則如圖2所示，每?jī)蓚€(gè)阻擋層D之間形成第一磊晶結(jié)構(gòu)110及第二磊晶結(jié)構(gòu)120之間的間隙d，以隔離第一磊晶結(jié)構(gòu)110及第二磊晶結(jié)構(gòu)120。接著，將氫氟酸(HF)水以1 1的溶液清除主動(dòng)層102c上表面的原生氧化物， 再利用真空濺鍍法在主動(dòng)層102c上成長(zhǎng)一金屬氧化物層103。其中，金屬氧化物層103的材料為氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化錫(SnO2)、氧化鎢(WO3)、氧化鎳(NiO)、氧化鐵 O^e2O3)、氧化鎂(MgO)、氧化鈷(Co3O4)或氧化銦αη203)，并且其厚度范圍為Inm至50 μ m。再接著，利用黃光制程定義歐姆接觸區(qū)，以熱蒸鍍法(thermal evaporation)在第二磊晶結(jié)構(gòu)120上的主動(dòng)層102c的表面成長(zhǎng)一第一金屬層104后，在一鈍氣狀態(tài)下，在第一金屬層104進(jìn)行一退火步驟，將完成上述步驟的元件置入快速熱退火(rapid thermal annealing,RTA)系統(tǒng)中，以使第一金屬層104可以擴(kuò)散至緩沖層102b中，形成良好的歐姆接觸，并且其退火的反應(yīng)溫度為200度至900度，以及其反應(yīng)時(shí)間為1秒至50分。其中，第一金屬層104為歐姆接觸金屬層，且第一金屬層104具有至少兩種金屬，其依序由鈦(Ti) 及鋁(Al)所組成，由鈦(Ti)、鋁(Al)、鉬(Pt)及金(Au)所組成，或由鉻(Cr)及金(Au)所組成，并且鈦的厚度范圍為0. Olym至100 μπι，鋁的厚度范圍為0. 01 μ m至500 μ m，鉬的厚度范圍為0. 01 μ m至100 μ m,金的厚度范圍為0. 01 μ m至500 μ m,以及鉻的厚度范圍為 0·01μπ^ 200μπι。然后，利用熱蒸鍍法分別在第二磊晶結(jié)構(gòu)120上的主動(dòng)層102c的表面成長(zhǎng)一第二金屬層105，并且第二金屬層105與第一金屬層104之間保持一段距離。其中，第二金屬層105為肖特基接觸金屬層，用以感測(cè)氣體，其材料為鈀(Pd)、鉬(Pt)、鎳(Ni)、銠(1 )或銥 (Ir)等觸媒金屬，并且每一個(gè)第二金屬層105的厚度范圍為0. Inm至200 μ m。最后，利用熱蒸鍍法在金屬氧化物層103、第一金屬層104及第二金屬層105上鍍上多個(gè)第三金屬層106，并且每一個(gè)第三金屬層106之間保持一段距離。其中，第三金屬層 106為歐姆接觸金屬層，以作為電信號(hào)的輸入與輸出端，其材料為鉬(Pt)、金(Au)、鈀(Pd)、 鎳(Ni)或鋁(Al)，并且每一個(gè)第三金屬層106的厚度范圍皆為0. 01 μ m至100 μ m。再參照?qǐng)D3，其為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器100的結(jié)構(gòu)示意圖。一種多重氣體感測(cè)器100的結(jié)構(gòu)，包括一基板101、一磊晶層102、一金屬氧化物層103、一第一金屬層104、一第二金屬層105及多個(gè)第三金屬層106。其中，基板101為一藍(lán)寶石基板，并且其厚度為430 μ m。磊晶層102包括一未摻雜的氮化鋁成核層102a，其厚度為0. 2 μ m ；—未摻雜的氮化鎵緩沖層102b，其厚度為 1.5μπι;以及，一氮化鋁鎵(Al0.3Ga0.7N)主動(dòng)層102c，其厚度為0. 1 μ m，并且其載子濃度為η =2 X IO18CnT3。磊晶層102包括第一磊晶結(jié)構(gòu)110及第二磊晶結(jié)構(gòu)120，第一磊晶結(jié)構(gòu)110及第二磊晶結(jié)構(gòu)120之間具有一間隙d。金屬氧化物層103成長(zhǎng)于第一磊晶結(jié)構(gòu)110上的主動(dòng)層 102c的表面上，并且金屬氧化物層103為一氧化鋅薄膜，其厚度范圍為IOnm至lOOnm。第一金屬層104成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)120上，并且第一金屬層104的材料為鈦/ 鋁(Ti/Al)，利用蒸鍍的方式將鈦及鋁分別依序蒸鍍于主動(dòng)層102c。接著，在一鈍氣狀態(tài)下，并且在溫度900°C下將第一金屬層104退火300秒，以使第一金屬層104可以擴(kuò)散至緩沖層102b中，形成良好的歐姆接觸。第二金屬層105成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)120的主動(dòng)層102c上，并且第二金屬層105 與第一金屬層104之間保持一段距離。其中，第二金屬層105的材料為鈀或鉬，當(dāng)?shù)诙饘賹?05的材料為鈀時(shí)，鈀金屬層可以感測(cè)多種氣體以判斷出氫氣(H2)的存在；當(dāng)?shù)诙饘賹?05的材料為鉬時(shí)，鉬金屬層可以感測(cè)兩種氣體(氫氣或氨氣(NH3))以判斷出其他氣體的存在。第三金屬層106成長(zhǎng)于金屬氧化物層103、第一金屬層104及第二金屬層105上， 第三金屬層106的材料為金，作為電信號(hào)的輸入與輸出端，并且每一個(gè)第三金屬層106之間
保持一段距離。如圖4所示，其為本發(fā)明的另一實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器200的結(jié)構(gòu)示意圖。一種多重氣體感測(cè)器200的結(jié)構(gòu)，包括一藍(lán)寶石基板101、一磊晶層102、金屬氧化物層103、 第一金屬層104、兩個(gè)第二金屬層10 及10 以及多個(gè)第三金屬層106。其中，藍(lán)寶石基板101的厚度為430 μ m，并且磊晶層102包括一未摻雜的氮化鋁成核層102a，其厚度為0. 2 μ m ；—未摻雜的氮化鎵緩沖層102b，其厚度為1. 5 μ m ；以及，一氮化鋁鎵(Al0.3Ga0.7N)主動(dòng)層102c，其厚度為0. 1 μ m，并且其載子濃度為η = 2 X IO1W30磊晶層102包括第一磊晶結(jié)構(gòu)210及第二磊晶結(jié)構(gòu)220，第一磊晶結(jié)構(gòu)210及第二磊晶結(jié)構(gòu)220之間具有一間隙d。金屬氧化物層103成長(zhǎng)于第一磊晶結(jié)構(gòu)210上的主動(dòng)層 102c的表面上，并且金屬氧化物層103為一氧化鋅薄膜，其厚度范圍為IOnm至lOOnm。第一金屬層104成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)220上，并且第一金屬層104的材料為鈦/ 鋁(Ti/Al)，利用蒸鍍的方式將鈦及鋁分別依序蒸鍍于主動(dòng)層102c。接著，在一鈍氣狀態(tài)下，并且在溫度900°C下將第一金屬層104退火300秒，以使第一金屬層104可以擴(kuò)散至主動(dòng)層102c中，形成良好的歐姆接觸。兩個(gè)第二金屬層10 及10 由下而上依序成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)220的主動(dòng)層 102c上，使得兩個(gè)第二金屬層10 及10 相互重迭地成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)220上，并且每一個(gè)第二金屬層105與第一金屬層104之間保持一段距離。其中，第二金屬層10 的材料為鉬，第二金屬層10 的材料為鈀，則氫氣(H2)可以通過(guò)鈀金屬層105b，使得鉬金屬層 10 得以感測(cè)兩種氣體(氫氣或氨氣(NH3))以判斷出氫氣的存在。第三金屬層106成長(zhǎng)于金屬氧化物層103、第一金屬層104及第二金屬層10 及 10 上，第三金屬層106的材料為金，作為電信號(hào)的輸入與輸出端，并且每一個(gè)第三金屬層 106之間保持一段距離。參照?qǐng)D5所示，其為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器300的結(jié)構(gòu)示意圖。一種多重氣體感測(cè)器300的結(jié)構(gòu)，由下而上依序包括一藍(lán)寶石基板101、一磊晶層102、金屬氧化物層103、第一金屬層104、多個(gè)第二金屬層10 及10 以及多個(gè)第三金屬層106。其中，磊晶層102包括一未摻雜的氮化鋁成核層102a，其厚度為0. 2μπι ；—未摻雜的氮化鎵緩沖層102b，其厚度為1.5μπι;以及，一氮化鋁鎵(Al0.3Ga0.7N)主動(dòng)層102c，其厚度為0. 1 μ m，并且其載子濃度為η = 2 X 1018cm_3。磊晶層102包括第一磊晶結(jié)構(gòu)310以及兩個(gè)第二磊晶結(jié)構(gòu)320a及320b，第一磊晶結(jié)構(gòu)310及第二磊晶結(jié)構(gòu)320a之間具有一間隙d，并且兩個(gè)第二磊晶結(jié)構(gòu)320a及320b之間也具有一間隙d。金屬氧化物層103成長(zhǎng)于第一磊晶結(jié)構(gòu)310上的主動(dòng)層102c的表面上，并且金屬氧化物層103為一氧化鋅薄膜，氧化鋅薄膜103的厚度為50nm，由于氧化鋅的材料可感測(cè)還原性及氧化性氣體，利用氧化鋅的感測(cè)特性，可判別不同的氣體種類。第一金屬層104成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)320a及第二磊晶結(jié)構(gòu)320b上，并且第一金屬層104的材料為鈦/鋁(Ti/Al)，利用蒸鍍的方式將鈦及鋁依序分別蒸鍍于第二磊晶結(jié)構(gòu) 320a及第二磊晶結(jié)構(gòu)320b的主動(dòng)層102c上。接著，在一鈍氣狀態(tài)下，并且在溫度900°C下將第一金屬層104退火300秒，以使第一金屬層104可以擴(kuò)散至緩沖層102b中，形成良好的歐姆接觸。第二金屬層10 成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)320a的主動(dòng)層102c上，并且第二金屬層 105a與第一金屬層104之間保持一段距離，以及第二金屬層10 成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu) 320b的主動(dòng)層102c上，并且第二金屬層10 與第一金屬層104之間保持一段距離。其中，
第二金屬層10 的材料為鉬，鉬金屬層10 的厚度為200埃(A),則鉬金屬層10 可以
感測(cè)兩種氣體(氫氣或氨氣(NH3))以判斷出不同氣體的存在；以及，第二金屬層10 的材
料為鈀，鈀金屬層10 的厚度為300埃(A)，而鈀金屬層10 能感測(cè)氫氣。第三金屬層106成長(zhǎng)于金屬氧化物層103、第一金屬層104及第二金屬層105a、 10 上，第三金屬層106的材料為金，作為電信號(hào)的輸入與輸出端，并且每一個(gè)第三金屬層 106之間保持一段距離。請(qǐng)參照?qǐng)D6，其為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器300中第二磊晶結(jié)構(gòu) 320b上所形成的氣體感測(cè)器在室溫下通入不同氣體時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)圖，并且多重氣體感測(cè)器 300的操作偏壓為0. 5V。當(dāng)濃度為IOOOppm的混合氫氣與空氣H2/air通入時(shí)，多重氣體感測(cè)器300中第二磊晶結(jié)構(gòu)320b上所形成的氣體感測(cè)器的電流由3. 4X IO-7A急速上升至 4. 5X 10_5A，具有明顯的電流變化；然而，當(dāng)濃度為IOOppm的混合二氧化氮與空氣N02/air 或濃度為IOOOppm的混合氨氮與空氣NH3/air通入時(shí)，電流變化幾乎可忽略。氫氣感測(cè)機(jī)制為通入的氫氣分子(H2)會(huì)在鈀金屬層10 的表面進(jìn)行物理、化學(xué)吸附，接著解離成氫原子(H)，隨即氫原子通過(guò)擴(kuò)散的方式傳輸至鈀金屬層10 與磊晶層102的界面處。界面處的氫原子由于受到金屬-半導(dǎo)體界面處的自建電場(chǎng)極化形成一偶極層(dipolar layer)，此偶極層會(huì)造成金屬-半導(dǎo)體界面處的自建電場(chǎng)強(qiáng)度減小，則降低其肖特基能障Gchottky Barrier)，進(jìn)而促使電流增加。圖7為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器300中第二磊晶結(jié)構(gòu)320a上所形成的氣體感測(cè)器在溫度為150°C下通入不同氣體時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)圖，并且多重氣體感測(cè)器300的操作偏壓為0. 5V。當(dāng)濃度為IOOOppm的混合氫氣與空氣H2/air通入時(shí)，多重氣體感測(cè)器300中第二磊晶結(jié)構(gòu)320a上所形成的氣體感測(cè)器的電流從3. 3X 10_8A上升至 1. 83 X KT3A ；當(dāng)濃度為IOOOppm的混合氨氮與空氣NH3/air通入時(shí)，其電流從3. 3 X 1(Γ8Α上升至1. 1X10_6A;而當(dāng)濃度為IOOppm的混合二氧化氮與空氣N02/air通入時(shí)，則無(wú)任何響應(yīng)。氨氣的感測(cè)機(jī)制為氨氣(NH3)會(huì)經(jīng)由鉬金屬層10 催化分解產(chǎn)生氫原子(H)，再經(jīng)由鉬金屬層10 的本體(bulk)擴(kuò)散至金屬-半導(dǎo)體界面，形成偶極層，此偶極層會(huì)造成金屬-半導(dǎo)體界面處的自建電場(chǎng)強(qiáng)度減小，則降低其肖特基能障，進(jìn)而促使電流增加。圖8為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器300中第一磊晶結(jié)構(gòu)310上所形成的氣體感測(cè)器在溫度為300°C下通入不同氣體時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)圖，并且多重氣體感測(cè)器 300的操作偏壓為0. 5V。當(dāng)濃度為IOOppm的混合二氧化氮與空氣N02/air通入時(shí)，多重氣體感測(cè)器300中第一磊晶結(jié)構(gòu)310上所形成的氣體感測(cè)器的電流由-1. 29X IO-7A改變至-3. 05X10_6A。二氧化氮的感測(cè)機(jī)制如下當(dāng)氧化鋅(SiO)薄膜103暴露在二氧化氮 (NO2)下，二氧化氮(NO2)會(huì)吸附氧化鋅薄膜103上的氧離子，產(chǎn)生化學(xué)吸附反應(yīng)，并同時(shí)抓取氧化鋅薄膜103中氧化鋅導(dǎo)電帶內(nèi)的電子，使得氧化鋅的電子濃度下降，以及電阻增加， 進(jìn)而促使電流降低。由上述多重氣體感測(cè)器300在不同溫度下通入不同氣體時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)圖的變化， 可得知其氣體種類。如圖9所示，其為本發(fā)明的較佳實(shí)施例中多重氣體感測(cè)器300的氣體選擇性列表。由此表可得知，當(dāng)同時(shí)通入氫氣、氨氣以及二氧化氮時(shí)，通過(guò)不同金屬層的感測(cè)特性，可分辨出氣體的種類。多重氣體感測(cè)器以及其制造方法除了可應(yīng)用在氣體感測(cè)的領(lǐng)域中，用以即時(shí)監(jiān)控環(huán)境中的有害氣體的濃度，也可應(yīng)用于危險(xiǎn)氣體泄漏的檢測(cè)。由于化學(xué)-醫(yī)療系統(tǒng)工廠經(jīng)常會(huì)使用到氫氣、氨氣和二氧化氮等危險(xiǎn)氣體，本發(fā)明可同時(shí)提供化學(xué)廠區(qū)中此三種氣體的濃度的即時(shí)監(jiān)控以及外泄預(yù)警。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍及發(fā)明說(shuō)明內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單的等效變化與修飾，皆仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。另外本發(fā)明的任一實(shí)施例或申請(qǐng)專利范圍不須達(dá)成本發(fā)明所揭露的全部目的或優(yōu)點(diǎn)或特點(diǎn)。此外，摘要部分和標(biāo)題僅是用來(lái)輔助專利文件搜尋之用，并非用來(lái)限制本發(fā)明的權(quán)利范圍。
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權(quán)利要求
1.一種多重氣體感測(cè)器，包括 一基板；一磊晶層，成長(zhǎng)于該基板上，該磊晶層具有一第一磊晶結(jié)構(gòu)及一第二磊晶結(jié)構(gòu)，該第一磊晶結(jié)構(gòu)及該第二磊晶結(jié)構(gòu)之間具有一間隙； 一金屬氧化物層，成長(zhǎng)于該第一磊晶結(jié)構(gòu)上；一第一金屬層，成長(zhǎng)于該第二磊晶結(jié)構(gòu)上，且該第一金屬層具有至少兩種金屬； 一第二金屬層，成長(zhǎng)于該第二磊晶結(jié)構(gòu)上，并且該第二金屬層與該第一金屬層之間保持一段距離；以及多個(gè)第三金屬層，成長(zhǎng)于該金屬氧化物層、該第一金屬層及該二金屬層上。
2.如權(quán)利要求1所述的多重氣體感測(cè)器，其特征在于，該磊晶層進(jìn)一步包括兩個(gè)第二磊晶結(jié)構(gòu)，并且該兩個(gè)第二磊晶結(jié)構(gòu)之間具有該間隙。
3.如權(quán)利要求1所述的多重氣體感測(cè)器，其特征在于，該磊晶層由下而上依序包括一成核層、一緩沖層及一主動(dòng)層。
4.如權(quán)利要求1所述的多重氣體感測(cè)器，其特征在于，進(jìn)一步包括兩個(gè)第二金屬層，并且該兩個(gè)第二金屬層相互重迭地成長(zhǎng)于該第二磊晶結(jié)構(gòu)上。
5.如權(quán)利要求2所述的多重氣體感測(cè)器，其特征在于，進(jìn)一步包括兩個(gè)第二金屬層，并且該兩個(gè)第二金屬層分別成長(zhǎng)于該兩個(gè)第二磊晶結(jié)構(gòu)上。
6.一種多重氣體感測(cè)器的制作方法，其特征在于，該方法包括 提供一基板；在該基板之上成長(zhǎng)一磊晶層；蝕刻該磊晶層，使得該磊晶層具有一第一磊晶結(jié)構(gòu)及一第二磊晶結(jié)構(gòu)，并且該第一磊晶結(jié)構(gòu)及該第二磊晶結(jié)構(gòu)之間形成一間隙； 在該第一磊晶結(jié)構(gòu)上成長(zhǎng)一金屬氧化物層；在該第二磊晶結(jié)構(gòu)上成長(zhǎng)一第一金屬層，且該第一金屬層具有至少兩種金屬； 在該第二磊晶結(jié)構(gòu)上成長(zhǎng)一第二金屬層，并且該第二金屬層與該第一金屬層之間保持一段距離；以及在該金屬氧化物層、該第一金屬層及該二金屬層上成長(zhǎng)多個(gè)第三金屬層。
7.如權(quán)利要求6所述的多重氣體感測(cè)器的制作方法，其特征在于，在該基板上該磊晶層成長(zhǎng)的方法，進(jìn)一步包括在該基板上成長(zhǎng)一成核層； 在該成核層上成長(zhǎng)一緩沖層；以及在該緩沖層上成長(zhǎng)一主動(dòng)層。
8.如權(quán)利要求7所述的多重氣體感測(cè)器的制作方法，其特征在于，蝕刻該磊晶層的方法進(jìn)一步包括在該主動(dòng)層上成長(zhǎng)多個(gè)阻擋層，并且每一該阻擋層分別位于該第一磊晶結(jié)構(gòu)及該第二磊晶結(jié)構(gòu)之上；以及利用感應(yīng)耦合電漿-反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)來(lái)蝕刻該磊晶層，則每?jī)蓚€(gè)該阻擋層之間形成該第一磊晶結(jié)構(gòu)及該第二磊晶結(jié)構(gòu)之間的所述間隙。
9.如權(quán)利要求6所述的多重氣體感測(cè)器，其特征在于，在該第二磊晶結(jié)構(gòu)上成長(zhǎng)該第一金屬層的方法，進(jìn)一步包括在一鈍氣狀態(tài)下，在成長(zhǎng)于該第二磊晶結(jié)構(gòu)上的該第一金屬層進(jìn)行一退火步驟，并且該退火步驟的反應(yīng)溫度為200度至900度，其反應(yīng)時(shí)間為1秒至50 分。
10.如權(quán)利要求6所述的多重氣體感測(cè)器，其特征在于，成長(zhǎng)該磊晶層的方法包括金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法及分子束磊晶成長(zhǎng)法，蝕刻該磊晶層利用感應(yīng)耦合電漿-反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)，成長(zhǎng)該金屬氧化物層利用真空濺鍍法，成長(zhǎng)該第一金屬層、該第二金屬層及該些第三金屬層利用熱蒸鍍法。
全文摘要
一種多重氣體感測(cè)器，包括一基板、一磊晶層、一金屬氧化物層、一第一金屬層、一第二金屬層及多個(gè)第三金屬層。磊晶層成長(zhǎng)于基板上，并且具有一第一磊晶結(jié)構(gòu)及一第二磊晶結(jié)構(gòu)，第一磊晶結(jié)構(gòu)及第二磊晶結(jié)構(gòu)之間具有一間隙。金屬氧化物層成長(zhǎng)于第一磊晶結(jié)構(gòu)上；第一金屬層成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)上，且第一金屬層具有至少兩種金屬；第二金屬層成長(zhǎng)于第二磊晶結(jié)構(gòu)上，并且第二金屬層與第一金屬層之間保持一段距離；以及，第三金屬層成長(zhǎng)于金屬氧化物層、第一金屬層及二金屬層上。
文檔編號(hào)G01N27/00GK102279209SQ201110193610
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者劉文超, 張仲甫, 蔡宗翰, 許啟祥, 陳慧英, 陳泰佑 申請(qǐng)人:劉文超