用于多种气体识别的碳基薄膜晶体管型传感器阵列制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于多种气体识别的碳基薄膜晶体管型传感器阵列，传感器阵列结构包括四个独立的气体检测通道，每个气体检测通道由硅基衬底、介电层、源极电极、漏极电极及沟道有源层构成传感组件。沟道有源层所在的区域的敏感材料层，用于提高沟道有源层CNT的选择性。每个气体检测通道的CNT

【技术实现步骤摘要】
用于多种气体识别的碳基薄膜晶体管型传感器阵列


[0001]本技术涉及气体传感器
，尤其是TFT型气体传感器阵列，使用多金属修饰碳纳米管作为沟道的TFT传感器阵列用于多气体识别，提出用于气体识别的使用多金属修饰碳纳米管作为沟道的碳基薄膜晶体管型气体传感器阵列。

技术介绍

[0002]现代生活和工作空间迫使人类90％的生命都在封闭的室内环境中度过。室内有毒气体(如NH3、HCHO和H2S)极易对人体健康造成不利的影响，如肺炎、白血病等。因此，如何鉴别此类有害气体的种类对医学上追溯诱发疾病的根源具有重要的指导意义。但利用气体传感器实现室内复杂环境下混合气体的检测仍是巨大的挑战，除需考虑气体传感器的灵敏度、选择性和稳定性外，还应考虑功耗、成本和便携性。
[0003]目前，基于半导体的电阻式气体传感器因成本低廉、易于制造在商业上得到广泛应用，但该类传感器由于体积大、易对多种气体敏感导致其不利于批量生产且稳定性较差。因此，有必要研制出与集成电路兼容的小型化便携式气体传感器，用来实现对多种气体种类、浓度的同时识别。
[0004]现有的解决方案中，通常是依靠几个传感元件组成的传感器阵列来检测复杂环境中的多种有害气体，每个传感元件在不同程度上与气体分子产生特定的相互作用，所有传感元件的组合响应使每种特定测试气体形成独特的反应模式。对于多个元件产生的互异响应数据需要利用模式识别技术进行处理，从而直观区分出气体种类，常用的模式识别方法有判别函数分析、最小偏二乘回归(PLS)和主成分分析(PCA，LDA)。目前，阵列常应用于不同金属纳米粒子修饰的气体传感器。Viktor Bezugly等人利用金纳米粒子功能化纳米管阵列，实现对H2S低至3ppb的检测限。Angjellari等人发现，镍修饰后的SWCNT气体传感器实现NH3的敏感响应，从1.58提高到5.87。这些研究清楚地表明，金属纳米颗粒修饰的气体传感器阵列成功提高了器件的选择性。因此，通过选择不同气体的特征金属来形成传感阵列，在不同程度上提供与气体分子的特定相互作用，最终可实现对混合气体环境中有害气体的种类识别。近年来，场效应晶体管(FET)因其体积小、成本低，可实现气体传感器的高灵敏度和小型化而得到迅速发展。半导体碳纳米管(s
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CNTs)具有比表面积大、体积比大、载流子迁移率高等优点常作为FET气体传感器的传输层材料。因此，利用基于s
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CNTs的FFT气体传感器可以实现器件的微型化制备和强信号传输。

技术实现思路

[0005]本技术目的在于提供一种用于气体识别的碳基薄膜晶体管型气体传感器阵列及其制备方法，旨在通过多个独立通道的以纳米管作为沟道层的TFT传感器阵列，对多气体进行检测与识别，通过单一的TFT传感器阵列组件同时对多种气体的高灵敏检测和准确识别，促进了室内多种有害气体的实时在线监测。
[0006]根据本技术目的的第一方面，提出一种用于多种气体识别的碳基薄膜晶体管
型传感器阵列，所述碳基薄膜晶体管型传感器阵列包括多个独立的气体检测通道，每个气体检测通道包括一由硅基衬底、介电层、源极电极、漏极电极以及沟道层构成的CNT
‑
FET型传感单元；
[0007]多个气体检测通道中的CNT
‑
FET型传感单元的沟道有源层均不相同，并且每一个CNT
‑
FET型传感单元均配置独立的响应信号输出。
[0008]作为可选的实施方式，每一个CNT
‑
FET型传感单元配置成包括以下构成：
[0009]硅基衬底，限定了第一表面和相对的第二表面；
[0010]位于硅基衬底的第一表面的介电层；
[0011]位于介电层上方的沟道层；以及
[0012]位于沟道层的上方两侧、并间隔开的源极电极以及漏极电极；
[0013]其中，每个CNT
‑
FET型传感单元的沟道层均由一种沟道有源层构成，所述沟道有源层选自s
‑
CNT沟道以及不同金属修饰的s
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CNT沟道中的一种。
[0014]作为可选的实施方式，所述不同金属修饰的s
‑
CNT包括：
[0015]s
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CNT沟道；以及
[0016]沉积在s
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CNT沟道的表面的金属薄膜层。
[0017]作为可选的实施方式，所述金属薄膜层为Au薄膜、Cu薄膜、Ti薄膜、Ag薄膜、Pt薄膜或者Pd薄膜中的一种。
[0018]作为可选的实施方式，所述碳基薄膜晶体管型传感器阵列用于同时检测甲醛、氨气以及硫化氢气体。
[0019]由以上本技术的技术方案，其显著的有益效果在于：
[0020]本技术提出的用于多种气体识别的碳基薄膜晶体管型传感器阵列，解决了单一的s
‑
CNT气体传感器由于自身的交叉敏感而难以对多种气体进行准确的识别和检测的问题，通过本技术的传感器阵列与预先训练的LDA识别模型结合，可以用于对多种气体同时在线识别，例如以s
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CNT、Au/s
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CNT、Cu/s
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CNT和Ti/s
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CNT四种沟道结构的传感器阵列，对NH3、H2S和HCHO的实时在线选择性气体检测和准确识别。
[0021]本技术提出的用于多种气体同时在线识别的碳基薄膜晶体管型传感器阵列，通过气敏材料将气体信号转化为电学响应信号输出，采集并集成各种气体信息源从而生成完整的有效的综合气体信息库，采用以输入数据为矩阵形式的线性判别分析LDA模型作为学习算法，通过对传感器响应的模式识别，用于对在线检测响应数据的分类识别，因此，通过本技术的传感器阵列结合LDA识别模型可将复杂气体信息转化为可视化结果，促进了室内多种有害气体的实时在线监测。
[0022]应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的技术主题的一部分。
附图说明
[0023]图1是本技术示例性实施例的用于多种气体识别的碳基薄膜晶体管型传感器阵列的示意图。
[0024]图2是本技术图1实施例的气体传感器阵列的气体检测通道的示意图。
[0025]图3是本技术实施例的批量制备的碳基薄膜晶体管的转移特性曲线图。
[0026]图4是本技术实施例的气体传感器阵列的转移特性曲线图。
[0027]图5是本技术实施例的气体传感器阵列中Au/Cu/Ti纳米颗粒的负载量与CNT传感性能的关系曲线。
[0028]图6a
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d、6e
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h分别是本技术实施例的气体传感器阵列在不同测试温度下对10ppm目标气体的响应变化图，和气体传感器阵列对7种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多种气体识别的碳基薄膜晶体管型传感器阵列，其特征在于，所述碳基薄膜晶体管型传感器阵列包括多个独立的气体检测通道，每个气体检测通道包括一由硅基衬底、介电层、源极电极、漏极电极以及沟道层构成的CNT
‑
FET型传感单元；多个气体检测通道中的CNT
‑
FET型传感单元的沟道有源层均不相同，并且每一个CNT
‑
FET型传感单元均配置独立的响应信号输出；其中，每一个CNT
‑
FET型传感单元配置成包括以下构成：硅基衬底，限定了第一表面和相对的第二表面；位于硅基衬底的第一表面的介电层；位于介电层上方的沟道层；以及位于沟道层的上方两侧、并间隔开的源极电极以及漏极电极；其中，每个CNT
‑
FET型传感单元的沟道层均由一种沟道有源层构成，所述沟道有源层选自s
‑
CNT沟道以及不同金属修饰的s
‑
CNT沟道中的一种。2.根据权利要求1所述的用于多种气体识别的碳基薄膜晶体管型传感器阵列，其特征在于，所述不同金属修饰的s
‑
CNT包括：s
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C...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，刘灿，孙宇，郭嘉懿，李秀磊，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：新型
国别省市：