氫氣感測器及其製造方法

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

中華民國

專利申請案號

097101222

專利證號

I 351761

專利獲證名稱

氫氣感測器及其製造方法

專利所屬機關 (申請機關)

國立成功大學

獲證日期

2011/11/01

技術說明

本發明係有關於一種無電鍍金屬/半導體電晶體式氫氣感測器及其製造方法。此元件結構為一高電子移動率電晶體（high-electron- mobility transistor，HEMT），係利用金屬有機化學氣相沈積法(MOCVD)或分子束磊晶法(MBE)成長在半絕緣型半導體基板上，包含未摻雜之砷化鎵緩衝層、主動層、蕭特基接觸層及帽層。在磊晶成長之後接著利用真空蒸鍍的技術，於該薄膜表面蒸鍍一層金鍺合金做為電晶體之汲極以及源極之電極，再以無電鍍技術鍍覆一層對氫氣具有選擇性之金屬膜於其上，作為電晶體式感測器之閘極電極。檢測氫氣時，氫氣分子會解離成原子並傳送至金屬與絕緣層之界面上，利用氫原子被界面電場極化所產生的反向偶極層(dipolar layer)，造成蕭特基能障高度及空乏區的改變，其影響通道電流及二維電子雲密度之調變，導致電晶體飽和區通道電流的顯著變化，進而達成感測氫氣的目的。由實施例中可發現，藉由適當選擇無電鍍程序及摻調無電鍍浸鍍液之配方，以本鍍膜技術製備之該電晶體式氫氣感測器可有效改善費米能階釘住效應(Fermi-level pinning effect)，進而使其具備極佳之氫氣感測表現，例如高靈敏度、低偵測極限(<5ppm)、寬廣偵檢範圍( 5 ppm ~ 1 % H2/air )、感測再現性佳；吸附與脫附速率迅速( 303 K、1% H2/air下，τa =9 s，τb =35 s )、操作溫度範圍廣( 303 K~503 K )，此即說明本發明實為一種高性能之氫氣感測元件。 In this invention, an electroless plated metal/semiconductor transistor based hydrogen sensor device and the method of fabricating the same are disclosed. The high-electron-mobility transistor (HEMT)- based structure was grown on a semi-insulated semiconductor substrature by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE) system. The device structure consisted of an undoped GaAs buffer layer, an active layer, a Schottky contact layer, and a cap-layer. The Pd gate electrode metal was deposited on the Schottky contact layer by the electroless plating (EP) technique. The disclosed EP Pd/InGaP transistor exhibits the excellent hydrogen sensing performances, such as high hydrogen sensitivity, low detection limit (<5 ppm), wide detection range (5 ppm ~ 1 % H2/air), good reproducibility, rapid response and recovery rates (τa=9 s、τb=35 s at 303 K and 1 % H2/air). Furthermore, the Pd/InGaP device can be worked at a wide temperature regime (303~503 K).

備註

本部(收文號1030091075)同意該校103年12月25日成大研總字第1034500872號函申請終止維護專利(成大)

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