【11】證書號數：I351761
【45】公告日： 中華民國 100 (2011) 年 11 月 01 日
【51】Int. Cl.： H01L29/47 (2006.01) G01N27/413 (2006.01)
發明 全 13 頁
【54】名 稱：氫氣感測器及其製造方法
【21】申請案號：097101222 【22】申請日： 中華民國 97 (2008) 年 01 月 11 日
【11】公開編號：200931660 【43】公開日期： 中華民國 98 (2009) 年 07 月 16 日
【72】發 明 人： 陳慧英 (TW) ；劉文超 (TW) ；林金田 (TW)
【71】申 請 人： 國立成功大學 NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY
臺南市東區大學路 1 號
【74】代 理 人： 葉大慧
【56】參考文獻：
US 4474183
US 2002/0182767A1
US 4968400
US 2006/0254910A1
[57]申請專利範圍
1. 一種氫氣感測器，包括：一半導體基底；一半導體緩衝層，位於該半導體基底上；一半 導體主動層，位於該半導體緩衝層上；一半導體蕭特基接觸層，位於該半導體主動層 上；一半導體帽層，位於該半導體蕭特基接觸層上；一歐姆金屬接觸電極層，位於該半 導體帽層上，做為汲極與源極電極；及一蕭特基金屬接觸電極層，位於該半導體蕭特基 接觸層上，做為閘極電極；其特徵在於：該蕭特基金屬接觸電極層係以無電鍍法鍍覆於 該半導體蕭特基接觸層上，且該氫氣感測器具有金屬－半導體三端式電晶體之結構。
2. 如申請專利範圍第 1 項所述的氫氣感測器，其中該半導體基底之材質為半絕緣型砷化 鎵。
3. 如申請專利範圍第 1 項所述的氫氣感測器，其中該半導體緩衝層之材質為未摻雜之砷化 鎵。
4. 如申請專利範圍第 1 項所述的氫氣感測器，其中該半導體主動層之結構包括：一半導體 通道層，其包含 L 層；一半導體間隔層，其包含 M 層；與一半導體平面摻雜之載子提供 層，其包含 N 層。
5. 如申請專利範圍第 1 項所述的氫氣感測器，其中該半導體蕭特基接觸層之材質為砷化鋁 鎵(Alx Ga1－x As)或磷化銦鎵(Iny Ga1－y P)，厚度介於 50－5000 。
6. 如申請專利範圍第 1 項所述的氫氣感測器，其中該半導體帽層之材質為未摻雜或摻雜之
10. 如申請專利範圍第 4 項所述的氫氣感測器，其中該半導體通道層之材質為未摻雜之砷化 銦鎵(Inx Ga1－x As)，厚度為 20－500 ，x 值介於 0.01－0.3 之間。
11. 如申請專利範圍第 4 項所述的氫氣感測器，其中該半導體通道層之材質為未摻雜之砷化 鎵，厚度介於 20－500 。
12. 如申請專利範圍第 4 項所述的氫氣感測器，其中該半導體間隔層之材質為未摻雜之砷化 鋁鎵(Alx Ga1－x As)，厚度為 20－200 ，x 值介於 0.1－0.4 之間。
13. 如申請專利範圍第 4 項所述的氫氣感測器，其中該半導體平面摻雜之載子提供層材質為 矽，該矽之濃度介於 1×1011 －5×1013 cm－3 。
14. 如申請專利範圍第 5 項所述的氫氣感測器，其中該砷化鋁鎵(Alx Ga1－x As)之摻雜濃度介 於 1×1016 －5×1018 cm－3 ，x 值介於 0.1－0.4 之間。
15. 如申請專利範圍第 5 項所述的氫氣感測器，其中該磷化銦鎵(Iny Ga1－y P)之摻雜濃度介 於 1×1016 －5×1018 cm－3 ，y 值介於 0.05－0.95 之間。
16. 如申請專利範圍第 6 項所述的氫氣感測器，其中該摻雜之砷化鎵之濃度介於 1×1017 － 5×1019 cm－3 。
17. 一種氫氣感測器製造方法，包括下列步驟：形成一半導體基底；在該半導體基底上形成 一半導體緩衝層；在該半導體緩衝層上形成一半導體主動層；在該半導體主動層上形成 一半導體蕭特基接觸層；在該半導體蕭特基接觸層上形成一半導體帽層；在該半導體帽 層上形成一歐姆金屬接觸電極層；及在該半導體蕭特基接觸層上利用一無電鍍技術形成 一蕭特基金屬接觸電極層以作為閘極電極。
18. 如申請專利範圍第 17 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該半導體緩衝層、該半導體主 動層、該半導體蕭特基接觸層及該半導體帽層係以金屬有機化學氣相沈積法或分子束磊 晶成長法所形成。
19. 如申請專利範圍第 17 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該歐姆金屬接觸電極層之形成 包含進行一微影步驟、一光罩步驟、一真空蒸鍍步驟與一剝離步驟。
20. 如申請專利範圍第 17 項所述的氫氣感測器製造方法，其中進行在該半導體帽層上形成一 歐姆金屬接觸電極層後，係再進行一退火步驟，使該歐姆金屬接觸電極層之金屬可擴散 至該半導體主動層中。
21. 如申請專利範圍第 17 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該蕭特基金屬接觸電極層之形 成包含進行一濕蝕刻步驟、一微影步驟、一光罩步驟、一無電鍍析鍍步驟與一剝離步驟。
22. 如申請專利範圍第 17 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該蕭特基金屬接觸電極層之形 成包含進行一濕蝕刻步驟、一微影步驟、一光罩步驟、一敏化步驟、一活化步驟、一無 電鍍析鍍步驟與一剝離步驟。
23. 如申請專利範圍第 20 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該退火步驟之操作溫度為 100
－500℃，操作時間為 1－600 秒。
24. 如申請專利範圍第 22 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該敏化步驟係將將一半導體基 材浸泡於一酸性含亞錫離子之敏化溶液中 5－10 分鐘，再以去離子水清洗。
25. 如申請專利範圍第 22 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該活化步驟係在該敏化步驟 後，將該半導體基材浸入一酸性含鈀之活化溶液中 5－10 分鐘，再以去離子水清洗。
26. 如申請專利範圍第 21 或 22 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該無電鍍析鍍步驟係在 該活化步驟後，將該半導體基材浸入一恆溫之鹼性浸鍍液中，再以去離子水清洗。
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27. 如申請專利範圍第 21 或 22 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該無電鍍析鍍步驟之操 作溫度為 20－70℃，析鍍時間為 1－120 分鐘。
28. 如申請專利範圍第 26 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該浸鍍液包含一擬析鍍金屬前 驅鹽、一還原劑、一錯合劑及一酸鹼緩衝劑。
29. 如申請專利範圍第 28 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該浸鍍液更包含一安定劑及一 光亮劑。
30. 如申請專利範圍第 28 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該浸渡液中該擬析鍍金屬前驅 鹽包括欲析鍍金屬之鹵化物、硝酸鹽、醋酸鹽或銨鹽；該欲析鍍金屬前驅鹽之濃度介於 1－10mM 之間。
31. 如申請專利範圍第 28 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該浸渡液中該還原劑包括聯胺 (hydrazine)、甲醛(formaldehyde)、或具有還原性之醣類；該還原劑之濃度介於 50－
500mM 之間。
32. 如申請專利範圍第 28 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該浸渡液中該錯合劑包括硝酸 鹽、銨鹽、硫酸鹽、氰酸鹽、乙酸鹽、甲酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽、鹵鹽、乙二 胺(ethylenediamine)、四甲基乙二胺(tetramethylethylenediamine)或乙二胺四乙酸鈉
(ethylenediamine tetraacetic acid disodium salt,Na2 EDTA)；該錯合劑之濃度介於 4－50mM 之間。
33. 如申請專利範圍第 28 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該浸鍍液之酸鹼值係介於 pH 8 至 pH 12 之間。
34. 如申請專利範圍第 28 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該無浸渡液中該酸鹼緩衝劑包 括氫氧化銨、氫氧化鉀或氫氧化鈉。
35. 如申請專利範圍第 29 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該浸渡液中該安定劑為硫脲 (thiourea)或硫二甘酸(thiodiglycolic acid)。
36. 如申請專利範圍第 29 項所述的氫氣感測器製造方法，其中該光亮劑為糖精(saccharin)。
圖式簡單說明
第一圖為本發明氫氣感測器之結構示意圖；第二(a)圖為本發明氫氣感測器在無氫氣環境 下電荷分佈與能帶對應圖；第二(b)圖為本發明氫氣感測器在無氫氣環境下電子流動示意圖；
第二(c)圖為本發明氫氣感測器在氫氣環境下電荷分佈與能帶對應圖；第二(d)圖為本發明氫氣 感測器在氫氣環境下電子流動示意圖；第三圖為本發明氫氣感測器在溫度 303K 下之氫氣感 測圖；第四圖為本發明氫氣感測器在溫度 503K 下之氫氣感測圖；第五圖為本發明氫氣感測 器在不同溫度下時氫氣濃度與臨限電壓關係圖；第六圖為本發明氫氣感測器在溫度 303K 下 氫氣濃度與飽和相對靈敏度關係圖；及第七圖為本發明氫氣感測器在溫度 503K 下時間對響 應電流關係圖。
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