钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器

摘要

本发明是在研制一种新型、简易、体积小的钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器。首先利用分子束磊晶成长法于半绝缘型砷化镓基板上成长一层品质良好的未掺杂型砷化镓缓冲层及一层ｎ型砷化镓磊晶膜，其浓度约为2x10^17cm-3，然后再利用真空蒸镀的技术，于ｎ型砷化镓磊晶膜上面蒸镀一层钯薄膜。由于钯金属对氢气具有极高之选择性与敏感性，当氢气分子经过钯薄膜表面时会解离成氢原子，部份氢原子扩散深入钯薄膜内部，并于金属-半导体界面附近形成氢-钯之化合物，这种化合物会有效降低钯金属之功函数，此将导致钯金属/砷化镓半导体介面之肖特基障壁高度随之降低，因而改变元件之电流-电压特性。实验结果显示，于氢化过程中，肖特基二极体之顺向及反向偏压电流均随氢气含量增加而增加，此即说明了肖特基障壁高度确实会随氢浓度之增加而降低。因此，本元件结构可用以制作性能良好之氢气感测器。

主权项

1.一种新型钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其包括:一基板,一缓冲层,系由GaAs材料形成;一主动层,系由GaAs材料形成;一欧姆性接触金属层;一肖特基接触金属层。2.如申请发明范围第1项之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其中基板系由半绝缘型GaAs形成。3.如申请发明范围第1项之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其中缓冲层系由i-GaAs材料形成。4.如申请发明范围第1项之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其中主动层系由n-GaAs材料形成。5.如申请发明范围第1项之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其中欧姆性接触金属层系由Au/Ge (88%/12%)合金材料形成。6.如申请发明范围第1项之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其中肖特基接触金属层系由pd材料形成。7.如申请发明范围第3项之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其中缓冲层厚0.5-5m且为未掺杂型。8.如申请发明范围第4项之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其中主动层厚0.1-2m浓度n=11017-31018cm-3。9.如申请发明范围第5项之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其中欧姆性接触金属层厚3,000-5,000A。10.如申请发明范围第6项之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器,其中肖特基接触金属层厚2,000-5,000A。图式简单说明:第一图系本发明之钯薄膜/半导体肖特基二极体式氢气感测器结构图第二图本元件在氢化测试过程中,于顺向偏压下之电流-电压特性曲线。a…空气 b…H2=1% c…H2=2% d…H2=3% e…H2=4% f…H2=5%第三图肖特基障壁高度偏移量对测试环境中氢气浓度之关系图。条件-为顺向偏压下,电流固定于10A时,障壁高度偏移量即未加入氢气时之电压値减掉加入氢气时之电压値第四图为本元件在氢化测试过程中,于反向偏压下之电流-电压特性曲线。a…空气 b…H2=1% c…H2=2%d…H2=3% e…H2=4% f…H2=5%第五图为本元件在氢化测试过程中电流对时间之响应图。