本發明涉及半導體電子器件，特別是一種表面量子點濕度傳感器芯片。
背景技術：
量子點又稱半導體納米晶，與塊體材料相比，其尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大，當其粒徑小于激子玻爾半徑時，導致粒子的電子狀態發生突變，從而顯現出基本的小尺寸效應、表面效應、量子效應和宏觀量子隧道效應；由于其獨特的光電性質，如高的量子產率、長的熒光壽命、大的消光系數、強的光耐受性、窄的發射譜和較寬的激發光譜等，量子點的制備和應用引起了人們廣泛的關注；尤其是在傳感領域，量子點已經用于構建傳感器，如離子傳感器、生物傳感器、熒光探針、醫學成像和氣敏傳感器等。
量子點的制備方法主要包括物理制備法和化學制備法兩種，化學制備法主要用來合成cdse、zns、cds、cdte、hgs等量子點材料，但是這些量子點材料在與目前的硅基和gaas基等廣泛使用的光電子器件集成方面存在巨大的挑戰。相比而言，采用mocvd、mbe等物理方法制備的iii-v族量子點在系統集成方面具有天然的優勢，如ingaas、inp量子點等，已經廣泛應用于激光器、紅外探測器、太陽能電池等領域。
上述量子點器件中，為了提高器件的性能，往往需要在量子點的表面覆蓋一層寬禁帶半導體材料(蓋帽層)，如在ingaas量子點的表面覆蓋一層gaas，來抑制表面態對量子點器件光學性能和電學性能的影響；如果在量子點表面不覆蓋蓋帽層，就形成了表面量子點。表面量子點表面存在大量的懸掛鍵，形成表面態。表面態對h2o分子具有吸附作用，抑制了表面態的非輻射復合，進而影響表面量子點的光學特性和電學特性。因此，采用in(ga)as表面量子點作為敏感材料，利用表面態對量子點光學性能、電學性能的影響，易于實現對水分子探測的系統集成和片上集成，實現對空氣中濕度的感知測量。
但是目前的量子點傳感器主要是采用單層的量子點，其應用于濕度傳感還存在如下困難，（1）cdse、zns、cds、cdte、hgs等量子點難于和目前的gaas基光電子器件集成，不利于片上系統和集成系統的發展；（2）需要有配套的激發光源和光學探測器，這大大增加了傳感器的復雜程度和成本；（3）單層量子點的性能還不夠優化，如量子點尺寸均勻性較差、發光強度較弱、發光光譜帶寬較大等。
技術實現要素：
針對上述情況，為克服現有技術之缺陷，本發明之目的是提供一種表面量子點濕度傳感器芯片，可有效解決現有單層量子點濕度傳感器量子點尺寸均勻性差、發光強度弱、光譜帶寬較大、使用復雜、效果不盡人意的問題。
本發明解決的技術方案是，本發明包括由下而上的gaas（砷化鎵）襯底層、n型gaas緩沖層、掩埋ingaas量子點層和ingaas表面量子點層，掩埋ingaas量子點層與n型gaas緩沖層左右兩端均成臺階狀結構，掩埋ingaas量子點層左端臺階上淀積有豎向的第一二氧化硅鈍化層，且第一二氧化硅鈍化層與n型gaas緩沖層的端面平齊，掩埋ingaas量子點層右端臺階上淀積有垂直的第二二氧化硅鈍化層，第二二氧化硅鈍化層的右側下部在n型gaas緩沖層上淀積有橫向的第三二氧化硅鈍化層，第三二氧化硅鈍化層的上面淀積有與n型gaas緩沖層連通的au/ge/ni合金下電極，ingaas表面量子點層左邊上面有與第一二氧化硅鈍化層相連在一起的橫向的第四二氧化硅鈍化層，第四二氧化硅鈍化層上沉積有與ingaas表面量子點層連通的au/ge/ni合金上電極。
本發明結構簡單，生產制備方便，成本低，效果好，該結構中多層掩埋量子點的存在使得濕度傳感器的靈敏度更高，經濟和社會效益顯著。
附圖說明
圖1為本發明的剖面結構主視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細說明。
如圖1所示，本發明包括由下而上的gaas（砷化鎵）襯底層1、n型gaas緩沖層2、掩埋ingaas量子點層3和ingaas表面量子點層4，掩埋ingaas量子點層3上覆蓋有一層gaas，掩埋ingaas量子點層3與n型gaas緩沖層2左右兩端均成臺階狀結構，掩埋ingaas量子點層3左端臺階上淀積有豎向的第一二氧化硅鈍化層5，且第一二氧化硅鈍化層5與n型gaas緩沖層2的端面平齊，掩埋ingaas量子點層3右端臺階上淀積有垂直的第二二氧化硅鈍化層8，第二二氧化硅鈍化層8的右側下部在n型gaas緩沖層2上淀積有橫向的第三二氧化硅鈍化層7，第三二氧化硅鈍化層7的上面淀積有與n型gaas緩沖層2連通的au/ge/ni合金下電極10，ingaas表面量子點層4左邊上面有與第一二氧化硅鈍化層5相連在一起的橫向的第四二氧化硅鈍化層6，第四二氧化硅鈍化層6上沉積有與ingaas表面量子點層4連通的au/ge/ni合金上電極9。
為了保證使用效果和使用方便，
所述掩埋ingaas量子點層3為1-15層，（圖中給出5層）。
所述掩埋ingaas量子點層每層3的厚度不大于20nm。
所述的芯片為圓形。
本發明在具體實施中，
1、所述的n型gaas緩沖層使用分子束外延技術在砷化鎵襯底上面生長制成；
2、所述的掩埋ingaas量子點層使用分子束外延技術在n型gaas緩沖層上面生長制成，每層掩埋ingaas量子點層的厚度為20nm；
3、所述的ingaas表面量子點層使用分子束外延技術在掩埋ingaas量子點層上生長制成；
4、所述的臺階使用濕法刻蝕工藝在n型gaas緩沖層與掩埋ingaas量子點層之間刻蝕而成；
5、所述的二氧化硅鈍化層在刻蝕后的臺階上淀積而成；
6、所述的au/ge/ni合金上電極和au/ge/ni合金下電極是在二氧化硅鈍化層上光刻、腐蝕出引線孔，并在引線孔中蒸度au/ge/ni制成；
與現有技術相比，本發明具有以下有益技術效果：
（1）采用ingaas表面量子點作為敏感材料，易于實現與現有的gaas基光電子器件的集成，有利于片上系統集成度的提高，可為多功能的片上集成系統的實現奠定基礎；
（2）采用在多層掩埋量子點上生長一層表面ingaas量子點，可以分別獨立地控制表面量子點的密度和尺寸，并提高量子點的均勻度。例如當掩埋量子點層數為8時，表面量子點的平均高度為6.7±0.7nm,平均直徑為46±1.8nm，而當掩埋量子點層數為1時，表面量子點的平均高度為6.7±1.3nm,平均直徑為46±6nm。
（3）利用多層掩埋量子點與表面量子點之間的強耦合作用，該結構不需要配套的激發光源和光學探測器，只需要直接測量上、下電極間的電阻值，即可實現環境濕度的測量，具有結構簡單、成本低的優勢。成本低的具體體現為目前市場上的激發光源（如100mw的激發波長為532nm的激光器）的價格在9000元左右，光學探測器（如ingaas探測器）的價格在15000元左右。該結構不需要配套的激發光源和光學探測器，可節約成本24000元左右。
（4）與單層表面量子點相比，該結構中多層掩埋量子點的存在使得濕度傳感器的靈敏度更高，且掩埋量子點的層數越多，靈敏度越高。例如，測試結果表明，當環境濕度為30%時，只包含一層掩埋量子點結構的響應電流為2.3微安，包含五層掩埋量子點結構的響應電流為11.6微安，包含十層掩埋量子點結構的響應電流為18.7微安。