[發(fā)明專利]多孔陽極氧化鋁濕度傳感器及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710027909.6
• 申請日: 2007-04-30
• 公開（公告）號: CN101105468A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 凌志遠(yuǎn);羅光霞;陳爍爍;王金池;李屹
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;H01L21/00
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及濕度傳感器技術(shù)，具體涉及一種多孔陽極氧化鋁濕度傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

濕度傳感器是一種重要的電子元件，在倉貯、工業(yè)生產(chǎn)、過程控制、環(huán)境監(jiān)測、家用電器、氣象等方面有著廣泛的用途。濕度傳感器的品種有很多，就其所使用的感濕材料而言，大致可以分為四大類：電解質(zhì)型、高分子聚合物型、半導(dǎo)體陶瓷型和多孔金屬氧化物半導(dǎo)體型。電解質(zhì)型測量范圍窄、可重復(fù)性差、使用壽命短；高分子聚合物型感濕性能好、靈敏度高，但在高溫和高濕環(huán)境下的穩(wěn)定性、抗腐蝕和抗沾污能力差；半導(dǎo)體陶瓷型感濕性能好、生產(chǎn)簡單、成本低、吸濕/脫濕響應(yīng)速度快、可加熱清洗，但重復(fù)再現(xiàn)性較差。比較而言，多孔金屬氧化物半導(dǎo)體型的優(yōu)勢十分明顯，具有靈敏度高、吸濕/脫濕響應(yīng)速度快、重復(fù)再現(xiàn)性好、化學(xué)穩(wěn)定性較好、承受高溫和低溫能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

文獻(xiàn)“Effect?of?moisture?on?the?dielectric?properties?of?porous?alumina?films，Sensors?and?Actuator，1984，5：187～198”報(bào)道了一種多孔陽極氧化鋁濕度傳感器，該傳感器以平均孔徑13nm的單通孔陽極氧化鋁膜片為感濕材料，在膜片通孔表面濺射金作為上電極，陽極氧化后剩余的鋁基體作為下電極，可在2～98％相對濕度范圍測量，具有靈敏度高、線性度較好等優(yōu)點(diǎn)，但吸濕/脫濕響應(yīng)速度較慢。文獻(xiàn)“Highly?ordered?nanoporous?alumina?films：Effect?ofpore?size?anduniformity?on?sensing?performance，J.Mater.Res.，Vol.17(2002)：1162-1171”報(bào)道了另一種多孔陽極氧化鋁濕敏傳感器，該傳感器以平均孔徑13.6nm的單通孔陽極氧化鋁膜片為感濕材料，在膜片通孔表面真空蒸發(fā)金形成表面叉指電極，可在20～90％相對濕度范圍測量，具有精度高、重復(fù)再現(xiàn)性好、制作工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，但線性度較差，特別是在低濕度下的靈敏度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種多孔陽極氧化鋁濕度傳感器，使其不但吸濕/脫濕響應(yīng)速度快，而且在低濕度條件下具有良好線性度和較高靈敏度。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種多孔陽極氧化鋁濕度傳感器，包括多孔陽極氧化鋁膜，多孔陽極氧化鋁膜片上下表面設(shè)有金屬膜電極，所述金屬膜電極為多孔金屬膜電極，多孔陽極氧化鋁膜片和多孔金屬膜電極上的孔洞沿膜片厚度方向連通并在上下表面開口。

所述多孔金屬膜電極為金或鋁膜電極。

所述陽極氧化鋁膜片的孔洞直徑為40～90nm，厚度是50～120μm。

所述多孔金屬電極膜電極的孔洞直徑為10～70nm、厚度為150～300nm。

多孔陽極氧化鋁濕度傳感器的制備方法：首先采用兩步陽極氧化法制備多孔陽極氧化鋁膜片，然后采用磁控濺射法在多孔陽極氧化鋁膜片上下表面制備多孔金屬電極，形成多孔陽極氧化鋁濕度傳感器。

所述兩步陽極氧化法制備多孔陽極氧化鋁膜片是在0.3～0.5mol/L草酸溶液中進(jìn)行；第一步陽極氧化后，用磷酸與鉻酸混合液完全溶解氧化鋁層；第二步陽極氧化后，在室溫下用飽和氯化銅或氯化汞溶液通過置換反應(yīng)去除未被氧化的金屬鋁基體，用磷酸去除阻擋勢壘層、腐蝕擴(kuò)孔獲得雙通孔結(jié)構(gòu)陽極氧化鋁膜片。

所述磁控濺射法在多孔陽極氧化鋁膜片上下表面制備多孔金屬電極是以純度高純金或者鋁為靶材，在本底真空＞1×10^-4Pa、沉積真空0.5～2Pa、氬氣流量1～5sccm、濺射功率10～20W、襯底溫度25～500℃條件下，由射頻磁控濺射在陽極氧化鋁膜片上下表面，制備出多孔陽極氧化鋁濕度傳感器。

相對于現(xiàn)有多孔陽極氧化鋁濕度傳感器技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)多孔陽極氧化鋁膜片和多孔金屬膜電極上的孔洞沿膜片厚度方向連通并在上下表面開口，為空氣流動提供了一個(gè)有效通道，可避免毛細(xì)冷凝液態(tài)水在孔洞內(nèi)的積聚，提高水分子在孔洞內(nèi)表面的吸濕/脫濕速度，獲得很好的重復(fù)再現(xiàn)性；

(2)制備多孔陽極氧化鋁膜片的裝備簡單，僅需電解槽和直流穩(wěn)壓電源，孔徑和膜厚通過時(shí)間量即可控制，工藝穩(wěn)定且重復(fù)再現(xiàn)性好，制備多孔金屬電極的裝備僅需射頻磁控濺射臺，多孔陽極氧化鋁膜片無需其他處理，孔徑和膜厚也可通過時(shí)間量控制，品質(zhì)管理容易，利于批量穩(wěn)定生產(chǎn)。

附圖說明