[發明專利]多孔網絡結構MOS氣體傳感器陣列的制造方法

無效

• 申請號: 201310172959.9
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103293186A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 曾大文;易圣;謝長生;張順平
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于氣體傳感器技術領域，具體涉及一種多孔網絡結構的金屬氧化物半導體(MOS)氣體傳感器陣列的制備方法，該方法是一種基于犧牲碳納米管(CNTs)模板法，并結合絲網印刷(SP)、微滴注(MJ)和煅燒(C)工藝的材料器件一體化制備法(SPMJC法)。

背景技術

MOS氣體傳感器具有結構簡單、價格低廉的特點，在環境監測、食品與公共安全、航空航天、過程控制、疾病診斷等領域得到廣泛應用。但MOS氣敏傳感器對氣體具有廣譜響應特征，無法分辯氣體種類，即選擇性較差，成為阻礙MOS傳感器推廣應用的瓶頸。目前提高其選擇性的有效方法是將多個基于不同MOS材料的氣體傳感器集成為傳感器陣列，這需要在制造陣列過程中實現敏感材料的空間定點定位制備。目前有兩種陣列制造技術：絲網印刷和微滴注。采用傳統的絲網印刷技術結合多次套印策略，可制造出基于多個不同敏感材料傳感器元件的傳感器陣列，其敏感膜具有多孔結構，比表面積大，敏感性高且響應快，但其工藝過程復雜，成本高且難以規?；圃?；采用微滴注技術，可便捷制造出氣敏傳感器陣列，制造成本低，易于規?；圃?，但由于敏感材料是致密膜，氣敏傳感器陣列敏感性差且響應慢。

另一方面，使陣列上的MOS敏感膜具有多孔網絡結構，可獲得大比表面積、高活性，大幅提高傳感器的敏感性和響應速率，而犧牲模板法是制備具有特殊結構的材料的有效方法。傳統傳感器或陣列制造方法是先將已制備出具有特殊結構材料通過球磨制成漿料，然后采用絲網印刷技術將其印刷到基片上，通過燒結形成敏感膜，再封裝，但其制造流程中容易使所制備的特殊結構被破壞。

若基于犧牲模板法，將兩種陣列制造技術(絲網印刷和微滴注)有效結合，揚長避短，并使材料合成與傳感器陣列制造同步進行，實現一體化，則可以克服傳統傳感器陣列制造方法的缺陷，通過簡單有效的MOS氣體傳感器陣列的制造方法，便可在陣列上保持敏感膜的特殊結構，制造出高選擇性，高敏感性和快速響應的傳感器陣列。

發明內容

本發明提供了一種多孔網絡結構的MOS氣體傳感器陣列的制造方法，其目的在于既可以保證特殊結構在器件制造過程中不被破壞，又能便捷地制造出基于多個不同敏感材料傳感器元件的傳感器陣列，以提高陣列的選擇性、敏感性和響應速率。

本發明提供的一種MOS氣體傳感器陣列的制造方法，該方法包括下述步驟：

第1步??預處理：

在潔凈的陶瓷基板上依次絲網印刷電極和加熱器，并依次進行經流平、干燥和燒結處理，得到傳感器陣列基板；

第2步??絲網印刷CNTs模板材料：

在經過預處理的傳感器陣列基板上，絲網印刷CNTs模板材料膜，得到CNTs模板材料膜陣列，并通過熱處理除去印刷漿料中加入的有機物；

第3步??滴注前驅體溶液或溶膠：

分別在所得到的CNTs模板材料膜陣列的各個CNTs模板材料膜上滴注不同的前驅體溶液或溶膠，并超聲處理，使溶液或溶膠滲入CNTs模板材料膜；

本發明中，用M₁C₁-M₂C₂-...-M_iC_i-...-M_nC_n表示各前驅體溶液或溶膠，其中，n為一個陣列上元件的個數，n為大于等于2的整數，Mi表示前驅體中的金屬元素，要求該金屬元素對應的氧化物是對氣體敏感的半導體，C_i表示對應前驅體溶液或溶膠中金屬元素濃度的100倍，M_iC_i對應于滴注至陣列的第i個元件上；i表示陣列上元件的序號，其取值范圍為1至n，C_i的取值范圍為1至100mol/L；

第4步分步熱處理：

將經過第3步處理后的CNTs模板材料膜陣列進行第一步熱處理，使前驅體溶液中的金屬鹽或含金屬元素的有機物轉化成相應的MOS，并燒結，或者使前驅體溶膠中的氧化物燒結；然后進行第二步熱處理，即繼續加熱，使CNTs模板被充分氧化除去，得到基于多個具有多孔網絡結構的不同MOS傳感器元件的氣體傳感器陣列。

本發明的制備方法基于CNTs犧牲模板法，結合了絲網印刷、微滴注和燒結工藝，在傳感器陣列表面原位制得的MOS具有多孔網絡結構，且該方法可以克服傳統傳感器陣列制備方法的缺陷，制備出高選擇性的傳感器陣列。本發明與現有技術和材料相比，本發明具有以下優點：

1.解決了傳統的傳感器制造方法(材料合成與器件制造分離)易破壞材料的特殊結構的缺點；