[發明專利]一種基于定向介電泳組裝結構的紫外光強傳感器制造方法

無效

• 申請號: 201310176592.8
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103278238A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 邵金友;丁玉成;劉維宇;丁海濤;牛繼強;王春慧;魏玉平
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明屬于微米納米制造技術領域，具體涉及一種基于定向介電泳組裝結構的紫外光強傳感器制造方法。

背景技術

對于傳感器制造，通常需要在2個電極之間制造一個氧化鋅二維膜層。這種氧化鋅膜層無論薄層還是厚層，都可以通過使用不同的方法例如濺射、脈沖激光沉積、化學氣相沉積、溶膠-凝膠加工和電化學加工等來制造。

然而對于實現高靈敏度與高響應速度的紫外光光強度傳感，制造更大表面積體積比與高度定向的氧化鋅低維納米結構成為了納米技術面臨的一個新的挑戰。考慮到高性價比、輕質量，許多努力已經貢獻在了氧化鋅紫外光強度傳感器制造方法的改善上。在各種改進的制造方法中，電動力學的方法簡單、成本低廉并且對于自動工業生產而言是一個合適的候選者。而在利用各種電動力學方法組裝氧化鋅低維微納結構之中，介電泳是最為有效的。

在具體的介電泳實施中，在被一個微米尺度間隙所分離的一個電極對上施加一個正弦交變的電勢信號，這可以方便的通過早已商業化的函數發生器來實現。即使粒子本身表面帶有一定的電動電勢，由于施加的是交變電信號，一個周期內電泳效應所誘導的粒子凈位移可以忽略不計，而這時起主宰粒子運動作用的主要機理為介電泳。介電泳起源于粒子與其周圍懸浮液體媒介電學屬性的差異。在電場施加后，自由電荷就會被電場自身誘導在粒子表面，如果此時粒子的極化率高于媒介，粒子就會受到正介電泳力的作用，作用在界面自由電荷上的庫倫力就會將粒子運輸到電場最強的區域也就是電極的邊緣。反之，如果粒子的極化率低于懸浮媒介，負介電泳力就會將粒子排斥而遠離電極所在區域。

可見，如果想要得到氧化鋅納米顆粒的有序納米組裝結構，必須使得氧化鋅納米粒子受到正介電泳力的作用。當顆粒的分散溶劑為電導率較低的去離子水時，并且交流電場頻率小于1MHz，氧化鋅納米粒子在通常情況下都會受到正介電泳力的作用而運動到電極邊緣，然后在近場介電泳效應下鄰近的粒子們會相互靠近并且與電場線對準成鏈，最終組裝成橋接電極對間隙的一維氧化鋅納米粒子鏈條結構，可以用于紫外光的傳感。

然而由于粒子布朗運動的干擾，這種介電泳機理組裝的納米粒子結構最大的缺點就是定向力與有序性差，嚴重的影響了紫外光光強度檢測時載流子沿著納米粒子線運送的通過速度，造成了傳感器對紫外光檢測的靈敏度與反應速度的下降。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于定向介電泳組裝結構的紫外光強傳感器制造方法，基于局域場增強效應對氧化鋅納米粒子介電泳組裝過程進行導向，可以有效的實現低成本、有序度高、穩定性好的基于氧化鋅納米粒子低維組裝結構的紫外光光強度傳感器。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于定向介電泳組裝結構的紫外光強傳感器制造方法，包括以下步驟：

第一步，制造擁有微米尺度的V型槽陣列結構的硅基底，使用厚度為400微米到1毫米的硅片，且其表面為<100>晶面，并且按照<110>晶向將硅片切成兩個以上的小片；對切好的小片執行標準的<100>晶面硅片V型槽的濕法腐蝕工藝，在硅片表面加工出沿<110>方向排列的具有微米尺度的V型槽陣列結構,其槽寬為2微米到5微米，深度為1.4微米到3.5微米，相鄰槽的間隔為10微米到20微米；

第二步，實現電絕緣，將第一步制造的表面帶有V型槽陣列的硅片做表面熱氧層處理，使在硅片V型槽的表面均勻的生長一層150納米到300納米厚度的SiO₂絕緣層，然后在SiO₂絕緣層表面做親水性的表面處理；

第三步，制造與V型槽排列方向平行的三維微電極陣列，在復型了硅基底V型槽陣列結構的SiO₂絕緣層上，使用光刻對準工藝來定域的紫外降解出所需要的微米尺度的電極圖案，接著采用磁控濺射工藝在已經圖案化的光刻膠上沉積一層厚度為50納米到150納米的金，然后使用剝離工藝將金層圖案化并且去除光刻膠，以形成與V型槽定向相一致的三維微電極對結構；

第四步，氧化鋅納米粒子介電泳組裝，把基底帶有V型槽陣列結構的微電極對系統浸入氧化鋅納米粒子膠體懸浮液中，對三維微電極對施加頻率為50KHz—500KHz的交流電勢信號；在局域場增強效應的影響下，實現氧化鋅納米粒子在微電極系統中沿著V型槽底部高度定向排列的一維納米鏈結構的組裝，其優良的多孔性以及高度定向的排列提高紫外光光強度傳感器的靈敏度與響應速度。