[發(fā)明專利]一種干法制備納米線陣列氣敏元件的方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201410062021.6 | 申請(qǐng)日： | 2014-02-24 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN103868951A | 公開（公告）日： | 2014-06-18 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 岳雙林 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 北京大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G01N27/00 | 分類號(hào)： | G01N27/00;B82Y40/00;B82Y15/00 |
| 代理公司： | 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200 | 代理人： | 俞達(dá)成 |
| 地址： | 100871 北*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 法制 納米 陣列 元件 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種氣敏元件制備新方法，工藝過程簡單，易于推廣，適合低成本、大規(guī)模、高效生產(chǎn)需要。屬于氣體傳感器研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)
目前半導(dǎo)體氣敏傳感器主要有以下幾種結(jié)構(gòu)類型：(1)燒結(jié)型氣敏器件,其制作是將一定比例的氣敏材料和一些摻雜劑用水或粘合劑調(diào)合，經(jīng)研磨后使其均勻混合，然后將混合好的膏狀物倒入模具，埋入加熱絲和測(cè)量電極，經(jīng)傳統(tǒng)的制陶方法燒結(jié)。最后將加熱絲和電極焊在管座上，加上特制外殼構(gòu)成器件。(2)薄膜型氣敏器件，其制作采用蒸發(fā)或?yàn)R射的方法，在處理好的石英基片上形成一薄層金屬氧化物薄膜，再引出電極。此方法也適用于生長的納米線薄膜。(3)厚膜型氣敏器件，是將氣敏材料與3%～15%重量的硅凝膠混合制成能印刷的厚膜膠，把厚膜膠用絲網(wǎng)印制到裝有鉑電極的氧化鋁基片上，在400～800℃高溫下燒結(jié)1～2小時(shí)制成。可以看出以上幾種結(jié)構(gòu)均需要消耗大量氣敏原材料來制備氣敏元件。
對(duì)于納米線等一維納米材料而言，除了具有高比表面積、高活性、高結(jié)晶度的特點(diǎn)外，由于其形貌的特殊性，如果能有效將這些一維納米材料集成到器件中將大大降低原材料的消耗從而達(dá)到降低成本的目的。具體來說，對(duì)于基于單根納米線的氣敏元件，多采用先溶劑分散，后電子束曝光方法進(jìn)行套刻制備測(cè)試用電極（參考文獻(xiàn)：J.M.Baik,M.H.Kim,C.Larson,C.T.Yavuz,G.D.Stucky,A.M.Wodtke,M.Moskovits,Nano?Lett.9(2009)3980-3984.；N.M.Kiasari,S.Soltanian,B.Gholamkhass,P.Servati,Sensors?and?Actuators?A182(2012)101–105.），然而這種基于單根納米線的傳感器制作成本高、可重復(fù)性差、測(cè)量信號(hào)弱以及長期使用可靠性等方面并不理想。對(duì)于基于多根納米線的氣敏元件，多采用先制備梳齒狀電極，然后將分散有氣敏材料的溶液滴于上方，最后再蒸干多余溶劑的方法（參考文獻(xiàn)：S.Yi,S.Q.Tian,D.W.Zeng,K.Xu,S.P.Zhang,C.S.Xie,Sensors?and?Actuator?B185(2013)345-353.）。
綜上幾種方法，起主導(dǎo)作用的氣敏材料本身無一例外，均與其他添加材料或溶劑接觸，從而降低了與氣體的接觸面積或影響了氣敏材料本征性能的體現(xiàn)，不利于后續(xù)氣敏機(jī)理分析，此外，該種方法在納米線分散過程中也存在損耗量大的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種干法制備納米線陣列氣敏元件的方法，簡化工藝流程，縮短制備時(shí)間，提高氣敏材料利用率，最后輔以氣敏性能測(cè)試結(jié)果來證實(shí)少量納米線可以達(dá)到或優(yōu)于納米線薄膜的氣敏性能。資助項(xiàng)目為：國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（No.61106073）。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種干法制備納米線陣列氣敏元件的方法，其步驟為：
1）在基片上制備一梳齒狀電極陣列；
2）從所述梳齒狀電極陣列中分離出一個(gè)電極單元基片；
3）將分離出的所述電極單元基片的電極所在面貼到生長有納米線薄膜的基片上，然后沿垂直于電極單元梳齒方向推壓所述電極單元基片，將納米線粘附到所述電極單元基片上，得到納米線陣列氣敏元件。
進(jìn)一步的，制備所述梳齒狀電極陣列的方法為：首先在SiO2/Si基片上旋涂光刻膠后曝光制備一梳齒狀圖形陣列；然后依次制備金屬粘附層和金屬層，剝離光刻膠，得到所述梳齒狀電極陣列。
進(jìn)一步的，所述金屬粘附層為Ti薄膜；所述金屬層為Pt金屬層。
進(jìn)一步的，所述金屬粘附層厚度為5nm；所述金屬層厚度為45nm。
進(jìn)一步的，所述納米線薄膜為氧化銦納米線薄膜。
進(jìn)一步的，所述步驟2）的實(shí)現(xiàn)方法為：首先在所述梳齒狀電極陣列相鄰兩個(gè)電極單元的邊緣中間部位用金剛刀劃一痕跡；然后利用所述梳齒狀電極陣列所在基片的硅襯底晶格取向施力，使相鄰電極單元分開，得到所述電極單元基片。
進(jìn)一步的，所述梳齒狀電極陣列的陣列單元間距3mm，梳齒狀電極的線寬/間距為1μm/9μm，線長為500μm。
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