[發(fā)明專利]一種具有氫氣敏感效應(yīng)的二硫化鉬/硅異質(zhì)薄膜器件及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104049022A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝蘭眾;劉云杰;高偉;于濂清
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 濟南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 邵朋程

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體薄膜制備和器件加工技術(shù)，具體地說是涉及一種具有氫氣敏感效應(yīng)的二硫化鉬/硅異質(zhì)薄膜器件及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

作為一種還原性氣體和載氣，H₂已被廣泛應(yīng)用于石化、電子、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域。同時，H₂作為新型高效清潔能源，也已引起了廣泛關(guān)注和大量研究。但氫氣分子很小，在生產(chǎn)、傳輸和使用過程中極易發(fā)生泄漏。當(dāng)空氣中H₂含量達(dá)5％～75％時，在明火條件下即可發(fā)生劇烈爆炸。因此，對空氣和特定環(huán)境中的氫氣含量進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的原位測量，具有重大的應(yīng)用價值，同時也具有重要的學(xué)術(shù)意義。現(xiàn)有的研究表明，H₂傳感器發(fā)展的關(guān)鍵在于氫敏材料的研究和制備，氫敏材料的敏感響應(yīng)性和重現(xiàn)性決定著H₂傳感器的工作性能。近年來，國內(nèi)外對H₂傳感器的研制主要集中于半導(dǎo)體型、熱電型、光學(xué)型、電化學(xué)型等H₂傳感器。在各種類型的H₂傳感器中，半導(dǎo)體型H₂傳感器(包括金屬氧化物半導(dǎo)體型和半導(dǎo)體肖特基型)具有制備工藝簡單、響應(yīng)時間短、重復(fù)性好等諸多優(yōu)點，現(xiàn)已成為應(yīng)用最為廣泛的H₂傳感器之一。但同時現(xiàn)有的半導(dǎo)體型H₂傳感器仍然存在著一些不足之處制約著它的發(fā)展：金屬氧化物半導(dǎo)體型H₂傳感器需要在有氧條件下工作，這大大限制了它的使用范圍；肖特基型H₂傳感器則需要貴金屬(Pt、Pd等)載體，這導(dǎo)致其成本大幅增加。為此，各種新型半導(dǎo)體材料不斷被應(yīng)用于新型H₂傳感器的研制，其中MoS₂材料更值得關(guān)注。

MoS₂，通常被稱為輝鉬，在自然界中含量豐富。據(jù)統(tǒng)計，全球鉬儲量約為1900萬噸，而我國的鉬礦資源也相當(dāng)豐富，總儲量約為800多萬噸，僅次于美國居世界第2位。MoS₂是典型的層狀結(jié)構(gòu)，每個單元均是S-Mo-S的“三明治”結(jié)構(gòu)。層與層之間以較弱的范德華力相結(jié)合，具有較大的空隙；層內(nèi)則以共價鍵緊密結(jié)合在一起，每個Mo原子被六個S原子包圍，呈三角棱柱狀，暴露出很多Mo-S棱面，可作為催化活性和氣體吸附中心。因此，MoS₂材料在研制新型氣體傳感器領(lǐng)域存在廣闊的應(yīng)用前景。已報道的理論計算結(jié)果顯示：MoS₂容易對H₂產(chǎn)生吸附，并導(dǎo)致其電阻發(fā)生明顯變化。這一計算結(jié)果表明，MoS₂可用于研制H₂傳感器，但目前在國內(nèi)外并無相關(guān)試驗結(jié)果的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有氫氣敏感效應(yīng)的二硫化鉬/硅異質(zhì)薄膜器件以及該二硫化鉬/硅異質(zhì)薄膜器件的制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是：

一種具有氫氣敏感效應(yīng)的二硫化鉬/硅異質(zhì)薄膜器件，包括Si襯底與MoS₂薄膜層，MoS₂薄膜層設(shè)置在Si襯底表面。

優(yōu)選的，所述Si襯底為p型Si單晶襯底，電阻率為1～10Ωcm^-1；所述MoS₂薄膜層厚度為30～50nm。

優(yōu)選的，所述Si襯底表面還覆蓋有掩模片，掩模片位于MoS₂薄膜層與Si襯底之間。

優(yōu)選的，所述Si襯底與MoS₂薄膜層上壓制有金屬電極，金屬電極連接導(dǎo)線。

一種具有氫氣敏感效應(yīng)的二硫化鉬/硅異質(zhì)薄膜器件的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取Si襯底，對其進(jìn)行清洗，然后采用化學(xué)腐蝕方法去除清洗后Si襯底表面氧化層；

(2)對去除表面氧化層的Si襯底進(jìn)行干燥，然后覆蓋掩模片；

(3)將覆蓋掩模片的Si襯底放入真空腔，在Ar氣環(huán)境下，采用直流磁控濺射技術(shù)，利用電離出的離子轟擊MoS₂靶材，在Si襯底表面沉積MoS₂薄膜層，制得MoS₂/Si異質(zhì)薄膜；

(4)分別在MoS₂/Si異質(zhì)薄膜的MoS₂薄膜和Si襯底上完成金屬電極的壓制，并引出導(dǎo)線，制得MoS₂/Si異質(zhì)薄膜器件。