[發明專利]一種具有氨氣敏感效應的二硫化鉬薄膜器件及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201410450273.6
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104198532A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 郝蘭眾;劉云杰;高偉;于濂清;薛慶忠
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 邵朋程

技術領域

本發明屬于納米半導體技術領域，涉及半導體薄膜制備和器件加工技術，具體地說是涉 及一種具有氨氣(NH₃)敏感效應的二硫化鉬(MoS₂)薄膜器件及其制備方法和應用。

背景技術

作為一種重要的化工醫藥試劑原料，NH₃在化工、醫藥和軍事等諸多領域獲得了廣泛應 用。但同時NH₃又是一種腐蝕和毒性氣體，對接觸的人體皮膚組織有腐蝕和刺激作用，若吸 入的氨氣過多，導致血液中氨濃度過高，甚至可危及人體生命。因此，對空氣和特定環境中 的NH₃及其含量進行快速、準確的原位監測和測量，具有重大的應用價值，同時也具有重要 的學術意義。近年來，國內外對NH₃傳感器的研制主要集中于半導體型、電化學型和紅外光 學型等。在各種類型的NH₃傳感器中，半導體型NH₃傳感器具有制備工藝簡單、響應時間短、 重復性好等諸多優點，現已成為應用最為廣泛的NH₃傳感器之一。但同時現有的半導體型 NH₃傳感器仍然存在著一些不足之處制約著它的發展：需在加熱條件下工作，因此需增加加 熱電路，大大增加了器件的復雜性；需要借助貴金屬(Pt、Pd等)作為氣體吸附載體，這導 致其成本大幅增加。為此，各種新型半導體材料不斷被應用于新型NH₃傳感器的研制，其中 MoS₂材料更值得關注。

MoS₂是典型的層狀結構，每個單元均是S-Mo-S的“三明治”結構。在結構上，MoS₂具有 兩個顯著的特征。首先，MoS₂中各層內以共價鍵緊密結合在一起，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，這有利 于外界氣體分子在MoS₂表面產生吸附。其次，MoS₂中層與層之間以較弱的范德華力相結合， 具有較大的空隙。這一結構特征有利于氣體分子在MoS₂內發生擴散和遷移，從而增強材料 的氣體吸附效果。根據上述特征，可以看出MoS₂材料在研制新型氣體傳感器領域存在廣闊 的應用前景。在NH₃檢測方面，國內外研究人員主要研究了單層MoS₂材料對NH₃的響應性 能，結果顯示：單層MoS₂材料對NH₃具有優良的響應性能。但單層MoS₂在材料制備和器件 加工方面的困難嚴重限制了該類氣體傳感器件的發展。相比較而言，MoS₂薄膜材料的制備方 法和工藝簡單，容易實現大面積生長。同時，以薄膜型態，有利于將MoS₂材料與傳統半導 體Si進行疊加集成，為發展新型電子傳感器件提供新的材料選擇。但目前國內外尚未見該方 面的報道和應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有氨氣敏感效應的二硫化鉬薄膜器件以及該二硫化鉬薄膜 器件的制備方法和應用。

本發明所采用的技術解決方案是：

一種具有氨氣敏感效應的二硫化鉬薄膜器件，包括MoS₂薄膜層、作為MoS₂薄膜層載體 的Si襯底及金屬In電極，MoS₂薄膜層設置在Si襯底表面，MoS₂薄膜層厚度為200-300nm， 金屬In電極分別壓制于MoS₂薄膜層和Si襯底表面。

優選的，所述Si襯底為p型Si單晶襯底，電阻率為1～2Ωcm^-1。

優選的，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。

優選的，所述金屬In電極連接金屬Cu導線。

一種具有氨氣敏感效應的二硫化鉬薄膜器件的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取Si襯底，對其進行清洗，然后采用化學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襯底進行干燥，然后覆蓋掩模片；