[發明專利]一種氮化鎵基諧振腔氣體傳感器的制備方法

有效

• 申請號: 201510094227.1
• 申請日: 2015-03-03
• 公開（公告）號: CN104634767B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 張保平;翁國恩;梅洋;張江勇;應磊瑩
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及氣體傳感器，尤其是涉及一種氮化鎵基諧振腔氣體傳感器的制備方法。

背景技術

氮化鎵基材料屬于直接帶隙半導體材料且具有連續可調的帶隙，室溫下發光波長涵蓋了近紅外、可見光及深紫外波段，是第三代半導體材料。由于其穩定的機械和化學性能，基于氮化鎵基材料制作的光電器件在照明、全色顯示、光學存儲、信號檢測、激光打印以及通訊等領域具有廣泛的應用前景。

氣體傳感器是近年來的研究熱點，其用途之一是用于檢測環境中有害揮發性有機物氣體(比如甲醛和丙酮等)含量，這對在特定環境中工作的人的健康是非常重要的。目前報道的用于檢測這些揮發性有機物氣體含量的信號傳導機制主要包括聚合物涂層懸臂(polymer?coated?cantilevers)、薄膜電阻(thin-film?resistors)和光纖(optical?fibers)等(H.Jensenius,J.Thaysen,et?al.,A?microcantilever-based?alcohol?vapor?sensor-application?and?response?model,Appl.Phys.Lett.,76:2615(2000)；J.Li,Y.Lu,et?al.,Carbon?nanotube?sensors?for?gas?and?organic?vapor?detection,Nano?Lett.,3:929(2003)；D.K.C.Wu,B.T.Kuhlmey,et?al.,Ultrasensitive?photonic?crystal?refractive?index?sensor,Opt.Lett.,34:322(2009))，這些檢測方法都具有很高的響應靈敏度。其中沉積聚合物的方法具有獨特的優勢，其優勢在于聚合物與揮發性有機物氣體之間的響應存在一一對應的關系，可以通過沉積不同的聚合物涂層，實現同時檢測多種有機物氣體含量的目的，提高了檢測效率并降低了成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氮化鎵基諧振腔氣體傳感器的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1)在藍寶石襯底GaN基外延片上制作圖形化分布布拉格反射鏡，然后在表面蒸發或濺射第一含金屬層；

2)在襯底表面蒸發或濺射第二含金屬層；

3)將第一含金屬層和第二含金屬層貼合，在真空或氮氣氛圍下鍵合，再通過激光剝離技術去除藍寶石襯底；

4)對去除藍寶石襯底后的GaN基外延片進行器件分離，形成二維陣列結構，接著蒸發或濺射金屬電極、分布布拉格反射鏡，最后沉積聚合物涂層，完成器件制作。

在步驟1)中，所述制作圖形化分布布拉格反射鏡可采用光刻、剝離、腐蝕或刻蝕等方法；所述分布布拉格反射鏡由兩種不同折射率的介質膜交錯迭加而成，每層介質膜的厚度可為1/4中心波長，介質膜組合可采用TiO₂/SiO₂或Ta₂O₅/SiO₂等；

所述第一含金屬層的組成可為Au、In、Sn、Cu、Pb等常用鍵合金屬中的至少一種或至少兩種的合金。

在步驟2)中，所述襯底可采用硅片等；所述第二含金屬層的組成可為Au、In、Sn、Cu、Pb等常用鍵合金屬中的至少一種或至少兩種的合金。

在步驟4)中，所述器件分離可采用腐蝕或感應耦合等離子體刻蝕方法；所述金屬電極可采用Ni/Au、Cr/Au或Ti/Au等；所述金屬電極、分布布拉格反射鏡、聚合物涂層可采用光刻、剝離、腐蝕或刻蝕等方法；所述聚合物涂層的選取取決于被探測氣體，該聚合物涂層在吸收被探測氣體后必須能夠引起厚度與折射率的變化，比如探測丙酮可以選用聚苯乙烯等。

本發明提供一種新型氮化鎵基諧振腔氣體傳感器的制備方案，利用聚合物吸收有機物氣體后厚度與折射率的變化來改變諧振腔上反射鏡的反射率，從而引起諧振發光波長的移動，根據發光波長的改變量來確定被探測氣體的含量。本發明的優點在于氮化鎵基材料具有穩定的機械和化學性質，可以在各種惡劣環境中正常工作。同時這種傳感器探測靈敏度高，易于制作成二維陣列結構，達到同時檢測多種氣體的目的，降低成本，提高效率。

本發明基于氮化鎵基諧振腔結構，利用器件諧振發光波長的移動來確定被檢測氣體含量，原理簡單，制作容易且探測靈敏度高，是一種應用前景廣闊的新型氣體傳感器。