[發明專利]一種電阻式氣體傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201610172151.4
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105699441B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 謝光忠;馬行方;吳寸雪;唐詩;蘇元捷;太惠玲;杜曉松;杜鴻飛
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 葛啟函

技術領域

本發明涉及氣體傳感器技術領域，具體涉及一種電阻式氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

氣體傳感器是氣體檢測系統的核心，是一種將某種氣體體積分數轉化成對應電信號的器件。氣體傳感器是依靠與氣體相互作用時產生表面吸附或反應，引起傳感器電導率、自身質量或其他特性的改變，從而檢測出被測氣體的濃度。其中，電阻式半導體氣體傳感器是氣體傳感器中常用的一種類型，被廣泛的應用于工業、化工、電子、電力、機床、石油等多個領域中。

電阻型氣體傳感器通過氣體吸附和反應時引起的電阻變化來檢測氣體。電阻式氣體傳感器中敏感膜材料尤為重要，在氣體傳感器中，由于同種敏感膜對多種氣體均有一定程度的響應，僅通過單一的敏感膜難以實現對不同成分氣體的高效識別與濃度檢測。

目前國內外在提高氣體選擇性方面常用方法是采取復合膜、多層膜和多層復合膜三種方式。復合膜是將多種氣敏材料按照特定比例混合，然后涂覆于器件表面成膜；多層膜是將多種氣敏材料按照一定順序，逐層涂覆于器件表面成膜；多層復合膜則是將復合的氣敏材料按照一定順序，逐層涂覆于器件表面成膜。這幾種模式都有其優點，但也存在其缺點：復合膜的氣敏材料混合在一起，氣敏特性可能發生改變，偏離預設響應結果；多層膜的內層薄膜可能不易接觸氣體分子，降低響應度和選擇性，而且多層膜易導致解吸附不完全，造成基線漂移；為了達到較高的響應和較好的選擇性，復合膜和多層膜在配方選擇和加工工藝方面要求較高，流程復雜，加工困難度大。因此，提供一種簡單可行的、新型的氣體傳感器敏感薄膜結構及制備方法來解決傳統復合、多層敏感膜存在的問題，進而提高氣體傳感器的性能是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種電阻式氣體傳感器及其制備方法；本發明可以解決基于敏感膜氣體吸附的電阻式傳感器氣敏材料選擇性不佳以及傳統復合、多層敏感薄膜解吸附不完全造成的基線漂移的缺點，增強氣體傳感器檢測的選擇性、穩定性和測量精度。

本發明的技術方案如下：

一種電阻式氣體傳感器，其特征在于，包括絕緣襯底、位于絕緣襯底上的叉指電極以及沉積于叉指電極上的氣體敏感薄膜層；所述氣體敏感薄膜層以叉指電極的對稱中軸線為對稱軸在器件表面被劃分為兩個對稱的的分區，每個分區分別沉積有對同一特定氣體具有不同響應的氣體敏感薄膜層。

其中，所述叉指電極材料為金或鋁，叉指電極對數為10～15對，指間距為10～100μm。

一種電阻式氣體傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：對襯底進行清洗并預處理，通過熱氧化法在襯底表面生長出一層均勻的二氧化硅絕緣層；

步驟2：在二氧化硅絕緣層上光刻形成叉指電極對數為10～15對，指間距為10～100μm的叉指電極負圖形；

步驟3:在步驟2所得的叉指電極負圖形上濺射形成鎳鉻合金層，再在鎳鉻層表面鍍金層或鋁層，最后去除多余的金層或鋁層，得到叉指電極；

步驟4：以叉指電極的對稱中軸線為對稱軸在器件表面形成兩個對稱的的分區，所述各分區均為對同一特定氣體具有不同響應的氣體敏感薄膜層，從而制得電阻式氣體傳感器。

所述步驟1中襯底的清洗與預處理對生長于其上的薄膜的黏附性及后續工藝流程影響非常大，因此在步驟1中需要把襯底清洗干凈。一般選擇玻璃襯底，常用的清洗方法可以在濃硫酸和雙氧水的混合溶液中浸泡，去除附著于玻璃襯底上的有機污染物；然后再放入氨水等堿性溶液、鹽酸溶液、丙酮溶液、乙醇溶液中分別進行超聲清洗，去除金屬離子污染和顆粒污染；最后用干燥潔凈的氮氣吹去襯底表面水分，在干燥箱中充分干燥；

所述步驟2采用紫外光刻法，首先利用勻膠機在絕緣層表面旋涂一層均勻的光刻膠，使用正掩膜板在深紫外曝光機上曝光，然后在顯影液中顯影得到掩模圖形，光刻形成合適的叉指電極負圖形；

所述步驟3中，在光刻好的叉指電極負圖形上用磁控濺射的方法濺射厚度為5～10nm的鎳鉻合金層以提高器件表面的附著性，并在鎳鉻層表面采用真空蒸鍍法蒸鍍厚度為50～100nm的金層或鋁層，之后可以進行熱處理以增強鎳鉻層與金層或鋁層的黏附性，最后通過剝離方法將光刻膠部分以及附著在光刻膠圖形上的金層或鋁層去除，得到所需金或鋁叉指電極；

所述步驟4中，各分區的氣體敏感薄膜層可以使用任何合適的薄膜生長技術，一般可借助掩膜擋板用氣噴法噴涂不同的敏感材料，噴涂結束后將其進行真空干燥，固化成膜，制備出分區組合電阻式氣體傳感器。