[發明專利]多孔硅基氣體傳感器及其應用于氣體檢測的方法

在審

• 申請號: 201611141046.0
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN108614016A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 焦繼偉;袁素珺
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 劉星

本發明提供一種多孔硅基氣體傳感器及其應用于氣體檢測的方法，所述多孔硅基氣體傳感器包括由經同種方法改性的下層多孔硅及上層多孔硅組成的雙層改性多孔硅；所述下層多孔硅與所述上層多孔硅連通，且所述下層多孔硅底部封閉；所述上層多孔硅吸附的氣體可進入所述下層多孔硅中；所述上層多孔硅的平均孔徑大于所述下層多孔硅的平均孔徑；所述雙層多孔硅的改性方法包括氣相法或液相法。本發明的多孔硅基氣體傳感器可持續地對氣體進行檢測，且在斷電后仍可發揮作用，具有低能耗、無需活化、低成本的優點。同時，多孔硅制備簡單成本低廉，無需考慮循環利用等問題，在實際應用中本發明中的多孔硅基傳感器可直接拋棄替換。

技術領域

本發明屬于傳感器檢測領域，涉及一種多孔硅基氣體傳感器及其應用于氣體檢測的方法。

背景技術

多孔硅(porous silicon)由于制備方法簡單，價格低廉，性能卓越而受到廣泛關注。其主要是通過化學或者電化學腐蝕的方法在單晶硅基底上制備出的一種具有疏松結構的材料。根據孔徑劃分可將其分為微孔多孔硅(<2nm)、介孔多孔硅(2～50nm)以及大孔多孔硅(>50nm)。多孔硅的比表面積較大且表面化學活性較高，易于吸附各種氣體分子，可有效實現對于不同氣體的檢測[Sensors and Actuators B:Chemical,2003,9:263-270]。

多孔硅基氣體傳感器的檢測原理主要是以不同氣體在進入孔洞后其物理特性發生改變為基礎：如電學性能的改變，氣體分子進入多孔硅后，由于孔內濃縮氣體引起多孔硅導電性能和介電常數發生變化；如光學性能的變化，氣體化學吸附引起的熒光淬滅或干涉現象。不同于傳統半導體型氣體傳感器，多孔硅基氣體傳感器主要以電容型為主，傳感器的介電常數隨氣體濃度的變化而變化，以能夠激發傳感器的相關聯電子器件來測量所述電容。

傳統的半導體型氣體傳感器，以多孔SnO₂氣體傳感器為代表[Sensors andActuators B:Chemical,2010,145,847-853.]，其檢測原理主要是通過測量其在高溫下與吸附氣體發生氧化還原反應所引起導電性能的變化，由于特殊的多孔結構，空氣中的水氣(即相對濕度)及被測氣體在進入孔洞后容易被冷凝并發生遲滯現象，即脫附比吸附滯后的現象，從而影響傳感器的靈敏度。因此，常用的半導體型氣體傳感器通常會配備一個高能耗的加熱元件，在檢測過程中進行加熱，同時在測量前對傳感器進行活化(也稱為清洗過程)，活化時間通常為一分鐘至十幾分鐘不等，活化時間與前一次檢測過程中氣體的濃度相關，氣體濃度越高則活化時間越長，首次檢測完成后需等待較長的一段時間方能進行下一次檢測。由此可見，傳統的半導體型氣體傳感器存在能耗高，活化時間長并且無法持續地對氣體進行動態檢測等缺點。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種多孔硅基氣體傳感器及其應用于氣體檢測的方法，用于解決現有技術中氣體傳感器能耗高、活化時間長、無法持續地對氣體進行動態檢測的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種多孔硅基氣體傳感器，所述多孔硅基氣體傳感器包括由經同種方法改性的下層多孔硅及上層多孔硅組成的雙層改性多孔硅；所述下層多孔硅與所述上層多孔硅連通，且所述下層多孔硅底部封閉；所述上層多孔硅吸附的氣體可進入所述下層多孔硅中；所述上層多孔硅的平均孔徑大于所述下層多孔硅的平均孔徑。

可選地，所述上層多孔硅包括大孔及介孔中的至少一種；所述下層多孔硅包括介孔及微孔中的至少一種；所述微孔的孔徑小于2nm，所述介孔的孔徑范圍是2～50nm，所述大孔的孔徑大于50nm。

可選地，所述雙層改性多孔硅改性前是由單晶硅片在氫氟酸基溶液中進行陽極氧化獲得。氫氟酸基包括氫氟酸溶液或氫氟酸與反應添加劑組成的混合溶液。

可選地，所述雙層改性多孔硅改性的方法包括：氣相法或液相法