[發明專利]一種氣體傳感器及其制備方法有效
| 申請號： | 201710055972.4 | 申請日： | 2017-01-25 |
| 公開（公告）號： | CN106841338B | 公開（公告）日： | 2019-06-25 |
| 發明（設計）人： | 雷雙瑛;欒山 | 申請（專利權）人： | 東南大學 |
| 主分類號： | G01N27/30 | 分類號： | G01N27/30 |
| 代理公司： | 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249 | 代理人： | 楊曉玲 |
| 地址： | 211189 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 氣體 傳感器 及其 制備 方法 | ||
1.一種氣體傳感器，其特征在于：具有至少一個氣體敏感層，所述氣體敏感層包括氣體敏感材料薄膜和氣體敏感電極，所述氣體敏感材料薄膜的敏感材料是摻有金屬鈷元素的黑磷材料，厚度為1～10個原子層厚；其中，所述黑磷材料是由紅磷、錫及錫的碘化物制備，鈷原子在摻雜的黑磷結構中的原子數所占比例為2％～10％。
2.根據權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于：所述黑磷材料由紅磷、Sn和SnI4制備，且紅磷、Sn和SnI4的質量比為50:2:1。
3.根據權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于：所述氣體敏感薄膜是鈷原子在摻雜的少層黑磷結構中的原子數所占比例為2.78％。
4.根據權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于：所述氣體敏感薄膜的厚度為8～10個原子層厚。
5.根據權利要求4所述的氣體傳感器，其特征在于：所述黑磷材料是在真空度小于10-3Pa的條件下，將溫度在8小時內提升至650℃并且保持5小時溫度不變，在7.5小時后冷卻至550℃并且保持6小時溫度不變，最后冷卻至室溫制得。
6.根據權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于：所述氣體敏感電極包括由Ti制備的黏附層和由Au制備的接觸層。
7.根據權利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于：還包括半導體襯底、位于半導體襯底上的阻擋層、位于阻擋層上的保護層、位于保護層上的加熱電極、覆蓋在加熱電極及保護層上的絕緣層，絕緣層上開有直接連接加熱電極的連接孔；所述氣體敏感層位于絕緣層上。
8.根據權利要求7所述的氣體傳感器，其特征在于：所述阻擋層是氮化硅層，所述保護層是二氧化硅層，所述加熱電極是多晶硅層，所述絕緣層是二氧化硅層。
9.根據權利要求1至8任意一項所述的氣體傳感器在一氮化碳檢測中應用。
10.一種氣體傳感器的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
步驟1、采用LPCVD法在清洗干凈的半導體襯底上表面沉積一層低應力氮化硅阻擋層；
步驟2、采用LPCVD法在氮化硅層上表面沉積低應力二氧化硅層保護層；
步驟3、采用低壓化學氣相淀積法在保護層上表面沉積多晶硅層，通過光刻和濕法刻蝕制得加熱電極；
步驟4、采用等離子體化學氣相淀積法在保護層及加熱電極表面沉積二氧化硅絕緣層，并在絕緣層上刻蝕出加熱電極的金屬連接孔；
步驟5、制備氣體敏感層的氣體敏感材料薄膜，所述氣體敏感材料薄膜的敏感材料是摻有金屬鈷元素的黑磷材料，厚度為1～10個原子層厚；其中，所述黑磷材料是由紅磷、錫及錫的碘化物制備，鈷原子在摻雜的黑磷結構中的原子數所占比例為2％～10％；
步驟6、通過電子束光刻，在制備好的氣體敏感材料薄膜上刻蝕出氣體敏感電極，然后經過電子束蒸發，制備Ti黏附層和Au接觸層；
步驟7、將制備好的氣體敏感層通過Lift-off工藝后置于絕緣層上。
11.根據權利要求10所述的氣體傳感器的制備方法，其特征在于：步驟5依次包括：
S51、將質量比為50:2:1的紅磷、錫及錫的碘化物在真空度小于10-3Pa條件下，將溫度在8小時內提升至650℃并且保持5小時溫度不變，在7.5小時后冷卻至550℃并且保持6小時溫度不變，冷卻至室溫后制得黑磷襯底；
S52、利用激光分子束外延系統的黑磷襯底上沉積擴散金屬鈷元素；
S53、將得到的鈷元素摻雜的黑磷進行高溫退火，退火溫度為900℃，退火時間為0.5小時。
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