[發明專利]一種鉭酸鋰窄帶氣體探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 201711418037.6
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108267482A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 易飛;談小超;劉歡;甘如雷;李君宇;楊奧;張恒;蔣順
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種鉭酸鋰窄帶氣體探測器及其制備方法，屬于氣體探測領域，鉭酸鋰窄帶氣體探測器，包括從下至上的下電極、鉭酸鋰晶片、金背板、介質層和天線陣列，所述天線陣列為多個呈陣列分布的天線，用于吸收光；所述介質層，用于使吸收的光產生共振得到電磁能量；所述金背板，用于將電磁能量轉換成焦耳熱；所述鉭酸鋰晶片，用于吸收焦耳熱釋放正負電荷；所述下電極，用于吸收負電荷；所述金背板，還用于吸收正電荷；探測器根據正負電荷得到電信號，根據電信號實現對氣體濃度和種類的探測。本發明具有波長選擇性、能夠檢測多種氣體、同時探測多種氣體時成本低且易封裝。

技術領域

本發明屬于氣體探測領域，更具體地，涉及一種鉭酸鋰窄帶氣體探測器及其制備方法。

背景技術

傳統的氣體探測系統是一種單一氣體檢測系統，這種氣體檢測系統是基于NDIR技術，利用寬譜光源照射氣室中，氣室中的氣體吸收特定波段的紅外光，并經過濾光片被探測器所探測，然后經過濾波放大電路處理，讀出電信號。根據比爾-朗伯定律，可以得到讀出的電信號與氣體濃度成近似線性，從而實現對氣體的標定和探測。

但是傳統的氣體檢測系統只能夠檢測單一氣體，同時探測多種氣體需要加上多個濾光片和多個探測器，這提高了探測器的成本，同時也給封裝帶來了很大的挑戰。

由此可見，現有技術存在沒有波長選擇性、只能夠檢測單一氣體、同時探測多種氣體時成本高且封裝難的技術問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種鉭酸鋰窄帶氣體探測器及其制備方法，由此解決現有技術存在沒有波長選擇性、只能夠檢測單一氣體、同時探測多種氣體時成本高且封裝難的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種鉭酸鋰窄帶氣體探測器，包括從下至上的下電極、鉭酸鋰晶片、金背板、介質層和天線陣列，所述天線陣列為多個呈陣列分布的天線，用于吸收光；所述介質層，用于使吸收的光產生共振得到電磁能量；所述金背板，用于將電磁能量轉換成焦耳熱；所述鉭酸鋰晶片，用于吸收焦耳熱釋放正負電荷；所述下電極，用于吸收負電荷；所述金背板，還用于吸收正電荷；探測器根據正負電荷得到電信號，根據電信號實現對氣體濃度和種類的探測。

進一步的，探測器還包括硅底座支撐，所述硅底座支撐包括四個四分之一硅柱和硅底座，所述四分之一硅柱為橫截面為四分之一圓的柱狀體，硅底座和下電極通過四個四分之一硅柱連接。

進一步的，鉭酸鋰晶片的厚度為70μm～80μm。介質層為二氧化硅，二氧化硅的厚度為50nm～500nm。天線陣列中的天線為圓盤金天線，所述圓盤金天線的厚度為40nm～70nm，所述圓盤金天線的直徑為726nm～3400nm，相鄰兩個所述圓盤金天線中心距離為2μm～4μm。這樣的設置可以實現對多種氣體的吸收和檢測，包括硫化氫，甲烷，二氧化碳，一氧化碳，一氧化氮，甲醛，二氧化氮，二氧化硫。

按照本發明的另一方面，提供了一種鉭酸鋰窄帶氣體探測器的制備方法，其特征在于，包括：

(1)使用電子束蒸發或者磁控濺射分別在鉭酸鋰晶片的上表面和下表面生長金背板和下電極，在金背板的上表面使用磁控濺射或者化學氣相沉積生長介質層；

(2)在介質層的上表面旋涂光刻膠后依次進行曝光和顯影處理，得到具有的圓盤結構的光刻膠層，在光刻膠層通過電子束蒸發生長一層金，得到天線陣列，然后將下電極用四個四分之一硅柱固定在硅底座上并進行封裝，得到鉭酸鋰窄帶氣體探測器。

本發明方法制備的探測器使用天線陣列和鉭酸鋰材料作為主要結構，制備工藝簡單、成本低。同時，天線陣列結構具有窄帶濾波特性，并且波長可調，便于集成化應用。