[發明專利]一種薄膜型酒精氣敏傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910697512.0
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110361426A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 趙康;吳志明;謝光忠
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y40/00;B82Y15/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種薄膜型酒精氣敏傳感器及其制備方法，涉及氣敏傳感器技術領域。本發明薄膜型酒精氣敏傳感器包括依次層疊的碳纖維布襯底、絕緣膜層、叉指電極、氧化鋅薄膜層、氧化鈦薄膜層。本發明通過在柔性碳纖維布襯底制備絕緣膜層，減少傳統基體材料的硬度和厚度，且提高了基體材料的強度、柔韌性和耐高溫、耐腐蝕性，降低了柔性電極的制作難度，同時穩定性好，雙層非晶氧化物半導體膜具有較好的檢測靈敏度。

技術領域

本發明屬于氣敏傳感器技術領域，特別是涉及一種薄膜型酒精氣敏傳感器及其制備方法。

背景技術

隨著經濟快速發展，人們的生活質量迅速提高，環境保護意識逐漸增強，人們對氣敏傳感器的需求日漸突出。氣敏傳感器的工作原理是：氣體分子對傳感層表面和內部電阻產生影響，通過電阻的變化反映出對氣體的響應和檢測，從而實現對氣體濃度和成分的檢測。目前主要被大范圍地應用在交通、食品、安全、礦山以及工業自動化監測等領域，探測甲烷、一氧化碳、氫氣、酒精等多種氣體，起到了不可取代的作用。

目前被廣泛研究的氣敏材料包括ZnO、SnO₂、Fe₂O₃等半導體材料。在實際應用中一般是將制備的粉末氣敏材料涂覆到絕緣基板上，再經過退火老化等步驟形成氣敏傳感層，經過器件的小型化和智能化后應用在相關領域中。但是這類傳感材料是通過納米顆粒的粘合，晶界處俘獲中心比較多、化學穩定性不高，導致傳感器的靈敏度不高。雖然最近幾十年中一維納米材料基于其較高的比表面積和較強的靈敏度，展示出非常好的發展前景。但是眾所周知，一維納米材料由于其巨大的比表面積使得材料本身極其不穩定，不利于傳感器的長期穩定使用。目前，人們所開發的氣敏傳感器基本都是基于納米材料，但納米材料自身的特點及其制備流程決定了其難以實現大規模集成化生產，也與現有的微電子技術和集成化工藝不兼容。

隨著人們對電子設備需求的提升，可穿戴電子設備的應用越來越廣泛，而這類電子產品需要可彎曲的柔性器件，提高電子設備的便捷性和設計的自由度。目前的薄膜氣敏傳感器具有電極制作難度大，穩定性差，與基底貼合不牢固等缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種薄膜型酒精氣敏傳感器及其制備方法，以解決薄膜氣敏傳感器具有電極制作難度大，穩定性差，與基底貼合不牢固的缺點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明為一種薄膜型酒精氣敏傳感器及其制備方法，薄膜型酒精氣敏傳感器包括依次層疊的碳纖維布襯底、絕緣膜層、叉指電極、氧化鋅薄膜層、氧化鈦薄膜層。

進一步地，所述叉指電極為Pt/Pd薄膜電極，Pt薄膜電極或Pd薄膜電極的厚度在30-60nm，所述叉指電極的叉指間隙在20-50nm。

進一步地，所述絕緣膜層為二氧化硅（SnO₂）薄膜層，厚度在200-400nm。

進一步地，所述氧化鋅薄膜層和氧化鈦薄膜層的厚度在80-500nm。

進一步地，所述的一種薄膜型酒精氣敏傳感器的其制備方法，包括以下幾個步驟：

步驟一、對碳纖維布襯底依次利用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗，每種溶劑超聲清洗時間為10-20min，再利用氮氣吹干，之后在200℃下對碳纖維布襯底熱處理10min除去殘留有機物；

步驟二、采用熱氧化方法生長絕緣膜層，并將絕緣膜層正面用光刻膠涂覆保護涂層，再放入去離子水和氫氟酸溶液中超聲清洗2-5min，去除背面的二氧化硅層，再用丙酮、酒精、去離子水沖洗去除光刻膠；

步驟三、對絕緣膜層光刻曝光顯影出叉指電極圖形，正面旋涂光刻膠，3000-5000rpm，20-40s；前烘100-120℃，1-2min；曝光1-3s；顯影；后烘100-120℃，5-10min，備用；