[發明專利]橋接式微納結構傳感單元的陣列傳感器的制備方法及產品

有效

• 申請號: 201911034800.4
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110702753B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 史鐵林;林建斌;廖廣蘭;方涵;韓航迪
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明屬于微納傳感器制備領域，并具體公開了一種橋接式微納結構傳感單元的陣列傳感器的制備方法及產品。所述方法包括：在基底表面制備多對需要橋接的指定形狀的電極陣列，然后制備一層指定形狀和厚度的種子層，接著在種子層表面外周除了橋接面制備一層鈍化保護層，并對種子層進行熱處理，以改善種子層的結晶性，最后采用溶液法定向生長微納結構，使得多對所述電極陣列實現橋接。所述產品包括基底、電極陣列、種子層、鈍化保護層以及微納結構，微納結構生長于種子層未覆蓋鈍化保護層的一面上，從而實現該對電極陣列的橋接。本發明制備的傳感器具有靈敏度高、故障容差性強的特點，大幅度降低了傳統橋接式微納結構傳感器敏感層之間的結電阻。

技術領域

本發明屬于微納傳感器制備領域，更具體地，涉及一種橋接式微納結構傳感單元的陣列傳感器的制備方法及產品。

背景技術

微納米材料由于尺寸效應具有傳統材料不具有的物理和化學特性，例如：(1)特殊的光學、熱學、磁學以及力學性質；(2)表面效應；(3)量子尺寸效應；(4)宏觀量子隧道效應；(5)介電限域效應。獨特的效應使其在傳感領域大顯身手，表現出比傳統材料更有優勢的性能。微納米材料的巨大比表面積使得微納米材料將靈敏度、響應速度等性能提高數十倍甚至幾個量級。然而，由于納米材料通常無法定位定向生長，導致納米傳感器尤其是納米傳感器陣列還無法得到廣泛應用而停留在實驗室階段。目前主流的方式有，(1)利用晶體結構各向異性取向生長；(2)通過引入液—固界面獲得晶核的不對稱性誘導納米結構的生長；(3)利用模板限制法獲得一維限制空間；(4)利用包覆劑輔助的動力學控制法；(5)從納米顆粒自組裝形成納米線；(6)從一維微米材料減小尺寸得到納米線。上述的方式可以獲得所需的納米材料，但使用起來通常需要借聚焦離子束、納米探針等高尖端的設備，不適合常規使用。采取納米操縱臺或者定向定點制備電極以測量其物理化學特性，而無法進行定位定向生長在電極上進行傳感應用極大阻礙了微納結構傳感器的發展。

此外，傳統所制備的橋接式微納結構，時常出現的是微納米結構之間相互接觸的模式。微納米結構之間接觸電阻較大，通常采用退火方式、添加修飾劑進行修飾以改善導電性。但并未從本質上解決接觸間結電阻的問題，使得微納傳感器時常得不到很好的應用。目前，陣列化傳感器的制備還尚處在發展階段，微納結構單元的陣列傳感器的簡易制備方法還需要進一步完善和發展。

因此，本領域亟待提出一種橋接式微納結構傳感單元陣列傳感器的制備方法及產品，工藝簡單，可陣列化制備，從而制備出具有靈敏度高、故障容差性強的微納傳感器陣列，可以大幅度降低結電阻，促使微納結構傳感器走向應用市場。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種橋接式微納結構傳感單元的陣列傳感器的制備方法及產品，其中通過對橋接式微納結構傳感單元的陣列傳感器的制備方法的工藝條件進行設計，相應的可實現只讓種子層需要進行橋接的側面能夠與目標生長溶液接觸進而生長微納結構，進一步的，本發明中，采用熱處理的方式對種子層進行晶粒改善處理，最后在生長溶液中制備橋接式的微納結構具有較好的定向生長的能力。由本發明方法制備得到的橋接式微納結構傳感單元陣列傳感器具有靈敏度高、故障容差性強的特點，大幅度降低了傳統橋接式微納結構傳感器敏感層之間的結電阻。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種橋接式微納結構傳感單元的陣列傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1在基底表面刻畫電極陣列圖案，并在所述刻畫有電極陣列圖案的基底上制備多對需要橋接的指定形狀的電極陣列；

S2在多對所述電極陣列的上表面均制備一層指定形狀和厚度的種子層；

S3在步驟S2中制備得到的種子層表面外周制備一層鈍化保護層，其中，對于需要橋接的一對電極陣列，該對電極陣列上的種子層相對的一面未覆蓋鈍化保護層；

S4對步驟S3中表面外周制備有鈍化保護層的種子層進行熱處理，以改善種子層的結晶性，使得所述種子層具有單晶取向特征；