[發明專利]氧化鎵納米結構器件及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010445659.3
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN113702447B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 張曉東;唐文博;何濤;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹

本發明公開了一種氧化鎵納米結構器件及其制備方法和應用。所述制備方法包括：在氧化鎵薄膜上沉積金屬鎵，使所述氧化鎵薄膜表面的多個區域被所述金屬鎵腐蝕，從而在所述氧化鎵薄膜上形成多個納米孔；以及制作與所述氧化鎵薄膜相配合的電極。本發明提供的制備方法，利用金屬鎵腐蝕氧化鎵薄膜形成納米孔，獲得的納米孔薄膜具有更大的比表面積，從而可吸附更多環境中待檢測的氣體分子，并且有利于減小器件尺寸，實現高集成度、微型化、低功耗的探測器件；該納米結構的制備工藝無需額外的半導體加工設備進行刻蝕或腐蝕，有利于降低成本，且此工藝為原位腐蝕工藝，不引入新的表面態、界面態，無外界污染，具有低損傷、無界面污染等特點。

技術領域

本發明涉及一種薄膜氣敏傳感器，特別涉及一種氧化鎵納米結構器件及其制備方法和應用，屬于電子信息與技術、半導體技術領域。

背景技術

工業化和城市化的進程中，汽車尾氣、化工毒氣等造成的大氣污染越來越受到人們的重視；尤其是工業生產中的氣體泄露，存在重大安全隱患，因此有效檢測各種有毒有害氣體十分重要。薄膜型金屬氧化物半導體氣體傳感器憑借高靈敏度、制作簡單、小尺寸、價格低廉、與微電子機械系統(MEMS)工藝兼容、易于大規模生產等優勢，在氣體檢測領域發揮著重要作用，受到了眾多研究者的青睞。目前，常用的氣敏材料有NiO、SnO₂、WO₃等，這些材料又包含了納米粒子、納米薄膜、納米管和納米線等各種形態。與傳統的塊材傳感器相比，納米傳感器具有材料比表面積大、表面活性高、吸附能力強、靈敏度高、良好的導電結構等特點。故而近年來，納米氣體傳感器作為新一代的氣敏傳感器受到越來越多的重視。

金屬氧化物半導體氣敏傳感器憑借著結構簡單、成本低廉、綜合性能優良等特點，已成為應用最為廣泛的氣體傳感器，但其也面臨著體積大、電阻大、功耗高、靈敏度低、穩定性差、響應速度慢等缺點。并且，由于其氣敏機理為加熱情況下，環境中的氣體分子在材料表面發生吸附和脫附反應，氣體分子從材料中奪取或釋放電子引起薄膜電阻的變化，再通過測量材料電阻變化的情況從而計算出環境中相應氣體的濃度大小。因此，對薄膜電阻的測量成為傳感器檢測氣體濃度的關鍵，然而，金屬氧化物半導體的電阻往往較大，會對測量帶來不便，尤其是周圍空氣等效電阻與金屬氧化物半導體電阻相當時，會造成電阻測量的不準確，從而影響檢測效果。

如圖1所示，一種基于塊材或薄膜的常規電阻型氣敏傳感器，其采用單一的金屬氧化物作為敏感材料，高溫下，由于氣體在材料表面的吸附和脫附反應，引起了載流子濃度的變化；此時，檢測材料的電阻變化情況，便可以推算出參與反應的氣體的多少，從而用來表征環境中氣體濃度；然而，這種器件雖然結構簡單，易于制備，但由于其電學特性來自于單一的金屬氧化物材料且受平面內傳導機制的支配，存在體積大、功耗高、溫控不精確、靈敏度低、穩定性差、響應-恢復能力較弱等缺點。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種氧化鎵納米結構器件及其制備方法和應用，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例一方面提供了一種氧化鎵納米結構器件的制備方法，其包括：

在氧化鎵薄膜上沉積金屬鎵，使所述氧化鎵薄膜表面的多個區域被所述金屬鎵腐蝕，從而在所述氧化鎵薄膜上形成多個納米孔；以及

制作與所述氧化鎵薄膜相配合的電極。

在一些較為具體的實施方案中，所述的制備方法具體包括：直接在所述氧化鎵薄膜表面沉積所述金屬鎵，從而在所述氧化鎵薄膜上形成多個納米孔。

在一些較為具體的實施方案中，所述的制備方法具體包括：先在所述氧化鎵薄膜表面設置圖形化掩膜，再在所述氧化鎵薄膜表面沉積所述金屬鎵，使所述氧化鎵薄膜表面未被所述掩膜覆蓋的區域被腐蝕，從而在所述氧化鎵薄膜上形成多個納米孔。