[發明專利]一種用于在自來水中進行余氯檢測的傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010534744.7
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111879832A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 姚靈;金慶輝;王達;尹加文
• 申請（專利權）人: 寧波水表（集團）股份有限公司
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理有限公司 11466
• 代理人: 余威

1.一種用于在自來水中進行余氯檢測的傳感器，其特征在于：包括有硅基片，所述硅基片的表面采用氫氧化鉀濕法腐蝕工藝刻蝕出

微納米級錐形凹槽陣列，擴大了硅基片表面的表面積，從而提高傳感器檢測的靈敏度；

在所述微納米級錐形凹槽陣列上通過金屬濺射有一層黏附層，在所述黏附層上制備有BDD電極和Pt對電極，在一定的電壓下，次氯酸根離子在BDD電極表面被還原，氧化還原反應會伴隨著電子的移動，從而在BDD電極和Pt對電極之間的回路上產生一個微弱的電流信號，電流信號與余氯的濃度線性相關，將電流信號進行放大與轉換，即可得到溶液中余氯的濃度。

2.根據權利要求1所述的用于在自來水中進行余氯檢測的傳感器，其特征在于：所述BDD電極在低電壓下可電解水產生羥基自由基，氧化去除電極表面附著的有機物，實現電極的自清潔，不會釋放二次污染。

3.根據權利要求1所述的用于在自來水中進行余氯檢測的傳感器，其特征在于：所述傳感器是結合MEMS技術進行批量制造。

4.一種制備如權利要求1所述的余氯檢測傳感器的制備方法，包括有如下步驟：

1）、硅基片表面微納米結構制備；

2）、采用磁控濺射技術在電極位點處制備一層50 nm厚的Ti或Cr層作為黏附層；

3）、采用lift-off工藝在黏附層上制備Pt電極；

4）、選用微波等離子體CVD或線性離子源CVD在BDD電極位點處制備厚度為1 um的金剛石電極，再采用離子注入/擴散的方法向金剛石電極摻雜硼；

5）、對步驟4）的器件進行劃片、打線、封裝后，即完成整個傳感器的制備。

5.根據權利要求4所述的余氯檢測傳感器的制備方法，其特征在于：所述步驟1）硅基片表面的粗糙化處理包括有如下步驟：

一、選擇表面為（100）晶面、單面拋光并氧化的四寸硅片作為基片；

二、將上述基片依次進行涂膠、前烘、光刻、顯影、后烘，在氧化硅層表面圖形化，再用BOE溶液液濕法刻蝕裸露的氧化硅層，露出硅基，制備出錐形凹槽的腐蝕窗口；

三、對硅片進行去膠，該過程在液態的溶液槽中進行操作，由硫酸溶液和雙氧水溶液形成混合溶液，混合溶液利用強氧化性對硅片進行去膠；

四、采用氫氧化鉀溶液對硅基片表面進行腐蝕，根據氫氧化鉀溶液對Si和二氧化硅腐蝕速度的差異，制備出錐形凹槽陣列；

五、采用BOE溶液去除表面所有剩余氧化硅層，再重新氧化硅基片，即完成了整個硅基片的表面微納米結構制備。

6.根據權利要求4所述的余氯檢測傳感器的制備方法，其特征在于：所述黏附層還可以采用其他熱膨脹系數介于Si和Pt/金剛石之間的材料。

7.根據權利要求5所述的余氯檢測傳感器的制備方法，其特征在于：在步驟三中，混合溶液的成分是硫酸溶液加10-15mL的雙氧水溶液，原理是利用強氧化性去膠，溶液槽恒溫120℃，清洗時間為10min。

8.根據權利要求5所述的余氯檢測傳感器的制備方法，其特征在于：在步驟四中，氫氧化鉀溶液采用30% KOH腐蝕液制成，當溶液溫度為50℃時，30% KOH腐蝕Si速度為10.3 um/h，腐蝕二氧化硅速度為0.05-0.06 um/h，在50℃條件下各向異性濕法刻蝕硅層，根據氫氧化鉀溶液對Si和二氧化硅腐蝕速度的差異，制備出錐形凹槽陣列。