[發明專利]一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法

有效

• 申請號: 202110790818.8
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113588876B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 劉皓;徐瑤華;張曉;趙文瑞;明安杰
• 申請（專利權）人: 有研工程技術研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)制備微型色譜柱

采用光刻及刻蝕工藝在硅基體上刻蝕出色譜柱結構，同時在色譜柱兩端刻蝕出進氣口與出氣口；

(2)制備傳感器電極

采用光刻及薄膜沉積工藝在刻蝕后的出氣口處制備懸臂梁結構，在懸臂梁結構上制備傳感器加熱電極與測試電極；

(3)加載固定相及氣敏材料，以避免大氣中包含二氧化硫、臭氧在內的干擾性氣體的影響；在色譜柱上加載固定相，在傳感器電極上加載三氧化鎢氣敏材料；

(4)密封色譜柱及傳感器

采用硅片鍵合技術將制備有微型色譜柱及半導體傳感器的硅基片與玻璃或硅片鍵合，完成色譜柱及傳感器的密封，同時采用刻蝕及薄膜沉積工藝將傳感器電極引出，即得到高選擇性的二氧化氮傳感器；同時，將色譜柱微型化并與半導體傳感器進行集成，能夠顯著降低傳感器的體積，利于實現傳感器的小型化，適用于大氣中二氧化氮的便攜式精確監測；當含有二氧化氮、二氧化硫、臭氧等多種大氣污染物的混合氣體從進氣口導入微型色譜柱時，通過色譜柱的分離功能可將空氣中二氧化氮與二氧化硫及臭氧等干擾氣體分離，只有二氧化氮氣體通過出氣口到達半導體傳感器，從而提高了傳感器對二氧化氮的選擇性。

2.根據權利要求1所述的一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法，其特征在于，所述步驟(1)中微型色譜柱的柱寬為10-500μm，槽深為10-800μm，總長度為0.1-3m，進、出氣口刻蝕深度為100-300μm。

3.根據權利要求1所述的一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法，其特征在于，所述步驟(2)中薄膜沉積工藝為電子束蒸發或磁控濺射中的一種。

4.根據權利要求1所述的一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法，其特征在于，所述步驟(2)中傳感器加熱電極與測試電極所在的懸臂梁結構，其中方形加熱區域邊長為100-300μm。

5.根據權利要求1所述的一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法，其特征在于，所述步驟(3)中固定相材料為硅膠，孔徑為10-50nm，粒徑為1-20μm。

6.根據權利要求1所述的一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法，其特征在于，所述步驟(3)中三氧化鎢材料加載方式為直流反應掠射角磁控濺射，沉積后的三氧化鎢薄膜厚度為400-1000nm。

7.一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法，其特征在于，制備高選擇性的二氧化氮傳感器包括步驟：

(1)制備微型色譜柱

采用光刻及刻蝕工藝在硅基體(5)上刻蝕出色譜柱(1)，其柱寬為100μm，槽深為500μm，總長度為1m，之后在色譜柱兩端刻蝕出進氣口(3)與出氣口(4)，刻蝕最小線寬為100μm，刻蝕深度為100μm；

(2)制備傳感器電極

采用光刻及刻蝕工藝在刻蝕后的出氣口(4)制備懸臂梁結構，在懸臂梁結構上制備加熱與測試電極(6)，電極材料為鉑，電極覆蓋區域面積為200×200μm，底部懸空；

(3)加載固定相及氣敏材料

在色譜柱1上加載固定相，固定相材料為硅膠，孔徑為12.5nm，粒徑為5μm，之后采用直流反應掠射角磁控濺射，在傳感器電極上沉積三氧化鎢氣敏薄膜7，厚度為500nm；

(4)密封色譜柱及傳感器

采用硅片鍵合技術將制備有色譜柱(1)及半導體傳感器(2)的硅基片(5)與其它硅片鍵合，完成密封，同時采用刻蝕及磁控濺射工藝將傳感器電極引出，即得到高選擇性的二氧化氮傳感器。