[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

本發明公開了屬于氣體傳感器制備技術領域的一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法，采用光刻及刻蝕工藝在硅基體上刻蝕出微型色譜柱結構，同時在色譜柱兩端刻蝕出進氣口與出氣口，并在出氣口處制備半導體傳感器加熱電極與測試電極，之后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，并對色譜柱及傳感器進行密封。本發明利用色譜柱分離功能將空氣中的二氧化氮與二氧化硫及臭氧等干擾氣體分離，提高了傳感器對二氧化氮的選擇性。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。

技術領域

本發明屬于氣體傳感器制備技術領域，特別涉及一種提高二氧化氮半導體傳感器選擇性的方法。

背景技術

隨著現代工業的發展，各種化石燃料的燃燒及工業生產過程中排放的有毒有害氣體使得地球生態環境日益惡化。二氧化氮是一種常見的大氣污染物，是形成酸雨、光化學煙霧的主要物質之一，長時間暴露在高濃度的二氧化氮環境中對人體的傷害極大。目前，二氧化氮已成為環境治理的重點，對二氧化氮氣體傳感器的研究具有重要的意義和發展前景。

半導體氣體傳感器是目前廣泛應用的一種傳感器，工作原理是利用氣體在半導體敏感材料表面的氧化還原反應導致敏感元件電阻值發生變化而進行檢測，其能夠快速、連續地監測特定氣體的濃度變化。同時，半導體氣體傳感器的制造工藝成熟，能夠集成在便攜式監測儀中，其性能穩定、價格便宜，適用于大規模應用。

三氧化鎢由于對二氧化氮靈敏度高、響應速度快等優點，常用來作為二氧化氮半導體傳感器的敏感材料。然而，空氣中除了二氧化氮，還存在有二氧化硫和臭氧等氧化性氣體，而三氧化鎢對二氧化硫和臭氧均有響應，這會對傳感器的檢測精度帶來很大影響。專利CN?103512928?B公開了一種三氧化鎢基二氧化氮傳感器，在室溫下對二氧化氮具有較高的靈敏度，但其對其它氣體也有響應，未從根本上解決傳感器選擇性的問題。對此，本發明將利用色譜柱對混合氣體的分離功能，擬提高三氧化鎢基二氧化氮傳感器的選擇性，同時將微型色譜柱與傳感器集成，實現傳感器的低功耗與微型化。

發明內容

本發明的目的在于提供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。

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。

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。

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。