[發明專利]一種可控生長硫化鉛復合薄膜氣體傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110952192.6
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113552295A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 太惠玲;謝春燕;吳英偉;段再華;劉勃豪;袁震;蔣亞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明提供的一種可控生長硫化鉛復合薄膜氣體傳感器及其制備方法，屬于氣體傳感技術領域，氣體傳感器包括依次的襯底、在襯底表面制備的叉指電極、在襯底表面制備的對金屬離子有吸附性能的過渡層敏感薄膜及通過連續離子層吸附與反應法合成的硫化鉛薄膜，通過設置上述結構成功將硫化鉛納米顆粒均勻、高效地分布在襯底表面，獲得晶粒尺寸可控的硫化鉛氣敏薄膜，解決光滑襯底表面難以生長硫化鉛納米顆粒的問題。

技術領域

本發明屬于氣體傳感技術領域，具體涉及一種可控生長硫化鉛復合薄膜氣體傳感器及其制備方法。

背景技術

在工業生產、交通運輸等過程中，會排放大量的有毒、有害氣體，包括氮的氧化物、碳的氧化物、硫的氧化物等。這些有毒、有害氣體不僅會產生環境問題，而且會損害人體健康。如二氧化氮(NO₂)，它不僅對水體、土壤和大氣均造成污染，是酸雨和光化學煙霧的主要成因之一，而且會對人體肺部造成嚴重危害，引起肺氣腫、支氣管炎癥等呼吸系統疾病。因此，制備出一種高靈敏、良好穩定性、低成本的氣體傳感器，對于環境質量檢測與預警系統而言具有重要的應用價值。

半導體氣體傳感器具有高靈敏度、操作簡單、低成本等優點，但較差的選擇性和高工作溫度限制了其廣泛應用。金屬硫化物作為一類重要的窄帶隙半導體材料，因其獨特的物理化學特性及成本低廉、制備容易、靈敏度高的特點，在眾多領域均有良好的應用前景。硫化鉛是一種常見的直接帶隙p型半導體材料，廣泛應用于太陽能電池和紅外探測器等領域，此外其在氣體傳感器領域也表現出優異的室溫工作性能。但由于硫化鉛難溶于/分散于絕大多數溶劑，采用傳統的旋涂、滴涂等工藝容易形成分布不均勻的敏感薄膜，極大影響傳感器的工藝穩定性。連續離子層吸附與反應法(SILAR)是基于在固液界面上吸附的離子與溶解的離子之間的非均相反應，具有工藝簡單、過程可控、合成溫度低、成本低的優點，采用該方法制備出的材料晶粒尺寸可控、分布均勻。連續離子層吸附與反應法的具體步驟是將襯底依次浸泡在穩定的前驅體溶液中，并用去離子水沖洗掉表面未反應的離子。

但由于襯底表面光潔，難以利用連續離子層吸附與反應法直接在襯底表面合成分布不均勻的硫化鉛，極大影響了氣體傳感器的氣敏性能。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的問題，提出了一種可控生長硫化鉛復合薄膜氣體傳感器及其制備方法，通過在襯底表面合成一層過渡層敏感薄膜，實現硫化鉛的可控均勻生長，改善氣敏性能。

本發明所采用的技術方案如下：

一種可控生長硫化鉛復合薄膜氣體傳感器，包括依次的襯底、在襯底表面制備的叉指電極及在襯底表面通過連續離子層吸附與反應法合成的硫化鉛薄膜，其特征在于，在襯底和硫化鉛薄膜之間還設置有對金屬離子有吸附性能的過渡層敏感薄膜。

進一步地，所述過渡層敏感薄膜的材料為n型半導體材料，有利于與硫化鉛薄膜形成p-n異質結，改善硫化鉛單一材料的氣敏性能。

進一步地，所述過渡層敏感薄膜的材料為金屬氧化物、二維過渡金屬硫化物或碳系材料中的一種或多種復合而成的復合材料。

進一步地，所述金屬氧化物為氧化鋅、氧化錫、氧化鈦等，二維過渡金屬硫化物為二硫化鉬、二硫化錫、二硫化鎢等，碳系材料為還原氧化石墨烯等。

進一步地，所述過渡層敏感薄膜的厚度為100～200nm。

進一步地，所述叉指電極的間距為100～200μm，材料為金。

一種可控生長硫化鉛復合薄膜氣體傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：對襯底進行清洗預處理，然后在襯底表面制備叉指電極；

步驟2：在步驟1所得襯底表面制備對金屬離子有吸附性能的過渡層敏感薄膜；