[發明專利]一種基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210628656.2
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN115201280A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 畢勝;王堯;韓旭
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

1.一種基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器，其特征在于，所述的基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器包括襯底、下部導電層、介電層、上部導電層和氫氣敏感陣列；所述下部導電層位于襯底上表面，氫氣敏感陣列生長在下部導電層上表面，介電層位于下部導電層上表面且位于氫氣敏感陣列之間且呈條紋狀分布，上部導電層位于介電層上表面；所述氫氣敏感陣列上金屬元素。

2.根據權利要求1所述的一種基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器，其特征在于，所述襯底材料為晶向為[100]的N型硅片、聚酰亞胺薄膜或二氧化硅片。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器，其特征在于，所述氫氣敏感陣列的結構為納米線、納米棒、納米管或納米球；所述氫氣敏感陣列材料為ZnO、CuO、Fe₂O₃、Cr₂O₃、SnO₂、In₂O₃或WO₃；所述氫氣敏感陣列的高度為400～800nm；摻雜的金屬元素為Pd、Pt或Ag。

4.根據權利要求1或2所述的一種基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器，其特征在于，所述介電層的厚度為400～1000nm；所述介電層材料為Al₂O₃、TiO₂、CaTiO₃或MgO；所述相鄰介電層的間距為8～20μm。

5.根據權利要求3所述的一種基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器，其特征在于，所述介電層的厚度為400～1000nm；所述介電層材料為Al₂O₃、TiO₂、CaTiO₃或MgO；所述相鄰介電層的間距為8～20μm。

6.根據權利要求1或2或5所述的一種基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器，其特征在于，所述導電層的厚度為20～50nm；所述導電層材料為Ag、Au、Cr、Cu或Al。

7.根據權利要求3所述的一種基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器，其特征在于，所述導電層的厚度為20～50nm；所述導電層材料為Ag、Au、Cr、Cu或Al。

8.根據權利要求4所述的一種基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器，其特征在于，所述導電層的厚度為20～50nm；所述導電層材料為Ag、Au、Cr、Cu或Al。

9.權利要求1-8任意所述的基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)超聲清洗襯底表面，并在襯底上制備下部導電層；

(2)用水熱法制備氫氣敏感材料溶膠，在下部導電層表面生長出氫氣敏感陣列；

(3)根據電極形狀，在氫氣敏感陣列間的襯底上依次制備出介電層和上部導電層，并進行退火處理；

(4)向氫氣敏感陣列中摻雜金屬元素。

10.根據權利要求9所述的基于諧振腔共振效應的氫氣傳感器的制備方法，其特征在于，

所屬步驟(1)中，超聲清洗時間為10～20min，超聲頻率為40～100Hz；

所述步驟(1)中，制備下部導電層的方法為磁控濺射法或脈沖激光沉積；其中磁控濺射功率在30～120W，濺射時間在30～240秒，濺射氣壓為0.1～0.8Pa；脈沖激光沉積的激光能量為500～600mJ，激光頻率為6～8Hz，激光次數為57600～86400次；

所述步驟(2)中，生長氫氣敏感陣列的氣體氛圍為惰性氣體與氧氣摩爾比為10：1～5：3；

所述步驟(3)中，制備介電層和上部導電層的方法為真空鍍層法或電子束曝光；其中電子束曝光的曝光電壓為30～80keV，曝光電流為100～500pA，曝光劑量為180±10fc；真空鍍層法的溫度為600～900℃，鍍層時間為10～30min，掩模板精度為10～20μm；

所述步驟(3)中，退火溫度在200～500℃，時間為30～120min；

所述步驟(4)中，摻雜金屬元素和氫氣敏感陣列的質量比為1：1000～1：500；

所述步驟(4)中，摻雜鈀元素方法為紫外還原法或磁控濺射；其中紫外還原法鹵素紫外燈波長為200～400nm，照射時間為20～120s，鹵素燈功率為0.1～0.5mW/cm²；磁控濺射的功率為100～500W，沉積時間為30～240min，濺射腔氣壓為0.1～1Pa。