一种半导体气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种金属氧化物半导体气体传感器及其制备方法，其中，金属氧化物半导体气体传感器包括：加热芯片；信号电极，设置于所述加热芯片上，且所述信号电极与所述加热芯片绝缘；气体敏感层，设置于所述信号电极之间或覆盖所述信号电极，其中，所述气体敏感层与所述信号电极电性连接，且使信号电极之间电性连通；防潮层，设置于所述气体敏感层上。与现有技术相比，利用本发明专利技术的制备方法得到的半导体气体传感器工作温度低，灵敏度高、稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子器件制造
，尤其涉及一种半导体气体传感器及其制备方法。
技术介绍
随着工业的快速发展，环境的污染问题也越来越严重，例如，汽车尾气中的CO、NOx、SOx等有害气体，室内装修中存在的甲醛、甲苯等，煤矿中泄漏的甲烷气体，化工生产中产生的易燃、易爆、毒害性气体等，这些有毒气体对人们的身体健康造成了严重的威胁。为了确保人身安全和防患于未然，人们研制了各种检测方法和检测仪器，其中，气体传感器在家居生活、排放监测、航空、医疗、卫生等领域发挥着重大的作用。目前气体传感器种类繁多，应用范围广泛，大致可分为半导体式、电化学式、接触燃烧式、固体电解质式和红外线式等。其中半导体传感器因为检测灵敏度高、响应恢复时间短、元件尺寸微小、寿命长、价格低廉而越来越受到人们的重视。尤其是近年来随着微机械加工技术的发展，借助于微电子工艺半导体气体传感器更是向着集成化、智能化方向发展。半导体气体传感器，通常利用金属氧化物作为敏感材料，通过在其表面吸附气体及表面反应而引起自身电阻的变化，进而监测到目标气体。目前商业化比较成熟的气敏材料是SnO2和WO3气敏材料，但由于其材料本身特性所致，这两种气敏材料的工作温度在300℃左右，比较高，导致其在电子设备中的功耗比较大；其次由这两种气敏材料制备的传感器通常用来检测高浓度可燃气体或者易挥发的有机化合物气体（VOC），对低浓度的气体不灵敏。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种半导体气体传感器，该半导体气体传感器可以降低传感器的工作温度，提高传感器的灵敏度和稳定性。本专利技术的目的还在于提供一种半导体气体传感器的制备方法。为解决上述专利技术目的，本专利技术提供一种半导体气体传感器的制备方法，其包括以下步骤：制取氢氧化镍或氧化镍；将氢氧化镍或氧化镍与金属氧化物进行掺杂，得到掺杂金属氧化物的氧化镍；提供一传感器加热芯片，将掺杂金属氧化物的氧化镍附着在传感器加热芯片上，以在传感器加热芯片上形成气体敏感层；将亲水性材料附着在气体敏感层上以形成防潮层，并进行退火处理，得到半导体气体传感器。作为本专利技术的进一步改进，所述“制取氢氧化镍”的步骤具体为：通过化学自组装方法制备中空的氢氧化镍微米球或中空的氢氧化镍纳米球。作为本专利技术的进一步改进，化学自组装方法制备中空的氢氧化镍微米球或中空的氢氧化镍纳米球是通过将二价镍盐与络合剂形成二价镍离子的络合物，然后再与强碱溶液反应进行自组装，其中，所述络合剂选自氨水或氯化铵或乙二胺或乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸盐或草酸盐或醇胺类络合剂。作为本专利技术的进一步改进，所述“制取氧化镍”的步骤具体为：通过模板牺牲法制备中空的氧化镍微米球或中空的氧化镍纳米球，其中，采用的模板为镍微球或氧化硅微球，镍微球或氧化硅微球的直径为0.3um~10um。作为本专利技术的进一步改进，所述金属氧化物选自Fe2O3、Co3O4、Cr2O3、CuO、AgO、V2O5、WO3、TiO2 、MnO2一种或几种的组合。作为本专利技术的进一步改进，所述亲水性材料为亲水性的金属氧化物或能够吸收水分子的干燥剂。作为本专利技术的进一步改进，所述亲水性材料上负载铂或钯或金或银。相应地，本专利技术还提供一种金属氧化物半导体气体传感器，其包括：加热芯片；信号电极，设置于所述加热芯片上，且所述信号电极与所述加热芯片绝缘；气体敏感层，设置于所述信号电极之间或覆盖所述信号电极，其中，所述气体敏感层与所述信号电极电性连接，且使信号电极之间电性连通；防潮层，设置于所述气体敏感层上。作为本专利技术的进一步改进，所述防潮层为亲水性材料，所述亲水性材料为亲水性的金属氧化物或能够吸收水分子的干燥剂。作为本专利技术的进一步改进，所述气体敏感材料包括氧化镍以及金属氧化物，其中，所述金属氧化物选自Fe2O3、Co3O4、Cr2O3、CuO、AgO、V2O5 、WO3、TiO2 、MnO2一种或几种的组合。与现有技术相比，本专利技术的半导体气体传感器工作温度低，灵敏度高、稳定性好。附图说明图1是本专利技术一具体实施方式中金属氧化物半导体气体传感器的结构示意图；图2是本专利技术另一具体实施方式中金属氧化物半导体气体传感器的结构示意图；图3是本专利技术一具体实施方式中制备金属氧化物半导体气体传感器的方法步骤图；图4是本专利技术一具体实施方式中以氯化铵为络合剂与强碱自组装得到的中空氢氧化镍微球的扫描电镜照片；图5是本专利技术一具体实施方式中以乙二胺为络合剂与强碱自组装得到的中空氢氧化镍微球的扫描电镜照片；图6是本专利技术一具体实施方式中以镍球为模板制备的中空氧化镍微球的扫描电镜照片；图7是本专利技术一具体实施方式中制备的金属氧化物半导体传感器对易挥发的有机化合物气体（VOC）响应曲线；图8是本专利技术一具体实施方式中制备的金属氧化物半导体传感器对硫化氢响应曲线。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。参图1所示，介绍本专利技术金属氧化物半导体气体传感器的第一具体实施方式，金属氧化物半导体气体传感器10包括：加热芯片11、信号电极12、气体敏感层13及防潮层14。加热芯片11，其包括基底111和加热电极112。基底111具有第一表面1111和与第一表面1111相背的第二表面1112，加热电极112设于基底111的第一表面1111上，信号电极12则设于基底111的第二表面1112上，且信号电极12与加热芯片11绝缘。气体敏感层13，设置于信号电极12之间或覆盖信号电极12，气体敏感层13与信号电极12电性连接，且使信号电极12之间电性连通；防潮层14，设置于气体敏感层13上。优选地，防潮层为亲水性材料，所述亲水性材料为亲水性的金属氧化物或能够吸收水分子的干燥剂。气体敏感材料包括氧化镍以及金属氧化物，其中，所述金属氧化物选自Fe2O3、Co3O4、Cr2O3、CuO、AgO、V2O5 、WO3、TiO2 、MnO2一种或几种的组合。参图2所示，为本专利技术的第二具体实施方式，与本专利技术的第一具体实施方式不同的是，加热电极112和信号电极12均设于基底111的第二表面1112上，其余的封装结构则与第一具体实施方式相同，在此不再赘述。参图3所示，介绍本专利技术制备金属氧化物半导体气体传感器方法的一具体实施方式，在本实施方式中，该方法包括以下步骤：S1、制取氢氧化镍或氧化镍。本专利技术中的氢氧化镍和氧化镍在微观下的形态均为中空微米球或中空纳米球。参图4和图5，通过化学自组装方法制备中空的氢氧化镍微米球或中空的氢氧化镍纳米球。具体地，通过将二价镍盐与络合剂形成二价镍离子的络合物，然后再与强碱溶液反应进行自组装生成氢氧化镍微米球，其中，络合剂选自氨水或氯化铵或乙二胺或乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸盐或草酸盐或醇胺类络合剂。通过模板牺牲法制备中空的氧化镍微米球或中空的氧化镍纳米球，其中，采用的模板为镍微球或氧化硅微球，镍微球或氧化硅微球的直径为0.3um~10um。具体地，模板牺牲法制备氧化镍通过以下过程实现：参图6，选择镍微球作为模板，通过表面活性剂将镍微球分散到镍盐水溶液中，加入适当比例的碱溶液，使得在镍微球表面沉积一层氢氧化镍，然后在一定温度下退火，退火结束后加入稀盐酸，将镍微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属氧化物半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：制取氢氧化镍或氧化镍；将氢氧化镍或氧化镍与金属氧化物进行掺杂，得到掺杂金属氧化物的氧化镍；提供一传感器加热芯片，将掺杂金属氧化物的氧化镍附着在传感器加热芯片上，以在传感器加热芯片上形成气体敏感层；将亲水性材料附着在气体敏感层上以形成防潮层，并进行退火处理，得到半导体气体传感器。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：制取氢氧化镍或氧化镍；将氢氧化镍或氧化镍与金属氧化物进行掺杂，得到掺杂金属氧化物的氧化镍；提供一传感器加热芯片，将掺杂金属氧化物的氧化镍附着在传感器加热芯片上，以在传感器加热芯片上形成气体敏感层；将亲水性材料附着在气体敏感层上以形成防潮层，并进行退火处理，得到半导体气体传感器。2.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述“制取氢氧化镍”的步骤具体为：通过化学自组装方法制备中空的氢氧化镍微米球或中空的氢氧化镍纳米球。3.根据权利要求2所述的金属氧化物半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，化学自组装方法制备中空的氢氧化镍微米球或中空的氢氧化镍纳米球是通过将二价镍盐与络合剂形成二价镍离子的络合物，然后再与强碱溶液反应进行自组装，其中，所述络合剂选自氨水或氯化铵或乙二胺或乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸盐或草酸盐或醇胺类络合剂。4.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述“制取氧化镍”的步骤具体为：通过模板牺牲法制备中空的氧化镍微米球或中空的氧化镍纳米球，其中，采用的模板为镍微球或氧化硅微球，镍微球或氧化硅微球的直径为0.3um~10um。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张克栋，顾唯兵，王玲，崔铮，
申请(专利权)人：苏州纳格光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32