一种多孔SiCO基一氧化氮传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种多孔SiCO基一氧化氮传感器，包括单晶硅基板，单晶硅基板上依次设有SiO2薄膜层、SiBCO薄膜层和SiCO薄膜层，SiCO薄膜层上经SiAlCO薄膜层设有电极。本发明专利技术是通过气敏特性和力学性质的梯度设计，提出一种具有优异力学可靠性的多层气敏薄膜体系；采用磁控溅射方法制备薄膜体系具有附着性好、成本低、成份可控和低温等优点，而化学腐蚀法制备SiCO表面多孔结构具有过程简单快捷、原料丰富廉价、纳米形貌可控等优点。

Porous SiCO based nitric oxide sensor

The invention discloses a porous SiCO based nitric oxide sensor, including monocrystalline silicon substrate, silicon substrate is provided with a layer of SiO2 film, SiBCO film and SiCO film, SiCO film layer by layer of SiAlCO film with an electrode. The present invention is designed by gradient gas sensing properties and mechanical properties, this paper proposed a multi-layer gas sensitive thin film system with excellent mechanical reliability; fabricated by magnetron sputtering thin film system has the advantages of good adhesion, low cost, controllable components and low temperature, chemical corrosion and preparation of SiCO porous surface structure has simple and quick process cheap and abundant raw materials, nano morphology controllable etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器领域，特别是一种多孔SiCO基一氧化氮传感器。
技术介绍
一氧化氮（NO）气体一方面是有害气体，是汽车尾气、大气环境的主要污染物之一；另一方面却是重要的生物功能信息传递分子，及时监测呼出气体的NO浓度变化，可对哮喘等肺部疾病的发作提前预警。然而，目前NO呼吸气体测试仪器体积偏大、价格昂贵，而且大都集中在大型医疗机构，无法在更大范围内推广使用。因此，开发高灵敏度的NO传感器对环境工程和医学领域均具有重要意义。对NO气体的检测不仅要求迅速和准确，把获取的信息以电信号的形式输送出来，还要求检测系统体积小、重量轻，传统的气氛检测方式已经不能胜任。目前，主流的金属氧化物基NO传感器普遍需要较高的工作温度，其检测过程也容易受其他气体干扰。而效果较好的碳纳米管基NO传感器也存在制备成本高和可靠性较差的问题。因此，工作温度、选择性和可靠性是NO气体传感器亟需解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种多孔SiCO基一氧化氮传感器。本专利技术不仅工作温度较低，而且可靠性强，生产成本较低。本专利技术的技术方案：一种多孔SiCO基一氧化氮传感器，其特征在于：包括单晶硅基板，单晶硅基板上依次设有SiO2薄膜层、SiBCO薄膜层和SiCO薄膜层，SiCO薄膜层上经SiAlCO薄膜层设有电极。前述的多孔SiCO基一氧化氮传感器中，所述SiO2薄膜层、SiBCO薄膜层的厚度均为95-105nm。前述的多孔SiCO基一氧化氮传感器中，所述SiAlCO薄膜层的厚度为95-105nm。前述的多孔SiCO基一氧化氮传感器中，所述SiCO薄膜层的厚度为800nm。前述的多孔SiCO基一氧化氮传感器中，制备方法按下述步骤进行：①对单晶硅基板用丙酮超声清洗8分钟，然后分别用去离子水和酒精超声波清洗8分钟；②重复五遍步骤①，再在真空干燥箱中烘干；③在真空条件下对单晶硅基板进行离子束溅射清洗；④在纯度为99.99%的氩气作为工作气体的环境下，采用磁控溅射的方法将溅射靶材溅射到单晶硅基板表面形成衬体；所述溅射靶材分别是SiO2，Si、石墨和硼，Si和石墨、Si、石墨和Al2O3；所述衬体分别是SiO2薄膜层、SiBCO薄膜层、SiCO薄膜层和SiAlCO薄膜层；得硅碳基薄膜；⑤在硅碳基薄膜表面制作电极后封装得传感器。前述的多孔SiCO基一氧化氮传感器中，所述溅射靶材置于距单晶硅基板的距离为5cm。前述的多孔SiCO基一氧化氮传感器中，所述靶材SiO2在溅射过程中，溅射压强为0.3Pa，功率为200w，溅射时间为60min，氩气流量为30sccm；所述靶材Si、石墨和硼在溅射过程中，溅射压强为0.2Pa，功率为200w，溅射时间为90min，氩气流量为30sccm；所述靶材Si和石墨在溅射过程中，溅射压强为0.2Pa，功率为300w，溅射时间为90min，氩气流量为30sccm；所述靶材Si、石墨和Al2O3在溅射过程中，溅射压强为0.3Pa，功率为200w，溅射时间为60min，氩气流量为30sccm。前述的多孔SiCO基一氧化氮传感器中，所述SiCO薄膜层是具有多孔纳米结构的SiCO薄膜层。前述的多孔SiCO基一氧化氮传感器中，所述具有多孔纳米结构的SiCO薄膜层制备方法按下述步骤进行：①将试样浸入浓度50%的氢氟酸溶液4分钟，然后浸入浓度30%氢氟酸溶液80分钟；②用蒸馏水把试样表面残留的氢氟酸清洗干净，并放入150摄氏度烘干箱烘干60分钟去除残余水分即得。前述的多孔SiCO基一氧化氮传感器中，所述⑤中封装方法是，把铜线从电极引出，银胶浆在室温下干燥凝结后，放入马福炉中进行还原，温度逐渐上升至790-810℃，恒温30分钟，再降至室温，最后焊接在管座上的硅片用100目双层不锈钢网及卡圈封装，即制成传感器。与现有技术相比，本专利技术是通过气敏特性和力学性质的梯度设计，提出一种具有优异力学可靠性的多层气敏薄膜体系；采用磁控溅射方法制备薄膜体系具有附着性好、成本低、成份可控和低温等优点，而化学腐蚀法制备SiCO表面多孔结构具有过程简单快捷、原料丰富廉价、纳米形貌可控等优点。通过对SiCO表面进行多孔特征制备，还进一步改进了气敏性能和界面结合强度。实验测试结果表明，在常温条件下传感器对NO有较高的灵敏度，并体现出优异的选择性。本专利技术最底层的单晶硅基片为整个薄膜体系磁控溅射的基板，厚度为800nm的SiCO薄膜作为主要气敏材料，其优点是灵敏度高、抗氧化能力强，而多孔结构的制备可进一步提升其气敏性能和界面结合强度。在多孔SiCO薄膜和基板之间制备厚度为均为100nm的SiO2和SiBCO中间层，基板-SiO2-SiBCO-多孔SiCO形成良好的膨胀梯度，避免吸附引起体积膨胀造成的脱落现象，同时SiBCO层在制备SiCO多孔结构的过程中起到阻挡作用，避免SiO2受到腐蚀。在多孔SiCO薄膜和电极之间制备厚度约为100nm的SiAlCO中间层，增强基板-硅碳基材料-电极之间的附着性。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是硅碳基传感器对氢气的动态响应示意图；图3是不同温度下多孔SiCO传感器对一氧化氮的感应响应系数示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但并不作为对本专利技术限制的依据。实施例。一种多孔SiCO基一氧化氮传感器，构成如图1所示，包括单晶硅基板1，单晶硅基板1上依次设有SiO2薄膜层2、SiBCO薄膜层3和SiCO薄膜层4，SiCO薄膜层4上经SiAlCO薄膜层5设有电极6。所述SiO2薄膜层2、SiBCO薄膜层3的厚度均为95-105nm（100nm）。所述SiAlCO薄膜层5的厚度为95-105nm（100nm）。所述SiCO薄膜层4的厚度为800nm。多孔SiCO基一氧化氮传感器，制备方法按下述步骤进行：①对单晶硅基板用丙酮超声清洗8分钟，然后分别用去离子水和酒精超声波清洗8分钟；②重复五遍步骤①，再在真空干燥箱中烘干；③在真空条件下对单晶硅基板进行离子束溅射清洗；④在纯度为99.99%的氩气作为工作气体的环境下，采用磁控溅射的方法将溅射靶材溅射到单晶硅基板表面形成衬体；所述溅射靶材分别是SiO2，Si、石墨和硼，Si和石墨、Si、石墨和Al2O3；所述衬体分别是SiO2薄膜层、SiBCO薄膜层、SiCO薄膜层和SiAlCO薄膜层；得硅碳基薄膜；⑤在硅碳基薄膜表面制作电极后封装得传感器。较好的是，所述溅射靶材置于距单晶硅基板的距离为5cm。较好的是，所述靶材SiO2在溅射过程中，溅射压强为0.3Pa，功率为200w，溅射时间为60min，氩气流量为30sccm；所述靶材Si、石墨和硼在溅射过程中，溅射压强为0.2Pa，功率为200w，溅射时间为90min，氩气流量为30sccm；所述靶材Si和石墨在溅射过程中，溅射压强为0.2Pa，功率为300w，溅射时间为90min，氩气流量为30sccm；所述靶材Si、石墨和Al2O3在溅射过程中，溅射压强为0.3Pa，功率为200w，溅射时间为60min，氩气流量为30sccm。较好的是，所述SiCO薄膜层是具有多孔纳米结构的SiCO薄膜层。所述具有多孔纳米结构的SiCO薄膜层制备方法按下述步骤进行：①将试样浸入浓度50%的氢氟酸溶液4分钟，然后浸入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔SiCO基一氧化氮传感器，其特征在于：包括单晶硅基板，单晶硅基板上依次设有SiO2薄膜层、SiBCO薄膜层和SiCO薄膜层，SiCO薄膜层上经SiAlCO薄膜层设有电极。

【技术特征摘要】
1.一种多孔SiCO基一氧化氮传感器，其特征在于：包括单晶硅基板，单晶硅基板上依次设有SiO2薄膜层、SiBCO薄膜层和SiCO薄膜层，SiCO薄膜层上经SiAlCO薄膜层设有电极。2.根据权利要求1所述的多孔SiCO基一氧化氮传感器，其特征在于：所述SiO2薄膜层、SiBCO薄膜层的厚度均为95-105nm。3.根据权利要求1所述的多孔SiCO基一氧化氮传感器，其特征在于：所述SiAlCO薄膜层的厚度为95-105nm。4.根据权利要求1所述的多孔SiCO基一氧化氮传感器，其特征在于：所述SiCO薄膜层的厚度为800nm。5.根据权利要求1、2、3或4所述的多孔SiCO基一氧化氮传感器，其特征在于：制备方法按下述步骤进行：①对单晶硅基板用丙酮超声清洗8分钟，然后分别用去离子水和酒精超声波清洗8分钟；②重复五遍步骤①，再在真空干燥箱中烘干；③在真空条件下对单晶硅基板进行离子束溅射清洗；④在纯度为99.99%的氩气作为工作气体的环境下，采用磁控溅射的方法将溅射靶材溅射到单晶硅基板表面形成衬体；所述溅射靶材分别是SiO2，Si、石墨和硼，Si和石墨、Si、石墨和Al2O3；所述衬体分别是SiO2薄膜层、SiBCO薄膜层、SiCO薄膜层和SiAlCO薄膜层；得硅碳基薄膜；⑤在硅碳基薄膜表面制作电极后封装得传感器。6.根据权利要求5所述的多孔SiCO基一氧化氮传感器，其特征在于：所述溅射靶材置于距单晶硅基板的距离为5cm。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖宁波，郭志，张淼，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33