纳米气敏传感器及其形成方法技术

本申请提供一种纳米气敏传感器及其形成方法，其中纳米气敏传感器包括：衬底；依次悬空于衬底表面的第一气敏单元和第二气敏单元；位于所述第一气敏单元和第二气敏单元的两侧的工作电极。本发明专利技术实施例的纳米气敏传感器灵敏度高，本发明专利技术实施例的纳米气敏传感器形成方法步骤简单。

Nano gas sensor and its formation method

The invention provides a nano gas sensor and its forming method, wherein the nano gas sensor includes a substrate; a first gas sensing unit and second gas sensing unit is sequentially left on the surface of the substrate; the working electrode positioned on both sides of the first gas sensing unit and gas sensing unit of the second. The nanometer gas sensor of the invention has high sensitivity, and the method of forming the nano gas sensor is simple in the embodiment of the invention.

【技术实现步骤摘要】
纳米气敏传感器及其形成方法
本专利技术涉及纳米气敏领域，特别涉及一种纳米气敏传感器及其形成方法。
技术介绍
由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性，因此其在电子材料、光学材料、催化、传感、陶瓷增韧等方面都有着广阔的应用前景。但是，随着社会进步和科技发展，用户对传感器的要求也越来越高，现有的纳米气敏传感器的灵敏度已经无法满足需求，且现有的纳米传感器制造较落后，因此，亟待一种新型的纳米气敏传感器和形成方法。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种纳米气敏传感器及其形成方法。本专利技术提供一种纳米传感器的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成第一介质层；在所述第一介质层表面形成第一气敏层；在所述第一气敏层表面形成隔热层；在所述隔热层表面形成第二气敏层；在所述第二气敏层表面形成硬掩膜层；对所述衬底进行退火，使得第一气敏层和第二气敏层具有的纳米晶面不相同；在硬掩膜层上形成图案，沿所述图案依次刻蚀硬掩膜层、第二气敏层、隔热层、第一气敏层和第一介质层，直至暴露出衬底，形成第一气敏单元和第二气敏单元；去除硬掩膜层；形成覆盖所述衬底和第一敏单元和第二气敏单元的第二介质层；在所述第二介质层表面形成掩膜图形，以所述掩膜图形为掩膜，去除第二介质层直至暴露出衬底，且暴露出第二气敏单元表面以及隔热层和第一介质层的侧面；侧向选择性去除第二气敏单元下方的隔热层以及第一气敏单元下方的第一介质层，使得第一气敏单元和第二气敏单元悬空，从而使得第一气敏单元暴露出的纳米晶面与第二气敏单元暴露出的纳米晶面不相同；在第一气敏单元和第二气敏单元的两侧形成工作电极。可选的，所述第一气敏层与第二气敏层材料相同。可选的，所述第一气敏层和第二气敏层的材料为氧化钛、氧化锡或氧化锌。可选的，所述第一气敏层或第二气敏层的暴露出的纳米晶面为{001}、{110}或{111}。可选的，所述第一气敏层和第二气敏层厚度相同。可选的，所述第一气敏层和第二气敏层厚度不同。可选的，所述第二气敏层的厚度大于所述第一气敏层厚度。可选的，所述第一介质层为氧化硅。可选的，所述隔热层为氮化硅。本专利技术还提供一种采用上述任一实施例形成的纳米传感器，包括：衬底；依次悬空于衬底表面的第一气敏单元和第二气敏单元；位于所述第一气敏单元和第二气敏单元的两侧的工作电极。与现有技术相比，本专利技术的纳米传感器灵敏度高，本专利技术的纳米传感器的形成方法工艺简单。更进一步地，本专利技术形成暴露晶面不同的第一气敏单元和第二气敏单元，从而能对气体具有选择性。附图说明图1至图20为本专利技术一实施例的纳米传感器的形成方法过程示意图。具体实施方式现有的气敏传感器的灵敏度较低，无法满足日益增长的需求。另外现有的纳米传感器制造步骤繁杂，制造成本高。为此，本专利技术的专利技术人提出一种优化的纳米气敏传感器的形成方法，能够采用一步退火，同时形成露出的纳米晶面不相同的第一气敏单元和第二气敏单元，节约了工艺步骤，且形成的纳米气敏传感器悬空于衬底表面上，具有较多暴露的表面积，灵敏度高。下面结合具体实施例对纳米气敏传感器的形成方法进行详细描述。请参考图1，提供衬底100。所述衬底100为后续工艺的工作平台。所述衬底100的材料选自单晶硅、多晶硅、非晶硅、或玻璃衬底；所述衬底100也可以选择硅、锗、砷化镓或者硅锗化合物；所述衬底100还可以选择具有外延层或外延层上硅结构；所述衬底100还可以是其他半导体材料，本领域的技术人员可以根据工艺需要合理选择衬底的类型、材料和种类，在此特意申明，不应过分限制本专利技术的保护范围。在一些实施例中，所述衬底100的厚度为500纳米至5微米。请参考图2，在所述衬底100表面形成第一介质层110。所述第一介质层110为氧化硅。所述第一介质层110作为牺牲层，后续选择性去除以使得第一气敏单元悬空。所述第一介质层110的厚度可以为100纳米至500纳米。所述第一介质层110的形成工艺可以为化学气相沉积。请参考图3，在所述第一介质层110的表面形成第一气敏层120。所述第一气敏层120的材料可以为氧化钛、氧化锡或氧化锌。所述第一气敏层120的厚度为50纳米至1000纳米。所述第一气敏层120后续用于形成气敏单元。所述第一气敏层120的形成工艺可以为化学气相沉积或者水热反应工艺。请参考图4，在所述第一气敏层120表面形成隔热层130。所述隔热层130具有如下作用：第一，在后续退火工艺中使得第一气敏层和第二气敏层的温度不同；第二，作为后续悬空第二气敏单元的牺牲层。所述隔热层130的材料为氮化硅。所述隔热层130的厚度为200纳米至1微米。需要说明的是，本领域的技术人员可以根据实际需要，合理的选择所述隔离层的厚度，在此特意声明，不应过分限制本专利技术的保护范围。请参考图5，在所述隔热层130表面形成第二气敏层140。所述第二气敏层140的材料可以为氧化钛、氧化锡或氧化锌。所述第二气敏层140的厚度为50纳米至1000纳米。所述第二气敏层140后续用于形成气敏单元。所述第二气敏层140的形成工艺可以为化学气相沉积或者水热反应工艺。需要说明的是，所述第二气敏层140的厚度可以与第一气敏层120的厚度相同或者不同。在一些实施例中，所述第二气敏层140的厚度与第一气敏层120的厚度不同，从而能够更大窗口的实现一步退火而形成的第一气敏层120的纳米晶面与第二气敏层140不相同。请参考图6，在所述第二气敏层140表面形成硬掩膜层150。所述硬掩膜层150用于保护所述第二气敏层140并在后续图形化中作为刻蚀掩膜层。所述硬掩膜层150的厚度为200纳米至500纳米。所述硬掩膜层150的材料为氮化硅、氮氧化硅。所述硬掩膜层150的形成工艺为化学气相沉积工艺。请参考图7，对所述衬底100进行退火，使得第一气敏层120和第二气敏层140具有的纳米晶面不相同。需要说明的是，本专利技术的专利技术人发现，氧化钛、氧化锡或氧化锌退火工艺的温度不同，退火后形成的纳米晶面也不同。所述纳米晶面可以为{001}、{110}或{111}。为此，本专利技术的专利技术人通过在第一气敏层120和第二气敏层140之间形成隔热层130，从而在同时退火时，第一气敏层120和第二气敏层140的退火温度不同，使得第一气敏层120和第二气敏层140具有的纳米晶面不相同。在一些实施例中，第一气敏层120和第二气敏层140的厚度相同。在另一些实施例中，为了使得退火的窗口优化，可以使得第二气敏层140的厚度大于第一气敏层120的厚度，使得在同时退火工艺中，能够更佳地实现第一气敏层120和第二气敏层140的退火温度不同。在一些实施例中，所述退火可以采用快速热退火。作为一些实施例，退火温度为500摄氏度至800摄氏度，退火载气为Ar或N2，退火载气的流量为0.5升/分钟-10升/分钟，退火时间为2分钟至30分钟。在一些实施例中，所述退火可以为激光退火，激光波长为308nm，能量为20J/cm2-50J/cm2，重复率为220Hz至280Hz；需要说明的是，由于激光退火时，入射时会受沉积在所述衬底100上的各层之间的界面的反射，因此，可以通过调整激光退火的多项参数，使得第一气敏层120和第二气敏层140的退火温度不同。在一些实施例中，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米气敏传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成第一介质层；在所述第一介质层表面形成第一气敏层；在所述第一气敏层表面形成隔热层；在所述隔热层表面形成第二气敏层；在所述第二气敏层表面形成硬掩膜层；对所述衬底进行退火，使得第一气敏层和第二气敏层具有的纳米晶面不相同；在硬掩膜层上形成图案，沿所述图案依次刻蚀硬掩膜层、第二气敏层、隔热层、第一气敏层和第一介质层，直至暴露出衬底，形成第一气敏单元和第二气敏单元；去除硬掩膜层；形成覆盖所述衬底和第一敏单元和第二气敏单元的第二介质层；在所述第二介质层表面形成掩膜图形，以所述掩膜图形为掩膜，去除第二介质层直至暴露出衬底，且暴露出第二气敏单元表面以及隔热层和第一介质层的侧面；侧向选择性去除第二气敏单元下方的隔热层以及第一气敏单元下方的第一介质层，使得第一气敏单元和第二气敏单元悬空，从而使得第一气敏单元暴露出的纳米晶面与第二气敏单元暴露出的纳米晶面不相同；在第一气敏单元和第二气敏单元的两侧形成工作电极。

【技术特征摘要】
1.一种纳米气敏传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底表面形成第一介质层；在所述第一介质层表面形成第一气敏层；在所述第一气敏层表面形成隔热层；在所述隔热层表面形成第二气敏层；在所述第二气敏层表面形成硬掩膜层；对所述衬底进行退火，使得第一气敏层和第二气敏层具有的纳米晶面不相同；在硬掩膜层上形成图案，沿所述图案依次刻蚀硬掩膜层、第二气敏层、隔热层、第一气敏层和第一介质层，直至暴露出衬底，形成第一气敏单元和第二气敏单元；去除硬掩膜层；形成覆盖所述衬底和第一敏单元和第二气敏单元的第二介质层；在所述第二介质层表面形成掩膜图形，以所述掩膜图形为掩膜，去除第二介质层直至暴露出衬底，且暴露出第二气敏单元表面以及隔热层和第一介质层的侧面；侧向选择性去除第二气敏单元下方的隔热层以及第一气敏单元下方的第一介质层，使得第一气敏单元和第二气敏单元悬空，从而使得第一气敏单元暴露出的纳米晶面与第二气敏单元暴露出的纳米晶面不相同；在第一气敏单元和第二气敏单元的两侧形成工作电极。2.如权利要求1所述的纳米气敏传感器的形成方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇，梁艳，张文，丁梦琦，刘艳婷，袁彩雷，俞挺，顾刚，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36