一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法。该半导体薄膜气体传感器包括衬底、以及设置于所述衬底第一表面的半导体薄膜；所述半导体薄膜表面设置有电极；所述半导体薄膜的上方设置有用于照射所述半导体薄膜的光源；或，所述半导体薄膜底部设置有用于照射所述半导体薄膜的光源；或，所述衬底的第二表面设置有用于照射所述半导体薄膜的光源，所述衬底第一表面和所述衬底第二表面相对设置。本发明专利技术通过设置光源照射半导体薄膜，可以提高灵敏度，从而避免了高温加热，功耗更低、更为稳定，其可以检测氧气和甲烷，而现有SnO

【技术实现步骤摘要】
一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法
本专利技术涉及半导体传感器
，具体涉及一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法。
技术介绍
半导体薄膜气体传感器被广泛用于检测液体或气体样品的成份(即微量物质含量)，其工作原理是：待测物(如离子或分子)与半导体表面接触、并在表面发生化学反应，从而改变半导体材料的电阻(或产生反应电流)(NanoToday,2011,6,131-154；Talanta,2017,165,540-544)。为了提高传感器的检测灵敏度，需要提高敏感材料的比表面积，比如采用纳米颗粒作为敏感材料。目前，半导体气体传感器产品，大多采用SnO2纳米颗粒作为敏感材料，该敏感材料具有以下缺点：纳米颗粒容易受外界温湿度影响，稳定性较差；需要高温加热(>200摄氏度，以下简称“度”)，功耗较大；高温下，纳米颗粒的晶界缺陷会移动、晶粒会变大，灵敏度会劣化；在空气氛围中对氧气不敏感。与纳米颗粒相比，薄膜材料的稳定性可以大幅提高，但是灵敏度较低。目前，通过采用光照代替高温加热，可以降低传感器功耗。但是，现有纳米颗粒敏感材料的制备工艺复杂，一致性较差。对于薄膜敏感材料(如氧化物薄膜)，通常是直接沉积生成氧化物薄膜，无法有效控制薄膜的氧含量，并且晶体质量较差(由于沉积过程中氧化物分子的迁移率较低)。综上所述，如何实现低功耗、高稳定性的半导体气体传感器，是本专利技术的创研动机。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种半导体薄膜气体传感器及其制备方法。>本专利技术的一种半导体薄膜气体传感器，其技术方案为：半导体薄膜气体传感器包括衬底、以及设置于所述衬底第一表面的半导体薄膜；所述半导体薄膜表面设置有两个电极；所述半导体薄膜的上方设置有用于照射所述半导体薄膜的光源；或，所述半导体薄膜底部设置有用于照射所述半导体薄膜的光源；或，所述衬底的第二表面设置有用于照射所述半导体薄膜的光源，所述衬底第一表面和所述衬底第二表面相对设置。本专利技术提供的一种半导体薄膜气体传感器，还包括如下附属技术方案：其中，所述半导体薄膜采用半导体氧化物材料或半导体氧化物的复合材料制作。其中，所述半导体氧化物包括氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化镓、氧化镍、氧化钛、氧化钨或氧化铜。其中，所述半导体薄膜采用对氧气、甲烷、或挥发性有机物敏感的材料制作。其中，所述半导体薄膜的表面镀有催化剂。其中，两个所述电极分别设置于所述半导体薄膜表面两端的位置。其中，所述衬底为硅衬底、石英衬底或蓝宝石衬底，所述光源为LED。其中，所述光源的波长小于450nm，所述光源的功率小于20mW。本专利技术还提供了一种半导体薄膜气体传感器的制备方法，该方法包括：(1)、在衬底的第一表面沉积半导体氧化物薄膜；或，在衬底的第一表面沉积金属薄膜，然后置于氧气氛围中高温加热，使得金属薄膜氧化成半导体氧化物薄膜。(2)、在所述半导体薄膜表面制备两个电极；(3)、在所述半导体薄膜的上方设置光源照射所述半导体薄膜；或，在所述半导体薄膜底部设置光源照射所述半导体薄膜；或，在所述衬底的第二表面设置光源照射所述半导体薄膜，所述衬底第一表面和所述衬底第二表面相对设置。其中，在步骤(3)中，可以低温加热所述半导体氧化物薄膜，以除去薄膜表面吸附的水汽。本专利技术提供的半导体薄膜气体传感器，通过设置光源照射半导体薄膜，可以提高灵敏度，从而避免了高温加热，功耗更低、更为稳定；通过不同薄膜的组合，可以分别优化光吸收效应和气体吸附效应；并且，本专利技术的半导体薄膜气体传感器可以检测氧气和甲烷，而现有SnO2纳米颗粒传感器在空气氛围中对氧气的灵敏度很差。附图说明图1为本专利技术中的实施例1中的半导体薄膜气体传感器的结构示意图。图2为本专利技术中的实施例2、3中的半导体薄膜气体传感器的结构示意图。图3为本专利技术中的实施例4中的半导体薄膜气体传感器的结构示意图。具体实施方式下面结合实例对本专利技术进行详细的说明。本实施例中提供的半导体薄膜气体传感器，如图1-3所示，包括衬底1、以及设置于所述衬底第一表面的半导体薄膜2；所述半导体薄膜2表面设置有两个电极3；所述半导体薄膜2的上方设置有用于照射所述半导体薄膜2的光源4；或，所述半导体薄膜2底部设置有用于照射所述半导体薄膜2的光源4；或，所述衬底1的第二表面设置有用于照射所述半导体薄膜2的光源4，所述衬底1第一表面和所述衬底第二表面相对设置。需要说明的是，本实施例中的半导体薄膜利用化学气相沉积(如CVD)、物理气相沉积(如磁控溅射)、水热生长、或电化学生长等工艺，在衬底上生长而成。当本实施例中的半导体薄膜的表面吸附待测物(离子、原子或分子)时，由于电子转移(电子在薄膜与待测物之间转移)，使得薄膜电阻发生改变(电阻变化率称为灵敏度)。优选地，本实施例中的半导体薄膜2的厚度在1nm至1μm之间。本专利技术提供的半导体薄膜气体传感器，通过设置光源照射半导体薄膜，可以提高灵敏度，从而避免了高温加热，因此功耗更低、更为稳定；通过不同薄膜的组合，可以分别优化光吸收效应和气体吸附效应；并且，本专利技术的半导体薄膜气体传感器可以检测氧气和甲烷，而现有SnO2纳米颗粒传感器在空气氛围中对氧气的灵敏度很差。在一个实施例中，所述半导体薄膜采用半导体氧化物材料或半导体氧化物的复合材料制作。在一个实施例中，所述半导体氧化物包括氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化镓、或氧化铟。优选地，该半导体薄膜采用氧化锡和氧化铟的复合材料制作。在本实施例中，底层薄膜用于吸收入射光，表层薄膜用于吸附气体分子，因此，本实施例中的半导体薄膜能够分别优化光照效应与气敏特性。具体地，底层薄膜吸收光子，产生的光生载流子(即光生电子和光生空穴)，可以扩散到表层薄膜，并改善表层薄膜的气敏特性。例如，光生电子扩散到薄膜表面，有助于化学吸附氧化性气体(如氧气和二氧化氮等)，从而改善对氧化性气体的灵敏度；同样，光生空穴扩散到薄膜表面，有助于化学吸附还原性气体(如氢气和一氧化碳等)，从而改善对还原性气体的灵敏度。在一个实施例中，所述半导体薄膜采用对氧气、甲烷、或挥发性有机物敏感的材料制作。在本实施例中，该半导体薄膜尤其在低温下(加热温度小于200℃)，对氧气、甲烷和VOC气体具有高灵敏度。其中，VOC气体包含甲醛、乙醇、苯等有机挥发性气体。在一个实施例中，所述半导体薄膜的表面镀有催化剂。在本实施例中，该催化剂可以采用钯或铂制作，钯或铂可以提高对特定气体的灵敏度。示例性地，在半导体薄膜的表面镀钯薄膜，以提高对氢气和一氧化碳的灵敏度。在一个实施例中，两个所述电极分别设置于所述半导体薄膜上靠近其两端的位置。在一个实施例中，所述衬底为石英衬底或蓝宝石衬底，所述光源为LED。在本实施例中，L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体薄膜气体传感器，其特征在于：所述半导体薄膜气体传感器包括衬底、以及设置于所述衬底第一表面的半导体薄膜；/n所述半导体薄膜表面设置有电极；/n所述半导体薄膜的上方设置有用于照射所述半导体薄膜的光源；或，/n所述半导体薄膜底部设置有用于照射所述半导体薄膜的光源；或，/n所述衬底的第二表面设置有用于照射所述半导体薄膜的光源，所述衬底第一表面和所述衬底第二表面相对设置。/n

【技术特征摘要】
20200114 CN 20201007290171.一种半导体薄膜气体传感器，其特征在于：所述半导体薄膜气体传感器包括衬底、以及设置于所述衬底第一表面的半导体薄膜；
所述半导体薄膜表面设置有电极；
所述半导体薄膜的上方设置有用于照射所述半导体薄膜的光源；或，
所述半导体薄膜底部设置有用于照射所述半导体薄膜的光源；或，
所述衬底的第二表面设置有用于照射所述半导体薄膜的光源，所述衬底第一表面和所述衬底第二表面相对设置。


2.根据权利要求1所述的半导体薄膜气体传感器，其特征在于，所述半导体薄膜采用半导体氧化物材料或半导体氧化物的复合材料制作。


3.根据权利要求2所述的半导体薄膜气体传感器，其特征在于，所述半导体氧化物包括氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化镓、氧化镍、氧化钛、氧化钨或氧化铜。


4.根据权利要求1-3任一项所述的半导体薄膜气体传感器，其特征在于，所述半导体薄膜采用对氧气、甲烷、或挥发性有机物敏感的材料制作。


5.根据权利要求1-3任一项所述的半导体薄膜气体传感器，其特征在于，所述半导体薄膜的表面镀有催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，渠波，尚瑞晨，赵丹娜，王梦圆，李志瑞，蔡伟成，
申请(专利权)人：黄辉，渠波，尚瑞晨，
类型：发明
国别省市：辽宁;21