一种纳米线气体传感器及电子鼻系统技术方案

本实用新型专利技术属于电子技术领域，公开了一种纳米线气体传感器及电子鼻系统，纳米线气体传感器包括衬底和多根纳米线，多根纳米线设置在衬底的上表面，每个纳米线的两端均设置有电极，多根纳米线的表面分别覆盖多种表面修饰层；通过单根纳米线(或有限根数的纳米线)形成独立纳米线器件，从而形成纳米线器件阵列。通过多根纳米线的表面分别覆盖多种表面修饰层，使得不同的纳米线器件具备不同的气体响应特性，从而实现气体成分识别。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米线气体传感器及电子鼻系统
本技术属于电子
，尤其涉及纳米线气体传感器及电子鼻系统。
技术介绍
与其他类型的气体传感器(如电化学、催化燃烧、吸收光谱等)相比，半导体气体传感器具有成本低、体积小、可集成等优势。目前，产业化的半导体气体传感器，主要采用SnO2纳米颗粒作为敏感材料(JournalofIndustrialandEngineeringChemistry,44,2016,1–22)。但是，纳米颗粒之间存在大量的孔隙和晶界缺陷，这劣化了敏感材料的稳定性和可靠性；而且，SnO2纳米材料需要在高温下(200～500℃)才对气体分子敏感，因此传感器的加热功耗很大(约1W量级)。即使采用微热板加热，传感器的加热功耗仍有几十毫瓦。此外，SnO2气体传感器，对于不同的氧化性(或还原性)气体，均有一定的灵敏度，无法辨别气体成分(即选择性较差)。为了解决选择性问题，人们提出了“电子鼻”的方法——采用传感器阵列，来辨别气体成分。其中，不同传感器对特定气体的灵敏度存在差异，通过比较不同传感器之间的响应差异，可以实现对气体成分的辨别。并且，传感器的种类和数量越多，电子鼻的识别能力越强。但是，当前微热板尺寸仍然较大(约百微米量级)，无法实现大规模集成。因此，传感器的大规模集成能力，是面临的另一挑战。纳米线器件具有大规模集成的潜力，但是现有纳米线气体传感器仍未实现传感器阵列的大规模集成，也无法识别气体成分。因此，需要解决纳米线气体传感器的大规模集成工艺、以及实现气体成分的识别功能。
技术实现思路
>本技术提供了一种纳米线气体传感器及电子鼻系统，旨在解决传统技术纳米线气体传感器的大规模集成技术，从而解决气体成分识别的问题。本技术是这样实现的，一种纳米线气体传感器，所述纳米线气体传感器包括衬底和多根纳米线，多根所述纳米线设置在所述衬底的上表面，每个所述纳米线的两端均设置有电极，多根所述纳米线的表面分别覆盖多种表面修饰层。在其中一个实施例中，多种所述纳米线平行排列在所述衬底的上表面。在其中一个实施例中，多种所述纳米线包括元素半导体纳米线、金属氧化物半导体纳米线和化合物半导体纳米线中的至少一种。在其中一个实施例中，化合物半导体纳米线为氮化物半导体纳米线。在其中一个实施例中，多种所述表面修饰层包括金属催化剂镀层、金属氧化物催化剂镀层、氧化层和半导体金属氧化物层中的至少一种。在其中一个实施例中，所述表面修饰层和所述纳米线形成芯包层结构。在其中一个实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底或石英衬底。本技术实施例还提供一种电子鼻系统，所述电子鼻系统包括如上述的纳米线气体传感器。本技术实施例通过单根纳米线(或有限根数的纳米线)形成独立纳米线器件，从而形成纳米线器件阵列。通过多根纳米线的表面分别覆盖多种表面修饰层，使得不同的纳米线器件具备不同的气体响应特性，从而实现气体成分识别。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术技术，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的纳米线气体传感器的一种结构示意图；上述图中标号含义如下：1.1、1.2、……至1.N+1-纳米线；2-衬底；4-表面修饰层。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。图1示出了本技术实施例提供的纳米线气体传感器的结构，为了便于说明，仅示出了与本技术实施例相关的部分，详述如下：纳米线气体传感器，如图1所示，包括衬底2和多根纳米线1.N，多根所述纳米线1.N设置在所述衬底2的上表面，每个所述纳米线1.N的两端均设置有电极，多根所述纳米线1.N的表面分别覆盖多种表面修饰层4。通过每个所述纳米线1.N的两端均设置有电极，单根纳米线(或有限根数的纳米线)形成独立纳米线器件，从而形成纳米线器件阵列。通过多根所述纳米线1.N的表面分别覆盖多种表面修饰层4，使得不同的纳米线器件具备不同的气体响应特性，从而实现气体成分识别。具体实施中，多种所述纳米线1.N平行排列在所述衬底的上表面。其中，多种所述纳米线1.N包括半导体纳米线中的至少一种。半导体纳米线材质包括元素半导体(如硅和锗等)、金属氧化物半导体(如SnO2、Ga2O3和ZnO等)、以及化合物半导体(如GaAs、InP和GaN等)，其中优选氮化物纳米线(如GaN、AlGaN、InAlGaN和InGaN等)。其中，所述氮化物纳米线通过紫外光照可以实现在室温下工作(即无需高温加热)。其中的紫外光照的波长可以是小于380nm的紫外光。通过改变紫外光照的强度，可以调节敏感特性。紫外光照强度约1mW/cm2时，对氧气敏感；当紫外光强度降低(如光强<0.1mW/cm2)时，对氧气的敏感度降低。敏感度是指纳米线表面接触待测气体时，纳米线电阻值的变化率，即阻值改变量占原阻值的比例，也可称为灵敏度或响应度。其中，所述氮化物纳米线，通过增加紫外光照强度，可以增加对氧气的敏感度，而对乙醇等VOC气体的敏感度较差(例如对浓度小于500ppm的乙醇灵敏度接近零)，因此对氧气具有良好的选择性。其中的紫外光照强度可以在100μW/cm2至10mW/cm2之间。其中，多种所述表面修饰层包括金属催化剂镀层、金属氧化物催化剂镀层、氧化层、钯镀层和半导体金属氧化物层中的至少一种。对于氮化物纳米线，表面修饰层采用钯镀层(在氮化物纳米线表面镀钯)，可以提高对氢气、甲烷和一氧化碳的敏感度。对于氮化物纳米线，表面修饰层采用半导体金属氧化物层(在氮化物纳米线表面镀半导体金属氧化物薄膜)，可以提高对乙醇、甲醛等VOC气体的敏感度。调节金属氧化物薄膜的厚度，可以调节对不同气体的敏感度。半导体金属氧化物可以为SnO2、In2O3、Ga2O3、ZnO和TiO2。采用氮化物纳米线这种新型敏感材料(氮化物属于第三代半导体材料)，具有更好的化学稳定性(如耐酸碱腐蚀)、物理稳定性(如耐高温)，而且无需加热(低功耗)。具体实施中，所述表面修饰层4和所述纳米线1.N形成芯包层结构。对于氮化物纳米线，表面修饰层采用氮氧化层(对氮化物纳米线表面进行氧化)，形成氮化物和氮氧化物的芯包层结构，可以提升纳米线对甲烷和VOC(volatileorganiccompound，挥发性有机化合物)气体的敏感度。氮氧化层的厚度在1nm至100nm之间。所述衬底2可以为蓝宝石衬底或石英衬底。通过采用纳米线器件阵列，并且不同的纳米线器件进行不同的表面修饰，由于光照强度、催化剂种类、催化剂厚度、以及氧化层厚度的不同，使得不同的纳米线器件对同种气体的敏感度不同，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米线气体传感器，其特征在于，所述纳米线气体传感器包括衬底和多根纳米线，多根所述纳米线设置在所述衬底的上表面，每个所述纳米线的两端均设置有电极，多根所述纳米线的表面分别覆盖多种表面修饰层。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米线气体传感器，其特征在于，所述纳米线气体传感器包括衬底和多根纳米线，多根所述纳米线设置在所述衬底的上表面，每个所述纳米线的两端均设置有电极，多根所述纳米线的表面分别覆盖多种表面修饰层。


2.根据权利要求1所述的纳米线气体传感器，其特征在于，多种所述纳米线平行排列在所述衬底的上表面。


3.根据权利要求1所述的纳米线气体传感器，其特征在于，多种所述纳米线包括元素半导体纳米线、金属氧化物半导体纳米线和化合物半导体纳米线中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的纳米线气体传感器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，赵丹娜，尚瑞晨，段海波，吴海宁，
申请(专利权)人：深圳市微纳集成电路与系统应用研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44