一种光辅助纳米线气体传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种光辅助纳米线气体传感器，包括由上至下依次设置的纳米线、衬底和发光结构；所述纳米线两端分别设置有电极，所述纳米线通过所述电极与所述衬底连接。本实用新型专利技术体底面设置光反射层将向下辐射的光波反射回纳米线，提高了光波的利用效率，从而降低发光功耗。在衬底下表面制备弧形聚光结构，弧形结构起到光学透镜的作用，可以将发光结构辐射的光波汇聚到纳米线表面，进一步提高了光波的利用效率。纳米线表面镀催化剂，提高对特定气体的灵敏度以及响应速率。

【技术实现步骤摘要】
一种光辅助纳米线气体传感器
本技术涉及一种光辅助纳米线气体传感器。
技术介绍
目前，半导体气体传感器主要采用金属氧化物(如SnO2)纳米颗粒作为敏感材料。但是，纳米颗粒之间存在大量的缝隙和晶界缺陷，这劣化了材料稳定性；而且，为了提高灵敏度，金属氧化物通常需要加热到300摄氏度以上工作，高温加热使器件功耗加大，同时降低了器件的稳定性和可靠性(高温会导致纳米颗粒合并或增大)；此外，当电流信号通过颗粒边界时(或晶界缺陷时)易受干扰，信号噪声大。采用半导体单晶纳米线作为敏感材料，具有以下优势：单晶结构消除了晶界缺陷，具有优异的材料稳定性；纳米线具有大的比表面积，可实现高灵敏度检测；单晶纳米线自身是导电通道，工作电流低；单晶纳米线可以集成，易于制备微型传感器。更重要的是，采用紫外LED辅助光照，GaN纳米线可以在室温下工作，大幅降低了器件功耗。与高温工作的传统SnO2传感器(其加热功耗约1瓦)相比，紫外LED的功耗相对较低(约几十毫瓦)。但是，引入紫外LED，会增加传感器体积，而且几十毫瓦的LED功耗仍然较高。因此研发新的光辅助纳米线气体传感器，进一步降低器件的功耗和体积，是本技术的创研动机。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种光辅助纳米线气体传感器，本技术采取的技术方案为：一种光辅助纳米线气体传感器，包括由上至下依次设置的纳米线、衬底和发光结构；所述纳米线两端分别设置有电极，所述纳米线通过所述电极与所述衬底连接。其中，所述纳米线与所述发光结构之间设置有聚光结构，用于汇聚发光结构辐射出的光束。其中，所述聚光结构为设置在衬底上呈弧形的聚光凸起，用于将发光结构所辐射的光束汇聚到纳米线表面。其中，所述聚光凸起的聚光点对应所述纳米线分布，即聚光点的位置与纳米线的分布位置保持一致(例如：纳米线呈线状分布，聚光点也是线状)。其中，光辅助纳米线气体传感器还包括光反射层，所述发光结构设置在所述衬底与所述光反射层之间其中，所述衬底的上表面设有凹槽，所述纳米线设置在所述凹槽的槽口处，并桥接凹槽两侧的侧壁。其中，所述电极铺设在所述衬底上表面的凹槽两侧，所述纳米线两端分别与两侧的电极连接，该连接为纳米线生长过程中形成的一体化结合，即纳米线与凹槽侧壁融为一体的结合方式，属于共价键结合，而非物理接触式结合。其中，所述发光结构设置在所述衬底与所述光反射层之间，所述发光结构与所述光反射层之间还设置有第二衬底层。其中，所述纳米线的上表面镀有催化剂，所述催化剂为金属或金属氧化物。本技术将半导体纳米线与发光结构集成在一起，从纳米线的衬底一侧光照纳米线提高光波的利用效率(即降低光照功耗)并减小器件体积。并且体底面设置光反射层将向下辐射的光波反射回纳米线，提高了光波的利用效率，从而降低发光功耗。在衬底下表面制备弧形聚光结构，弧形结构起到光学透镜的作用，可以将发光结构辐射的光波汇聚到纳米线表面，进一步提高了光波的利用效率。纳米线表面镀催化剂，提高对特定气体的灵敏度以及响应速率。从纳米线的衬底一侧光照纳米线；在纳米线的衬底一侧集成发光结构和聚光结构；在纳米线的上表面镀催化剂，可以同时兼顾纳米线的“辅助光照”、“表面附着催化剂”以及“气流接触”，三者间互不干扰，从而可以大幅降低器件功耗、减小器件体积、以及改善器件稳定性。附图说明图1为本技术实施例的光辅助纳米线气体传感器实施例一的结构图。图2为本技术实施例的光辅助纳米线气体传感器实施例二的结构图。图3为本技术实施例的光辅助纳米线气体传感器实施例三的结构图。图4为本技术实施例的光辅助纳米线气体传感器实施例四的结构图。图5为本技术实施例的光辅助纳米线气体传感器实施例五的结构图。图中，纳米线1、电极2、发光结构3、衬底4、光波5、光反射层6、凹槽7、聚光凸起8、催化剂9、第二衬底层10。具体实施方式下面将结合实施例以及附图对本技术加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本技术的理解，而对其不起任何限定作用。参见图1-5所示，本实施例提供一种光辅助纳米线气体传感器，包括由上至下依次设置的纳米线1、衬底4和发光结构3。本实施例是用光照射纳米线1，并在纳米线1内部激发光生载流子，即电子-空穴对。从而促进气体分子在纳米线1表面的化学吸附。发光结构3位于纳米线1下方衬底4一侧，不会遮挡衬底4表面的气流通过，不会影响纳米线1与气流的接触。将半导体纳米线与发光结构集成在一起，从纳米线的衬底一侧光照纳米线提高光波的利用效率(即降低光照功耗)并减小器件体积。进一步地，发光结构3为LED结构或激光器结构。纳米线1两端分别设置有电极2，纳米线1通过电极2与衬底4连接。其中，纳米线1优选材料为GaN、SnO2、TiO2、NiO以及ZnO；衬底4优选半导体材料硅、砷化镓、氮化镓等或绝缘材料蓝宝石、石英等或金属材料钛、氮化钛等，最优选用绝缘材料；电极材料优选GaN、AlGaN、TiN、InGaN、SnO2以及ZnO等具有高导电能力(或高掺杂)的半导体材料。纳米线与发光结构之间设置有聚光结构，用于汇聚发光结构辐射出的光束，聚光结构包括设置在衬底4上呈弧形的聚光凸起8。聚光凸起8可为和衬底4一体成型的，也可为独立的光学透镜并连接在衬底4的下表面上。优选地，聚光凸起8呈柱状或球状。进一步地，聚光凸起8的聚光点对应纳米线1或纳米线1的分布位置，即聚光点的位置与纳米线的分布位置保持一致，例如：纳米线呈线状分布，聚光点也是线状。在衬底4下表面制备弧形聚光结构，弧形结构起到光学透镜的作用，可以将发光结构3辐射的光波5汇聚到纳米线1的表面，进一步提高了光波的利用效率，从而进一步减小器件体积、并降低发光结构3的功耗。衬底4的上表面设有凹槽7，纳米线1设置在凹槽7的槽口处。进一步地，电极2铺设在衬底4上表面的凹槽7的两侧，纳米线1两端分别与两侧的电极2连接。纳米线1生长在凹槽7的其中一个侧壁上，在纳米线1的生长过程中，纳米线1的顶端与凹槽7的另一侧壁触碰、并熔接在一起。这种通过熔接形成的一体化结合更为牢固，因此电极接触更为稳定可靠。光辅助纳米线气体传感器还包括光反射层6，发光结构3设置在衬底4与光反射层6之间，发光结构3与光反射层6之间还设置有第二衬底层10。采用了单独的衬底和发光结构，可以直接采用成熟的LED或激光器芯片作为发光结构3。底面设置光反射层6将向下辐射的光波5反射回纳米线1，提高了光波的利用效率，从而降低发光功耗，并减小器件体积。优选地，发光结构3的形状与纳米线1的分布形状一致，均为细长条状，从而减少光波5照射到纳米线之外的区域。纳米线1的上表面可以镀有催化剂9，催化剂9为金属或金属氧化物。纳米线在其表面镀催化剂9，提高对特定气体的灵敏度以及响应速率。由于镀膜工艺，如溅射或蒸发工艺均具有方向性，只能在纳米线一侧镀膜，如在纳米线上表面镀催化剂9；因此，从纳米线下表面一侧光照，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光辅助纳米线气体传感器，其特征在于，包括的纳米线、衬底和发光结构；所述纳米线两端分别设置有电极，所述纳米线通过所述电极与所述衬底连接；其中/n所述发光结构设置于所述衬底的上表面，所述纳米线设置于所述发光结构上；或，/n所述发光结构设置于所述衬底的下表面，所述纳米线设置于所述衬底的上表面；或，/n所述发光结构设置于所述衬底的下表面，所述纳米线设置于所述衬底上表面的凹槽内；或，/n所述衬底的下表面设置有聚光结构，所述发光结构设置于所述聚光结构的下表面，所述纳米线设置于所述衬底上表面的凹槽内；或/n所述衬底的下表面设置有聚光结构，所述发光结构设置于所述聚光结构的下方，所述纳米线设置于所述衬底上表面的凹槽内。/n

【技术特征摘要】
20190530 CN 20192084589381.一种光辅助纳米线气体传感器，其特征在于，包括的纳米线、衬底和发光结构；所述纳米线两端分别设置有电极，所述纳米线通过所述电极与所述衬底连接；其中
所述发光结构设置于所述衬底的上表面，所述纳米线设置于所述发光结构上；或，
所述发光结构设置于所述衬底的下表面，所述纳米线设置于所述衬底的上表面；或，
所述发光结构设置于所述衬底的下表面，所述纳米线设置于所述衬底上表面的凹槽内；或，
所述衬底的下表面设置有聚光结构，所述发光结构设置于所述聚光结构的下表面，所述纳米线设置于所述衬底上表面的凹槽内；或
所述衬底的下表面设置有聚光结构，所述发光结构设置于所述聚光结构的下方，所述纳米线设置于所述衬底上表面的凹槽内。
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄辉，渠波，赵丹娜，李志瑞，尚瑞晨，李昰达，王梦园，
申请(专利权)人：深圳感圣科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44