一种二氧化碳传感器及其制备方法技术

本发明专利技术一种二氧化碳传感器及其制备方法，属于二氧化碳传感器技术领域，所要解决的技术问题为：提供一种二氧化碳传感器硬件结构及其制备方法的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：在硅衬底上生成高晶体质量的氮化镓/铝氮化镓外延片，外延片一端刻蚀后利用电极制备工艺沉积铝电极，另一端直接光刻成铂电极，然后在两电极之间涂敷PEI和淀粉的混合物，由此获得一种检测范围广、可重复使用、稳定性好、材料利用率高的二氧化碳传感器；本发明专利技术制备的二氧化碳传感器具有检测范围广、价格便宜、易检测、可重复使用等有益效果；本发明专利技术安装应用于二氧化碳检测电路中。二氧化碳检测电路中。二氧化碳检测电路中。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳传感器及其制备方法


[0001]本专利技术一种二氧化碳传感器及其制备方法，属于二氧化碳传感器


技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展，在制作碳酸饮料、进行焊接、生产果蔬等过程中需要增加二氧化碳含量来提高生产效率，而一旦人体内吸入浓度超过20%二氧化碳时，会在血液中形成碳酸，造成酸中毒；因此开发检测二氧化碳浓度的气体传感器将有助于提高生产效率和保障操作人员的身体健康。
[0003]传统二氧化碳传感器采用红外检定技术对气体进行检测，价格昂贵，检测气体浓度范围只有0%~0.5%，因此制作出一款成本低，检测范围广的二氧化碳传感器是很有必要的；目前使用的氮化镓气体传感器在用于检测二氧化碳浓度时，检测范围可以达到0%~50%，可以很好解决传统二氧化碳传感器检测范围窄的缺点；但氮化镓应用于检测二氧化碳的电路中时，需要先进行两端刻蚀处理，再采用磁控溅射法将金属依次溅射到氮化镓和铝镓氮中间形成电极，该方法步骤繁琐，处理价格昂贵，且制作出的气体传感器使用寿命短。综上所述，针对目前二氧化碳传感器领域，需要找到一种检测范围广、制作步骤简单、使用寿命长的二氧化碳传感器。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种二氧化碳传感器硬件结构及其制备方法的改进。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种二氧化碳传感器，包括硅衬底层和沉积在硅衬底层上的外延片，所述外延片具体为高晶体质量氮化镓或铝氮化镓外延片，所述外延片从下到上依次沉积有：氮化铝缓冲层、铝镓氮缓冲层、氮化镓耐压层、氮化镓层、氮化铝缓冲层、铝镓氮层、氮化镓盖帽层；在所述外延片上的一端刻蚀并采用磁控溅射沉积有铝电极，所述外延片上的另一端采用光刻方式形成铂电极；另外还在外延片的顶部、铝电极与铂电极之间涂有聚乙烯亚胺和淀粉组成的混合物；在所述铝电极和铂电极的顶部还涂有钝化层。
[0006]所述硅衬底层的厚度为0
‑
2000um；所述氮化铝缓冲层的厚度为100
‑
300nm；所述铝镓氮缓冲层的厚度为1000
‑
2000nm；所述氮化镓耐压层的厚度为1500
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3000nm；所述氮化镓层的厚度为200
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400nm；所述氮化铝缓冲层的厚度为0
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2nm；所述铝镓氮层的厚度为10
‑
20nm；
所述氮化镓盖帽层的厚度为0
‑
2nm；所述铝电极的厚度为120nm
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150nm；所述铂电极的厚度为20nm
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50nm。
[0007]所述钝化层具体为氮化硅、硅铝氮、三氧化二铝中的一种或几种；所述钝化层的厚度为10
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30nm；所述钝化层没有全部覆盖铝电极、铂电极，在钝化层没有覆盖的部分开有用于电路接线的凹槽。
[0008]所述混合物中的聚乙烯亚胺和淀粉的混合比例为2:1。
[0009]一种二氧化碳传感器的制备方法，包括如下制备步骤：步骤一：在硅衬底层上成长出高晶体质量的氮化镓或铝氮化镓外延片；步骤二：在外延片的一端采用熔融氢氧化钠或氢氧化钾对外延片进行刻蚀形成长方体凹槽，在凹槽处采用磁控溅射技术在氮化镓层中沉积120nm
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150nm厚度的铝电极，所述铝电极与外延片之间形成欧姆接触；在外延片另一端的表层采用光刻技术制作20nm
‑
50nm厚度的铂电极，使铂电极与铝镓氮层形成肖特基二极管；步骤三：在铝电极和铂电极的表面沉积钝化层；步骤四：将聚乙烯亚胺和淀粉按照2:1的比例混合在一起，使用磁力搅拌器使其混合均匀，将混合均匀的混合物溶液涂敷到外延片上、铝电极和铂电极之间；步骤五：将整个外延片置于烘干箱中蒸发溶剂，在外延片上形成稳定的薄膜，完成整个二氧化碳传感器器件的制作。
[0010]所述步骤一的具体步骤为：在1000um的硅衬底层上依次成长200nm的氮化铝缓冲层、1600nm的铝镓氮缓冲层、2200nm的氮化镓耐压层、300nm的氮化镓、1nm的氮化铝缓冲层、18nm的铝镓氮层、1nm的氮化镓盖帽层，成长完成后将制备出包含高晶体质量氮化镓或铝氮化镓的外延片。
[0011]所述步骤二中对外延片材料的刻蚀厚度为100nm。
[0012]所述步骤二中对已经制备好电极的外延片还需要进行裂片，使外延片均匀的分割为5mm
×
5mm的外延片单元；在5mm
×
5mm的外延片中的铝电极的规格为1mm*5mm*150nm，铂电极的规格为1mm*5mm*50nm。
[0013]所述步骤三中沉积的钝化层的规格为1mm*4mm*20nm。
[0014]本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：本专利技术应用氮化镓/铝氮化镓中间的二维电子通道与聚乙烯亚胺（PEI）和淀粉混合物复合制备出一种新型二氧化碳传感器，针对现有的二氧化碳传感器检测范围窄、氮化镓基电极制作较复杂、使用寿命不长等问题，利用氮化镓/铝氮化镓中间的二维电子通道和PEI在淀粉作用下对二氧化碳具有灵敏度高、选择性好、器件稳定性好等特点，设计硅衬底为基底材料，制备出高晶体质量的氮化镓/铝氮化镓外延片，并利用光刻技术在外延片上制作铂电极形成肖特基二极管代替普通电极，最后通过钝化层保护材料和电极完成制备，制备出的二氧化碳传感器的检测范围可以从0%
‑
0.5%扩展到0%
‑
50%，同时降低了制作成本，使用寿命长；同时在制备过程中简化了制作工艺，本专利技术制作的二氧化碳传感器减少了刻蚀工序，充分利用了氮化镓/铝氮化镓材料，另
外传感器中使用的外延片具有良好的生物相容性和环境友好性。
附图说明
[0015]下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术二氧化碳传感器外延片的结构示意图；图2为本专利技术二氧化碳传感器电极的结构示意图；图3为本专利技术二氧化碳传感器钝化层的结构示意图；图4为本专利技术二氧化碳传感器使用时的电路结构示意图；图中：11为外延片、1为硅衬底层、2为氮化铝缓冲层、3为铝镓氮缓冲层、4为氮化镓耐压层、5为氮化镓层、6为氮化铝缓冲层、7为铝镓氮层、8为氮化镓盖帽层、9为铝电极、10为铂电极、21为混合物、22为钝化层。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面将结合本专利技术中的实施例和附图，对本专利技术进行进一步清楚、完整地描述；显然，此处所描述的具体实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；下面结合实施例和附图详细说明本专利技术的技术方案，但保护范围不被此限制。
[0017]如图1至图3所示，本专利技术提供的二氧化碳传感器属于气体传感器
，特别是涉及一种新型电极制作步骤、以及检测范围广的二氧化碳传感器，可将其应用于检测二氧化碳的电路中，制备图中传感器的步骤流程为：一、在1000um硅衬底上依次生长200nm的氮化铝缓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳传感器，包括硅衬底层（1）和沉积在硅衬底层（1）上的外延片（11），其特征在于：所述外延片（11）具体为高晶体质量氮化镓或铝氮化镓外延片，所述外延片（11）从下到上依次沉积有：氮化铝缓冲层（2）、铝镓氮缓冲层（3）、氮化镓耐压层（4）、氮化镓层（5）、氮化铝缓冲层（6）、铝镓氮层（7）、氮化镓盖帽层（8）；在所述外延片（11）上的一端刻蚀并采用磁控溅射沉积有铝电极（9），所述外延片（11）上的另一端采用光刻方式形成铂电极（10）；另外还在外延片（11）的顶部、铝电极（9）与铂电极（10）之间涂有聚乙烯亚胺和淀粉组成的混合物（21）；在所述铝电极（9）和铂电极（10）的顶部还涂有钝化层（22）。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳传感器，其特征在于：所述硅衬底层（1）的厚度为0
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2000um；所述氮化铝缓冲层（2）的厚度为100
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300nm；所述铝镓氮缓冲层（3）的厚度为1000
‑
2000nm；所述氮化镓耐压层（4）的厚度为1500
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3000nm；所述氮化镓层（5）的厚度为200
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400nm；所述氮化铝缓冲层（6）的厚度为0
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2nm；所述铝镓氮层（7）的厚度为10
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20nm；所述氮化镓盖帽层（8）的厚度为0
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2nm；所述铝电极（9）的厚度为120nm
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150nm；所述铂电极（10）的厚度为20nm
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50nm。3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳传感器，其特征在于：所述钝化层（22）具体为氮化硅、硅铝氮、三氧化二铝中的一种或几种；所述钝化层（22）的厚度为10
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30nm；所述钝化层（22）没有全部覆盖铝电极（9）、铂电极（10），在钝化层（22）没有覆盖的部分开有用于电路接线的凹槽。4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳传感器，其特征在于：所述混合物（21）中的聚乙烯亚胺和淀粉的混合比例为2:1。5.一种二氧化碳传感器的制备方法，其特征在于：包括如下制备步骤：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩丹，刘琭琭，桑胜波，禚凯，冀健龙，张文栋，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：