一种基于PEDOT-ZnO纳米异质结的温度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术属于温度测量领域，特别地涉及一种基于PEDOT

【技术实现步骤摘要】
一种基于PEDOT
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ZnO纳米异质结的温度传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于温度测量领域，特别地涉及一种基于PEDOT
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ZnO纳米异质结的温度传感器。

技术介绍

[0002]温度传感器是将温度变化转化为电信号变化的传感器，它利用温敏元件随温度变化反映出的电信号的变化检测温度。现有的温度传感器应用广泛、种类繁多。大致可以分为如下几类：热电偶温度传感器，热敏电阻温度传感器，RTD温度传感器，PN结温度传感器，集成温度传感器，红外线温度传感器等。热电偶温度传感器成本低、测温范围宽但灵敏度和稳定性较差；热敏电阻温度传感器灵敏度高、响应快但测温范围较窄；RTD温度传感器精度和稳定性极高但价格昂贵；PN 结温度传感器是一种半导体敏感器件，它虽然精度较低、响应速度较慢，但是能与半导体与集成电路工艺很好地兼容。随着半导体与集成电路技术的发展和进步，高精度较、响应速度较快并且能够与现代高新产业良好兼容的PN结温度传感器亟待专利技术。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种基于PEDOT
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ZnO纳米异质结的温度传感器，所述温度传感器以PEDOT纳米管和ZnO纳米棒形成的纳米异质结作为温度敏感元件。
[0004]本专利技术发现，以PEDOT纳米管和ZnO纳米棒形成的纳米异质结作为温度敏感元件，制备得到的温度传感器具有较高的准确度、较好的灵敏度和较宽的测温范围，可解决现有的PN结传感器存在的精度低、响应速度慢等问题，理想地应用于半导体与集成电路工艺。
[0005]优选的，所述温度敏感元件为PEDOT纳米管和ZnO纳米棒组成的点接触式P
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N纳米异质结。
[0006]优选的，所述温度传感器包括硅基衬底，所述硅基衬底上设置有叉指电极，所述纳米异质结连接于相邻的叉指电极之间。
[0007]优选的，所述ZnO纳米棒的一端固定于相邻的其中一个叉指电极上，另一端与所述PEDOT纳米管的一端形成点接触，所述PEDOT 纳米管的另一端固定于相邻的另一个叉指电极上；
[0008]同一个所述叉指电极上生长多个ZnO纳米棒，多个所述ZnO纳米棒与同一个所述PEDOT纳米管形成点接触。
[0009]优选的，所述PEDOT纳米管的长度为10～12μm，其外径约为 400～450nm，内径约为250～300nm。
[0010]优选的，所述ZnO纳米棒的长度为3～3.5μm，直径约为 100～150nm。
[0011]优选的，所述硅基衬底包括硅片和涂敷于所述硅片表面的氧化硅绝缘层，所述叉指电极设置于所述氧化硅绝缘层上。
[0012]优选的，本专利技术所述温度传感器的制备方法包括如下步骤：
[0013]1)在P型硅片上沉积SiO2薄膜层；
[0014]2)采用溅射法在所述SiO2薄膜层的表面制备叉指电极和引脚层；
[0015]3)通过光刻溅射和晶种生长在所述叉指电极上生长制备多个垂直排列的ZnO纳米棒；
[0016]4)通过交流介电泳技术将PEDOT纳米管设于相邻的电极之间，使之与多个ZnO纳米棒相连，形成稳定的空气桥结构。
[0017]作为优选的操作方式，所述ZnO纳米棒的制备包括如下步骤：
[0018]1)通过光刻溅射(压力为0.8～1.2pa，功率为110～130W，气氛为14～16sccm O2和28～32sccm N2)制备薄的ZnO种子层；在剥离工艺之后，将具有图案化ZnO种子层的基板在O2气氛中于280～320℃退火15～25分钟；
[0019]2)将基板按晶种面朝下的方向放入装有前驱体溶液的以聚四氟乙烯做衬里的不锈钢高压釜中；在90～100℃下1～3小时合成垂直排列的ZnO纳米棒。
[0020]作为优选的操作方式，所述PEDOT纳米管的设置包括如下步骤：
[0021]将PEDOT分散液滴到叉指电极区域上；然后，通过信号发生器 (MHS
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5200P，MingHe)将振幅为5～7V，频率为1kHz的交流电施加到电极末端约0.5～1.5分钟；在电场力的作用下，悬浮在分散液中的PEDOT纳米管与ZnO纳米棒相连，形成稳定的空气桥结构；
[0022]作为优选的操作方式，本专利技术的温度传感器的制备包括如下步骤：
[0023]1)在P型(100)硅片上沉积300nm的SiO2薄膜层；
[0024]2)采用溅射法制备10nm的Ti和50nm的Au的金属层作为如权利要求1所述的温度传感器的电极和引脚层；
[0025]3)在金属层的上表面涂敷光刻胶进行第一次光刻，经过刻蚀和去除光刻胶之后得到叉指电极和引脚；
[0026]4)然后在第二次光刻中溅射(压力为1pa，功率为120W，气氛为15sccm O2和30sccm N2)制备薄的ZnO种子层；在剥离工艺之后，将具有图案化ZnO种子层的基板在O2气氛中于300℃退火20分钟；
[0027]5)将基板按晶种面朝下的方向放入装有前驱体溶液的以聚四氟乙烯做衬里的不锈钢高压釜中；在95℃下2小时合成垂直排列的 ZnO纳米棒；
[0028]6)将具有图案化ZnO纳米棒的基板用去离子水充分洗涤，在 N2气氛中干燥，最后在O2气氛中于450℃退火30分钟；
[0029]7)通过交流介电泳技术将PEDOT纳米管水平组装在相邻电极之间：首先，将2μL的PEDOT分散液滴到叉指电极区域上；然后，通过信号发生器(MHS
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5200P，MingHe)将振幅为6V，频率为1kHz 的交流电施加到电极末端约1分钟；在电场力的作用下，悬浮在分散液中的PEDOT纳米管与ZnO纳米棒相连，形成稳定的空气桥结构；
[0030]8)在90℃下退火15分钟后即可得到所述的基于PEDOT
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ZnO 纳米异质结的温度传感器。
[0031]本专利技术具有如下有益效果：
[0032]1)本专利技术所述的温度传感器与现有的PN结温度传感器相比，测温范围宽，可实现
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60～90℃范围的测温，具有较高的灵敏度和准确度，而且本专利技术的温度传感器与其他传感器具有更低的能耗更高的稳定性。
[0033]2)本专利技术所述的温度传感器结构简单，制备方法简单，在一定程度上克服了成本与测温范围以及灵敏度的矛盾。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的结构示意图；
[0035]图2为本专利技术的制备流程示意图；
[0036]图3为基于PEDOT
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ZnO纳米异质结的温度传感器的测试结果图；
[0037]图4为基于PEDOT
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ZnO纳米异质结的温度传感器的测试结果图；
[0038]图1中：1硅基衬底，2二氧化硅绝缘层，3金属叉指电极，4ZnO 纳米棒，5PEDOT纳米管。
具体实施方式
[0039]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PEDOT
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ZnO纳米异质结的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器以PEDOT的纳米材料和ZnO的纳米材料形成的纳米异质结作为温度敏感元件。2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述PEDOT纳米材料为PEDOT纳米管或纳米棒，所述ZnO的纳米材料为ZnO的纳米管或纳米棒。3.根据权利要求1或2所述的温度传感器，其特征在于，所述温度敏感元件为PEDOT纳米管和ZnO纳米棒组成的点接触式P
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N纳米异质结。4.根据权利要求1～3任一项所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器包括硅基衬底，所述硅基衬底上设置有叉指电极，所述纳米异质结连接于相邻的叉指电极之间。5.根据权利要求4所述的温度传感器，基特征在于，所述ZnO纳米棒的一端固定于相邻的其中一个叉指电极上，另一端与所述PEDOT纳米管的一端形成点接触，所述PEDOT纳米管的另一端固定于相邻的另一个叉指电极上；同一个所述叉指电极上生...

【专利技术属性】
技术研发人员：任天令，王冬青，刘厚方，简锦明，伍晓明，杨轶，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：