硅微纳米结构气体传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种属于新材料技术领域的硅微纳米结构气体传感器及其制作方法。其特征在于采用金属催化硅腐蚀制备硅微纳米结构，适当添加铂（或金）等催化剂，可以制得对一氧化氮、二氧化氮等氮氧化合物气体、氨气等气体敏感的硅微纳米结构气体传感器。硅微纳米结构气体传感器具有选择性好、稳定性好、寿命长的优点，且工艺稳定，重复性好，便于批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于新材料技术与纳米材料领域。
技术介绍
由于工业生产和环境检测的迫切需要，气体传感器的研究和应用开发一直十分活 跃。气体传感器是一种新型微量分析技术，它是把特定的气体种类及其浓度变成光电等信 号来表示的功能元件。由于气体传感器灵敏度高，选择性好，携带方便和微型化，能用于现 场分析和监控等特点，因此在环境监测、石油化工、以及日常生活中越来越多的被用来作为 有害、易燃易爆气体的检测预报和自动控制装置。目前传统气体传感器存在的主要问题是 灵敏度和选择性等特性不能满足超微量快速检测的要求，但是采用常规气体敏感材料很难 达到超微量快速检测的水平。 最近的微纳米材料研究发现，当传感器材料进入微纳米尺度后，利用其表面效应 和尺度效应可以大幅度提高传感器的探测灵敏度，从而为实现超微量快速检测传感器开辟 了一条崭新的思路。微纳米气敏传感器具有常规传感器不可替代的优点一是微纳米材 料具有庞大的界面，提供了大量气体通道，从而大大提高了灵敏度；二是大大縮小了传感 器的尺寸。微纳米技术为新型纳米气体传感器的发展提供了一系列优良的微纳米气敏功 能材料，如纳米管、纳米带、纳米线，纳米多孔材料等。目前国内外纳米材料气体传感器的 研究已经获得了长足的进展。Kong等人2000年首次用单根单壁碳纳米管制作为化学传 感器，用来检测N02和NH3; 2001年王中林研究组将单根Sn02纳米带制作成气体传感器，用于测量CO及N02。香港城市大学李述汤研究组发现用硅纳米线制备的气体传感器具有很高 的朋3、水蒸汽灵敏度，并且在室温下能够进行实时监控。 在我们专利技术的大面积硅微纳米结构制备技术基础上，我们专利技术了一种基于我们具有自主知识产权技术制备的硅微纳米结 构及其气体传感器制作方法。
技术实现思路
本专利技术目的是设计和提供一种具有高灵敏度的硅微纳米结构气体传感器制作方 法。其特征在于所述方法依次按如下步骤进行 1)利用光刻(或者其它自组装技术)与真空热蒸发技术(或化学镀技术)在清洁 硅表面沉积形成20-200nm厚的具有规则图案的有序银(或金)膜； 2)将步骤(1)得到的沉积有金属膜的硅片浸入含有冊+11202+1120(也可以利用 Fe (N03) 3等氧化剂替换腐蚀液中的H202)的密闭容器中，室温-50摄氏度之间处理4-180分 钟，即可获得有序硅微纳米结构材料； 3)利用化学镀或者电镀等技术在步骤(2)得到硅微纳米结构材料表面沉积一层 纳米铂(或金)颗粒，即可获得硅微纳米结构气敏材料； 4)在步骤(2)得到硅微纳米结构材料表面制备两个间隔一定距离的金属欧姆电 极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件； 5)在步骤(2)得到硅微纳米结构材料表面与背面各制备一个金属欧姆电极，引出 外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件； 6)在步骤(3)得到硅微纳米结构材料表面与背面各制备一个金属欧姆电极，引出 外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件； 7)在步骤(3)得到硅微纳米结构材料表面制备两个间隔一定距离的金属欧姆电 极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件 在上述硅纳米线阵列的制备方法中，所述步骤2氢氟酸浓度范围为l-10mol/L，过 氧化氢浓度范围为0. 02-2mol/L，硝酸铁含量在0. Olmol/1-0. 50mol/l之间。 在上述硅纳米线阵列的制备方法中，所述步骤3氢氟酸含量在0. 2mol/l-13mol/l 之间，硝酸银含量在0. 005mol/l-0. 10mol/l之间附图说明 图1为本专利技术的硅微纳米结构气体传感器示意图。 l金属欧姆电极 2金属欧姆电极 3硅微纳米结构薄膜层 4硅衬底 5背电极具体实施例方式具体实施方式l 在清洁硅表面涂上光刻胶，电子束曝光将光刻掩模板上的纳米结构图形精确地复 制在涂有光致抗蚀剂的清洁硅片表面，用显影液中溶解掉不需要的光刻胶，获得腐蚀时所 需要的、有抗蚀剂保护的图形，图形线宽为100nm。利用高真空热蒸发技术在处理后的硅片 表面沉积一层20纳米厚的金属银膜后，将硅片浸泡在光刻胶剥离溶液中，将硅片表面的抗 蚀剂及覆盖在其上面的银膜去除。随后立即硅片浸入含有HF+H202+H20腐蚀溶液的密闭容 器中，25摄氏度处理30分钟。便得到硅纳米结构阵列。随后将样品在浓硝酸溶液里面浸泡 至少一个小时以去除表面的银膜。在硅纳米结构阵列材料表面沉积间隔一定距离的金属欧姆电极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件。 具体实施方式2 在清洁硅表面涂上光刻胶，电子束曝光将光刻掩模板上的结构图形精确地复制在 涂有光致抗蚀剂的清洁硅片表面，用显影液中溶解掉不需要的光刻胶，获得腐蚀时所需要 的、有抗蚀剂保护的图形，图形线宽为l微米。利用高真空热蒸发技术在处理后的硅片表面 沉积一层20纳米厚的金属银膜后，将硅片浸泡在光刻胶剥离溶液中，将硅片表面的抗蚀剂 及覆盖在其上面的银膜去除。随后立即硅片浸入含有HF+Fe(N0》3+H^腐蚀溶液的密闭容 器中，25摄氏度处理30分钟，便得到有序硅微纳米结构阵列。随后将样品在浓硝酸溶液里 面浸泡至少一个小时以去除表面的银膜。通过在有序硅微纳米结构材料表面和背表面沉积 金属电极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件。 具体实施方式3 在清洁硅表面涂上光刻胶，电子束曝光将光刻掩模板上的纳米结构图形精确地复 制在涂有光致抗蚀剂的清洁硅片表面，用显影液中溶解掉不需要的光刻胶，获得腐蚀时所 需要的、有抗蚀剂保护的图形，图形线宽为l微米。利用高真空热蒸发技术在处理后的硅片 表面沉积一层20纳米厚的金属银膜后，将硅片浸泡在光刻胶剥离溶液中，将硅片表面的抗 蚀剂及覆盖在其上面的银膜去除。随后立即硅片浸入含有HF+Fe(N0》3+H^腐蚀溶液的密 闭容器中，25摄氏度处理30分钟，便得到有序硅微纳米结构阵列。随后将样品在浓硝酸溶 液里面浸泡至少一个小时以去除表面的银膜。在硅微纳米结构阵列材料表面沉积间隔一定 距离的金属欧姆电极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件。 具体实施方式4 在清洁硅表面涂上光刻胶，电子束曝光将光刻掩模板上的纳米结构图形精确地复 制在涂有光致抗蚀剂的清洁硅片表面，用显影液中溶解掉不需要的光刻胶，获得腐蚀时所 需要的、有抗蚀剂保护的图形，图形线宽为100nm。利用高真空热蒸发技术在处理后的硅片 表面沉积一层20纳米厚的金属银膜后，将硅片浸泡在光刻胶剥离溶液中，将硅片表面的抗 蚀剂及覆盖在其上面的银膜去除。随后立即硅片浸入含有HF+H202+H20腐蚀溶液的密闭容 器中，25摄氏度处理30分钟。便得到硅纳米结构阵列。随后将样品在浓硝酸溶液里面浸泡 至少一个小时以去除表面的银膜。在硅纳米结构阵列材料表面和背面分别沉积金属欧姆电极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件。 具体实施方式5 利用高真空金属沉积技术在清洁硅片表面沉积均匀分布的银膜，然后在氮气保护 气氛下，200摄氏度热退火，在硅表面形成大面积尺寸相同、周期性分布的银纳米颗粒阵列； 随后立即将硅片浸入含有HF+H202+H20腐蚀溶液的密闭容器中，25摄氏度处理30分钟，便得 到硅纳米洞阵列。随后将样品在浓硝酸溶液里面浸泡至少一个小时以去除表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
硅微纳米结构气体传感器及其制作方法，其特征在于：所述方法依次按如下步骤进行：１）利用光刻（或者其它自组装技术）与真空热蒸发技术（或化学镀技术）在清洁硅表面沉积形成２０－２００ｎｍ厚的具有规则图案的有序银（或金）膜；２）将步骤（１）得到的沉积有金属膜的硅片浸入含有ＨＦ＋Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］＋Ｈ↓［２］Ｏ（也可以利用Ｆｅ（ＮＯ↓［３］）↓［３］等氧化剂替换腐蚀液中的Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］）的密闭容器中，室温－５０摄氏度之间处理４－１８０分钟，即可获得有序硅微纳米结构材料；３）利用化学镀或者电镀等技术在步骤（２）得到硅微纳米结构材料表面沉积一层纳米铂（或金）颗粒，即可获得硅微纳米结构气敏材料；４）在步骤（２）得到硅微纳米结构材料表面制备两个间隔一定距离的金属欧姆电极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件；５）在步骤（２）得到硅微纳米结构材料表面与背面各制备一个金属欧姆电极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件；６）在步骤（３）得到硅微纳米结构材料表面与背面各制备一个金属欧姆电极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件；７）在步骤（３）得到硅微纳米结构材料表面制备两个间隔一定距离的金属欧姆电极，引出外引线后即可成为一个简单的气体传感器元件。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭奎庆，王新，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]