專利名稱：氧化鋅氣體感測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體感測裝置，尤其涉及一種包括納米級氧化鋅纖維的氣體感測裝置。
背景技術(shù)：
氣體感測器是利用氣敏元件吸附氣體后引起其性質(zhì)變化的特性而制成的器件。氣體感測器在汽車尾氣檢測、工業(yè)爐燃燒氣氛的控制和空氣凈化方面有著廣泛應(yīng)用。
氧化鋅(Zinc Oxide)氣體感測器是一種常用于檢測CO，NO2等氣體的氣體感測設(shè)備。氧化鋅氣體感測器采用氧化鋅為感測膜材料，其原理是，氧化鋅表面吸附相應(yīng)氣體后使得材料載流子濃度發(fā)生相應(yīng)的變化，從而導(dǎo)致感測膜電導(dǎo)率改變。當(dāng)氧化鋅感測膜結(jié)構(gòu)較為疏松，氧化鋅微粒之間存在一定空隙時(shí)，將有利于被檢測氣體的吸附。因此，氧化鋅感測膜的疏松性成為影響氧化鋅氣體感測器的響應(yīng)速度和靈敏度的重要因素之一。
如圖1和圖2所示，現(xiàn)有的氧化鋅感測器包括一氧化鋁絕緣基底10；形成于氧化鋁絕緣基底10表面的兩電極11、12；一覆蓋氧化鋁絕緣基底10和兩電極11、12的氧化鋅膜14。目前，傳統(tǒng)的氧化鋅感測器制備方法是把納米結(jié)晶鋅鍍在印有電極的氧化鋁基底上，然后在空氣中以逐漸加熱的方式制成氧化鋅氣體感測器。由于鋅很容易在空氣中氧化，首先在其表層形成氧化鋅保護(hù)層，該保護(hù)層包覆并保護(hù)內(nèi)層的鋅不易被氧化。所以，一般而言，納米結(jié)晶鋅需較高的燒結(jié)溫度，才可以保證納米結(jié)晶鋅完全氧化成納米結(jié)晶氧化鋅。但是，在高溫加熱燒結(jié)時(shí)，因溫度太高，加熱速率快，，容易破壞氧化鋅孔洞結(jié)構(gòu)，形成致密結(jié)構(gòu)，且納米結(jié)晶氧化鋅的粒徑大小也會隨著燒結(jié)溫度的提高而增大，導(dǎo)致晶粒間的孔洞結(jié)構(gòu)消失，降低感測器的靈敏度。
所以，提供一種結(jié)構(gòu)疏松、具有較高靈敏度的氣體感測裝置實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)疏松、靈敏度高的氣體感測裝置。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種氧化鋅氣體感測裝置，其包括一絕緣基底；形成于絕緣基底表面的兩電極；一覆蓋絕緣基底和兩電極的納米級氧化鋅膜；上述納米級氧化鋅膜為柱狀或管狀具有高密度排列的氧化鋅納米纖維陣列。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的氧化鋅氣體感測裝置利用高密度排列的氧化鋅納米纖維陣列，該氧化鋅納米纖維陣列包括柱狀或中空管狀結(jié)構(gòu)，有利于氣體在氧化鋅納米纖維陣列間的吸附，從而能提高氧化鋅氣體感測裝置的靈敏度。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的氧化鋅感測器的側(cè)面示意圖。
圖2是圖1的氧化鋅感測器的俯視圖。
圖3是本發(fā)明的氧化鋅感測器的側(cè)面示意圖。
圖4是圖3的氧化鋅感測器的側(cè)面局部放大示意圖。
具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請一并參閱圖3和圖4，本發(fā)明第一實(shí)施例的氣體感測器3，其包括一絕緣基底30；在絕緣基底30表面形成的兩電極31、32；一覆蓋絕緣基底30和兩電極31、32的納米級氧化鋅膜34，上述納米級氧化鋅膜34包括高密度排列的柱狀或管狀氧化鋅納米纖維陣列。
其中，絕緣基底30可為一薄板或膜層，由絕緣性能好的材料制成，另外，因氣體感測器3一般需要加熱到一定溫度才能進(jìn)行良好檢測，所以，絕緣基底31的材料又以同時(shí)具備良好的熱導(dǎo)性為佳，優(yōu)選的材料包括氧化鋁、石英、陶瓷或氮化硅等。
電極31，32可以由鉑(Pt)、金(Au)或其合金等材料制備，一般是在絕緣基底30表面按預(yù)定圖案通過沉積法或?yàn)R鍍法形成。
納米級氧化鋅膜34包括許多有序排列的柱狀或管狀氧化鋅納米纖維(圖未標(biāo)示)，所述氧化鋅納米纖維直接形成在絕緣基底30和兩電極31、32的表面，且氧化鋅納米纖維的直徑范圍一般為20～150納米，長度可達(dá)10微米。相鄰氧化鋅納米纖維之間、以及管狀中空結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米纖維內(nèi)部形成一定間隙，從而有利于吸附被檢測氣體。
氣體感測器3的制備步驟如下首先，提供一絕緣基底30，其可為一薄板或膜層。其通常由絕緣性能好的材料制成，如氧化鋁、石英、陶瓷或氮化硅等。另外，氣體感測器3一般需要加熱到一定溫度才能進(jìn)行良好檢測，所以，絕緣基底31的材料又以同時(shí)具備良好的熱導(dǎo)性。
其次，在絕緣基底30表面形成電極31，32。電極31，32可以由鉑(Pt)、金(Au)或其合金等材料通過沉積法或?yàn)R鍍法按預(yù)定圖案在絕緣基底30表面形成，所形成的電極膜層優(yōu)選為厚膜，其厚度可為400～7000納米。另外，電極31、32還可以配置電極導(dǎo)線，電極的數(shù)量、圖案和厚度還可以根據(jù)實(shí)際需要加以改變。
然后，采用磁控濺射法制備氧化鋅膜34。制備前使用適當(dāng)?shù)奈⑺崛芤簩^緣基底30和兩電極31、32進(jìn)行清洗，再用去離子水清洗并用高純度的氮?dú)獯蹈?。濺射參數(shù)根據(jù)不同磁控濺射設(shè)備有不同的選擇，本實(shí)施例可以采用金屬鋅靶的純度為99.999％，靶直徑為100毫米；氧氣、氬氣分別作為反應(yīng)沉積過程的反應(yīng)氣體和濺射氣體，氧氬氣比例為3∶1，濺射功率為600W，基片溫度控制在200～300℃，在沉積過程中基片保持旋轉(zhuǎn)。制得的氧化鋅膜為柱狀或管狀具有高密度排列的氧化鋅納米纖維陣列。
上述氧化鋅膜34也可采用化學(xué)氣相沉積法制備。把表面沉積有兩電極31、32的基底30放入氣相反應(yīng)爐的鋁舟中，且離鋁舟中心有0.5～2.5厘米的距離；再取相同重量的氧化鋅粉和石墨粉為反應(yīng)原材料，碾碎并轉(zhuǎn)移至鋁舟中；并且通入氬氣，加熱上述反應(yīng)原材料和基底到溫度880～905℃。氧化鋅粉與石墨粉在高溫下發(fā)生熱還原反應(yīng)，生成鋅蒸氣，鋅蒸氣與基底和兩電極表面相接觸生長成氧化鋅納米纖維陣列，該生長過程一般在2～10分鐘內(nèi)發(fā)生。生成的氧化鋅納米纖維陣列垂直密布在兩電極和基底表面，氧化鋅納米纖維直徑范圍為20～150納米，長度可達(dá)10微米。
本發(fā)明還可以利用其它鍍膜技術(shù)生長納米級氧化鋅膜，同樣能達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果。本發(fā)明的氣體感測裝置由于氧化鋅膜為納米纖維陣列，而且具有柱狀或管狀中空結(jié)構(gòu)，使得相鄰氧化鋅納米纖維之間或管狀中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔洞結(jié)構(gòu)得以保留，所以有利于氣體在氧化鋅納米纖維陣列間吸附，氧化鋅氣體感測裝置的靈敏度大大提高。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅氣體感測裝置，其特征在于包括一絕緣基底；形成在絕緣基底表面的兩電極；一覆蓋絕緣基底和兩電極的納米級氧化鋅膜，上述納米級氧化鋅膜為柱狀或管狀氧化鋅納米纖維陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅氣體感測裝置，其特征在于絕緣基底的材料可為氧化鋁、石英、陶瓷或氮化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅氣體感測裝置，其特征在于所述電極是通過沉積法或?yàn)R鍍法形成在上述絕緣基底表面。
4.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅氣體感測裝置，其特征在于所述電極的材料可為鉑(Pt)、金(Au)或其合金材料。
5.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅氣體感測裝置，其特征在于納米級氧化鋅膜的制備方法包括磁控濺射法和化學(xué)氣相沉積法。
6.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅氣體感測裝置，其特征在于氧化鋅納米纖維直徑范圍為20～150納米。
7.如權(quán)利要求1所述的氧化鋅氣體感測裝置，其特征在于氧化鋅納米纖維長度可達(dá)10微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋅氣體感測裝置，其特征包括一絕緣基底；形成在絕緣基底表面的兩電極；一覆蓋絕緣基底和兩電極的納米級氧化鋅膜；上述納米級氧化鋅膜為具有高密度排列的柱狀或管狀氧化鋅納米纖維。納米級氧化鋅膜能增加氣體在氧化鋅晶粒間的流通量，提高氣體感測裝置的靈敏度。
文檔編號G01N27/12GK1603808SQ0313498
公開日2005年4月6日 申請日期2003年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者黃全德, 黃文正 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司