襯底厚度為530微米，介電常數(shù)約為11.9，第一介質(zhì)層厚度為20微米，介電常數(shù)約為4，第二介質(zhì)層厚度為20微米，介電常數(shù)約為4，互補開口諧振環(huán)的結(jié)構(gòu)為兩個互相反向放置的同心開口諧振環(huán)，其中，較大的開口諧振環(huán)的尺寸為:開口為0.3毫米，環(huán)的內(nèi)徑為5.52毫米，環(huán)的外徑為5.92毫米。較小的開口諧振環(huán)的尺寸為:開口為0.3毫米，環(huán)的內(nèi)徑為4.72毫米，環(huán)的外徑為5.12毫米。較大的開口諧振環(huán)與較小的開口諧振環(huán)的間距為0.2毫米。傳輸線長度為12.1毫米，寬度為0.6毫米，間隔121為0.3毫米。
[0092]將傳感器放置于沒有待檢測氣體的環(huán)境下(大氣環(huán)境，溫度為20攝氏度，氮約占78 %，氧約占21 %，稀有氣體約占0.94 %，二氧化碳約占0.03 %，其他氣體約占0.03 % )，采用矢量網(wǎng)絡分析儀測試傳感器，在2.0GHz至3.0GHz頻率下，測試所述傳感器的頻率與S11的曲線3，獲得曲線3的諧振頻率為2.46GHz ;之后，將傳感器放置于待檢測環(huán)境中，其中NO2的濃度為lOppm，采用矢量網(wǎng)絡分析儀測試傳感器，在2.0GHz至3.0GHz頻率下，測試所述傳感器的頻率與S11的曲線2，獲得曲線2的諧振頻率為2.41GHz ;曲線2相對于曲線3頻移0.05GHz，之后，將傳感器放置于另一待檢測環(huán)境中，其中濃度為lOOppm，采用矢量網(wǎng)絡分析儀測試傳感器，在2.0GHz至3.0GHz頻率下，測試所述傳感器的頻率與S11的曲線1，獲得曲線I的諧振頻率為2.32GHz，曲線I相對于曲線3頻移0.14GHz ;根據(jù)傳感器的頻率與S11的曲線的諧振頻率變換，可以得知待檢測環(huán)境存在待檢測氣體NO 2，并且能夠根據(jù)曲線諧振頻率的變換獲知待檢測氣體NO2的濃度。
[0093]本發(fā)明的傳感器的實施例采用納米材料MoS2g合互補開口諧振環(huán)應用于傳感器，通過納米材料MoS2吸收氣體后，其材料的介電常數(shù)和導電性都發(fā)生變化，從而最終引起傳感器諧振頻率的變化，通過測量諧振頻率的偏移，從而獲得氣體的濃度變化，起到檢測報警作用，而采用互補開口諧振環(huán)應用于傳感器，互補開口諧振環(huán)的同心圓之間的邊緣電容效應發(fā)生諧振，互補開口諧振環(huán)應用于傳感器使得器件在特定頻段具有負介電常數(shù)和負磁導率，使得傳感器的尺寸和工作頻率相比很小，可小型化，并且傳感器具有好的品質(zhì)因數(shù)，可提高傳感器靈敏性，拓展了左手材料及納米材料在現(xiàn)代檢測技術(shù)中的應用。
[0094]本發(fā)明的傳感器的形成方法采用大規(guī)模集成電路工藝形成微波器件單元，優(yōu)化基于納米材料的傳感器的工藝步驟。
[0095]本發(fā)明的傳感器檢測氣體的方法能夠檢測不同濃度的氣體，通過諧振頻率變化獲知檢測氣體的濃度變化，檢測精度高。
[0096]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種基于納米材料的傳感器的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導體襯底，所述半導體襯底具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，所述半導體襯底的第一表面具有第一介質(zhì)層，第二表面具有第二介質(zhì)層； 在所述第一介質(zhì)層表面形成若干MoS2m米結(jié)構(gòu)，若干MoS 2納米結(jié)構(gòu)呈線性排列； 在所述第一介質(zhì)層表面形成若干傳輸線，所述傳輸線具有間隔，所述間隔適于容納所述Mos2m米結(jié)構(gòu)； 在所述半導體襯底的第二介質(zhì)層表面形成接地層，所述接地層形成有互補開口諧振環(huán)，所述互補開口諧振環(huán)的位置與所述M0s2m米結(jié)構(gòu)的位置對應。
2.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述第一介質(zhì)層表面形成若干MoS2納米結(jié)構(gòu)包括:提供石英管式爐，所述石英管式爐具有連通的第一溫區(qū)和第二溫區(qū)，三氧化鉬粉末、硫粉；將三氧化鉬粉末放置于石英管式爐內(nèi)的第一溫區(qū)，形成第一介質(zhì)層的半導體襯底設置于三氧化鉬粉末的上方，半導體襯底與三氧化鉬粉末的間距為I厘米至5厘米；將硫粉放置于石英管式爐的第二溫區(qū)，其中硫粉與三氧化鉬粉末的間距為17厘米至20厘米；其中，第一溫區(qū)的溫度設置為650攝氏度至800攝氏度，第二溫區(qū)的溫度設置為180攝氏度至300攝氏度，石英管式爐在制備過程中始終通入30sCCm的氬氣，且氬氣沿第二溫區(qū)流向第一溫區(qū)；保持第一溫區(qū)650攝氏度至800攝氏度的時間為5分鐘后，讓石英管式爐自然冷卻到室溫，取出在所述介質(zhì)層表面形成MoS2納米線層的半導體襯底；在所述半導體襯底100表面形成光刻膠圖形，所述光刻膠圖形覆蓋部分MoS2納米線且所述光刻膠圖形與待形成的線性排列的MoS2納米線對應，采用刻蝕工藝去除未被覆蓋的MoS 2納米線，然后去除所述光刻膠圖形，形成若干間隔的MoS2納米線且若干MoS 2納米線呈線性排列。
3.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述傳輸線的形成工藝包括:采用光刻膠圖形覆蓋所述M0s2m米結(jié)構(gòu)，所述光刻膠圖形暴露出若干所述第一介質(zhì)層表面，所述光刻膠圖形與待形成的傳輸線對應，采用物理氣相沉積工藝在所述第一介質(zhì)層表面形成金屬薄膜；去除光刻膠圖形，形成具有間隔的傳輸線。
4.如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述互補開口諧振環(huán)的結(jié)構(gòu)為兩個互相反向放置的同心開口諧振環(huán)，所述互補開口諧振環(huán)的形成工藝包括:在所述接地層表面形成光刻膠圖形，所述光刻膠圖形具有與互補開口諧振環(huán)對應的圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，刻蝕所述接地層，直至暴露出第二介質(zhì)層；去除所述光刻膠圖形，形成互補開口諧振環(huán)。
5.一種傳感器，其特征在于，包括: 具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的半導體襯底；位于第一表面的第一介質(zhì)層；位于第二表面的第二介質(zhì)層；位于第一介質(zhì)層表面的傳輸線，且傳輸線具有間隔；填充所述間隔的M0s2m米結(jié)構(gòu)；位于第二介質(zhì)層的接地層，所述接地層內(nèi)具有互補開口諧振環(huán)，互補開口諧振環(huán)的位置與傳輸線的間隔對應。
6.如權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于，半導體襯底厚度為400微米至600微米，介電常數(shù)為11.9 ;所述第一介質(zhì)層的材料為氧化硅，所述第一介質(zhì)層110的厚度為10到30微米，所述第一介質(zhì)層的介電常數(shù)為4;所述第二介質(zhì)層的材料為氧化硅，所述第二介質(zhì)層的厚度為10到30微米，所述第二介質(zhì)層的介電常數(shù)為4 ;所述傳輸線長度為11毫米至13毫米，寬度為0.6毫米；所述接地層的厚度為5微米至20微米。
7.如權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于，所述互補開口諧振環(huán)的結(jié)構(gòu)為兩個互相反向放置的同心開口諧振環(huán)，其中，較大的開口諧振環(huán)的尺寸為:開口為0.3毫米，環(huán)的內(nèi)徑為5.52毫米，環(huán)的外徑為5.92毫米；較小的開口諧振環(huán)的尺寸為:開口為0.3毫米，環(huán)的內(nèi)徑為4.72毫米，環(huán)的外徑為5.12毫米；較大的開口諧振環(huán)與較小的開口諧振環(huán)的間距為0.2毫米。
8.如權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于，當所述傳感器的MoS2納米結(jié)構(gòu)數(shù)量為I時，所述傳感器的等效電路包括:輸入端，所述輸入端連接傳輸線第一等效電感的第一端，傳輸線第一等效電感的第二端連接MoS2納米結(jié)構(gòu)的等效電阻的第一端，MoS2納米結(jié)構(gòu)的等效電阻的第二端連接MoS2納米結(jié)構(gòu)的等效電感的第一端，MoS2納米結(jié)構(gòu)的等效電感的第二端連接MoS2納米結(jié)構(gòu)的等效電容的第一端，MoS2納米結(jié)構(gòu)的等效電容的第二端連接傳輸線第二等效電感的第一端，傳輸線第二等效電感的第二端連接輸出端，傳輸線第一等效電容的第一端連接傳輸線第一等效電感的第二端，傳輸線第一等效電容的第二端連接傳輸線第二等效電容的第一端，傳輸線第二等效電容的第二端連接傳輸線第二等效電感的第一端；互補開口諧振環(huán)的等效電感的第一端連接傳輸線第一等效電容的第二端，互補開口諧振環(huán)的等效電容的第一端連接傳輸線第一等效電容的第二端，互補開口諧振環(huán)的等效電感的第二端連接互補開口諧振環(huán)的等效電容的第二端并接地。
9.一種采用權(quán)利要求5至8任一項的傳感器檢測氣體的方法，其特征在于，包括: 獲取第一曲線，所述第一曲線為:在沒有待檢測氣體的環(huán)境下，所述傳感器的頻率與S11的曲線； 將傳感器放置于待檢測環(huán)境，獲取第二曲線，所述第二曲線為:在待檢測環(huán)境下，所述傳感器的頻率與S11的曲線； 通過比較第一曲線和第二曲線的頻移的諧振頻率變化與否，檢測待檢測環(huán)境下是否存在待檢測氣體。
10.如權(quán)利要求9所述的檢測氣體的方法，其特征在于，還包括:通過獲取待檢測環(huán)境的多條第二曲線，根據(jù)多條第二曲線頻移的諧振頻率變化幅度，來獲取待檢測環(huán)境的待檢測氣體濃度。
【專利摘要】一種基于納米材料的傳感器及其形成方法、傳感器檢測氣體的方法，其中傳感器包括：具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的半導體襯底；位于第一表面的第一介質(zhì)層；位于第二表面的第二介質(zhì)層；位于第一介質(zhì)層表面的傳輸線，且傳輸線具有間隔；填充所述間隔的MoS2納米結(jié)構(gòu)；位于第二介質(zhì)層的接地層，所述接地層內(nèi)具有互補開口諧振環(huán)，互補開口諧振環(huán)的位置與傳輸線的間隔對應。本發(fā)明實施例的傳感器無需電源驅(qū)動和連線傳輸信號或檢測數(shù)據(jù)，且靈敏度高、檢測精度高、兼容性好。
【IPC分類】G01N27-00, G01N27-02
【公開號】CN104614403
【申請?zhí)枴緾N201510033122
【發(fā)明人】袁彩雷, 駱興芳, 易強, 俞挺
【申請人】江西師范大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月22日