用于半導(dǎo)體甲醛傳感器的甲醛敏感材料及半導(dǎo)體甲醛傳感器的制造方法
【專利說明】用于半導(dǎo)體甲醛傳感器的甲醛敏感材料及半導(dǎo)體甲醛傳感
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技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體甲醛傳感器的甲醛敏感材料及半導(dǎo)體甲醛傳感器，屬于氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]甲醛含在居室、紡織品、食品中，是引起室內(nèi)空氣綜合征的主要原因。甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸性物質(zhì)，是公認(rèn)的有害釋放源，也是潛在的強(qiáng)致突變物之一。因此對于甲醛的檢測也越來越受到廣泛關(guān)注和重視。
[0003]目前用于檢測甲醛的傳感器有電化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器和光生化傳感器等。電化學(xué)傳感器結(jié)構(gòu)比較簡單，測量范圍和分辨率基本能達(dá)到室內(nèi)環(huán)境檢測的要求，但缺點(diǎn)是所受干擾物質(zhì)多。由于電解質(zhì)與被測甲醛氣體發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)而被消耗，故其工作壽命短。光學(xué)傳感器價(jià)格比較貴，且體積較大，不適用于在線實(shí)時(shí)分析，使其使用的廣泛性受到限制。
[0004]半導(dǎo)體傳感器可實(shí)現(xiàn)對甲醛的檢測，同時(shí)降低了其成本。半導(dǎo)體型甲醛傳感器的敏感材料主要有半導(dǎo)體氧化銦、氧化錫和氧化鋅等。半導(dǎo)體甲醛傳感器在一定溫度下對甲醛高度敏感，其電阻率隨甲醛濃度的升高而降低。通過測量傳感器的電阻變化就能檢測出室內(nèi)甲醛含量。然而現(xiàn)有半導(dǎo)體傳感器普遍存在靈敏度低和選擇性差的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有半導(dǎo)體型甲醛傳感器技術(shù)的不足，提供一種用于半導(dǎo)體甲醛傳感器的甲醛敏感材料，可大幅提高甲醛檢測的靈敏度及選擇性，且由其制成的半導(dǎo)體甲醛傳感器集成化程度高、體積小、制造工藝簡單。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下:
[0007]—種用于半導(dǎo)體甲醛傳感器的甲醛敏感材料，所述甲醛敏感材料為氧化銀(Ag2O)摻雜的氧化銦(In2O3)。
[0008]優(yōu)選地，氧化銦與氧化銀的重量比為11.5:1.25?13.1:0.75 ;優(yōu)選氧化銦與氧化銀的重量比為12.6:1。
[0009]一種半導(dǎo)體甲醛傳感器，包括加熱和檢測部件以及由甲醛敏感材料制成的敏感層，其特征在于，所述甲醛敏感材料為以上任一技術(shù)方案所述甲醛敏感材料。
[0010]優(yōu)選地，所述加熱和檢測部件包括從下到上依次層疊的基片、加熱電極、導(dǎo)熱絕緣層、檢測電極，所述敏感層附著于檢測電極的上表面。
[0011]上述加熱和檢測部件可利用各種現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝制作，優(yōu)選地，所述加熱和檢測部件按照以下方法制備:
[0012]步驟1、在旋涂光刻膠的基片上光刻加熱電極圖案；
[0013]步驟2、利用磁控濺射方法在基片表面生成加熱電極，并去除光刻膠；
[0014]步驟3、利用物理沉積方法在帶有加熱電極的基片表面沉積導(dǎo)熱絕緣層；
[0015]步驟4、將基片表面的部分導(dǎo)熱絕緣層刻蝕掉，形成加熱電極引腳；
[0016]步驟5、在帶有加熱電極的基片表面旋涂光刻膠，并光刻生成檢測電極圖案；
[0017]步驟6、利用物理沉積方法生成檢測電極，并清除光刻膠。
[0018]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選方案，所述敏感層通過脈沖激光沉積方法制備得到，且在脈沖激光沉積方法制備敏感層過程中的真空腔內(nèi)氧氣壓力為30Pa。從而可得到最佳的Ag2O/In2O3薄膜結(jié)晶質(zhì)量。
[0019]進(jìn)一步地，在脈沖激光沉積方法制備敏感層過程中，激光頻率為10Hz，激光能量為200mJ，預(yù)濺射時(shí)間為5min，沉積時(shí)間為13.5min，真空腔內(nèi)溫度為200°C。
[0020]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]本發(fā)明通過在In2O3中摻雜Ag2O作為甲醛敏感材料，可大幅提高甲醛傳感器的靈敏度和選擇性；
[0022]本發(fā)明的半導(dǎo)體甲醛傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、集成化程度高的優(yōu)點(diǎn)，可通過各種成熟的半導(dǎo)體工藝技術(shù)來制備，實(shí)現(xiàn)了微氣體傳感器結(jié)構(gòu)集成。
【附圖說明】
[0023]圖1為【具體實(shí)施方式】中加熱和檢測部件的制備工藝流程示意圖；
[0024]圖2為【具體實(shí)施方式】中敏感層的制備方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0026]本發(fā)明針對現(xiàn)有半導(dǎo)體型甲醛傳感器所存在的靈敏度及選擇性較差的不足，利用氧化銀對氧化銦進(jìn)行摻雜改性，從而得到了一種對甲醛具有高靈敏度和選擇性的甲醛敏感材料。并以該甲醛敏感材料為基礎(chǔ)，利用成熟的半導(dǎo)體工藝技術(shù)制備出一種微小化、高度集成的半導(dǎo)體甲醛傳感器。
[0027]現(xiàn)有的半導(dǎo)體氧化銦、氧化錫和氧化鋅等甲醛敏感材料雖然可用于甲醛傳感器，但在實(shí)際應(yīng)用中普遍存在敏度低和選擇性差的不足。本發(fā)明通過氧化銀粒子摻雜來優(yōu)化氧化銦的氣敏性能。當(dāng)氧化銀粒子均勻分布在氧化銦內(nèi)部后，可為反應(yīng)氣體提供活性中心，不僅可降低反應(yīng)活化能，同時(shí)能增加吸附氣體的濃度和增強(qiáng)反應(yīng)過程中電子的移向，使得金屬氧化物晶界勢皇降低，電導(dǎo)增大，提高了材料的靈敏度，同時(shí)降低了材料與氣體的反應(yīng)溫度。較佳的氧化銦與氧化銀的重量比為11.5:1.25?13.1:0.75 ;優(yōu)選氧化銦與氧化銀的重量比為12.6:lo
[0028]本發(fā)明的半導(dǎo)體甲醛傳感器，包括加熱和檢測部件以及由上述甲醛敏感材料制成的敏感層，加熱和檢測部件包括從下到上依次層疊的基片、加熱電極、導(dǎo)熱絕緣層、檢測電極，所述敏感層附著于檢測電極的上表面。其中加熱電極是為了控制敏感層的溫度；檢測電極與Ag2OAn2O3薄膜構(gòu)成的敏感層直接貼合，用于檢測Ag2OAn2O3薄膜的電阻；導(dǎo)熱絕緣層用于防止加熱電極和檢測電極之間相互導(dǎo)通，同時(shí)將加熱電極發(fā)出的熱量向Ag20/In2(V薄膜傳遞。
[0029]加熱電極和檢測電極的材質(zhì)并無特殊要求，可根據(jù)實(shí)際情況采用現(xiàn)有的各種電極材料。目前加熱電極主要以下幾類:⑴金屬:pt、Pd、Ag、Au、Mo、Cu、Al、Cr等；⑵合金:Ag-Pd、Ag-Pt, Mn-Cu, Fe-Al、Fe-Cr-Al, N1-Cr, N1-Cr-O, N1-Cr-Cu-Al, N1-Cr-Fe-Al,N1-Cr-Be ； (3)金屬氧化物:Ru02、Sn-Sb-Al2O3^ Sn-Sb-T12, T12; (4)碳膜:Si02_C、SiC ；
(5)金屬陶瓷:Cr-S12, T1-S12' Au-S1, Au-S12, NiCr-S12, Ta-S12; (6)復(fù)合材料:NiCr-TaN, NiCr-CrSi。檢測電極材料主要有:(I)金屬:Au、Pd、Pt、Ag、Cu、Al ； (2)合金:Ag-Pt、Ag-Pd、N1-Cu ； (3)金屬氧化物:Ru02、T12; (4)石墨材料:C。
[0030]基片可米用常用的S12基片、Si基片等，本發(fā)明優(yōu)選米用S1 2_Si復(fù)合基片。導(dǎo)熱絕緣層優(yōu)選采用S12膜。
[0031]本發(fā)明的半導(dǎo)體甲醛傳感器可利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造技術(shù)進(jìn)行加工，在取得了極高的集成度的同時(shí)，制造成本也得到了控制。下面以一個(gè)具體實(shí)施例來對本發(fā)明半導(dǎo)體甲醛傳感器的制備方法進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0032]本實(shí)施例中的制備方法具體如下:
[0033]—、加熱和檢測部件的制備:
[0034]本實(shí)施例中利用成熟的旋涂光刻工藝制備加熱電極和檢測電極的圖案，利用磁控激光濺射方法生成加熱電極，利用物理沉積方法生成導(dǎo)熱絕緣層和檢測電極。其工藝流程如圖1所示，具體包括以下步驟:
[0035](I)基片清洗:對S12-Si基片采用丙酮、乙醇、去離子水依次進(jìn)行超聲清洗5分鐘，然后氮?dú)獯蹈?，備用?br>[0036](2)光刻加熱電極圖案:光刻膠采用蘇州瑞紅的RZJ-304正膠，首先將清洗過的基片進(jìn)行光刻膠旋涂，低轉(zhuǎn)速為500rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為5s，高轉(zhuǎn)速4000rpm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為20s，接著在100°C下前烘2min，然后對ABM光刻機(jī)安裝加熱電極對應(yīng)的掩膜版，進(jìn)行曝光9s，光強(qiáng)為15mw/cm2，曝光后顯影11s，再在100°C下硬烘5min，硬烘完冷卻，S卩可進(jìn)行顯影處理，顯影液為蘇州瑞紅RZX-3038正性顯影液，顯影時(shí)間為9S。顯影后用去離子水清洗基片，氮?dú)獯蹈蓚溆谩?br>[0037](3)加熱電極的制備:選用中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器研制的JGP560型磁控濺射鍍膜儀，首先將儀器破真空，安裝帶有電極圖案的基片，安裝鍍電極靶材Ni2tlCr8tl，關(guān)閉好艙門，關(guān)閉擋板，抽真空至1.5X10_3以下時(shí)，通入Ar氣流量為25sCCm，設(shè)置起輝壓強(qiáng)為
1.7Pa，起輝時(shí)保持0.5Pa的壓強(qiáng)不變，設(shè)置濺射功率為28w (電流0.1A，電壓280v)，濺射的時(shí)間為4min。濺射完后，關(guān)閉閘板閥，停止羽輝，停止抽真空，沖入氮