[发明专利]多通道碳纳米管传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微电子技术领域的装置及制备方法，具体是一种多通道碳纳米管传感器及其制备方法。

背景技术

传感器作为实现自动检测和自动控制系统的首要环节，已经广泛渗透到如工业生产、环境保护、医学诊断、生物工程等领域。现代传感器的研发进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发，半导体以及介质材料的应用为发展的主要趋势。碳纳米管(CNT)自1991年被Iijima发现以来，便以其独特的物理化学性质如独特的金属性半导体导电机制和半导体性质、良好的吸附能力、较多的催化活性位点、较大的比表面积、极高的机械强度、高长径比等等被广泛的尝试应用于各种不同场合，以期充分发挥其独特功能优势，创造新型复合材料和新功能器件，传感器是最有前途的发展方向之一。将碳纳米管作为传感器的敏感元件不仅可以大大提高器件的灵敏度、分辨力、响应速度、可重复性等重要参数，还可以拓展感应传统传感器的检测领域。

经过对现有技术的文献检索发现，Jianxiu Wang等在《Analytical Chemistry》72(2002)，1993-1997上发表的文章“Direct Electrochemistry of Cytochrome c at a Glassy CarbonElectrode Modified with Single-wall Carbon Nanotubes”(单壁碳纳米管修饰玻碳电极对细胞色素C的直接电化学检测)中提出一种碳纳米管修饰电极的制作方法。将纯化过的单壁碳纳米管超声分散在二甲基甲酰胺中形成黑色溶液，滴加在前处理后的玻碳电极表面，在红外灯下烘干即可。检索中还发现，L.Valentini等在《Diamond and Related Materials》13(2004)，1301-1305上发表的文章“Highly Sensitive Sensors Based on Carbon Nanotubes Thin Film for MolecularDetection”(用作分子检测的高选择性和灵敏度的碳纳米管薄膜传感器)中提出用原位生长法制备碳纳米管。在氮化硅/硅基底上沉积镍作为催化剂，在射频等离子增强型化学气相沉积条件下生长碳纳米管薄膜。以上两种制作方法代表了两种典型的碳纳米管与导电基体的结合方式。前者碳纳米管与电极的结合依赖于范德华力，类似该结合方式的还有原子力显微镜微操作，将单根碳管移到基体表面。基于此类结合方式制作方式的器件接触电阻大，稳定性差，对碳纳米管的分布难以控制，不能用于器件批量和集成的制造。后者原位生长法得到的碳纳米管与金属催化剂的结合牢靠，但是金属催化剂在生长得到的碳纳米管内所处的位置不确定，为考虑碳纳米管与基体的机械结合稳定性需要后续处理。此外，该工艺条件成本高，需要考虑生长工艺与其他微结构的兼容性。最重要的是，在碳纳米管的两端都需要连接导电基体并要求结合牢靠的情况，只使用原位生长工艺不能满足要求。

此外，Jing Kong等在《Science》287(2000)，622-625上发表的文章“Nanotube MolecularWires as Chemical Sensors”(利用碳纳米管分子导线化学传感器)中提出一种利用单根半导体性的碳纳米管吸附气体分子前后造成电流的变化来检测气体的传感器。这样的传感器使用单根碳纳米管导电，可靠性差，电流微弱，不能推广到大规模的集成制造和使用。中国申请号为200680048146.7的专利提出一种碳纳米管叉指型传感器，实现了多根水平碳纳米管两端与金属叉指电极的连接，在金属催化剂本身与碳纳米管的连接基础上原位制作电极，但是这种方法利用生长得到的碳纳米管与电极的接触不可靠，与IC集成电路的兼容性差，碳管的水平排布结构不利于器件的改进和大规模集成化。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种多通道碳纳米管传感器及其制备方法，基于微加工技术，实现了多根碳纳米管的两端与金属电极紧密结合，碳纳米管中段暴露于检测环境中，通过电流响应来表征环境的变化。碳纳米管作为导电通道的串联结构在工艺上易于制造和集成。该结构可以实现上下集成，与IC集成电路兼容，可以制造阵列传感器，实现器件的多样化。

本发明是通过以下技术方案实现的：