[发明专利]半导体薄膜、气体传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种半导体薄膜、气体传感器及其制作方法。

背景技术

声表面波(SAW)气体传感器在环境监测、化学处理控制及临床分析等领域应用广泛，可以对SO₂、水蒸汽、丙酮、甲醇、H₂、H₂S、NO₂等多种气体进行检测。声表面波气体传感器由SAW器件和敏感膜组成。前者是指在压电基片上成对制作叉指换能器(IDT)而构成能量转换器械。后者是指用特殊工艺在SAW器件声波的传输通道上覆盖的对待测气体有选择性吸附作用的一层薄膜。通过检测输出IDT上出现输出交流电信号的相位、频率和延迟等指标的改变，就可以反映敏感膜对待测气体的吸附，进而可以推断待测气体的量和浓度。

大部分现有的声表面波气体传感器单独使用半导体金属氧化物做敏感薄膜。虽然半导体金属氧化物膜电阻率大，敏感度高，但其工作温度高。高温不仅影响传感器稳定效果，也会带来额外功率损耗的问题。而半导体金属氧化物膜在室温下对多数气体的吸附能力弱，导致半导体薄膜的密度、弹性系数以及电阻率的变化都很小，进而对声表面波的影响也很微弱。还有一些声表面波气体传感器单独使用聚合物膜做敏感薄膜。虽然在常温下对气体具有很强的吸附性，但其敏感度小，电阻率变化微弱，因此需要很长的响应和恢复时间。

此外，现有的制作敏感薄膜的方法，如溶胶-凝胶法、磁控溅射法、原位化学氧化聚合法、CVD等，这些制作工艺较为复杂，生产成本较高。

因此，在降低成本的同时制作出能够在常温下进行快速、灵敏检测的气体传感器显得特别重要，也对传感器的敏感膜提出了更高要求。

发明内容

针对上述气体传感器检测温度高、响应恢复时间长、敏感膜制作工艺复杂等缺点，本发明的目的是提供用于气体传感器的半导体薄膜以及包含这种半导体薄膜的气体传感器，能够在常温下快速、灵敏的检测气体。本发明的目的还在于提供制作工艺简单的半导体薄膜、以及包含这种半导体薄膜的气体传感器以及相应的制造工艺。

本发明提供一种半导体薄膜的制作方法，该方法包括以下步骤：

a)使用溶剂配置半导体金属氧化物与聚合物的混合溶液；

b)使混合溶液覆盖在传感器器件的敏感膜区域；

c)将传感器器件真空干燥，从而在传感器器件敏感膜区域形成半导体薄膜。

另外，本发明提供一种半导体薄膜，形成在传感器敏感膜区域，其特征在于，该薄膜至少包含半导体金属氧化物与聚合物两种物质。

再者，本发明提供一种传感器，在其敏感膜区域覆盖有敏感膜，其特征在于，所述传感器的敏感膜至少包含半导体金属氧化物与聚合物两种物质。

与现有技术相比，采用本发明提供的技术方案具有以下优点：与纯半导体金属氧化物膜相比，使用包含半导体金属氧化物与聚合物的复合膜，可以在室温下检测气体；与纯聚合物膜相比，上述复合膜的响应和恢复时间只要几十秒；此外，这种复合膜检测气体的选择性非常好，且制作方法简单，易操作，低成本，适合大批量生产。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明的半导体薄膜制作方法的流程图；

图2(a)和图2(b)为根据本发明按照图1所示的流程制作以上述半导体薄膜为敏感膜的传感器的各个阶段的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

下面，对图1中形成半导体薄膜的方法进行具体的描述。