[发明专利]基于氧化锌薄膜的丙酮蒸汽气敏传感元件的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种气体传感元件的制备方法,特别涉及一种具有选择性的氧化锌（ZnO）薄膜型丙酮蒸汽气敏传感元件的制备方法。

背景技术

气敏元件是气体传感器的核心部件,其质量水平的高低决定了气体传感器的优劣。目前市场上有对有机气体均敏感的广谱型气体传感元件，但无仅对丙酮敏感的气敏元件。例如天津费加罗电子有限公司生产的TGS822型气体传感元件。查阅其网站上2005年10月公布的技术资料可知,该气敏元件用化学成膜法制备，是氧化锡基薄膜型气敏元件,对酒精和其他的有机溶剂均十分敏感，因此不能在众多的有机蒸气中检测出丙酮的存在与否以及其浓度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中未有仅对丙酮敏感的气敏元件的不足，提供一种基于氧化锌薄膜的丙酮蒸汽气敏传感元件的制备方法。

本发明基于氧化锌薄膜的丙酮蒸汽气敏传感元件的制备方法，在超高真空多功能射频磁控溅射设备上，按照下述步骤进行：

（1）将纯度均为99.99%的Zn靶材放在直流溅射靶上,把清洗好的陶瓷管装在仪器载片上；

（2）载片由进样室送到溅射室，同时抽取溅射室和进样室中的气体时系统中的压强达到了5×10^-3-6×10^-4pa；

（3）抽完真空后，打开氧气和氩气的气路阀门，向系统中通入这两种气体，其O₂：Ar=1：1-2,使系统中压强达到0.2-0.8pa；

（4）通入气体后，给陶瓷管载片加热，温度达到250℃；

（5）最后开始溅射：Zn0靶和载片间电压为300-400V,溅射电流为0.1-0.3A，刚开始要预溅射8-12分钟左右，然后再计时溅射，溅射过程持续20分钟；

（6）溅射完后向真空室充入氮气，达到10^-5pa是打开真空室，取出样品。

本发明采用物理成膜法（溅射法）制备气敏元件，所制备出的气敏元件仅对丙酮蒸气有敏感特性,对于其他常见的有机蒸气(如乙醇,甲苯,甲醛,汽油等)基本不敏感,可在众多的混合有机蒸气中,检测出丙酮蒸气的存在与否及其浓度。

本发明与现有技术相比有如下优点：

（1）在市售的陶瓷或者石英管上，用本发明所述的溅射方法制备ZnO薄膜，成膜质量好。

（2）采用溅射工艺制备薄膜时，选择本发明的工艺参数，可使气敏元件对丙酮具有选择性，可以抵抗其它有机蒸汽的干扰。

本发明主要用途：检测丙酮蒸汽。在众多混合的有机蒸汽中，可选择性的检测出丙酮蒸汽的存在及其浓度。

附图说明

图1所示为元件的结构；

图2所示为测试电路：

图3所示为气敏元件测试典型结果图。

具体实施方式：

实施例1

射频溅射ZnO薄膜

采用射频磁控溅射在陶瓷管外表面上淀积Zn0薄膜。实验前，对陶瓷管用酒精进行清洗。射频磁控溅射的靶材是Zn0，靶与基板之间的距离大约为40mm。反应淀积过程中，氩气(Ar)为溅射气体、氧气(0₂)为反应气体。

Zn0薄膜在FJL560超高真空磁控溅射仪上制备的。在射频磁控溅射设备上制备的Zn0薄膜及测试过程如下：

（1）将纯度均为99.99%的Zn靶材放在直流溅射靶上,把清洗好的陶瓷管装在仪器载片上，关闭真空室；

（2）溅射前将系统抽为真空，过程如下：启动机械泵，机械泵对磁控溅射室进行抽气，当真空计指针达到1-30Pa时，启动分子泵，利用分子泵对磁控溅射室进行抽真空，直至系统的气压达到5×10^-3-6×10^-4pa；

（3）抽完真空后，打开氧气和氩气的气路阀门，向系统中通入这两种气体，其0₂：Ar=1:1，使系统中压强达到0.3pa。

（4）通入气体后，给陶瓷管载片加热，温度达到250℃；

（5）最后开始溅射：Zn靶和载片间电压为300V，溅射电流设置为0.2A；刚开始要预溅射10分钟左右，然后再计时溅射；溅射过程持续20分钟。

（6）溅射完后不能立刻拿出样品，要让系统的温度冷却至室温，然后向真空室充入氮气，达到10⁵Pa时打开真空室取出样品。

（7）用HW－30A型气敏测试仪测定其气敏特性，工作温度选定为161℃。