[发明专利]一种基于定向介电泳组装结构的紫外光强传感器制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微米纳米制造技术领域，具体涉及一种基于定向介电泳组装结构的紫外光强传感器制造方法。

背景技术

对于传感器制造，通常需要在2个电极之间制造一个氧化锌二维膜层。这种氧化锌膜层无论薄层还是厚层，都可以通过使用不同的方法例如溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶加工和电化学加工等来制造。

然而对于实现高灵敏度与高响应速度的紫外光光强度传感，制造更大表面积体积比与高度定向的氧化锌低维纳米结构成为了纳米技术面临的一个新的挑战。考虑到高性价比、轻质量，许多努力已经贡献在了氧化锌紫外光强度传感器制造方法的改善上。在各种改进的制造方法中，电动力学的方法简单、成本低廉并且对于自动工业生产而言是一个合适的候选者。而在利用各种电动力学方法组装氧化锌低维微纳结构之中，介电泳是最为有效的。

在具体的介电泳实施中，在被一个微米尺度间隙所分离的一个电极对上施加一个正弦交变的电势信号，这可以方便的通过早已商业化的函数发生器来实现。即使粒子本身表面带有一定的电动电势，由于施加的是交变电信号，一个周期内电泳效应所诱导的粒子净位移可以忽略不计，而这时起主宰粒子运动作用的主要机理为介电泳。介电泳起源于粒子与其周围悬浮液体媒介电学属性的差异。在电场施加后，自由电荷就会被电场自身诱导在粒子表面，如果此时粒子的极化率高于媒介，粒子就会受到正介电泳力的作用，作用在界面自由电荷上的库伦力就会将粒子运输到电场最强的区域也就是电极的边缘。反之，如果粒子的极化率低于悬浮媒介，负介电泳力就会将粒子排斥而远离电极所在区域。

可见，如果想要得到氧化锌纳米颗粒的有序纳米组装结构，必须使得氧化锌纳米粒子受到正介电泳力的作用。当颗粒的分散溶剂为电导率较低的去离子水时，并且交流电场频率小于1MHz，氧化锌纳米粒子在通常情况下都会受到正介电泳力的作用而运动到电极边缘，然后在近场介电泳效应下邻近的粒子们会相互靠近并且与电场线对准成链，最终组装成桥接电极对间隙的一维氧化锌纳米粒子链条结构，可以用于紫外光的传感。

然而由于粒子布朗运动的干扰，这种介电泳机理组装的纳米粒子结构最大的缺点就是定向力与有序性差，严重的影响了紫外光光强度检测时载流子沿着纳米粒子线运送的通过速度，造成了传感器对紫外光检测的灵敏度与反应速度的下降。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于定向介电泳组装结构的紫外光强传感器制造方法，基于局域场增强效应对氧化锌纳米粒子介电泳组装过程进行导向，可以有效的实现低成本、有序度高、稳定性好的基于氧化锌纳米粒子低维组装结构的紫外光光强度传感器。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于定向介电泳组装结构的紫外光强传感器制造方法，包括以下步骤：

第一步，制造拥有微米尺度的V型槽阵列结构的硅基底，使用厚度为400微米到1毫米的硅片，且其表面为<100>晶面，并且按照<110>晶向将硅片切成两个以上的小片；对切好的小片执行标准的<100>晶面硅片V型槽的湿法腐蚀工艺，在硅片表面加工出沿<110>方向排列的具有微米尺度的V型槽阵列结构,其槽宽为2微米到5微米，深度为1.4微米到3.5微米，相邻槽的间隔为10微米到20微米；

第二步，实现电绝缘，将第一步制造的表面带有V型槽阵列的硅片做表面热氧层处理，使在硅片V型槽的表面均匀的生长一层150纳米到300纳米厚度的SiO₂绝缘层，然后在SiO₂绝缘层表面做亲水性的表面处理；

第三步，制造与V型槽排列方向平行的三维微电极阵列，在复型了硅基底V型槽阵列结构的SiO₂绝缘层上，使用光刻对准工艺来定域的紫外降解出所需要的微米尺度的电极图案，接着采用磁控溅射工艺在已经图案化的光刻胶上沉积一层厚度为50纳米到150纳米的金，然后使用剥离工艺将金层图案化并且去除光刻胶，以形成与V型槽定向相一致的三维微电极对结构；

第四步，氧化锌纳米粒子介电泳组装，把基底带有V型槽阵列结构的微电极对系统浸入氧化锌纳米粒子胶体悬浮液中，对三维微电极对施加频率为50KHz—500KHz的交流电势信号；在局域场增强效应的影响下，实现氧化锌纳米粒子在微电极系统中沿着V型槽底部高度定向排列的一维纳米链结构的组装，其优良的多孔性以及高度定向的排列提高紫外光光强度传感器的灵敏度与响应速度。