[实用新型]一种超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种气敏传感器的，尤其涉及一种用于超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件。

背景技术

现代工业发展产生了大量的易燃易爆有毒有害气体，其中氮氧化物气体是一种可导致酸雨、光化学烟雾等严重环境问题并对人类健康带来巨大威胁的典型大气污染物。随着环保意识的增强，人们对氮氧化物气体传感器的性能提出了更高的要求，研究用于氮氧化物气体的快速检测和监控的高性能气敏传感器材料与器件意义重大，并已成为近年来的研究热点。目前现有的对氮氧化物气体进行检测的主流产品仍然以传统加热式的陶瓷烧结型、厚膜型半导体气敏传感器为主，其体积大、功耗高且难于集成，在气体探测方面难以达到更高的要求。这就为实现微小型化、集成化、低功耗的传感器技术的发展增加了复杂性和不稳定性。目前，在室温条件实现对氮氧化物气体的快速探测仍然是一项极富挑战性的课题。

硅基多孔硅作为一种孔径尺寸、孔道深度和孔隙率可控的新型半导体材料，因其具有巨大的比表面积和室温下很高的表面化学活性而呈现出良好的气敏性能，被认为是最具应用前景的室温气敏材料。但考虑到传统采用的多孔硅气敏材料，因孔道的无序性而缺乏有效的气体扩散通道，致使响应/恢复时间过长，已经严重制约其进一步实际应用。

根据以往的研究表明，采用兼具高比表面积和孔道高度有序排列的多孔硅气敏材料，将拥有大量的气体分子吸附位置和输运通道，有望开发出一种室温工作且超快探测氮氧化物气体的气敏元件。

发明内容

本实用新型的目的，是在于克服传统采用的多孔硅气敏材料因孔道无序性对响应/恢复时间的不利影响，以及在室温条件实现对氮氧化物气体快速探测的新课题，提供一种体积小巧、结构简单、使用方便，具有室温工作且超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件。

本实用新型通过如下技术方案予以实现。

一种超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件，包括硅基片衬底，其特征在于，所述硅基片衬底(1)为p型单面抛光的单晶硅基片，硅基片衬底(1)的抛光面上设置有多孔硅层(2)，多孔硅层(2)的上面设置有铂电极正极(3)和铂电极负极(4)。

所述的多孔硅层(2)是具有高比表面积和孔道高度有序化的气敏材料。

所述硅基片衬底(1)的尺寸为2.4cm×0.9cm。

所述多孔硅层(2)的平均孔径为68.8nm，厚度为18.1μm。

所述多孔硅层(2)的形成区域尺寸为1.6cm×0.4cm。

所述铂电极正极(3)和铂电极负极(4)为0.2cm×0.2cm的方形铂电极，电极厚度为100nm，电极间距为8mm。

本实用新型的有益效果：采用兼具高比表面积和孔道高度有序化的多孔硅作为气敏材料，可提供大量的气体吸附位置和有效的气体扩散通道。多孔硅气敏传感器元件可在室温工作，且对低浓度的氮氧化物气体实现高选择性的超快探测。其体积小巧、结构简单、工艺成熟、使用方便、价格低廉，有望在氮氧化物气体传感器领域获得推广应用。

附图说明

图1是本实用新型一种用于超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件的结构示意图；

图1中的附图标记为：

1————硅基片衬底        2————多孔硅层

3————铂电极正极        4————铂电极负极

图2是本实用新型一种用于超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件对0.125～2ppm NO₂气体的动态响应曲线；

图3是本实用新型一种用于超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件的灵敏度与NO₂气体浓度的对应关系图；

图4是本实用新型一种用于超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件的响应/恢复时间与NO₂气体浓度的对应关系图；

图5是本实用新型一种用于超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件对1ppmNO₂的重复性测试曲线；

图6是本实用新型一种用于超快探测氮氧化物气体的多孔硅气敏传感器元件对多种气体的选择性示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。