[实用新型]基于三氧化钨薄膜的室温气体传感器元件

说明书

技术领域

本实用新型是关于气体传感器的，尤其涉及一种室温下工作的基于硅基三氧化钨薄膜的二氧化氮气体传感器元件。

背景技术

现代工业的日益发展在提高人民生活水平的同时，也给生态环境带来了不可避免的破坏。有机物分解、化石燃料的燃烧及化工业的生产过程中排放的二氧化氮是一种常见的大气污染物，是形成酸雨和光化学烟雾的主要物质之一，对环境的损害极大。因此，对二氧化氮气体传感器元件的研究具有重要的意义和发展前景。

三氧化钨气敏材料由于对二氧化氮、氨气等气体灵敏度高、响应/恢复时间短，且具有易于测量与控制、价格低廉等优点，受到了研究人员的广泛关注。目前国内外研究者和本课题组基于气敏特性研究的三氧化钨薄膜材料是n型半导体，置于空气中薄膜表面会吸附氧离子，与氧化型气体（如NO₂等）接触后，电导率下降，电阻上升，电阻的变化与检测气体的浓度成比例，但是n型三氧化钨半导体薄膜气体传感器的工作温度一般在200℃以上，功耗较大，不利于实现气体传感器的集成化和智能化。随着人们环保意识的增强，对气体传感器提出了更高的要求，实现传感器的微型化、低功耗和高集成化是该领域一个重要的研究方向。

对此，本实用新型以p型单晶硅为基底，采用溶胶凝胶法在基底上制备三氧化钨纳米薄膜，提出p型三氧化钨薄膜气体传感器的研究，拟开发一种具有较高灵敏度、易于与微电子工艺技术兼容实现硅基集成的新型室温气体传感器元件。

发明内容

本实用新型的目的，是克服传统三氧化钨气敏材料工作温度较高的缺点，进一步改善三氧化钨材料对氮氧化物气体的敏感性能，提供一种制备方法简单、实现室温下对氮氧化物气体极低浓度探测，快速的响应/恢复、高选择性、良好恢复性等优异气敏特性的新型低功耗硅基氧化钨薄膜气敏传感器元件。

本实用新型通过如下技术方案予以实现：

一种基于三氧化钨薄膜的室温气体传感器元件，包括单面抛光的硅基片1与叉指电极2，其特征在于，所述硅基片1的抛光表面上设置有叉指电极2，叉指电极2与硅基片1的抛光表面的上面设置有三氧化钨气敏性薄膜3。

所述叉指电极2为铂叉指电极。

所述单面抛光的硅基片1为p型100晶向的单面抛光的单晶硅基片。

所述三氧化钨气敏性薄膜3的厚度为300nm。

该气体传感器元件在室温下对低浓度二氧化氮表现为p型的半导体特征。

本实用新型提供了一种可在室温下探测低浓度（0.1ppm）二氧化氮气体，且具有高灵敏度、快速响应/恢复、选择性好、重复性好的硅基三氧化钨薄膜气敏传感器元件；硅基三氧化钨薄膜厚度在300nm左右，在室温下对二氧化氮气体表现为p型半导体的气敏特性。

附图说明

图1是本实用新型基于三氧化钨薄膜的室温气体传感器元件的结构示意图：

图2是本实用新型的基于三氧化钨薄膜的室温气体传感器元件在不同的工作温度下对2ppm二氧化氮的响应/恢复曲线图；

图3是本实用新型基于三氧化钨薄膜的室温气体传感器元件在室温下对不同浓度二氧化氮气体的动态连续响应/恢复曲线图；

图4是本实用新型基于三氧化钨薄膜的室温气体传感器元件在室温下对不同气体的选择性示意图。

图1中附图标记如下：

1————硅基片  2————叉指电极

3————三氧化钨气敏性薄膜

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描述。

如图1所示，本实用新型基于三氧化钨薄膜的室温气体传感器元件，包括单面抛光的硅基片1与叉指电极2，所述硅基片1为p型<100>晶向的单面抛光的单晶硅基片，其抛光表面上设置有叉指电极2，该叉指电极为铂叉指电极；叉指电极2与硅基片1的抛光表面的上面设置有三氧化钨气敏性薄膜3，该三氧化钨气敏性薄膜3的厚度为300nm左右。

本实用新型的三氧化钨气敏性薄膜的制备方法如下：

（1）硅片清洗

将电阻率为10～15Ω·cm，厚度为400μm，<100>晶向的p型单面抛光的单晶硅片，切割成尺寸为2.5cm×1cm的矩形硅基底，放入配好的双氧水：浓硫酸=1：3清洗液中浸泡40分钟，除去表面有机污染物；去离子水冲洗后放入质量分数5%的氢氟酸水溶液中浸泡30分钟，除去表面氧化层；去离子水冲洗后再依次放入丙酮溶剂、无水乙醇、去离子水中分别超声清洗15分钟，清洗掉表面的离子及有机物杂质，烘干备用。

（2）溅射铂叉指电极