[发明专利]薄膜芯片气体传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种薄膜芯片气体传感器，包括一块衬底（1），其特征在于：所述衬底（1）上有一个底电极（2），在衬底（1）和底电极（2）上有一层半导体材料薄层（3），半导体材料薄层（3）上有一层无序型金属膜系（4），在该无序型金属膜系（4）上有点电极（5）；所述底电极（2）和点电极（5）由导线（7）引出而外接电流计（8）；将所诉结构安置在一个单开口的封闭盒子（6）内。

2.一种薄膜芯片气体传感器制备方法，应用于制备根据权利要求书1所述的薄膜气体传感器芯片，制备一块衬底（1）材料，在该衬底（1）材料的表面首先镀上底电极（2），再镀半导体材料薄层（3），再镀有无序型金属膜系（4），最后镀上点电极（5），将整个结构置于一个单开口的封闭的盒子（6）中；应用于检测气体时，当气体通过封闭盒子（6），在贵金属系作为催化剂的作用下，发生催化化学反应，放出的热量激发金属中的电子越过金属和半导体的界面形成电流；利用电流计（8）检测电流信号，利用检测电流信号的大小以及相对变化来实现对气体及其含量的检测；

具体制备步骤如下：

1）基底的准备，若基底为硅片，依次用丙酮、超纯水清洗并超声，N₂吹扫并烘干；若基底为玻璃片，需先用洗洁精冲洗，再丙酮超声，然后用H₂SO₄和H₂O₂的混合液浸泡，再超纯水冲洗，N₂吹扫并烘干；

2）无序型膜系的设计，用磁控溅射法在基底上镀上底电极，然后用溶胶凝胶法或分子束外延或电化学沉积制备半导体膜材料薄层，之后在半导体材料薄层上镀上一层无序型金属膜系，最后在金属膜系上镀上点电极；

3）气体传感器的制备，将上述结构置于封闭的盒子内，通过探针和导线引出底电极和上电极，外接至电流计上。

3.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于，所述衬底可选有二氧化硅氧化层的硅片或玻璃片或金属片；在选用衬底过程时，对基片进行处理，处理方法为腐蚀，离子注入、原位刻蚀和生长种子层。

4.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于，所述生长种子层的方法为磁控溅射或分子束外延或电化学沉积。

5.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于，在制备底电极的过程中，选择的金属电极用来与半导体形成欧姆接触，该电极的金属材料为Ti或Al。

6.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于，所述半导体材料为Si，Ge，GaAs，ZnO，TiO₂，GaN和SiC中任选一种。

7.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于，所述半导体材料的制备方法采用溶胶凝胶法、水解沉淀法、磁控溅射法、真空蒸发法、电子束蒸发法、自组装法和物相沉积法中的任一种。

8.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于，所述半导体薄膜的制备方法采用浸渍提拉、旋涂法和磁控溅射法中的任一种。

9.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于，在制备半导体材料的过程中，对半导体材料进行处理而形成另一种半导体材料，该处理方法为高温煅烧或退火处理。

10.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于：对半导体材料进行掺杂而改变半导体的性质，掺杂材料为Si、Fe、Zr中任一种。

11.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于：在制备无序型金属膜系的时候中，目的是与半导体材料形成肖特基结构；所述金属膜系为Pt、Au、Pd、Cu、Cr、Ni中任一种。

12.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于：制备点电极的目的是形成良好的接触，所述点电极材料为Ag或Ti。

13.如权利要求1所述的薄膜芯片传感器制备方法，其特征在于：自组装形成半导体薄膜和金属薄膜的过程中应具有一定程度的可控性，可控制薄膜的厚度。