[发明专利]一种具有氨气敏感效应的二硫化钼薄膜器件及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米半导体技术领域，涉及半导体薄膜制备和器件加工技术，具体地说是涉 及一种具有氨气(NH₃)敏感效应的二硫化钼(MoS₂)薄膜器件及其制备方法和应用。

背景技术

作为一种重要的化工医药试剂原料，NH₃在化工、医药和军事等诸多领域获得了广泛应 用。但同时NH₃又是一种腐蚀和毒性气体，对接触的人体皮肤组织有腐蚀和刺激作用，若吸 入的氨气过多，导致血液中氨浓度过高，甚至可危及人体生命。因此，对空气和特定环境中 的NH₃及其含量进行快速、准确的原位监测和测量，具有重大的应用价值，同时也具有重要 的学术意义。近年来，国内外对NH₃传感器的研制主要集中于半导体型、电化学型和红外光 学型等。在各种类型的NH₃传感器中，半导体型NH₃传感器具有制备工艺简单、响应时间短、 重复性好等诸多优点，现已成为应用最为广泛的NH₃传感器之一。但同时现有的半导体型 NH₃传感器仍然存在着一些不足之处制约着它的发展：需在加热条件下工作，因此需增加加 热电路，大大增加了器件的复杂性；需要借助贵金属(Pt、Pd等)作为气体吸附载体，这导 致其成本大幅增加。为此，各种新型半导体材料不断被应用于新型NH₃传感器的研制，其中 MoS₂材料更值得关注。

MoS₂是典型的层状结构，每个单元均是S-Mo-S的“三明治”结构。在结构上，MoS₂具有 两个显著的特征。首先，MoS₂中各层内以共价键紧密结合在一起，每个Mo原子被六个S原 子包围，呈三角棱柱状，暴露出很多Mo-S棱面，可作为催化活性和气体吸附中心，这有利 于外界气体分子在MoS₂表面产生吸附。其次，MoS₂中层与层之间以较弱的范德华力相结合， 具有较大的空隙。这一结构特征有利于气体分子在MoS₂内发生扩散和迁移，从而增强材料 的气体吸附效果。根据上述特征，可以看出MoS₂材料在研制新型气体传感器领域存在广阔 的应用前景。在NH₃检测方面，国内外研究人员主要研究了单层MoS₂材料对NH₃的响应性 能，结果显示：单层MoS₂材料对NH₃具有优良的响应性能。但单层MoS₂在材料制备和器件 加工方面的困难严重限制了该类气体传感器件的发展。相比较而言，MoS₂薄膜材料的制备方 法和工艺简单，容易实现大面积生长。同时，以薄膜型态，有利于将MoS₂材料与传统半导 体Si进行叠加集成，为发展新型电子传感器件提供新的材料选择。但目前国内外尚未见该方 面的报道和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有氨气敏感效应的二硫化钼薄膜器件以及该二硫化钼薄膜 器件的制备方法和应用。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种具有氨气敏感效应的二硫化钼薄膜器件，包括MoS₂薄膜层、作为MoS₂薄膜层载体 的Si衬底及金属In电极，MoS₂薄膜层设置在Si衬底表面，MoS₂薄膜层厚度为200-300nm， 金属In电极分别压制于MoS₂薄膜层和Si衬底表面。

优选的，所述Si衬底为p型Si单晶衬底，电阻率为1～2Ωcm^-1。

优选的，所述Si衬底表面还覆盖有掩模片，掩模片位于MoS₂薄膜层与Si衬底之间。

优选的，所述金属In电极连接金属Cu导线。

一种具有氨气敏感效应的二硫化钼薄膜器件的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取Si衬底，对其进行清洗，然后采用化学腐蚀方法去除清洗后Si衬底表面氧化 层；

(2)对去除表面氧化层的Si衬底进行干燥，然后覆盖掩模片；