[发明专利]一种双模湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二维二硫化钼纳米薄膜与硅纳米线阵列构成的湿度传感器的制备及其湿度传感性能，该器件由硅片、硅纳米线阵列、二维二硫化钼纳米薄膜、金属电极一和金属电极二等五部分构成。本发明的二维二硫化钼纳米薄膜/硅纳米线阵列湿度传感器中二硫化钼薄膜和硅纳米线均具有非常高的比表面积和面积体积比，因此二硫化钼薄膜和硅纳米线表面均可以吸附水分子，从而使制作的湿度传感器对不同的湿度具有对高灵敏、快速响应、稳定的特性；同时此湿度传感器可以工作在正向电压下和负向电压下，因此具有双模工作模式。

技术领域

本发明公开了一种双模湿度传感器及其制备方法，确切的说是基于二维二硫化钼纳米薄膜和硅纳米线阵列异质结的湿度传感器及其制备方法。

技术背景

由于湿度影响着人类生活的方方面面，广大研究者对湿度传感器产生了研究兴趣。最近，许多研究人员关注大气湿度对纳米材料电学性能的影响，如二硫化钼纳米片，石墨烯，碳膜等等。研究结果表明，湿度气体可以增大或减小纳米材料的电阻。其原理是：湿敏材料直接吸附空气中的水分子，从而使其电学性质等发生变化，是检测输出信号随湿度的变化而变化。

近些年来二硫化钼由于具有良好的电学、机械和光学性能，被广泛研究。二硫化钼是制备高性能、多功能电子设备不可或缺的材料，可应用于晶体管，传感器和太阳能电池。作为备受关注的电子材料，许多研究者十分关注周围环境对二硫化钼电性能影响。最近，许多研究者对于大气湿度对纳米材料的电学特性十分关注，如二硫化钼纳米颗粒、石墨烯和碳膜等。研究结果表明，湿度气体可以增加或减小纳米级的电阻材料。由于二硫化钼的纳米材料应用广泛，重要的是了解其电性能对湿度的依赖性。这不仅仅是由于其可应用于开发新型湿度传感器，而且必须考虑大部分电子设备在大气环境中潮湿的地方的应用。

硅纳米线阵列作为一维硅纳米材料的典型代表，除具有半导体所具有的特殊性质外，还显示出不同于体硅材料的场发射、热导率及可见光致发光等物理性质。在纳米电子器件、光电子器件以及新能源等方面具有巨大的潜在应用价值。更重要的是，由于硅纳米线阵列与现有硅技术具有极好的兼容性进而具有极大的市场应用潜力。因此，硅纳米线阵列极有可能成为一维纳米材料领域的一种极有应用潜力的新材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种具有高灵敏度、快响应速度、高稳定性和双工作模式的二维二硫化钼纳米薄膜和硅纳米线阵列异质结的湿度传感器，能够对一定相对湿度进行有效的探测。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于二维二硫化钼纳米薄膜和硅纳米线阵列异质结的湿度传感器，具有如下结构：

通过对n型或p型硅片刻蚀得到在硅片衬底1上的硅纳米线阵列2；将二维二硫化钼纳米薄膜3转移到硅纳米线阵列2表面；通过热蒸发或电子束镀膜等方法在二维二硫化钼纳米薄膜表面制备第一金属电极4；在硅片衬底1上制备第二金属电极5。

换言之，本湿度传感器具有如下结构：在硅片衬底1上有一层通过刻蚀得到的硅纳米线阵列2，在硅纳米线阵列2顶部有二维二硫化钼纳米薄膜3，在二硫化钼薄膜3上设有第一金属电极4，在硅片衬底1上有第二金属电极5；以第一金属电极4作为输出极，第二金属电极5作为另一输出极。

优选的方案是，所述第一金属电极4、第二金属电极5可以是金、银、铂、铝、铜和/或钛。

优选的方案是，二维二硫化钼纳米薄膜3的厚度在0.65纳米到100纳米范围内。

优选的方案是，通过金属辅助刻蚀法对N型或P型硅片刻蚀得到硅纳米线阵列2，硅纳米线阵列2中的每根硅纳米线的长度在1微米到100微米之间，直径在10纳米到1微米之间。

本湿度传感器的性能为：