[发明专利]一种空心纳米球阵列传感器的制备方法

说明书

一种空心纳米球阵列传感器的制备方法，包括如下步骤：(a)衬底基材预处理；(b)光刻蚀法对预处理的硅衬底进行加工；(c)正丙醇中清洗、通氮气干燥；(d)选取Ti作为附着层，Au作为检测电极，采用辉光真空镀膜方法对干燥后的样品进行检测电极沉积；(e)通过剥离技术去除步样品表面残余的光刻胶；(f)制备溶胶溶液，对干燥后的样品衬底进行旋涂制膜；(g)对样品先进行后置热蒸水热处理，然后通氮气保护进行焙烧，制备传感材料与器件一体的气体传感器。本发明把握有害气体分子(SO₂)检测技术与应用技术创新的平衡点，实现材料制备与器件集成相统一，提升传感器对SO₂的特征识别能力以及对响应信号的快速提取和增强能力。

技术领域

本发明属于气体传感领域，特别是涉及一种空心纳米球阵列传感器的制备方法。

背景技术

人们对生存环境监控方面的研究中，气体检测占有十分重要的地位，如气体检测在食品工业、环境保护、安全检查、航空航天等领域发挥着重要的作用。气体传感器因具有检测环境中的气体成分，有毒、有害气体含量及毒性等方面的优势成为众多传感器研究领域的重要内容。目前，气体传感器在有毒、有害气体检测方面的研究比较深入，产品化的气体传感器已广泛应用于有毒、有害气体泄露、空气污染以及温室气体的检测与监控方面。然而，传统传感器存在如下的缺点：(1)气敏元件工作温度高、能耗大，不利于制成便携式检测仪，同时在使用中也存在安全隐患；(2)气体检测灵敏度有待提高，例如在极低浓度的气体环境下，难以输出灵敏信号。近年来，结合了纳米技术、微电子与集成电路技术发展而来的微型传感技术对气体的检测与监控起到了积极作用。微型传感器具有体积小、灵敏度高、选择性好、功耗低、集成易等特点，推进了气体传感器在生态环境监测中的应用。基于上述问题，本发明拟将纳米空心球阵列/石墨烯量子点薄膜气体传感器与现代薄膜制备技术、微电子技术等新技术相结合，使得低功耗、高效率的微型薄膜气体传感器的研发与应用成为可能，并能够实现薄膜气体传感器集成化、规模化生产，从而降低气体传感器的制造成本。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术中传统传感器存在的问题，制备一种基于纳米自组装技术的纳米空心球阵列/石墨烯量子点薄膜气体传感器，实现材料制备与器件集成相统一。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种空心纳米球阵列传感器的制备方法，包括如下步骤：

(a) 衬底基材预处理：将硅衬底放入丙酮和异丙醇中进行超声清洗，然后用氮气吹扫表面，并对其进行热处理，清洗时间5-10min；

(b) 通过光刻蚀法对步骤(a)中预处理的硅衬底进行加工，制备样品衬底；

(c) 将步骤(b)制成的样品放入正丙醇中清洗、通氮气干燥；

(d) 选取Ti作为附着层，Au作为检测电极，采用辉光真空镀膜方法对步骤(c)干燥后的样品进行检测电极沉积，制备多层Ti/Au检测电极结构；

(e) 通过剥离技术去除步骤(d)样品表面残余的光刻胶，然后用丙酮和异丙醇清洗、通氮气干燥；

(f) 制备溶胶溶液，对步骤(e)中干燥后的样品衬底进行旋涂制膜，控制转速为3000-5000rpm；

(g) 对步骤(f)中制得的样品先进行后置热蒸水热处理，然后通氮气保护进行焙烧，制备传感材料与器件一体的气体传感器。

本发明所述的一种空心纳米球阵列传感器的制备方法，其进一步解决的技术方案是，所述步骤(a)中的热处理是指：在140℃条件下加热硅衬底180s。

本发明所述的一种空心纳米球阵列传感器的制备方法，其进一步解决的技术方案是，所述步骤(b)中的光刻蚀法具体步骤如下：