[发明专利]一种提高气体传感器灵敏度的方法

说明书

本发明涉及一种提高气体传感器灵敏度的方法，属于气体传感器领域和固体物理学领域。本发明采用锰或镁金属作为与气体敏感材料相接触的电极材料，利用锰或镁金属相对于钛、金等材料具有更低功函数的特点，实现了仅通过改变接触电极所用的材料就能提高气体传感器灵敏度的效果。本发明提供了一种提高气体传感器灵敏度的方法，与气体敏感材料功函数差值较大的金属作为连接气体敏感材料的金属，即可提高气体传感器的灵敏度。本发明提高灵敏度的方法简单，且在使用过程中对环境条件没有强烈要求。

技术领域

本发明涉及一种提高气体传感器灵敏度的方法，属于气体传感器领域和固体物理学领域。

背景技术

气体传感器(gas sensor)是检测所处环境中某种或某几种气体含量的传感器。气体传感器通常是气体敏感材料(气敏)部分作为检测的核心，与空气中某种或者某几种气体分子发生较强的吸附作用，进而改变这种材料的电学性能，并最终通过读取电信号获得环境气体的信息。

然而，近二十年内研究报道的新型气体传感器，其灵敏度在常温下较低，而想要获得较高灵敏度的方法，大多采用提高工作温度的手段，因此需要消耗许多的能源提供高温环境，高温又往往伴随诸多危险隐患，这就极大地限制了气体传感器的应用范围和应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在灵敏度低，室温下效果较差的问题，为此提供一种提高气体传感器灵敏度的方法；该方法使用与气体敏感材料功函数差值较大的金属作为电极，与气体敏感材料相连接，就能达到提高气体检测灵敏度的目的。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种提高气体传感器灵敏度的方法，选择与气体敏感材料具有较大功函数差的金属作为与气体敏感材料接触的电极；金属与气体敏感材料接触时，二者的功函数差值越大，其界面处积累的电荷越多，当器件暴露在气体环境下，界面处积累的电荷将与气体分子进行电荷转移并形成局域电子，这些局域的电子产生内建电场影响偏压的效果，从而提高气体传感器的灵敏度；所述较大功函数差是指差值的绝对值大于0.7eV；

当与气体敏感材料功函数差值较大的金属与气体敏感材料接触时，由于其具有很低的功函数，金属与气体敏感材料接触的界面处将积累大量的电荷，当器件暴露在气体环境下，界面处积累的电荷将与气体分子进行电荷转移并变成局域电子，这些局域的电荷产生额外内建电场(V_p)改变偏压的效果，从而提高气体传感器的灵敏度。而金属与气体敏感材料的功函数的差值越大，上述接触界面处积累的电荷越多，导致吸附的气体分子在此处形成的内建电场越大，进而导致气体传感器的灵敏度越高。所以，与气体敏感材料功函数差值较大的金属，十分适合作为气体传感器中与气体敏感材料相接触的金属，如Pt(5.65eV)、Mn(4.1eV)和Mg(3.66eV)这三种。

采用上述方法制备的高灵敏度气体传感器，包括：气体敏感材料、绝缘衬底、导电电极(其构成材料是与气体敏感材料功函数差值较大的金属)和导线；所述气体敏感材料置于绝缘衬底上，所述导电电极置于气体敏感材料与绝缘衬底上，并作为与气体敏感材料直接接触的电极存在；在锰或镁金属电极上连接导线，使整个传感器方便接入电子系统中。

所述电极表面增加保护层；所述表面不包括与气体敏感材料接触的表面；所述保护层为稳定材料；

所述的保护层，可采用覆盖、镀膜、电镀、部分氧化等手段形成，以起到保护锰或镁材料不受外界环境氧化腐蚀等变质变化的损坏。

所述的稳定材料，是指在空气中可长期存在，且不易发生变质的材料，如金属金、塑料、二氧化硅等。

所述气体敏感材料包括：二维材料、半导体；