[发明专利]金属氧化物半导体多孔薄膜及其制备方法与气体传感器

说明书

本发明公开一种金属氧化物半导体多孔薄膜及其制备方法与气体传感器，所述制备方法包括步骤：对提供的基底进行持续加热并保持在第一预设温度，将第一预定体积的金属有机框架前驱液转移到基底上，然后进行第一次煅烧，冷却后在基底上制备得到薄膜前体；对表面上含有薄膜前体的基底进行持续加热并保持在第一预设温度，将第二预定体积的金属有机框架前驱液转移到所述薄膜前体上，然后进行第二次煅烧，在所述基底上制备得到所述金属氧化物半导体多孔薄膜。本发明提供的制备方法制备过程简单、成膜质量好、高效且环境友好、成本低、可以实现连续的大面积生产。得到的薄膜中氧化物颗粒间的接触电阻小、具有优异的电子导电性及优异的气体传感性能。

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，尤其涉及一种金属氧化物半导体多孔薄膜及其制备方法与气体传感器。

背景技术

基于金属氧化物半导体的气体传感器具有低成本、操作简单、高灵敏度和易于集成等优势，已经广泛应用于环境气体监测、智能家居、医疗诊断等。半导体气体传感依赖于材料表面气体分子的吸附和反应，为提升金属氧化物的传感性能，需要精确调控金属氧化物的晶粒尺寸、形貌、孔隙率、比表面积等。介孔氧化物因具有高比表面和大的孔尺寸(2～50nm)因而备受关注。金属氧化物的气体传感是一个固-气界面反应过程，气体分子在金属氧化物薄膜的孔内扩散，然后与其表面吸附的氧物种进行反应，从而引起材料导电率的变化。然而，现有的制备工艺难以制造具有介孔结构的大面积高晶态金属氧化物薄膜。比如软模板法通过引入胶束制造孔结构，但大量有机物的挥发严重污染环境，而且软模板法制造的氧化物晶态较低。硬模板法则是通过引入介孔二氧化硅或碳球造孔，然后再用氢氟酸或氢氧化钠将模板刻蚀除去，工序复杂且污染环境。利用金属有机框架热解的方法制备介孔金属氧化物半导体可以替代以上方法。

然而，现有技术是先利用金属有机框架热解衍生为金属氧化物后再进行成膜、工艺复杂、成本高且成膜质量差，难以实现大面积、批量化生产。且现有的金属有机框架衍生的金属氧化物材料主要是基于金属有机框架的微晶粉体，所衍生的金属氧化物颗粒之间具有大量晶界电阻严重影响电荷传输，电子导电性差。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属氧化物半导体多孔薄膜及其制备方法与气体传感器，旨在解决现有制备金属氧化物薄膜的方法工艺复杂、成膜质量差且得到的薄膜电子导电性差的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种金属氧化物半导体多孔薄膜的制备方法，其中，包括步骤：

将金属盐前驱体、有机配体加入到溶剂中，搅拌后，得到金属有机框架前驱液；

提供基底，对所述基底进行持续加热并保持在第一预设温度，取第一预定体积的金属有机框架前驱液并将所述第一预定体积的金属有机框架前驱液转移到所述基底上，然后进行第一次煅烧，冷却后在所述基底上制备得到薄膜前体；

对表面上含有薄膜前体的基底进行持续加热并保持在第一预设温度，取第二预定体积的金属有机框架前驱液并将所述第二预定体积的金属有机框架前驱液转移到所述薄膜前体上，然后进行第二次煅烧，在所述基底上制备得到所述金属氧化物半导体多孔薄膜。

可选地，所述金属盐前驱体选自锌盐前驱体、钴盐前驱体或铜盐前驱体；

和/或，所述有机配体选自咪唑基有机配体或羧酸基有机配体；

和/或，所述溶剂选自有机溶剂；

和/或，所述基底选自玻璃基底、石英基底、硅基底、陶瓷基底中的一种。

可选地，所述锌盐前驱体选自乙酸锌、硝酸锌、氯化锌中的至少一种；

和/或，所述钴盐前驱体选自乙酸钴、硝酸钴、氯化钴中的至少一种；