[发明专利]薄膜芯片气体传感器及其制备方法

摘要

本发明涉及一种薄膜芯片气体传感器及其制备方法。本发明的芯片包括一块衬底材料，在该衬底材料的表面首先镀上底电极，再镀半导体材料薄层，再镀有无序性贵金属膜系，最后镀上点电极，将整个结构置于一个单开口的封闭的盒子，当气体通过封闭盒子，在贵金属系作为催化剂的作用下，气体在金属表面发生催化反应，放出的能量传递给金属中的电子，金属中具有高能量的电子跃迁经过金属和半导体的界面形成电流，利用检测电流信号的大小以及相对变化来实现某种气体以及含量的检测。本发明的薄膜气体传感器的最大优点是具有灵敏度高，响应快，选择性好，结构简单，寿命长等优点，并且能够针对任何气体进行设计。弥补了传统气体传感器性能不能兼顾的缺点。

主权项

一种薄膜芯片气体传感器制备方法，该传感器包括一块衬底(1)，所述衬底(1)上有一个底电极(2)，在衬底(1)和底电极(2)上有一层半导体材料薄层(3)，半导体材料薄层(3)上有一层无序型金属膜系(4)，在该无序型金属膜系(4)上有点电极(5)；所述底电极(2)和点电极(5)由导线(7)引出而外接电流计(8)；将所诉结构安置在一个单开口的封闭盒子(6)内，其特征在于该方法首先制备一块衬底(1)材料，在该衬底(1)材料的表面首先镀上底电极(2)，再镀半导体材料薄层(3)，再镀有无序型金属膜系(4)，最后镀上点电极(5)，将整个结构置于一个单开口的封闭的盒子(6)中；应用于检测气体时，当气体通过封闭盒子(6)，在贵金属系作为催化剂的作用下，发生催化化学反应，放出的热量激发金属中的电子越过金属和半导体的界面形成电流；利用电流计(8)检测电流信号，利用检测电流信号的大小以及相对变化来实现对气体及其含量的检测；具体制备步骤如下：1)衬底(1)的准备，若衬底(1)为硅片，依次用丙酮、超纯水清洗并超声，N2吹扫并烘干；若衬底(1)为玻璃片，需先用洗洁精冲洗，再丙酮超声，然后用H2SO4和H2O2的混合液浸泡，再超纯水冲洗，N2吹扫并烘干；2)无序型膜系的设计，用磁控溅射法在衬底(1)上镀上底电极，然后用溶胶凝胶法或分子束外延或电化学沉积制备半导体材料薄层，之后在半导体材料薄层上镀上一层无序型金属膜系，最后在金属膜系上镀上点电极；3)气体传感器的制备，将上述结构置于封闭的盒子内，通过探针和导线引出底电极和上电极，外接至电流计上；在制备底电极的过程中，选择的金属电极用来与半导体形成欧姆接触，该电极的金属材料为Ti或Al；所述半导体材料为Si，Ge，GaAs，ZnO，TiO2，GaN和SiC中任选一种；在制备无序型金属膜系的时候中，目的是与半导体材料形成肖特基结构；所述金属膜系为Pt、Au、Pd、Cu、Cr、Ni中任一种；制备点电极的目的是形成良好的接触，所述点电极材料为Ag或Ti。