[发明专利]用于室温的多孔硅基氧化铜复合结构气敏元件的制备方法

摘要

本发明公开了一种用于室温的多孔硅基氧化铜复合结构气敏元件的制备方法，采用磁控溅射的方法将有序多孔硅与氧化铜薄膜结构复合形成新的复合结构气敏材料，制备出一种可以在室温条件下有效检测氮氧化物的多孔硅基氧化铜复合结构的气敏传感元件。本发明方法所制得的气敏材料具有巨大的比表面积与较大的表面活性，可以提供大量的吸附位置和扩散通道，实现室温下对低浓度的氮氧化物的检测。该方法具有设备简单、操作方便、可重复性好、成本低廉等优点，具有重要的实践意义和研究意义。

主权项

一种用于室温的多孔硅基氧化铜复合结构气敏元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)硅基片的清洗将P型单面抛光的单晶硅基片放入浓硫酸与过氧化氢的混合液中浸泡30～50分钟，随后置于氢氟酸与去离子水的混合液中浸泡20～40分钟，然后分别在丙酮和乙醇中超声清洗5～20分钟，以除去硅基片表面的油污、有机物杂质和表面氧化层，最后将硅基片放入无水乙醇中被用；(2)制备多孔硅采用双槽电化学腐蚀法在步骤(1)的单晶硅片的抛光表面制备多孔硅层，所用电解液由质量分数为40％的氢氟酸和质量浓度为40％二甲基甲酰胺组成，体积比为1:2，在室温且不借助光照的环境下通过改变电流密度和腐蚀时间改变多孔硅的平均孔径和厚度，施加的电流密度为50～100mA/cm²,腐蚀时间为5～10分钟；(3)采用直流反应磁控溅射法制备氧化铜薄膜将步骤(2)制备的多孔硅置于超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，采用质量纯度99.95％的金属铜靶材，本体真空度为2～4×10^‑4Pa，以质量纯度为99.999％的氩气作为工作气体，气体流量为30～45sccm，溅射工作压强为1.0～2.0Pa，溅射功率为90～110W，溅射时间为10～30min，在硅基多孔硅表面沉积纳米氧化铜薄膜；(4)热处理形成氧化铜薄膜将步骤(3)中制备的多孔硅基氧化铜置于管式炉中，在550～650℃中热处理2～4h，热处理的气氛为质量纯度为99.999％氧气与质量纯度为99.999％氩气的混合气体，比例1:4；控制升温速率为5℃/min，将其降温到室温取出得到多孔硅氧化铜复合结构；(5)制备气敏元件将步骤(4)中制得的多孔硅基氧化铜气敏材料置于超高真空对靶磁控溅射设备的真空室；本体真空度4～5×10^‑4Pa，采用质量纯度为99.95％的金属铂作为靶材，以质量纯度为99.999％的氩气作为工作气体，氩气气体流量为20～25sccm，溅射工作压强为2.0～3.0Pa，溅射功率为90～100W，溅射时间为2～4min，在多孔硅表面溅射一对方形铂电极。