專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣敏傳感器，特別涉及一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器。具體地說(shuō)，是一種利用納米氧化鋅粒子作為氣敏膜的電導(dǎo)型氣敏傳感器，采用低阻的N型摻雜多晶硅作為叉指電極，該傳感器無(wú)需加熱電源，在室溫下就可以工作。
背景技術(shù)：
常用的電導(dǎo)型氣敏傳感器需要在300℃以上的溫度下工作，才能獲得足夠的靈敏度。電導(dǎo)型氣敏傳感器是利用待測(cè)氣體分子與氣敏材料表面發(fā)生化學(xué)吸附或反應(yīng)引起的電荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)而導(dǎo)致電導(dǎo)率的變化來(lái)檢測(cè)氣體分子的存在的。溫度太低，反應(yīng)不能發(fā)生或反應(yīng)不明顯，因此一般的電導(dǎo)型氣敏傳感器工作時(shí)都需將氣敏材料加熱到300℃以上的溫度，有的還需在氣敏材料中添加催化劑。由于工作溫度高，必須配置加熱器，這樣不但能耗很大，高溫還會(huì)使叉指電極和氣敏層容易老化，特別是由于加熱器的存在，給電導(dǎo)型氣敏傳感器微型化、集成化帶來(lái)困難，因此如何設(shè)計(jì)一種能夠在常溫下工作、微型、而且與硅集成電路工藝兼容的氣敏傳感器，是當(dāng)前氣敏傳感器研究的熱點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)需加熱裝置可以在室溫下工作的微型電導(dǎo)型氣敏傳感器，去除加熱器，采用N型摻雜多晶硅作為叉指電極，使叉指電極和氣敏層不易老化，延長(zhǎng)其使用壽命，為氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)微型化、集成化提供一種切實(shí)可行的技術(shù)方案。
一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器，包括襯底1，絕緣層2，叉指電極3，氣敏層4，其特征在于襯底1為硅單晶襯底，絕緣層2為二氧化硅絕緣層，叉指電極3采用N型摻雜多晶硅電極，其摻雜濃度大于1018cm-3，電極寬度及其間距皆為5-100μm，電極的對(duì)數(shù)不少于1對(duì)，氣敏層4為納米氧化鋅氣敏層，氧化鋅顆粒尺寸為5-35nm。本電導(dǎo)型氣敏傳感器適合于對(duì)納米氧化鋅氣敏層敏感氣體的檢測(cè)，如甲醛、苯、甲苯、二甲苯蒸氣等。
同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的電導(dǎo)型氣敏傳感器可以在室溫下工作，不需要設(shè)置加熱器，電極采用N型摻雜多晶硅，因此使叉指電極3和氣敏層不易老化，有助于延長(zhǎng)電導(dǎo)型氣敏傳感器的使用壽命，其制作工藝與硅集成電路工藝兼容，器件尺寸很小，同時(shí)為氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)微型化提供一種切實(shí)可行的技術(shù)方案，解決了氣敏傳感器易老化、微型化中的技術(shù)難題。


圖1為本發(fā)明的電導(dǎo)型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為幾種不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層，在室溫下氣敏傳感器對(duì)室內(nèi)污染氣體之一的甲醛的敏感性的變化關(guān)系圖，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間(秒)，縱坐標(biāo)為電阻相對(duì)變化。
圖3為幾種不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層，在室溫下氣敏傳感器對(duì)室內(nèi)污染氣體之一的苯的敏感性的變化關(guān)系圖。
圖4為幾種不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層，在室溫下氣敏傳感器對(duì)室內(nèi)污染氣體之一的甲苯的敏感性的變化關(guān)系圖。
圖5為幾種不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層，在室溫下氣敏傳感器對(duì)室內(nèi)污染氣體之一的二甲苯的敏感性的變化關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器，其如結(jié)構(gòu)圖1所示，襯底為硅片，用標(biāo)準(zhǔn)集成電路清洗工藝清洗；清洗后的硅片在高溫下氧化，氧化溫度為1000℃，時(shí)間為2小時(shí)，在硅片表面形成一層二氧化硅絕緣層，絕緣層厚度為55nm；絕緣層上用常規(guī)工藝沉積一層的摻磷的多晶硅膜，摻雜濃度大于1018cm-3；再用常規(guī)的光刻、掩模工藝，在多晶硅膜中形成叉指電極，電極對(duì)數(shù)目為10對(duì)，電極寬度及其間距為5μm；在形成摻雜多晶硅電極后的硅片上沉積一層納米氧化鋅薄膜，作為氣敏層，氧化鋅顆粒尺寸為5nm。本傳感器外形尺寸僅為1×0.3×0.3mm(不包括引線)。
實(shí)施例2一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器，其如結(jié)構(gòu)圖1所示，襯底為硅片，用標(biāo)準(zhǔn)集成電路清洗工藝清洗；清洗后的硅片在高溫下氧化，氧化溫度為1000℃，時(shí)間為2小時(shí)，在硅片表面形成一層二氧化硅絕緣層，絕緣層厚度為80nm；絕緣層上用常規(guī)工藝沉積一層的摻磷的多晶硅膜，摻雜濃度大于1018cm-3；再用常規(guī)的光刻、掩模工藝，在多晶硅膜中形成叉指電極，電極對(duì)數(shù)目為8對(duì)，電極寬度及其間距為25μm；在形成摻雜多晶硅電極后的硅片上沉積一層納米氧化鋅薄膜，作為氣敏層，氧化鋅顆粒尺寸分別為5nm、20nm、25nm、35nm，本傳感器外形尺寸僅為1×1×1mm(不包括引線)。上述不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層的電導(dǎo)型氣敏傳感器，在室溫下傳感器對(duì)甲醛蒸氣的敏感性的變化關(guān)系示于圖2。
實(shí)施例3一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器，氧化鋅顆粒尺寸分別為20nm、25nm、35nm，本傳感器外形尺寸為1×1×1mm(不包括引線)，其余與實(shí)施例2相同。上述不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層的電導(dǎo)型氣敏傳感器，在室溫下傳感器對(duì)苯蒸氣的敏感性的變化關(guān)系示于圖3。
實(shí)施例4一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器，氧化鋅顆粒尺寸分別為20nm、25nm、35nm，本傳感器外形尺寸為1×1×1mm(不包括引線)，其余與實(shí)施例2相同。上述不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層的電導(dǎo)型氣敏傳感器，在室溫下傳感器對(duì)甲苯蒸氣的敏感性的變化關(guān)系示于圖4。
實(shí)施例5一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器，氧化鋅顆粒尺寸分別為20nm、25nm、35nm，本傳感器外形尺寸為1×1×1mm(不包括引線)，其余與實(shí)施例2相同。上述不同粒徑的納米氧化鋅氣敏層的電導(dǎo)型氣敏傳感器，在室溫下傳感器對(duì)二甲苯蒸氣的敏感性的變化關(guān)系示于圖5。
實(shí)施例6一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器，其如結(jié)構(gòu)圖1所示，襯底為硅片，用標(biāo)準(zhǔn)集成電路清洗工藝清洗；清洗后的硅片在高溫下氧化，氧化溫度為1000℃，時(shí)間為2小時(shí)，在硅片表面形成一層二氧化硅絕緣層，絕緣層厚度為120nm；絕緣層上用常規(guī)工藝沉積一層的摻磷的多晶硅膜，摻雜濃度大于1018cm-3；再用常規(guī)的光刻、掩模工藝，在多晶硅膜中形成叉指電極，電極對(duì)數(shù)目為2對(duì)，電極寬度及其間距為100μm；在形成摻雜多晶硅電極后的硅片上沉積一層納米氧化鋅薄膜，作為氣敏層，氧化鋅顆粒尺寸為20-35nm。本傳感器外形尺寸僅為1.2×1×1mm(不包括引線)。
權(quán)利要求
1.一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器，包括襯底(1)，絕緣層(2)，叉指電極(3)，氣敏層(4)，其特征在于襯底(1)為硅單晶襯底，絕緣層(2)為二氧化硅絕緣層，叉指電極(3)采用N型摻雜多晶硅電極，其摻雜濃度大于1018cm-3，電極寬度及其間距皆為5-100μm，電極的對(duì)數(shù)不少于1對(duì)，氣敏層(4)為納米氧化鋅氣敏層，氧化鋅顆粒尺寸為5-35nm。
全文摘要
一種可以在室溫下工作的電導(dǎo)型氣敏傳感器，其特征在于襯底(1)為硅單晶襯底，絕緣層(2)為二氧化硅絕緣層，叉指電極(3)采用N型摻雜多晶硅電極，氣敏層(4)為納米氧化鋅氣敏層。同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的電導(dǎo)型氣敏傳感器可以在室溫下工作，不需要設(shè)置加熱器，電極為摻雜多晶硅，使叉指電極和氣敏層不易老化，有助于延長(zhǎng)氣敏傳感器的使用壽命，尺寸很小，同時(shí)為氣敏傳感器實(shí)現(xiàn)微型化提供一種切實(shí)可行的技術(shù)方案，解決了氣敏傳感器微型化中的一大技術(shù)難題。
文檔編號(hào)G01N27/407GK1601269SQ20041006754
公開(kāi)日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者季振國(guó), 趙士超, 孫蘭俠 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)