專利名稱：薄膜自組裝動物食品測鮮氣敏器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬氧化物半導(dǎo)體一類，薄膜氣敏元件技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及TiO2納米薄膜與TiO2基多元金屬氧化物薄膜的自組裝動物食品測鮮三甲胺氣體敏感器件及制作方法。
背景技術(shù)：
TiO2在金屬氧化物半導(dǎo)體中響應(yīng)三甲胺(TMA)靈敏度占據(jù)首位，但固有的化學(xué)、物理特性，致命地影響了敏感器件的低阻化水平，使三甲胺氣體敏感器件工作溫度偏高(約370℃左右)，而且器件參數(shù)的一致性、重復(fù)性較差。盡管采取了一系列半導(dǎo)化，重摻雜，長時效熱處理等措施得到了顯著的低阻化效果，同時又保持了響應(yīng)三甲胺高靈敏度，但仍然存在加熱功率大(一般在750mw)，嚴(yán)重限制了該類器件向微型化、微功耗化、集成化方向的發(fā)展。近年來，有人利用旁熱式結(jié)構(gòu)采用射頻磁控測射法制備氧化鋅薄膜，并在靶材中添加了三氧化二鋁，二氧化鈦、五氧化二釩等金屬氧化物，該類多元氧化物薄膜雖然對三甲胺表現(xiàn)出了良好的敏感性和較低的工作溫度，但薄膜生長厚度的重復(fù)性難以精確控制，使器件參數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重漂移；也有人利用有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)制備SnO2薄膜器件，工作溫度降低到200℃左右，但靈敏度較低；也有人以TiCl4和V2O5為源，采用等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)制備了TiO2/V2O5雙層薄膜，結(jié)果表明，器件有較低的工作溫度(約200℃)同時也顯示出了快速響應(yīng)與恢復(fù)特性，但靈敏度與實際需求仍相差較遠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種片式微型結(jié)構(gòu)，使器件實現(xiàn)微功耗、可集成的薄膜自組裝式動物食品測鮮氣敏器件；目的之二是提供該氣敏器件的制作方法。
本發(fā)明的目的之一可通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)一端連接有管腳的引腿與金屬帽連接，旁熱式測鮮氣敏器件的管腳間連有蕊片，外封有雙層不銹鋼網(wǎng)帽，所述的蕊片采用三氧化二鋁片為基片，在基片的背面有一對長金電極和一對短金電極及四根Pt導(dǎo)線，在一對長金電極上面有RuO2電阻加熱器，在基片的陽面有一對金電極與反面的一對短金電極連通，在金電極上面有敏感層。
本發(fā)明的目的之一還可通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)所述的敏感層由單-TiO2薄膜和TiO2基多元薄膜組成，其中TiO2基多元薄膜為TiO2薄膜的復(fù)蓋層；所述的TiO2基多元薄膜的原料重量份配比為TiO2∶Nb2O5＝1∶0.01-0.30；其中所述的TiO2基多元薄膜的原料重量份最佳配比為TiO2∶Nb2O5＝1∶0.02-0.20。
本發(fā)明的目的之二可通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)a.在Al2O3基片背面用絲網(wǎng)印刷法印制一對長金電極和一對短金電極，烘干；在陽面印制一對金電極，燒結(jié)；b.采用打孔方式，將陽面的一對金電極與背面的一對短金電極連接，然后在背面的長金電極和短金電極上燒結(jié)四根Pt導(dǎo)線；
c.在基片背面以RuO2漿料為原料，用絲網(wǎng)印刷法印RuO2，經(jīng)烘干、燒結(jié)，使RuO2的電阻值控制在80-100Ω，并用玻璃膜給予復(fù)蓋保護；d.用溶膠凝膠法制備TiO2溶膠，用浸漬提拉法形成濕膜→干燥→形成干膜，在400℃-600℃溫度下N2氣氛中退火形成單-TiO2薄膜；e.利用上述TiO2溶膠作溶劑，按TiO2∶Nb2O5重量份配比摻入納米級五氧化二鈮粉末充分?jǐn)嚢杌旌?，利用浸漬提拉法在TiO2薄膜上形成濕膜→干燥→形成干膜，在400℃-600℃溫度下，N2氣氛中退火處理得到TiO2基多元薄膜，形成TiO2/TiO2·Nb2O5薄膜自組裝敏感層；f.將上述蕊片的四根Pt導(dǎo)線，焊接在旁熱式管腳上，再封上雙層不銹鋼網(wǎng)帽；最后按旁熱式流程完成后工序。
本發(fā)明的制作方法所制作的薄膜自組裝動物食品測鮮氣敏器件(三甲胺氣體敏感器件)的參數(shù)如下本發(fā)明所述的浸漬提拉法制備濕膜，提拉速度為3cm/min，濕膜在空氣中干燥，然后送充入氮氣的干燥箱于約100℃溫度下干燥5～10分鐘，再降至常溫，重新提拉多次，控制膜厚不超過100nm。
本發(fā)明所述的溶膠凝膠法是取一定量的鈦酸四丁酯溶于無水乙醇中，緩慢加入少量水，用二乙醇胺作擬制劑，延緩鈦酸四丁酯的強烈水解，不斷攪拌得到穩(wěn)定的TiO2溶膠，最后加入聚乙二醇，攪拌30分鐘，得到穩(wěn)定、均勻、透明的黃橙色溶膠。
(1)加熱功率P‖P‖＝10-30mW(是原燒結(jié)型加熱功率的五十分之一)；(2)響應(yīng)靈敏度 3≤K≤200 (三甲胺濃度為1～1000×106容積比)；
(3)響應(yīng)時間tres1.5s＜tres≤5s(三甲胺濃度為1000～1×10-6比原來提高2-3倍響應(yīng)速度)；(4)恢復(fù)時間trec3s≤trec≤20s (三甲胺濃度為1～1000×106比原來恢復(fù)時間提高3～4倍)；(5)克服了原旁熱式涂敷器件參數(shù)不一致的弊端，使器件參數(shù)均勻一致，重復(fù)性好。
本發(fā)明集納米量子效應(yīng)、強活化效應(yīng)、強催化效應(yīng)為一體，使器件具有高靈敏度，高選擇性，高一致性，高重復(fù)性，快速響應(yīng)與快速恢復(fù)，實現(xiàn)微型化、低功耗、可集成化，為動物食品測鮮氣敏器件開辟一條新的思路和制作方法。


圖1是本發(fā)明測鮮氣敏器件實施例的示意圖；圖2是圖1中芯片陽面放大的示意圖；圖3是圖1中芯片背面放大的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不僅限于此。
實施例11、選擇厚度為0.2mm的Al2O3片為基片8，設(shè)計尺寸長×寬＝1.8×2mm2，在基片8背面用絲網(wǎng)印刷法印制一對長金電極10和一對短金電極11-烘干；陽面印制一對金電極12，700℃溫度下燒結(jié)。
2、采用打孔方式，讓陽面金電極12與背面短金電極11連接(作為敏感層的電極)，然后在背面一對長金電極10和一對短金電極11上燒結(jié)四根Pt導(dǎo)線6。
3、在基片8背面以RuO2漿料為原料，用絲網(wǎng)印刷法印RuO2→烘干→800℃溫度下燒結(jié)，使RuO2電阻加熱器9的電阻值控制在80Ω，并用玻璃膜給予復(fù)蓋保護。
4、用溶膠凝膠法制備TiO2溶膠，用浸漬提拉法形成濕膜→干燥→形成干膜，重復(fù)數(shù)次，在400℃溫度下N2氣氛中退火0.5小時，形成單-TiO2薄膜，同時實現(xiàn)TiO2薄膜與襯底、電極的牢固結(jié)合。
5、利用上述TiO2溶膠作溶劑，按重量比摻入0.02納米級五氧化二鈮(Nb2O5)粉末(Φ＝20nm)充分?jǐn)嚢杌旌希媒n提拉法在TiO2薄膜上形成濕膜→干燥→形成干膜，重復(fù)數(shù)次，在400℃溫度下，N2氣氛中退火2小時，得到TiO2基多元薄膜，形成了TiO2/TiO2·Nb2O5薄膜自組裝敏感層7。
6、將上述蕊片4的四根Pt導(dǎo)線6，焊接在四根引腿1一端連接的管腳3上，再封上雙層不銹鋼網(wǎng)管帽5，最后按常規(guī)旁熱或工藝封裝金屬帽2。
實施例21、選擇厚度為0.2mm的Al2O3片為基片8，設(shè)計尺寸長×寬＝1.5×1.5mm2，在基片8背面用絲網(wǎng)印刷法印制一對長金電極10和一對短金電極11-烘干；陽面印制一對金電極12，850℃溫度下燒結(jié)。
2、采用打孔方式，讓陽面金電極12與背面短金電極11連接(作為敏感層的電極)，然后在背面一對長金電極10和一對短金電極11上燒結(jié)四根Pt導(dǎo)線6。
3、在基片8背面以RuO2漿料為原料，用絲網(wǎng)印刷法印RuO2→烘干→850℃溫度下燒結(jié)，使RuO2電阻加熱器9的電阻值控制在100Ω，并用玻璃膜給予復(fù)蓋保護。
4、用溶膠凝膠法制備TiO2溶膠，用浸漬提拉法形成濕膜→干燥→形成干膜，重復(fù)數(shù)次，在600℃溫度下N2氣氛中退火2小時，形成單-TiO2薄膜，同時實現(xiàn)TiO2薄膜與襯底、電極的牢固結(jié)合。
5、利用上述TiO2溶膠作溶劑，按重量比摻入0.20納米級五氧化二鈮(Nb2O5)粉末(Φ＝20nm)充分?jǐn)嚢杌旌?，利用浸漬提拉法在TiO2薄膜上形成濕膜→干燥→形成干膜，重復(fù)數(shù)次，在600℃溫度下N2氣氛中退火0.5小時，得到TiO2基多元薄膜，形成了TiO2/TiO2·Nb2O5薄膜自組裝敏感層7。
6、將上述蕊片4的四根Pt導(dǎo)線6，焊接在四根引腿1一端連接的管腳3上，再封上雙層不銹鋼網(wǎng)管帽5，最后按常規(guī)旁熱或工藝封裝金屬帽2。
權(quán)利要求
1.薄膜自組裝動物食品測鮮氣敏器件，一端連接有管腳(3)的引腿(1)與金屬帽(2)連接，其特征在于旁熱式測鮮氣敏器件的管腳(3)間連有蕊片(4)，外封有雙層不銹鋼網(wǎng)帽(5)，所述的蕊片(4)采用三氧化二鋁片為基片(8)，在基片(8)的背面有一對長金電極(10)和一對短金電極(11)及四根Pt導(dǎo)線(6)，在一對長金電極(10)上面有RuO2電阻加熱器(9)，在基片(4)的陽面有一對金電極(12)與反面的一對短金電極(11)連通，在金電極(12)上面有敏感層(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜自組裝動物食品測鮮氣敏器件，其特征在于所述的敏感層(7)由單-TiO2薄膜和TiO2基多元薄膜組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜自組裝動物食品測鮮氣敏器件，其特征在于所述的TiO2基多元薄膜的原料重量份配比為TiO2∶Nb2O5＝1∶0.01-0.30。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜自組裝動物食品測鮮氣敏器件，其特征在于所述的TiO2基多元薄膜的原料重量份配比為TiO2∶Nb2O5＝1∶0.02-0.20。
5.權(quán)利要求1所述的薄膜自組裝動物食品測鮮氣敏器件的制作方法，其特征在于a.在Al2O3基片(8)背面用絲網(wǎng)印刷法印制一對長金電極(10)和一對短金電極(11)，烘干；在陽面印一對金電極(12)，燒結(jié)；b.采用打孔方式，將陽面的一對金電極(12)與背面的一對短金電極(11)連接，然后在背面的長金電極(10)和短金電極(11)上燒結(jié)四根Pt導(dǎo)線(6)；c.在基片(8)背面以RuO2漿料為原料，用絲網(wǎng)印刷法印RuO2，經(jīng)烘干、燒結(jié)，使RuO2的電阻值控制在80-100Ω，并用玻璃膜給予復(fù)蓋保護；d.用溶膠凝膠法制備TiO2溶膠，用浸漬提拉法形成濕膜→干燥→形成干膜，在400℃-600℃溫度下N2氣氛中退火形成薄膜；e.利用上述TiO2溶膠作溶劑，按TiO2∶Nb2O5重量份配比摻入納米級五氧化二鈮粉末充分?jǐn)嚢杌旌希媒n提拉法在TiO2薄膜上形成濕膜→干燥→形成干膜，在400℃-600℃溫度下，N2氣氛中退火處理得到多元TiO2基薄膜，形成TiO2/TiO2·Nb2O5薄膜自組裝敏感層(7)；f.將上述蕊片的四根Pt導(dǎo)線(6)，焊接在旁熱式管腳(3)上，再封上雙層不銹鋼網(wǎng)帽(5)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜自組裝動物食品測鮮氣敏器件及其制作方法，一端連接有管腳的引腿與金屬帽連接，旁熱式測鮮氣敏器件的管腳間連有蕊片，外封有雙層不銹鋼網(wǎng)帽，所述的蕊片采用三氧化二鋁片為基片，在基片的背面有一對長金電極和一對短金電極及四根Pt導(dǎo)線，在一對長金電極上面有RuO
文檔編號G01N27/12GK1645123SQ200510042370
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者裴素華, 黃萍 申請人:山東師范大學(xué)