一种微机电系统半导体氢气传感器及其制备方法,传感器:包括由上至下设置SnO<subgt;2</subgt;、Au、ZnO层、微加热板衬底和陶瓷基底;方法:将靶材安装在靶位上;将微加热板衬底稳固在加热台上;对溅射腔室进行抽真空处理,使溅射腔室的真空度至5×10<supgt;‑3</supgt;Pa以下;向腔体内通入氩气,直至腔体内压强达到大约1Pa;在微加热板衬底表面形成厚度为50~200nm的ZnO薄膜;在ZnO薄膜表面形成厚度为2~10nm的Au薄膜,得到ZnO‑Au复合材料;在Au薄膜表面形成厚度为4~10nm的SnO<subgt;2</subgt;薄膜,得到ZnO‑Au‑SnO<subgt;2</subgt;三明治敏感复合膜。该传感器响应速率快、恢复时间短、检测精度高,该方法能制备出高响值的氢气传感器。
背景技术
根据气敏特性,气体传感器可分为半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、固体电解质气体传感器、接触燃烧式气体传感器、光学型气体传感器等。其中,半导体气体传感器是目前应用最广泛、最具实用价值的一类气体传感器。
氧化物半导体气体传感器具有灵敏度高、响应/恢复速度快、成本低等诸多特点,因此近十几年来备受关注。氧化物半导体气体传感器在长期使用过程中的稳定性和灵敏度是两个关键性能指标。因此,制备出具有良好长期稳定性和高灵敏度的氧化物半导体基气敏材料仍然是行业的重点和难点之一。早期半导体氧化物气体传感器是基于陶瓷管制备的,其功耗较高;后来发展出成熟的平面型氧化物半导体气体传感器,其功耗问题虽然得到了一定程度的改善,但是其功耗仍然相对较高,导致设备发热问题较为严重,从而需要更高效的隔热系统和更大容量的电源来维持设备的稳定运行,进而会增加设备的体积和重量,不利于集成化。
MEMS(微机电系统)传感器指部分组件尺寸在100微米以下的传感器,其可以基于微加工技术来实现,是跨学科的新兴研究领域。与传统传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适合批量生产、易于集成和实现智能化等特点。随着MEMS技术的发展,出现了微加热板基底,可以大幅降低半导体气体传感器功耗,并且易于集成化。
对于金属氧化物半导体这类传感器实现商业化应用而言,稳定性和灵敏度以及能否批量化生产,都是当前行业内需要解决的问题。现阶段,制备氢气传感器的氢气敏感材料响应速率低、检测精度低、使用寿命短,严重限制了氢气传感器的批量化生产和大范围应用,为此,亟需提供一种响应速率快、恢复时间短、稳定性好、灵敏度高,有利于进行批量化生产的氢气传感器。
实现思路