专利名称：乙醇、二氧化氮双敏薄膜气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于检测乙醇(C2H5OH)和二氧化氮(NO2)气体的双敏薄膜气体传感器。
随着现代工业的发展和信息科学的进步，作为摄取信息的功能部件-传感器，在国内外，受到普遍的重视。传感技术的发展将会引起一场新的工业革命，气体传感器是一个重要的分支，它广泛地应用于国防建设、工业生产、交通控制、灾害报警、医疗监护、人工智化、生命与宇宙科学领域。
目前，实用化的乙醇气体传感器，主要是以SnO2、ZnO和Fe2O3为基体和贵重金属材料，在高温下灼烧合成，通常称为烧结型气敏元件，其元件的参数离散性大，生产重复性和选择性不好，生产工艺落后等。传感器的发展趋势是薄膜型、多功能和集成化。二氧化氮传感器正处于研究阶段，人们主要利用有机化合物钛菁、吡咯、单分子膜(LB膜)和氧化物半导体SnO2等材料，研究对NO2的敏感特性，最近，有人用四氰基对苯醌二甲烷络合铜(Cu-TCNQ)的有机薄膜材料研制了NO2气体传感器，本人使用多层结构无机功能薄膜材料研制NO2气体传感器。
本发明在上述研究的基础上，经过长期反复实验发现，采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术，将四氯化锡、四氯化钛和五羰基铁等反应气体，通入含氧等离子体的反应室中，在200℃下。制备了三氧化二铁-二氧化钛-二氧化锡(Fe2O3-TiO2-SnO2)多层结构薄膜材料，淀积在玻璃、陶瓷和生长二氧化硅的硅片等绝缘材料上，第一层为Fe2O3，厚度为0.05～0.1μm，第二层为TiO2，厚度为0.04～0.08μm，第三层为SnO2，厚度为0.08～0.15μm，用涂覆金浆等方法制成信号电极引线，然后将电极引线焊接在管座上，压帽便制成了各种形状、结构薄膜气体传感器，其传感器在150～250℃下工作，元件的管芯结构和测试线路，如图1、2所示。C2H5OH-NO2薄膜气体传感器的工作条件加热电压VH为2.5～6V，信号电压源VS为6～10V，负载电阻RL为2KΩ。在常规测试条件下，定义检测乙醇的灵敏度为S＝Vg1/V0，检测二氧化氮气体的灵敏度-S＝V0/Vg2，公式中V0表示在空气中测量负载电阻上的电压值，Vg1表示在乙醇气体中负载电阻上的电压值Vg2表示在二氧化氮气体中负载电阻上的电压值，典型的检测气体灵敏度S和加热电压VH的关系曲线，如图3所示。当检测气体浓度为300PPm时，灵敏度为5～70，响应时间小于3秒，恢复时间小于8秒，对NO2和C2H5OH气体的最低检出浓度为5PPm以下。
本发明双敏薄膜气体传感器的突出特点是在相同测试条件下，既可以检测乙醇气体，又可以检测二氧化氮气体，不受丁烷、液化气、城市煤气、汽油、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气和二氧化硫等气体干扰。既使是C2H5OH-NO2的混和气体，也能通过调节薄膜气体传感器的工作温度(加热电压VH)进行检测。它具有检测速度快、灵敏度高、选择性好和易进行大批量生产等特点。
图1管芯结构剖面图1、Pt引线2、Au电极3、绝缘衬底4、加热丝5、Fe2O36、TiO27SnO2图2测量电路图1、传感器 2、数字电压表VX图3 检测灵敏度S与加热电压VH关系图1、乙醇2、汽油3、丁烷4、二氧化氮
权利要求
1.本发明是一种乙醇(C2H5OH)、二氧化氮(NO2)双敏薄膜气体传感器，其特征在于采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术，制备三氧化二铁、二氧化钛和二氧化锡(Fe2O3-TiO2-SnO2)复合薄膜敏感材料，以制成各种形状、结构的C2H5OH-NO2薄膜气体传感器。
2.如权利1所述，其特征在于使用四氯化锡、四氯化钛和五羰基铁为源，在氧等离子体中，200℃下，Fe2O3-TiO2-SnO2复合薄膜淀积在玻璃、陶瓷和生长有二氧化硅的硅片上，第一层为Fe2O3，厚度为0.05～0.1μm，第二层为TiO2，厚度为0.04～0.08μm，第三层为SnO2，厚度为0.08～0.15μm。
3.如权利1、2所述，其特征在于检测气体浓度为300PPm时，C2H5OH-NO2薄膜气体传感器的灵敏度为5～70，响应时间小于3秒，恢复时间小于8秒，对NO2和C2H5OH气体的最低检出浓度为5PPm以下。
4.如权利1、2、3所述，传感器的工作条件加热电压VH为2.5～6V，工作温度为150～250℃，信号电压源Vs为6～10V，负载电阻RL为2KΩ。
5.如权利1、2、3、4所述，其特征在于C2H5OH-NO2双敏薄膜气体传感器，能在相同测试条件下，分别检测乙醇和二氧化氮气体，不受丁烷、液化气、城市煤气、汽油、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气和二氧化硫等气体干扰。同时，当存在NO2和C2H5OH混合气体时，能通过调节加热电压进行测量。
全文摘要
本发明是检测乙醇和二氧化氮双敏薄膜气体传感器。主要应用在汽车电子化、环境污染和气体分析等领域。采用等离子体增强化学气相淀积技术，制备Fe
文档编号G01N27/04GK1041453SQ8910624
公开日1990年4月18日 申请日期1989年7月29日 优先权日1989年7月29日
发明者戴国瑞, 陈百华, 李桂荣 申请人:吉林大学