金属氧化物半导体气体传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子器件制造技术领域，具体涉及一种半导体气体传感器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着工业的快速发展，环境的污染问题也越来越严重，例如，汽车尾气中的CO、NOx, SOx等有害气体，室内装修中存在的甲醛、甲苯等，煤矿中泄漏的甲烷气体，化工生产中产生的易燃、易爆、毒害性气体等，这些有毒气体对人们的身体健康造成了严重的威胁。为了确保人身安全和防患于未然，人们研制了各种检测方法和检测仪器，其中，气体传感器在家居生活、排放监测、航空、医疗、卫生等领域发挥着重大的作用。
[0003]目前气体传感器种类繁多，应用范围广泛，大致可分为半导体式、电化学式、接触燃烧式、固体电解质式和红外线式等。其中半导体传感器因为检测灵敏度高、响应恢复时间短、元件尺寸微小、寿命长、价格低廉而越来越受到人们的重视。尤其是近年来随着微机械加工技术的发展，半导体气体传感器更是向着集成化、智能化方向发展。
[0004]半导体气体传感器中通常利用金属氧化物作为敏感材料，通过在其表面吸附气体及表面反应而引起自身电阻的变化，进而监测到目标气体。对于敏感材料而言，其比表面积越大，也更容易吸附目标气体。现有技术中通常利用化学方法制作该敏感材料，例如溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、化学水浴沉积法、水热法、热注入法、静电纺丝法、模板法等，制得的敏感材料中比表面积大，化学活性高，可以检测到浓度非常低的目标气体。但是，由于在化学制备过程中容易引入其它杂质或者未完全反应的其它晶相，敏感材料中可能存在空洞或其它缺陷，这些缺陷会进一步导致传感器在长期服役时会发生体电阻的漂移，导致传感器灵敏度下降，进而降低了传感器的使用寿命。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种金属氧化物半导体气体传感器，其可以提高传感器的使用寿命。
[0006]本发明的目的还在于提供一种金属氧化物半导体气体传感器的制备方法。
[0007]为解决上述发明目的之一，本发明提供一种金属氧化物半导体气体传感器，包括:
基底；
加热层；设置于所述基底上；
功能层，设置于所述基底上且与所述加热层绝缘，所述功能层包括彼此电性连接的信号电极和检测层；其中，
所述检测层包括依次形成于所述基底上的第一薄膜层和第二薄膜层，所述第一薄膜层的比表面积小于第二薄膜层的比表面积。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述加热层和所述功能层设置于所述基底同侧的表面，且所述加热层环绕所述功能层设置。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述加热层和所述功能层设置于所述基底同侧的表面，且所述加热层和所述功能层之间设置有绝缘层。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述加热层和所述功能层设置于所述基底两相对侧的表面。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述第一薄膜层的厚度为50nm~100ym。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述第二薄膜层的厚度为lnm~100ym。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述第一薄膜层和第二薄膜层由同种材料或同种类型的半导体材料制得。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述第一薄膜层和第二薄膜层可以选自N型金属氧化物半导体、或P型金属氧化物半导体、或P、N双性金属氧化物半导体。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述N型金属氧化物半导体包括MgO、CaO、Ti02、Zr02、V2O5, Nb2O5, Ta2O5, MoO3, W03、ZnO, Al2O3, Ga2O3, In2O3, SnO2;所述 P 型金属氧化物半导体包括Y203、La203、CeO2, Mn203、Co3O4, N1、PdO、Ag2O, Bi2O3' Sb2O3, TeO2;所述 P、N 双性金属氧化物半导体包括 HfO2, Cr203、Fe2O3> CuO0
[0016]作为本发明的进一步改进，所述第二薄膜层的纳米结构包括纳米线、纳米棒、纳米球、纳米片、纳米块、纳米墙、纳米柱中的至少一种。
[0017]为解决上述另一发明目的，本发明提供一种金属氧化物半导体气体传感器的制备方法，所述方法包括以下步骤:
在基底上制作加热层；
在所述基底上制作信号电极；
在所述基底上依次用物理气相沉积法形成第一薄膜层和用化学方法形成与所述第一薄膜层电性连接的第二薄膜层；其中，
所述第一薄膜层和第二薄膜层构成与所述信号电极电性连接的检测层，所述检测层与所述信号电极构成与所述加热层绝缘的功能层。
[0018]作为本发明的进一步改进，所述物理气相沉积法包括磁控溅射法、热蒸镀法、电子束蒸镀法、激光脉冲沉积法、分子束外延法。
[0019]作为本发明的进一步改进，所述化学方法包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、化学水浴沉积法、水热法、热注入法、静电纺丝法、模板法。
[0020]与现有技术相比，本发明提供的金属氧化物半导体气体传感器，通过将检测层设置为包括不同比表面积的第一薄膜层和第二薄膜层，比表面积较小的第一薄膜层作为体电阻层以稳定体电阻，防止检测层的体电阻发生漂移，比表面积较大的第二薄膜层作为气体敏感层以检测目标气体，提高了金属氧化物半导体气体传感器的使用寿命，且保证了较高的检测精度。
【附图说明】
[0021]图1是本发明金属氧化物半导体气体传感器第一实施方式的结构示意图；
图2是本发明金属氧化物半导体气体传感器第二实施方式的结构示意图；
图3是本发明金属氧化物半导体气体传感器第三实施方式的结构示意图； 图4是本发明金属氧化物半导体气体传感器的制备方法的流程图；
图5是本发明金属氧化物半导体气体传感器的检测层制备方法的实施例一中形成的氧化镍体电阻层的截面电镜图；
图6是本发明金属氧化物半导体气体传感器的检测层制备方法的实施例一中形成的氧化镍体电阻层的表面电镜图；
图7是本发明金属氧化物半导体气体传感器的制备方法的实施例一中相应制得的气体传感器对甲醛气体的响应特性图；
图8是本发明金属氧化物半导体气体传感器的检测层制备方法的实施例二中形成的检测层的截面电镜图；
图9是本发明金属氧化物半导体气体传感器的检测层制备方法的实施例二中形成的检测层的表面电镜图；
图10是本发明金属氧化物半导体气体传感器的检测层制备方法的实施例三中，在检测层中未制备第二薄膜层时，制得的气体传感器对甲醛气体的响应特性图。
【具体实施方式】
[0022]以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0023]在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。
[0024]本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括结构在示出时除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的结构翻转，则被描述为位于其它单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其它单元或特征“上方”或“之上”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。结构可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
[0025]当元件或层被称为在另一部件或层“上”、与另一部件或层“连接”时，其可以直接在该另一部件或层上、连接到该另一部件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当部件被称为“直接在另一部件或层上”、“直接连接在另一部件或层上”时，不能存在中间部件或层O
[0026]并且，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一薄膜层可以被称为第二薄膜层，并且类似地第二薄膜层也可以被称为第一薄膜层，这并不背离本申请的保护范围。
[0027]参图1，介绍本发明金属氧化物半导体气体传感器100的第一【具体实施方式】。在本实施方式中，该半导体气体传感器100包括基底10、加热层20、以及功能层30。
[0028]基底10可以是例如选自表面氧化的硅片、玻璃片、石英片、氧化铝陶瓷片、氮化铝陶瓷片、氧化锆陶瓷片、聚酰亚胺薄膜中的一种。加热层20和功能层30设置在基底1