高灵敏度气体传感器件、制备方法及有毒气体监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及环境监测领域，尤其涉及一种高灵敏度气体传感器件的制备方法、气 体传感器件及有毒气体监测系统。
【背景技术】
[0002] 近些年，各大媒体频繁报道突发性毒气泄漏事件，人们对于检测有毒气体泄露也 越来越关注。有毒气体如一氧化碳、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫等对人体产生重大危害， 然而，由于传统的有毒气体检测方法测试时间长，测试仪器需要专业人员进行操作，操作繁 杂，且不易现场使用等特点而得不到有效推广。一般情况下，需要使用有毒气体检测装置的 是非专业人员，为了能够在较大的地域内对有毒气体进行快速检测，这就要求有毒气体检 测装置必须具有响应速度快、操作简单、微型化和便携式的特点。
[0003] 有毒气体检测涉及到气体传感器技术，目前气体传感器有很多种类型，其中半导 体型气体传感器由于其便于小型化集成电路设计、成本低廉、批量大等优点被广泛使用。然 而，大多数半导体型传感器由于制造过程繁杂、成本高、气体浓度低时灵敏度低、稳定性不 好、只能检测单一的有毒气体等一系列问题使其不能很好地应用于有毒气体检测装置上。
[0004] 另外，当今社会发展越来越快，无线连接技术、网络技术及与电子技术的结合程度 越来越高，智能化和人性化要求也越来越高。将气体传感器与无线连接技术、网络技术相结 合，对有毒气体进行同步检测、实时监测极大方便人们及时检测到有毒气体。因此，如何制 造出一种微型、可靠、便携、高灵敏度、能实时监测不同有毒气体的检测系统具有十分重要 的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于如何克服现有的有毒气体监测系统中的气体传 感器灵敏度不高、稳定性不好、不能集成到较小的芯片上，监测系统检测的有毒气体单一、 不能随身携带、不能实时监控的缺陷。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高灵敏度气体传感器件的制备方法， 包括以下步骤：
[0007] S1、对含有介电层的硅基底进行清洗，并进行表面处理；
[0008] S2、在所述硅基底上自组装高分子微球模板，形成单层阵列模板；
[0009] S3、在所述单层阵列模板上通过物理方式沉积掺杂金属氧化物薄膜；
[0010] S4、去除所述硅基底上的单层阵列模板，进行退火处理，使所述掺杂金属氧化物薄 膜覆盖在硅基底上并形成多孔结构薄膜；
[0011] S5、在所述多孔结构薄膜上建立金属电极阵列形成金属氧化物多孔薄膜传感器阵 列；
[0012] S6、将所述传感器阵列集成到电路板上，并在电路板上配置信号处理器，从而制备 得到所述气体传感器件。
[0013] 其中，步骤S1中，对硅基底进行表面处理的方法有两种，分别为：
[0014] 1、将硅基底放入双氧水与浓硫酸体积比为1:1?3的溶液中，在水浴锅中70? 90°C下处理30?60min。
[0015] 2、利用等离子体轰击硅基底。
[0016] 具体地，所述步骤S3中掺杂金属氧化物所掺杂的元素为铜、锌、铁、钴和镍元素的 一种或多种，所述金属氧化物为SnOx、ZnOjPInOx中的一种或多种。
[0017] 具体地，所述步骤S2中高分子微球模板为直径为200nm?2ym的聚苯乙稀或聚 甲基丙烯酸甲酯微球模板。
[0018] 进一步地，所述转移到阵列芯片的有源区上的多孔结构薄膜为单层多孔薄膜或者 为通过重复步骤S3后执行步骤S4制备得到多层多孔薄膜，所述步骤S4中的多孔结构薄膜 厚度为20?500nm。
[0019] 具体地，所述步骤S4中退火处理的温度为300°C?800°C，处理时间为lh-5h。
[0020] 相应地，本发明还提供了一种气体传感器件，所述气体传感器件是由上述方法制 备而得的。
[0021] 相应地，本发明还提供了一种有毒气体监测系统，包括上述可穿戴设备、数据处理 装置和显示装置，所述可穿戴设备包括气体传感器件，所述数据处理装置分别与可穿戴设 备和显示装置连接，
[0022] 所述可穿戴设备，用于探测环境中气体信号，并将所探测的气体信号传输至所述 数据处理装置；
[0023] 所述数据处理装置，用于对所述气体信号进行数据分析，并将数据分析结果传输 给显示装置；
[0024] 所述显示装置，用于显示所述数据分析结果。
[0025] 进一步地，所述可穿戴设备和显示装置均设置有蓝牙适配器，所述可穿戴设备与 数据处理装置之间、以及数据处理装置与显示装置之间通过无线传输模式进行传输。
[0026] 具体地，所述显示装置安装有针对该系统开发的应用软件。
[0027] 具体地，所述气体传感器件包括一个或多个传感单元，所述传感单元为不同元素 掺杂的金属氧化物、相同元素掺杂的不同金属氧化物或者相同元素掺杂的相同金属氧化物 多孔结构薄膜材料，所述不同的多孔结构薄膜材料对不同气体的灵敏度不同。
[0028] 具体地，所述气体传感器件中的信号处理器处理所探测的气体信号并将所述气体 信号转化为数字信号，将所述数字信号通过蓝牙无线形式发送到数据处理装置。
[0029] 本发明的气体传感器件、制备方法及基于该气体传感器件的有毒监测系统，具有 如下有益效果：
[0030] 1、本发明中通过掺杂不同元素或者利用不同金属氧化物获得对某种气体或者多 种气体灵敏度高的材料，从而能够非常灵敏地检测多种气体。
[0031] 2、本发明的气体传感器件在气体浓度很低时，能非常灵敏地检测到有毒气体，且 稳定性强。
[0032] 3、本发明的气体传感器的制备方法简单易行，重复性好；监测系统能检测到多种 气体，器件较小，方便携带。
[0033] 4、本发明监测系统利用蓝牙传输形式，有效解决了在一些现场没有wifi，无法实 现即时、方便的监测有毒气体的问题；将本发明气体传感器件设置在可穿戴设备上，增加了 可穿戴设备的功能，同时与针对该系统开发的应用软件相配合使用，使得用户能够随时随 地且方便地检测到有毒气体。
【附图说明】
[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其它附图。
[0035] 图1是本发明的有毒气体监测系统示意图；
[0036] 图2是本发明实施例四中的聚苯乙烯微球在硅基底上自组装成单层模板的SEM 图；
[0037] 图3是本发明实施例四中的利用氧等离子体处理聚苯乙烯微球后的SEM图；
[0038] 图4是本发明实施例四中磁控溅射镀膜后的结构的SEM图；
[0039] 图5是本发明实施例四中的用甲苯清洗且退火处理后的多孔结构薄膜的SEM图； [0040]图6是本发明实施例四中的多孔薄膜敏感材料对不同浓度硫化氢气体的灵敏度 曲线。
[0041] 图中：1-电路板，2-传感单元，3-可穿戴设备，4-显示装置。
【具体实施方式】
[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043] 实施例一：
[0044] 本发明实施例提供了一种高灵敏度气体传感器件的制备方法，包括以下步骤：<