气体传感器及气体传感器结构体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体传感器及气体传感器结构体，例如，优选适用于检测0)2或NH 3等气体的气体传感器。
【背景技术】
[0002]近年来，正进行着对能够检测如0)2或NH3等各种气体的气体传感器的研宄，其中，从气体的检测灵敏度、小型化及节能方面考虑，例如利用碳纳米管(CNTs)的气体传感器备受关注(例如，参照专利文献I及非专利文献I)。实际上，为了检测例如作为检测对象的CO2，利用所述碳纳米管的气体传感器具有用两种聚合物对设置在源极和漏极之间的碳纳米管进行表面化学修饰的结构。并且，所述气体传感器在所述硅背栅上通过硅氧化膜配置有碳纳米管，以便向硅背栅施加栅电压。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:特表2007-505323号公报
[0006]非专利文献
[0007]非专利文献A.Star, T.R.Han, V.Joshi, J.C.P.Gabriel, G.Gruner，，，Nanoelectronic Carbon D1xide Sensors，，，AdvancedMaterials, Vol.16, N0.22, 2004.
【发明内容】
[0008](一 )需要解决的技术问题
[0009]但是，具有上述结构的气体传感器，为了利用碳纳米管来检测CO2，需要用两种聚合物对所述碳纳米管进行表面化学修饰，因此，存在结构复杂的问题。并且，所述气体传感器虽然能够检测作为检测对象的气体，但是需要提高检测灵敏度，以便检测更为微量的气体。
[0010]因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种气体传感器以及气体传感器结构体，与现有的气体传感器相比，能够用简单的结构来提高检测灵敏度。
[0011](二)技术方案
[0012]本发明是一种检测作为检测对象的气体传感器，其特征在于，包括:平坦的碳结构体，设置在基板上的源极和漏极之间，具有相当于一个碳原子的厚度的一层结构或者多层结构；气体吸收体，其被配置为覆盖所述碳结构体，根据因所述气体吸收体吸收所述气体而在所述碳结构体上产生的源漏电流的变化来检测所述气体。
[0013]并且，本发明是一种气体传感器结构体，其特征在于，具有配置有多个气体传感器的结构，所述气体传感器为权利要求1至9中任一项所述的气体传感器。
[0014](三)有益效果
[0015]根据本发明，由于因吸收气体而产生的气体吸收体中的电荷的状态变化直接反映到流过碳结构体的源漏电流，因此与现有的气体传感器相比，能够提高气体的检测灵敏度。并且，不像现有的气体传感器一样需要对碳纳米管本身进行表面化学修饰，而是只要简单地设置为气体吸收体与碳结构体相接即可，因此能够简化其结构。
【附图说明】
[0016]图1是示出本发明的气体传感器结构的立体图；
[0017]图2是示出图1的气体传感器剖面结构的剖视图；
[0018]图3是用于说明双电层的概要图；
[0019]图4是用于说明气体吸收体吸收NH3和吸收CO 2时的双电层的概要图；
[0020]图5是示出源漏电流13(1和栅电压V g的变化的图表；
[0021]图6是用于说明(I)气体传感器的制造方法的概要图；
[0022]图7是用于说明(2)气体传感器的制造方法的概要图；
[0023]图8是示出实际制造的气体传感器的结构和石墨烯的详细结构的照片；
[0024]图9是示出石墨烯的拉曼偏移的分析结构的图表；
[0025]图10是示出用于验证试验的气体传感器结构的照片；
[0026]图11是示出在空气氛围下从气体传感器获得的栅电流Ig和栅电SVg之间的关系的图表；
[0027]图12是示出在空气氛围下从气体传感器获得的源漏电流Isd和栅电SVg之间关系的图表；
[0028]图13是示出实验装置的整体结构的概要图；
[0029]图14是示出在改变順3浓度时源漏电流I 3(1和栅电压V g之间的关系的图表，以及在改变0)2浓度时源漏电流I 3(1和栅电压V 8之间关系的图表；
[0030]图15是示出源漏电流Isd、栅电SVg以及CO 2浓度之间的关系的图表；
[0031]图16是示出对于NH3的源漏电流I sd的响应时间的图表，以及改变石墨烯和离子液体之间的距离时源漏电流Isd的响应时间的图表；
[0032]图17是示出另一个实施方式的气体传感器(I)结构的立体图；
[0033]图18是示出图17的气体传感器剖面结构的剖视图；
[0034]图19是示出另一个实施方式的气体传感器(2)剖面结构的剖视图；
[0035]图20是示出另一个实施方式的气体传感器(3)结构的立体图。
【具体实施方式】
[0036]下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[0037](I)本发明的气体传感器的概要
[0038]在图1中，I表示本发明的气体传感器，所述气体传感器I能够检测作为检测对象的例如0)2或NH 3等气体，其特征在于，在源极3和漏极4之间设置有作为平坦的碳结构体的膜状的石墨烯8。实际上，气体传感器I的结构为，在板状基板2上具有带状的源极3和漏极4，在所述源极3和漏极4之间的沟道区域设置有平坦的膜状的石墨烯8。所述源极3和漏极4例如由Cr/Au部件或Ti/Au部件构成，在长度方向上大体以直线状配置，在相对的源极3的端部和漏极4的端部之间形成有约10 μ m的间隙。
[0039]石墨烯8被配置为，例如石墨烯的膜厚度为0.3?3nm，形状为方形，如长方形或正方形，石墨烯的一端与源极3的端部电性连接，另一端与漏极4的端部电性连接，从而将所述源极3和漏极4电性连接。在此，石墨烯8是通过碳原子的结合所形成的六元环结构以二维平面形状有规则地排列，且配置一层相当于一个原子厚度的网眼状平面层的一层结构，或者层叠十层以下的网眼状平面层的多层结构。并且，多层结构的石墨烯优选为两层或三层的层叠结构。由于在本发明中使用平坦的膜状的石墨烯8，因此能够使石墨烯8的整个表面与基板2面接触，并且使石墨烯8的整个表面暴露在滴到基板2上的离子液体L中，而且厚度也薄，因此能够实现气体传感器I的整体的薄型化。
[0040]并且，虽然在上述的实施方式中说明了将石墨烯8用作平坦的碳结构体的情况，但是本发明并不限定于此，还可以使用其他各种平坦的碳结构体，如层叠十一层以上的网眼状平面层的平坦的膜状的石墨烯层叠体，或者层叠一百层以上的网眼状平面层的平坦的板状的石墨烯等。
[0041 ] 在基板2上设置有例如由Cr/Au部件或Ti/Au部件构成的栅极7，离子液体L可接触到所述栅极7，石墨烯8内置于所述离子液体L的内部。栅极7由形状和尺寸相同的第一栅极部5和第二栅极部6组成，在所述第一栅极部5和第二栅极部6之间的间隙内配置有石墨烯8、源极3以及漏极4。具体来说，在该实施方式中，第一栅极部5和第二栅极部6形成为半圆形状，第一栅极部5的直线部和第二栅极部6的直线部平行地配置且相互之间隔开规定的距离，在所述直线部之间的间隙内，石墨烯8、源极3以及漏极4沿长度方向以直线形状整齐地配置。
[0042]离子液体L以半球状载置于第一栅极部5、第二栅极部6、源极3以及漏极4上，以便覆盖整个石墨烯8，一部分上形成起到栅绝缘层作用的双电层。离子液体L的半球状的液体表面暴露在外部气体中，使所述第一栅极部5、第二栅极部6、源极3以及漏极4的中心部的石墨烯8内置于其内部。在此，作为气体吸收体的离子液体L除了例如由[EMIM] [BF4](1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)或[BMM] [BF4] (1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)、[BMIM] [PF6] (1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐)、[OMIM] [Br] (1-正辛基-3-甲基咪唑溴盐)组成之外，还可以由[Hmpy] [Tf2N]、[HMIM] [Tf2N]、[BMIM] [Tf2N]、[C6H4F9Hiim] [Tf2N]、[AMIM] [BF4]、[Pabim] [BF4]、[Am-1m] [DCA]、[Am-1m] [BF4]、[BMIM] [BF4] +PVDF, [C3NH2mim][CF6SO3]+PTFE、[C3NH2mim] [Tf2N] +PTFE, [H2NC3H6mim] [Tf2N]+ 交联尼龙 66、P [VBBI] [BF4]、P [ΜΑΒΙ] [BF4]、P [VBBI] [Tf2N]、P[VBTMA] [BF4]、P[MATMA] [BF4]等组成，可根据作为检测对象的气体种类，适当地选择能够吸收所述气体的离子液体。
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