化处理，在铝层上形成具有高度有序的多个小孔的第二氧化铝层，并对第二氧化铝层中的小孔进行扩孔处理。
[0037]—些实施例中，第二次阳极氧化处理的方法可以使用与第一次阳极氧化处理方法类似的电化学阳极氧化方法。例如，一些实施例中，可以将去除了第一氧化铝层后的硅衬底置于前述的第一酸性溶液中并接到直流电源正极，通电第三预定时间，从而在铝层上形成具有高度有序的多个小孔的第二氧化铝层。然后，可以将磷酸溶于去离子水中，获得第三酸性溶液，并将形成了第二氧化铝层的衬底置于该第三酸性溶液中，腐蚀第四预定时间，从而使得小孔扩孔。
[0038]本发明的一些实施例中，前述的第三预定时间可以是0.5-1小时，前述的第三酸性溶液的浓度可以是磷酸的质量分数为2-5%，前述的第四预定时间可以是10-30分钟。
[0039]这样，通过前述的两次阳极氧化的处理，可以形成具有高度有序的多个小孔(例如，小孔阵列)的氧化铝层。
[0040]本发明的一些实施例中，形成的小孔的直径可以为40至100纳米，小孔的深度可以为I至1.5微米。一些实施例中，形成的小孔的横截面形状可以是圆形的，并且这些小孔之间例如可以按六角形蜂窝状排列。
[0041]在氧化铝层中形成了这些小孔之后，在步骤40中，可以在这些小孔的内壁上沉积形成碳原子层。例如，一些实施例中，可以用化学气相沉积法在这些小孔内壁上沉积形成碳原子层。
[0042]—些实施例中，可以采用单注射法或双注射法，利用乙醇为碳源，二茂铁为催化剂前驱体，将前述的形成了多个小孔的氧化铝层作为模板，在石英管中在800°C下反应沉积，此时，乙醇催化裂解成碳原子，沉积在孔壁上，从而在小孔内壁上沉积形成碳原子层。每个内壁上沉积了碳原子层的小孔即可形成为一个碳纳米管。氧化铝层中的多个小孔内壁中沉积形成碳原子层，即形成了多个碳纳米管，从而获得碳纳米管的阵列。
[0043]例如，一些实施例中，可以配制0.0125g/ml的二茂铁和乙醇混合溶液(乙醇为溶剂)，超声处理使混合均匀，然后将形成了多个小孔的氧化铝层(即前述的硅衬底)放置在石英管内的石英薄片上，待炉温升至800°C后，通过注射器在电脑微量注射栗的控制下，以注入速率10ml/h连续地将碳源(乙醇)和催化剂(二茂铁)注到石英管反应室中进行反应，氩气流量lOOOsccm。
[0044]本发明的一些实施例中，在步骤50中，可以形成上电极和下电极。例如，可以在硅衬底的第二表面上形成下电极，以及在步骤40中在小孔内壁上形成碳纳米管阵列成之后，在氧化铝层上形成上电极。
[0045]本发明的一些实施例中，可以用磁控溅射法在氧化铝层上沉积形成钯层，该钯层即为上电极。一些实施例中，钯层的厚度可以为3-至60纳米。
[0046]本发明的一些实施例中，可以用电子束蒸发沉积方法、热蒸发沉积法或者磁控溅射沉积法等等在第二表面上沉积形成金属层，然后在氮气气氛下退火，形成欧姆接触。该金属层即为下电极。一些实施例中，该金属层可以为铝层、钼层或者钛层等等。
[0047]这样，经过前述的步骤，即制成了本发明的氢气传感器。
[0048]图2和图3示意性地显示了根据本发明一些实施例的方法制造的氢气传感器。如图2和图3所示，一些实施例中，氢气传感器包括硅衬底2、铝层3、氧化铝层4、上电极6和下电极I。
[0049]硅衬底2包括第一表面(图2中上侧的表面)和与第一表面相对的第二表面(图2中下侧的表面)。铝层3形成在硅衬底2的第一表面上。氧化铝层4形成在铝层3上。氧化铝层4中形成多个小孔7，这些小孔7的内壁上形成有碳原子层5。
[0050]上电极6形成在氧化铝层4上。下电极I形成在硅衬底2的第二表面上。
[0051]如前文所述，一些实施例中，这些小孔的直径可以为40至100纳米，这些小孔的深度可以为I至1.5微米。这些小孔可以排列成规则的六角形蜂窝状。
[0052]本发明的实施例中，形成具有多个小孔的氧化铝层表面形成上电极，并且以该具有多个小孔的氧化铝层为模板，在小孔的内壁上沉积碳原子，形成碳原子层。这样，每个内壁上沉积了碳原子层的小孔即成为一个碳纳米管，这样的多个小孔的阵列即形成了碳纳米管阵列。氧化铝层的上电极通过这样形成的碳纳米管阵列层与下电极连接。利用上下电极可以测量碳纳米管的电阻。这种碳纳米管具有非常大的比表面积，并具有高的机械强度和良好的电学特性，可以检测氨气、水蒸汽、二氧化氮、氧气等多种气体。因此，本发明的实施例中的氢气传感器具有响应速度快、重复性好、工作温度低、体积小等优点，在室温下对
0.05%-2%体积浓度的氢气敏感。此外，本发明实施例的制造氢气传感器的方法工艺简单，可重复性好。
[0053]以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
【主权项】
1.一种制造氢气传感器的方法，其特征在于，包括: 提供娃衬底，所述娃衬底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面； 在所述第一表面上形成铝层； 对所述铝层进行阳极氧化处理，在所述铝层上形成具有多个小孔的氧化铝层，并且所述小孔贯穿所述氧化铝层； 在所述小孔内壁上沉积碳原子层，其中内壁上沉积了碳原子层的小孔形成碳纳米管； 在所述氧化铝层上形成上电极； 在所述硅衬底的第二表面上形成下电极。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一表面上形成铝层包括:用电子束蒸发沉积法、热蒸发沉积法或者磁控溅射沉积法在所述第一表面沉积形成铝层。3.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，对所述铝层进行阳极氧化处理包括: 对所述铝层进行第一次阳极氧化处理，在所述铝层上形成具有多个小孔的第一氧化铝层； 去除所述第一氧化铝层； 对去除了所述第一氧化铝层后的所述铝层进行第二次阳极氧化处理，在所述铝层上形成具有多个小孔的第二氧化铝层，并对第二氧化铝层中的小孔进行扩孔处理。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述铝层进行第一次阳极氧化处理包括: 将硫酸、磷酸或者草酸溶于去离子水中，获得第一酸性溶液； 将形成了铝层的硅衬底置于所述第一酸性溶液中并接到直流电源正极，通电第一预定时间。5.如权利要求3或者4所述的方法，其特征在于，去除所述第一氧化铝层包括: 配制磷酸和铬酸的混合溶液，获得第二酸性溶液； 将形成了第一氧化铝层的硅衬底置于所述第二酸性溶液中，水浴反应第二预定时间，去除所述第一氧化铝层。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对去除了所述第一氧化铝层后的所述铝层进行第二次阳极氧化处理和扩孔处理包括: 将去除了所述第一氧化铝层后的硅衬底置于所述第一酸性溶液中并接到直流电源正极，通电第三预定时间，在所述铝层上形成具有多个小孔的第二氧化铝层； 将磷酸溶于去离子水中，获得第三酸性溶液； 将形成了第二氧化铝层的衬底置于所述第三酸性溶液中，腐蚀第四预定时间。7.如权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述小孔内壁上沉积碳原子层包括:用化学气相沉积法在所述小孔内壁上沉积碳原子层。8.如权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于:所述小孔的直径为40至100纳米，所述小孔的深度为I至1.5微米。9.一种氢气传感器，其特征在于，包括: 娃衬底，所述娃衬底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面； 铝层，所述铝层形成在所述第一表面上； 氧化铝层，所述氧化铝层形成在所述铝层上，所述氧化铝层中形成多个小孔，所述小孔贯穿所述氧化铝层，并且所述小孔的内壁上形成有碳原子层； 上电极，所述上电极形成在所述氧化铝层上； 下电极，所述下电极形成在所述硅衬底的第二表面上。10.如权利要求9所述的氢气传感器，其特征在于:所述小孔的直径为40至100纳米，所述小孔的深度为I至1.5微米。
【专利摘要】本发明实施例公开了一种制造氢气传感器的方法及其氢气传感器，包括：在硅衬底的第一表面上形成铝层，并对铝层进行阳极氧化处理形成具有多个小孔的氧化铝层；在小孔内壁上形成碳原子层；在氧化铝层上形成上电极；在硅衬底的第二表面上形成下电极。本发明的实施例中的氢气传感器具有响应速度快、重复性好、工作温度低、结构简单、体积小等优点，在室温下对0.05%-2%体积浓度的氢气敏感。此外，本发明实施例的制造氢气传感器的方法工艺简单，可重复性好。
【IPC分类】G01N27/12
【公开号】CN105136870
【申请号】CN201510605927
【发明人】吴双红, 郝孟猛, 陈乐毅, 李世彬, 魏雄邦, 陈志
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月22日