进行超声清洗15分钟，用去离子水冲洗30秒；
步骤3:将上述工艺得到的所述硅片浸入体积比为1: 1:5的氨水:双氧水:水的80°C混合液水浴10分钟，用去离子水冲洗30秒；
步骤4:将上述工艺得到的所述硅片，在5%氢氟酸中浸泡30秒，用去离子水冲洗30秒；步骤5:将上述工艺得到的所述硅片浸入体积比为1: 1:6的盐酸:双氧水:水的80°C混合液水浴10分钟，用去离子水冲洗30秒；
步骤6:将上述工艺得到的所述硅片，在5%氢氟酸中浸泡30秒，用去离子水冲洗30秒，清洗硅片结束；
步骤7:将上述工艺得到的清洁硅片，置于不锈钢密闭腔中，先后使用机械栗和分子栗将腔体内真空度抽至I X 10—3Pa以下，关闭真空设备，注入70Kpa左右高纯六氟化硫气体，打开飞秒激光器，选用500-800nm，80-200fs范围内超快激光脉冲，利用相关光路和机械系统对硅片表面进行烧蚀扫描；
步骤8:将上述工艺得到的所述硅片，在30%K0H中80°C下恒温浸泡2分钟，用去离子水冲洗30秒，用氮气枪吹干。其表面微结构的扫面电子显微镜如图2所示；
步骤9:将上述工艺制得的具有表面微形貌的硅片附加电极掩膜版，置于热蒸发镀膜机的真空腔内，在蒸发舟上放置适量高纯铝颗粒，关上真空腔钟罩，打开水冷循环，打开电源和膜厚检测仪，设置成膜材料为铝，成膜厚度300nm。先后使用机械栗和分子栗对真空腔抽真空，当腔体真空度达到I X 10—3Pa时，开始镀膜。缓慢旋动蒸发电流，最终达到160A以上电流，成膜速率控制在8A/s以内，最终在硅片表面沉积约300nm铝电极，电极尺寸大小0.3cmX0.3cm，电极间距为0.3cm，器件制作完成。
[0021]实施例2
选择晶向(100)的P型单晶抛光硅片，电阻率1-10 Ω.Cm，厚度250μπι。采用化学方法制备具有类似例I中表面起绒结构的室温NH3气敏传感材料。该方法包括如下步骤:
步骤1-步骤6:同例I中的步骤1-步骤6 ；
步骤7:配置氢氧化钠和异丙醇的混合溶液，其中NaOH质量浓度为3%，异丙醇的体积浓度为10%，将混合溶液使用水浴加热至80°C并恒温。将步骤6中制备的洁净硅片浸没于混合溶液中，反应刻蚀30分钟。注意反应容器口应加盖，防止高温下异丙醇过度蒸发导致其浓度过度降低，从而引起碱液对硅片腐蚀方向选择性的弱化。反应结束后，用去离子水冲洗硅片30秒，再用氮气枪吹干，制得类似例I中的起绒硅片，其表面微结构的扫面电子显微镜如图3所示；
步骤8:同例I中的步骤9。
[0022]由实施例1所制得的NH3气敏传感材料，在室温下分别对氨气，乙醇，氯化氢、丙酮、过氧化氢、氢气气体进行电阻变化传感检测，其中5、10、25、50、10ppmNH3气敏传感动态响应曲线图4所示。测试结果显示，本氨敏传感材料对5-100ppm范围内的NH3气体均具有明显的响应，在5和1ppm低浓度下响应速度相对较慢，为60s以内，而50ppm及以上浓度响应较快。本器件在50ppm浓度NH3气体下灵敏度为1.88，而10ppmNH3的灵敏度为2.26，响应时间均为5秒以内；此外所有测试浓度的恢复速度均为5s以内。而对于其他测试气体，在100ppm浓度以内响应灵敏度基本为I，即无气敏响应。需要提及的是，实施例2制备的样品在表面微结构尺度和实施例1样品相似的情况下其性能几乎一致。测试表明，本发明制备的氨敏传感材料对NH3具有很高的响应和恢复速度，同时具备较佳的气体选择性。
[0023]本发明实施例公开如上，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，利用上述揭示的理化方法和技术内容对本发明的室温下NH3气敏传感材料及制备方法做出可能的变动和修改，均为未脱离本发明技术方案的内容。依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单改动、变型及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1.一种室温下NH3气敏传感器件，其特征在于，是利用物理或化学刻蚀方法，在单晶硅片表面形成准周期性微结构，并通过热蒸发镀膜或者磁控溅射方法形成电极而得到。2.根据权利要求1所述的室温下NH3气敏传感器件，其特征在于，所述硅片为P型，晶向(100)，电阻率为 1-10 Ω.cm。3.根据权利要求1或2所述的室温下NH3气敏传感器件，其特征在于，所述金属电极厚度为200-600nm，电极尺寸大小0.3cm X 0.3cm，电极间距为0.2-0.3cm。4.根据权利要求1或2所述的室温下NH3气敏传感器件，其特征在于，所述硅片表面准周期性微结构尺度为1-10微米。5.如权利要求1-4所述的室温下NH3气敏传感器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: 步骤1:单晶硅片的清洗处理 具体操作可采用标准清洗法清洗所述P型单晶硅片，去除硅片表面的有机沾污、氧化膜及颗粒和金属沾污，用氮气枪吹干； 步骤2:采用物理方法或化学方法在单晶硅片表面形成准周期性微结构，得到起绒硅片;其中，物理方法为: (1)激光刻蚀 将经上述清洗的硅片，置于不锈钢密闭腔中，对腔体抽真空，随后充入75-85Kpa氛围气体，所述气体为六氟化硫或三氟化氮化学辅助激光刻蚀气体，采用500-800nm，80-200f s范围内超快激光脉冲，对硅片表面烧蚀出周期性尖峰结构； (2)将经激光刻蚀的硅片放入质量浓度为30%-40%的KOH溶液中，水浴恒温75-85°C，反应时间为l_2min，均匀削除刻蚀硅表面峰状结构的顶端部分，在单晶硅片表面形成准周期性微结构，得到起绒娃片； 化学方法为: (1)配置NaOH和异丙醇的混合溶液，其中，NaOH质量浓度为2.5-3.53%，异丙醇的体积浓度为8-12%，使用智能电控恒温水浴加热到75-85 0C ； (2)将经步骤I处理的硅片放入步骤2得到的混合溶液中，进行化学刻蚀，反应时间为25-35 min，在单晶硅片表面形成准周期性微结构，得到制绒硅片； 步骤3:采用热蒸发镀膜或磁控溅射方法制备金属电极； 步骤4:将上述制备了电极的硅片，置于室温空气下进行自然钝化，即得到NH3气敏传感器件。
【专利摘要】本发明属于气体传感器技术领域，具体为一种室温下NH3气敏传感器件及其制备方法。本发明制备方法是使用物理或者化学刻蚀的方法，在一定厚度的、电阻率为1-10Ω·cm的p型单晶硅片表面形成尺度为1-10μm的准周期性微结构，并在真空中对微结构表面进行热蒸发或者磁控溅射镀膜，形成金属电极，制成氨敏传感器件。该器件材料制备简单，成本低廉，克服了普通氨敏传感器工作温度高，响应及恢复速度较慢等缺点，在室温下对ppm级氨气具有极快的响应时间和恢复时间，同时具有较高灵敏度和选择性，在NH3检测传感领域具有广阔应用前景。
【IPC分类】G01N27/12
【公开号】CN105510403
【申请号】CN201610000268
【发明人】赵利, 庄军, 朱苏皖
【申请人】复旦大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月3日