流体传感器芯片的制作方法_2

文档序号:9014005阅读:来源:国知局
。如图4中一个例子所示的包括部件102、104、110、120和130的流体传感器芯片400本质上对应于图1中所示的包括元件102、104、110、120和130的流体传感器芯片100。因此,省略对应的或同样的元件的重复描述。在图4的例子中,电导电部分410可以包括石墨。由于流体传感器芯片400的电导电部分410可以包括石墨,所以不要求被配置成使电导电部分410绝缘的绝缘部分。相反,包括石墨的电导电部分410已经能抵抗化学侵蚀性环境。
[0029]例如,流体传感器芯片100可以是用于感测气体或液体的物理或化学参数的传感器芯片。换言之,传感器芯片可以被用作化学侵蚀性环境中的气体传感器或液体传感器。
[0030]例如,如图1至4中的例子所示的那样的流体传感器芯片被配置成在化学侵蚀性环境中感测物理或化学参数,其中所有的传感器芯片表面被暴露于化学侵蚀性环境,所述化学侵蚀性环境包括化学惰性碳或者由其组成。
[0031]参照之前的流体传感器芯片的例子,电导体120可以包括关于流体传感器芯片100的中心、垂直轴101对称布置的两个不同的电导体部分122、124,使得有源材料130可以通过两个不同的电导体部分122、124与导电层104电连接。此外导电层104的两个不同的导电层部分105、107可以由在中心、垂直轴101周围的流体传感器芯片的中心区域中的隔呙物衬底110分开。
[0032]图5a至5c示出了图示了用于制造流体传感器芯片100的方法的流体传感器芯片100的不同部件510、520的示意性横截面视图。例如,用于制造流体传感器芯片的方法可以包括下面动作。首先,可以提供衬底载体102。接着,可以在衬底载体102上提供导电层104。接着,可以在衬底载体102和导电层104之上形成包括非晶碳的隔离物衬底110。接着,可以提供包括石墨的电导体120,使得电导体120延伸穿过隔离物衬底110并且接触导电层104。最后,可以将包括石墨烯或者碳纳米管的有源材料130沉积到隔离物衬底110和电导体120上。
[0033]相应地,图5a示出了在提供衬底载体102的动作、提供导电层104并且使导电层104形成图案的动作以及形成隔离物衬底110的动作之后的结果或部件510。此外,图5b作为一个例子描绘了在提供在隔离物衬底110中的电导体120的动作之后的结果或部件520。最后,图5C作为一个例子描绘了在沉积有源材料130的动作之后的结果或者流体传感器芯片 100。
[0034]例如,隔离物衬底110可以包括非晶碳或者由其组成。此外,电导体120可以包括石墨或者由其组成。此外,有源材料130可以包括石墨烯或者由其组成。
[0035]附加地或者可替换地,有源材料130可以从由以下组成的组中选择:石墨烯、功能化的石墨烯、共价功能化的石墨烯、用金属功能化的石墨烯以及用金属氧化物或者其它金属硫族化合物功能化的石墨稀。功能化化合物可以是连续薄膜的形式,以及颗粒(例如纳米颗粒)的形式。
[0036]关于制造方法,其还可以包括密封衬底载体102。以这种方式,可以向流体传感器芯片提供外壳或封闭件(例如封闭件320)。
[0037]例如,形成隔离物衬底110的动作可以包括执行来自气态碳氢化合物的基于等离子体的化学气相沉积到衬底载体102上。
[0038]此外,提供电导体120的动作可以包括执行隔离物衬底110的空间局部化的热辐射,其中隔离物衬底110的非晶碳被转化为石墨。
[0039]在这里,在一个实施例中,可以通过激光辐射或者使用投影掩模的暴露于光来执行隔离物衬底110的热辐射。
[0040]此外,沉积有源材料130的动作可以包括施加并烘干石墨烯悬浮液或者石墨烯氧化物悬浮液并且将其加热到在约300°C到900°C之间的温度,或者功能化的石墨烯悬浮液,或者将之前沉积的石墨烯层转移到临时衬底上。
[0041]例如,沉积有源材料130的动作包括将纳米颗粒(例如在悬浮液中)沉积到之前沉积到临时衬底上的石墨烯上,并且将之前沉积的石墨烯转移到流体传感器芯片。
[0042]此外,沉积有源材料130的动作可以包括将石墨烯沉积到隔离物衬底110上并且随后将纳米颗粒沉积到石墨烯上(例如通过电化学沉积)。
[0043]总而言之,流体传感器芯片提供了如下优点:实现气体传感器是可能的,其中暴露于周围介质的表面排他地包括化学惰性碳或者排他地由其组成。例如,流体传感器芯片基于用于隔离物衬底的非晶碳、用于电导体的石墨以及用于有源材料的石墨烯的组合。
[0044]在形成隔离物衬底的动作中或者在密封衬底载体的步骤中,可以使用非晶碳。因而,非晶碳可以用于涂覆衬底载体102。可以借助于来自气态碳氢化合物的支持等离子体的化学气相沉积来产生包括非晶碳的隔离物衬底110或封闭件320。在这里,指出的是,非晶碳对于实践中任何化学品都是惰性的,除了氧等离子体和在500°C之上的温度的氧气,并且其承担低的制造成本。非晶碳的通用特征是:它是电绝缘的并且可以被采用为诸如例如气体传感器之类的电子部件中的电介质。有利地,非晶碳可以用于根据本公开的流体传感器芯片中。
[0045]在提供电导体120的动作中,可以使用石墨。一般,虽然石墨具有和非晶碳相同的化学抗性,但是是电导体。例如,可以借助于热处理来从非晶碳产生石墨。还可以以局部化的方式来执行石墨的形成,例如借助于诸如在DE 10 2012 212 152 Al中所述的激光辐射。因而,在包括非晶碳或者由其组成的绝缘基体中形成电导体120或者电导电石墨结构是可能的。例如,通过选择激光波长以及非晶碳层(或者隔离物衬底110)的吸收系数的调整(例如通过用一些原子百分数的氮来对隔离物衬底110掺杂),可以改变激光辐射的吸收。因而,还可以调整电导体120延伸穿过隔离物衬底110或石墨转化区的深度。
[0046]在沉积流体传感器芯片的有源材料130的动作中,可以使用石墨烯。一般,石墨烯是一种新型材料,其可以在其它事物当中充当用于产生气体传感器的有源材料,诸如在KR 102011039803 A和JP 002011169634 A中所述的那样。由流体传感器芯片所采用的测量原理实质上对应于一旦吸收气体分子之后的有源材料130或石墨烯层的电阻的改变。这样的原理也被描述在如下文献中:F.Schedin et al., Detect1n of Individual GasMolecules Adsorbed on Graphene, Nature Materials 6 (2007) 652; J.D.Fowler etal., Practical Chemical Sensors from Chemically Derived Graphene, ACS Nano,3 (2009) 301;以及 J.T.Robinson et al., Reduced Graphene Oxide MolecularSensors, Nano Lett.8 (2008) 3137。
[0047]作为碳改性(carbon modificat1n),石墨稀还具有和非晶碳相同的化学抗性。该材料可以以低的成本从石墨或碳氢化合物气体中产生。
[0048]基本地,已经发现了气体传感器的实现,其中暴露于周围介质的表面可以包括化学抗性的碳或者由其组成。
[0049]例如,可以如下制造流体传感器芯片。首先,可以将电绝缘非晶碳(例如具有为10到5000nm的厚度)沉积到包括用于连接有源层(或者有源材料130)的电接触(或者导电层104)的衬底(或者衬底载体102)上。为了改进激光吸收,非晶碳还可以包括一些原子百分数的氮。在位于针对有源层的电接触或电极之上(即在电导体120之上)的区域,借助于在为约700°C到约1500°C的局部地产生的温度下的激光退火动作,包括非晶碳的隔离物衬底110可以局部地转化为导电石墨(例如具有为P = 0.5-50 πιΩ的电阻率)。所需要的温度的局部引入还可以通过暴露于例如氙灯的光和投影掩模来生效。石墨接触(
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