基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于传感技术领域，特别涉及一种基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器。
【背景技术】
[0002]二氧化氮是一种有毒气体，不仅破坏环境，而且会危害人类健康。二氧化氮与水蒸气结合生成硝酸，导致硝酸型酸雨。酸雨会腐蚀建筑物，毁坏农作物，使森林退化。二氧化氮对人体的危害很大，人体吸入二氧化氮后，它可以扩散到呼吸道深部毛细气管以及肺泡中，并在肺泡表面的水中缓慢溶解，产生亚硝酸和硝酸，亚硝酸和硝酸会对肺部组织产生剧烈的刺激和腐蚀，引起肺部充血和水肿，严重时可引起肺部纤维化。亚硝酸盐进入体内后，与血红蛋白结合产生高铁血红蛋白，引起组织缺氧、呼气困难以及中枢神经损伤;二氧化氮对孕妇及儿童的危害更为严重。因此，精确、低成本的检测二氧化氮气体的浓度就显得尤为重要。
[0003]石墨烯是英国曼彻斯特大学物理学家安德烈.海姆和康斯坦丁.诺沃肖洛夫于2004年发现的新型二维材料。由于厚度仅为单原子层(0.335nm)，具有高强度及柔韧性、透光性和导电性等优异的性能，石墨烯在高性能纳电子器件、气体传感器、光电器件、复合材料、场发射材料及能量存储等领域引起人们的广泛关注。特别是石墨烯具有非常大的比表面积和气体吸附能力，这为制作高灵敏气体传感器提供了理想材料。但对石墨烯气体传感器的研究表明:现在广泛采用的本征石墨烯作为气敏材料对多种不同气体存在交叉响应，难以实现高选择性的气体传感器。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器，用于解决现有技术中本征石墨烯作为气敏材料对多种不同气体存在交叉相应，难以实现高选择性的气体传感器的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法，包括以下步骤:
[0006]1)提供石墨烯及微加热器平台衬底，将所述石墨烯转移至所述微加热器平台衬底上；
[0007]2)将表面覆盖有所述石墨烯的所述微加热器平台衬底置于化学气相沉积反应炉中；
[0008]3)采用惰性气体对所述反应炉进行通气及排气处理；
[0009]4)于第一温度下向所述反应炉内同时通入惰性气体及氢气；
[0010]5)于第二温度下向所述反应炉内通入惰性气体、氢气及硫源气体进行反应，以对所述石墨烯进行硫掺杂；
[0011]6)停止通入硫源气体，于氢气及惰性气体保护气氛中对所述反应炉进行降温。
[0012]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，所述石墨稀为本征石墨稀。
[0013]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，所述微加热器平台衬底为单个微加热器平台或圆片级衬底。
[0014]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，所述微加热器平台衬底上设有测试电极及加热器，所述石墨烯至少覆盖所述测试电极。
[0015]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，采用直接转移法或PMMA法将所述石墨烯转移至所述微加热器平台衬底上。
[0016]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的一种优选方案，步骤3)中，所述惰性气体的流量为500sccm?5000sccm，通气及排气处理时间为2分钟?30分钟。
[0017]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的一种优选方案，步骤4)中，所述第一温度为200°C?700°C;所述氢气与所述惰性气体的混合气体的流量为lOOsccm?5000sccm;所述氢气及所述惰性气体的混合比均为10%?90% ο
[0018]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的一种优选方案，步骤5)中，所述第二温度为300°C?900°C;所述惰性气体的流量为500SCCm?5000sccm，所述氢气的流量为lOsccm?lOOsccm，所述硫源气体的流量为0.5sccm?50sccm;掺杂时间为10分钟?50分钟。
[0019]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的一种优选方案，所述硫源气体包括硫化氢及硫化羰中的一种或两种。
[0020]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的一种优选方案，步骤5)中，自所述第一温度升至所述第二温度，于所述第二温度保持5分钟?20分钟后，向所述反应炉内通入硫源气体。
[0021]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化合物气体传感器的制备方法的一种优选方案，步骤6)中，所述惰性气体的流量为50seem?300seem，所述氢气的流量为lOsccm?40sccmo
[0022]本实用新型还提供一种基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器，包括:微加热器平台衬底及硫掺杂石墨烯；
[0023]所述微加热器平台衬底上设有测试电极及加热器;所述硫掺杂石墨烯至少覆盖所述测试电极。
[0024]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的一种优选方案，所述微加热器平台衬底包括第一表面及第二表面;所述测试电极位于所述第一表面上，所述加热器位于所述第二表面;所述硫掺杂石墨烯位于所述微加热器平台衬底的第一表面上，且覆盖所述测试电极及所述微加热器平台衬底的第一表面。
[0025]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的一种优选方案，所述微加热器平台衬底为单个微加热器平台；所述测试电极的数量及所述加热器的数量均为一个，且所述测试电极与所述加热器上下对应。
[0026]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的一种优选方案，所述微加热器平台衬底为圆片级衬底;所述测试电极的数量及所述加热器的数量均为多个，多个所述测试电极及多个所述加热器分别于所述第一表面及所述第二表面呈阵列分布，且所述测试电极与所述加热器一一上下对应。
[0027]作为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的一种优选方案，所述测试电极为叉指电极。
[0028]本实用新型的一种基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的有益效果为:本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器可采用圆片级衬底，实现圆片级制备，达到批量制造的水平，大大降低生产成本;本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器对氮氧化物气体分子具有较高的灵敏度和选择性，可有效降低水蒸气等其它气体对检测的影响，提尚检测的精确度。
【附图说明】
[0029]图1显示为本实用新型的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法的流程图。
[0030]图2a至图2g显示为本实用新型实施例一中提供的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法各步骤中的结构示意图。
[0031]图3a至图3h显示为本实用新型实施例二中提供的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的制备方法各步骤中的结构示意图。
[0032]图4显示为本实用新型实施例三中提供的基于硫掺杂石墨烯的氮氧化物气体传感器的爆炸结构示意图。
[0033]元件标号说明
[0034]20铜衬底
[0035]21本征石墨烯
[0036]22腐蚀溶液
[0037]23微加热器平台衬底
[0038]24硫掺杂石墨烯
[0039]25测试电极
[0040]26加热器[0041 ] 27 PMMA
[0042]S1 ?S6 步骤
【具体实施方式】
[0043]以下通过特定