专利名称：：制备氧化铁烟敏薄膜的方法
技术领域：
：本发明属于气敏传感
技术领域：
。现有的气敏器件主要有烧结型气敏元件，离子敏感烟探测器和红外烟雾探测器等。如日本松下公司生产的烧结型γ-Fe2O3气敏传感器，国内哈尔滨通江晶体管厂生产的烧结型氧化铁系及氧化锡系气敏传感器，核工业部262厂生产的离子敏感烟探测器，西安交大研制的红外烟雾探测器等。这些器件和探测器都不同程度地存在有一定的缺陷，如烧结型气敏元件选择性较差，不是对烟雾不敏感就是不能将烟雾与H2、LPG、CH4、C2H3OH等杂气加以区分，易形成误报误测，离子敏感烟探测器由于采用价格昂贵的同位素进行探测，再经微电流放大(约10-13A)，因此工艺复杂，要求精度高，其成本也高(每只探头售价约300元)，使推广应用受到限制;红外烟雾探测器同样也存在结构复杂和成本高昂等不足。因此，将敏感材料薄膜化，不仅能大幅度提高灵敏度、选择性、响应恢复时间，而且在薄膜材料元件化后，可以进一步提高其一致性，重复性，缩小元件体积，降低成本和功耗。但目前敏感材料薄膜化的研究主要集中在氧化锡系列，如天津大学电子工程系，中科院合肥智能机械所等单位所进行的研究，这种薄膜由于采用四氯化锡为源物质，因此存在对烟雾敏感性差(甚至不敏感)并对膜的生长系统具有腐蚀性等不足。本发明的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种灵敏度高，选择性好，响应恢复速度快、工艺简单、成本低廉，且对成膜系统无危害的氧化铁烟敏薄膜的制备方法。实现本发明目的所采用的技术方法是采用常压化学气相淀积法，用金属有机化合物五羰基铁[Fe(CO)5]为源物质，以氩气或氮气携带与氧气进行反应生长氧化铁薄膜，在薄膜的生长过程中对氧化铁薄膜进行了有效的掺杂。该常压化学气相淀积系统装置如图1所示。图中(1)为测、控温仪，(2)为反应室，(3)为衬底，(4)为混气瓶，(5)为五羰基铁源，(6)、(7)、(8)为干燥剂，(9)、(10)、(11)为流量计，(12)为杂质源，(13)为阀门(用以控制是否对样品进行掺杂)。对于非掺杂样品，其工艺条件为衬底温度80～150℃载气(Ar)流量100～200ml/分氧气(O2)流量50～150ml/分沉积时间10～20分。对于掺杂样品，其工艺条件为衬底温度80°-150℃载气(Ar)流量源100～200ml/分杂质～25ml/分氧气流量O250～150ml/分沉积时间10～20分本发明的操作方法1.将高纯Al2O3陶瓷基片或玻璃片、附有SiO2层的硅片作为衬底基片，并在此衬底基片上制作出叉指状(又称梳状)电极，即采用厚膜工艺，将以钯-银浆料为原料的电极印上，再经烘干送入传送式烧结炉烧结，其温度-时间关系如图2所示。制成的基片外形如图3所示。2.将已制备电极的衬底在有溶剂(丙酮及乙醇)浸泡下超声清洗，再用去离子水反复冲洗，并在90°～110°条件下烘干备用。3.用金属有机化合物五羰基铁[Fe(CO)5]作为化学气相淀积的反应源物质，通过控制可以分别制备出非掺杂或掺入Sn，Ti，Zr，Sn+Ti，Ti+Zr等其中任意一种(或两种)杂质的氧化铁烟敏薄膜。对于非掺杂氧化铁烟敏薄膜，其化学反应式为在衬底上制备出颜色为红棕色，厚度可控的多晶态氧化铁薄膜。以下给出本发明的几种实施例实例1衬底材料玻璃基片衬底温度95℃淀积时间13分氧气流量(O2)-120ml/分载气流量(Ar)-160ml/分在此条件下制备的氧化铁烟敏薄膜，分析测量结果表明，其薄膜是膜厚为2700的非晶质α-Fe2O3薄膜。实例2衬底材料硅片衬底温度105℃淀积时间10分Ar流量～140ml/分O2流量～110ml/分在此条件下制备的氧化铁烟敏薄膜，分析测量结果表明，其薄膜属α-Fe2O3多晶体，膜厚为2000，晶粒直径约为1μm。实例3衬底材料陶瓷基片(95%Al2O3)衬底温度105℃淀积时间15分Ar流量～160ml/分Q2流量～125ml/分在此条件下制备的氧化铁烟敏薄膜为α-Fe2O3多晶体，晶粒直径为数微米(几μm)，膜厚约为3400，该薄膜的气敏特性测试结果如下工作温度260℃</tables>表中除雾为Ⅰ级外，其它被测气体浓度均为1000ppm。实例4衬底材料陶瓷基片(95%Al2O3)衬底温度105℃淀积时间15分所掺杂质SnO2(氧气)流量～125ml/分Ar(载源)流量～160ml/分Ar(杂质载气)流量～25ml/分在此条件下所获得的氧化铁烟敏薄膜，分析测量表明，薄膜为多晶型α-Fe2O3，晶粒直径为数微米(几μm)，膜厚约为3400，成份分析结果表明，Sn的含量占0.37。该薄膜的气敏特性测试结果如下工作温度260℃</tables>注除烟雾为Ⅰ级外，其他被测气体浓度均为1000ppm本发明具有如下优点1.本发明由于采用了对薄膜制备系统无任何腐蚀作用的金属有机化合物[Fe(CO)3]作为源物质，因而提高了氧化铁烟敏薄膜的灵敏度和选择性。如当该敏感薄膜接触烟雾后，其薄膜的薄层电阻由原先纯净空气中的阻值RA急剧下降到烟雾气氛中的阻值Rc，在烟雾Ⅰ级的浓度下，其灵敏度RA/Rc可达52，而在1000ppm的酒精、液化石油气、甲烷气体和氢气中灵敏度RA/Rc分别仅为7.4、2.7、2.7和4.0。2.本发明由于进行了有效地掺杂，提高了氧化铁敏感薄膜的性能。a、掺杂改善了氧化铁烟敏薄膜的重复性，如下表所示。表中样品均为氧化铁烟敏薄膜在空气中的阻值，单值为MΩ，掺Zr样品的测试温度为280℃、掺Sn样品的测试温度为270℃，未掺杂样品为260℃。b.掺杂可使温度系数变小，更有利于实际应用，如下表所示。c、掺杂可以提高氧化铁烟敏薄膜的灵敏度，如下表所示。4.本发明工艺制备方法简便，无须贵金属触媒，源物质价廉，所用的全部原材料均无特殊要求，具有广泛的应用前景。权利要求1.一种制备氧化铁烟敏薄膜的方法，其特征在于采用常压化学气相淀积法进行淀积，用金属有机化合物五羰基铁[Fe(CO)3]作为参加化学气相淀积反应的源物质，在淀积过程中可以分别进行掺杂或非掺杂以制备α-Fe2O3烟敏薄膜淀积的工艺条件为衬底温度80°～150℃Ar(载气)流量源100～200ml/分杂质25ml/分O2(氧气)流量50～150ml/分沉积时间10～20分2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于掺杂物质可以是Sn、Ti、Zr、Sn+Ti、Ti+Zr中的任一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于衬底采用玻璃，陶瓷和硅片不同材料，制备出非晶质和多晶质α-Fe2O3烟敏薄膜。全文摘要本发明涉及一种气敏传感
技术领域：
，特别是一种制备氧化铁烟敏薄膜的方法。该方法采用金属有机化合物五羰基铁[Fe(CO)]文档编号H01L49/00GK1062790SQ90110100公开日1992年7月15日申请日期1990年12月22日优先权日1990年12月22日发明者彭军,柴常春,严北平申请人:西安电子科技大学