CN100389508C - 薄膜气体传感器的制备方法 - Google Patents
薄膜气体传感器的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100389508C CN100389508C CNB2004101018329A CN200410101832A CN100389508C CN 100389508 C CN100389508 C CN 100389508C CN B2004101018329 A CNB2004101018329 A CN B2004101018329A CN 200410101832 A CN200410101832 A CN 200410101832A CN 100389508 C CN100389508 C CN 100389508C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thin film
- gas sensor
- base plate
- tin oxide
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003672 processing method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 abstract 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
本发明提供一种薄膜气体传感器的制备方法,属于气体传感器工艺技术领域。该方法包括:基片清洗和腐蚀,采用溅射和剥离方法制备铬/铂电极,得到表面平整的带有电极图形的基片;在带有电极图形的基片上使用直流反应磁控技术淀积氧化锡纳米敏感薄膜,并且剥离薄膜敏感材料,使之图形化;高温退火后,划片、封装。由于在表面较平坦的基片上使用直流磁控反应溅射的方法制得氧化锡薄膜,薄膜敏感材料厚度及成分均匀可控、灵敏度高、响应快、一致性好、稳定性好。该制备加工方法对传感器自身的污染小、使用的薄膜材料较少,可降低对环境的污染、与集成电路工艺相兼容,工艺重复性好、适合于批量生产。
Description
技术领域
本发明属于气体传感器工艺技术领域,具体涉及一种薄膜气体传感器的制备方法。
背景技术
传统的厚膜传感器制备通常使用旋涂法和真空蒸发、溶胶凝胶法等工艺,其制得的敏感材料易污染、而且敏感膜与基片的附着力差,会导致生产的传感器稳定性降低、可靠性下降。除此,传统的厚膜气体传感器从电极、敏感材料制备,材料被涂覆烧结都需要人工干预,生产周期长,重复性差,难以大批量生产。而薄膜传感器由于体积小、精度高、宜于平面化和集成化、便于大批量生产,是目前国际上研究的热门传感器件。虽然熔胶凝胶也可以用于制备薄膜气体传感器,但仍然存在污染和不易集成化的缺点。
发明内容
本发明克服了上述制备气体传感器存在的不足和问题,提供一种薄膜气体传感器的制备方法,该方法工艺简单、适合批量生产、在传感器制备过程中可精确地控制敏感材料的厚度。
一种薄膜气体传感器包括基片,加热电极和测量电极,以及SnO2敏感材料,其制备方法包括:
(1)基片清洗和腐蚀,采用溅射和剥离方法制备铬/铂电极,得到表面平整的带有电极图形的基片;
(2)在带有电极图形的基片上使用直流反应磁控溅射技术淀积氧化锡纳米敏感薄膜,在该氧化锡敏感薄膜中注入B+、P+或As+,并且剥离上述敏感薄膜,使之图形化;
(3)高温退火后,划片、封装。
敏感材料的致密退火温度范围可为400℃-900℃。
基片可为石英玻璃或硅片。
本发明的技术效果:采用MEMS技术和集成电路兼容工艺制备了氧化锡纳米薄膜气体传感器。基片先腐蚀后溅射金属,在表面较平坦的基片上使用直流磁控反应溅射的方法制得氧化锡薄膜,薄膜敏感材料厚度及成分均匀可控、灵敏度高、响应快(100ppm酒精响应时间约为1秒)、一致性好、稳定性好(测试电压变化小于1mV)。
使用集成电路工艺兼容的工艺流程和低功耗的器件结构设计薄膜气体传感器,明显区别于先采用化学共沉淀法和熔胶-凝胶法等制备传统粉体材料,再采用涂料和烧结等加工方法制备的氧化锡厚膜气体传感器,可成功地在四寸硅片(或石英玻璃上)均匀生成薄膜材料,解决因为应力等问题导致的薄膜破裂问题,集成度高。
该纳米薄膜传感器优势在于小型化、制备加工方法对传感器自身的污染小、使用的薄膜材料较少、降低对环境的污染、使用的工艺条件与集成电路工艺相兼容、工艺重复性好、生产效率高、适合于批量生产。极大地降了低气体传感器的生产成本,扩展了传感器的应用领域。并且,该项发明提高了传感器的灵敏度和稳定性。而灵敏度、稳定性、选择性是标定传感器性能的重要参数。这些因素决定了该传感器最终能否从实验室走到真正的产业化。只有真正实现了产业化,才能真正表现出传感器的实用性。
附图说明
下面结合附图,详细描述本发明。
图1为传感器的结构示意图;
图2为传感器的剖面图;
图3为工艺流程图。其中,
图3-a为第一次光刻并腐蚀石英玻璃;图3-b为电极图形化;图3-c为第二次光刻以敏感层图形化;图3-d为注入并激活。
具体实施方式
参考图1、图2,气体传感器包括基片5,加热电极1、测量电极2和压焊点3,以及SnO2敏感材料4。该薄膜气体传感器的工作原理在于,吸附于敏感薄膜材料上的氧离子,在适当的温度下会与环境中的目标气体作用,导致薄膜的电阻变化,从而,实现对目标气体的检测。
参考图3,本发明制备工艺包括:
(1)准备石英玻璃片或硅片;
(2)清洗;
(3)第一次光刻;
(4)使用缓冲氢氟酸腐蚀石英玻璃;
(5)溅射铬/铂,然后剥离,得到表面平整的带有电极图形的基片;
(6)第二次光刻;
(7)溅射清洗;
(8)溅射氧化锡或氧化锌,剥离,制得薄膜为70-90nm;
(9)注入B+,P+或As+,其工艺参数为:5E15,40kev;
(10)注入激活,为400℃-900℃;
(11)致密退火;
(12)划片;
(13)封装。
Claims (3)
1.一种薄膜气体传感器的制备方法,其步骤包括:
(1)基片清洗和腐蚀,采用溅射和剥离方法制备铬/铂电极,得到表面平整的带有电极图形的基片;
(2)在带有电极图形的基片上使用直流反应磁控技术淀积氧化锡纳米敏感薄膜,在该氧化锡敏感薄膜中注入B+、P+或As+,并且剥离上述敏感薄膜,使之图形化;
(3)高温退火后,划片、封装。
2.如权利要求1所述的薄膜气体传感器的制备方法,其特征在于:敏感材料的致密退火温度范围为400℃-900℃。
3.如权利要求1所述的薄膜气体传感器的制备方法,其特征在于:基片为石英玻璃或硅片。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2004101018329A CN100389508C (zh) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | 薄膜气体传感器的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2004101018329A CN100389508C (zh) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | 薄膜气体传感器的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN1797805A CN1797805A (zh) | 2006-07-05 |
CN100389508C true CN100389508C (zh) | 2008-05-21 |
Family
ID=36818688
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB2004101018329A Expired - Fee Related CN100389508C (zh) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | 薄膜气体传感器的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN100389508C (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102288644A (zh) * | 2011-07-08 | 2011-12-21 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种具有四支撑悬梁四层结构的电阻式气体传感器及方法 |
CN103033539A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-10 | 中国科学院微电子研究所 | 在常温下检测气体的基于柔性衬底的敏感膜的制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0588203A (ja) * | 1990-06-04 | 1993-04-09 | Philips Gloeilampenfab:Nv | 金属−絶縁物−金属型装置配列を組み立てる方法とそのような配列を組み込んだ表示装置 |
US5248890A (en) * | 1989-05-13 | 1993-09-28 | Forschungszentrum Julich Gmbh | Valance specific lanthanide doped optoelectronic metal fluoride semiconductor device |
CN1431493A (zh) * | 2003-02-28 | 2003-07-23 | 北京青鸟元芯微系统科技有限责任公司 | 低功耗化学气体传感器芯片及其制备方法 |
CN1128479C (zh) * | 1999-08-17 | 2003-11-19 | 惠春 | 含二氧化锡基纳米晶粉体及二氧化锡基厚膜甲烷敏感材料的制备方法 |
-
2004
- 2004-12-27 CN CNB2004101018329A patent/CN100389508C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5248890A (en) * | 1989-05-13 | 1993-09-28 | Forschungszentrum Julich Gmbh | Valance specific lanthanide doped optoelectronic metal fluoride semiconductor device |
JPH0588203A (ja) * | 1990-06-04 | 1993-04-09 | Philips Gloeilampenfab:Nv | 金属−絶縁物−金属型装置配列を組み立てる方法とそのような配列を組み込んだ表示装置 |
CN1128479C (zh) * | 1999-08-17 | 2003-11-19 | 惠春 | 含二氧化锡基纳米晶粉体及二氧化锡基厚膜甲烷敏感材料的制备方法 |
CN1431493A (zh) * | 2003-02-28 | 2003-07-23 | 北京青鸟元芯微系统科技有限责任公司 | 低功耗化学气体传感器芯片及其制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
ZnO薄膜乙醇气体传感器. 科卞.电子科技大学学报,第06期. 1990 |
ZnO薄膜乙醇气体传感器. 科卞.电子科技大学学报,第06期. 1990 * |
氧化锌薄膜研究进展. 李剑光,叶志镇,赵炳辉.材料科学与工程,第15卷第2期. 1997 |
氧化锌薄膜研究进展. 李剑光,叶志镇,赵炳辉.材料科学与工程,第15卷第2期. 1997 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1797805A (zh) | 2006-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104677952A (zh) | 一种高稳定性薄膜氢气传感器及其使用方法 | |
Manjakkal et al. | Development and characterization of miniaturized LTCC pH sensors with RuO2 based sensing electrodes | |
CN100422730C (zh) | 纳米结构有序多孔薄膜型气敏元件及其制备方法 | |
CN113061839B (zh) | 一种电阻型纳米结构氢气传感器的制备方法 | |
US20050241939A1 (en) | Method and apparatus for providing and electrochemical gas sensor having a porous electrolyte | |
CN103512928A (zh) | 一种基于三氧化钨薄膜的室温气体传感器元件的制备方法 | |
CN206362470U (zh) | 一种耐500v高绝缘强度溅射薄膜敏感元件 | |
CN100389508C (zh) | 薄膜气体传感器的制备方法 | |
CN115144443A (zh) | 气体传感器及其制作方法 | |
CN204439589U (zh) | 一种高稳定性薄膜氢气传感器 | |
CN117491435A (zh) | 一种氢气传感器及其制备方法 | |
JPH0918070A (ja) | 力学量センサーおよび歪抵抗素子及びそれらの製造方法並びに角速度センサー | |
CN113218983A (zh) | 一种标定薄膜材料xps深度剖析刻蚀速率的方法 | |
CN112553575A (zh) | 一种多层复合二氧化氮气敏薄膜及其制备方法 | |
CN115287589B (zh) | 一种基于卷曲硅纳米膜的气体传感器制备方法及应用 | |
CN109115358A (zh) | 一种微机电系统阵列式铂薄膜温度传感器及其制备方法 | |
CN118392947A (zh) | 一种丙酮气体传感器及其加工方法 | |
Bamsaoud et al. | Nanosize SnO2 Based Tubular Resistive Gas Sensor for Hydrogen and Acetone Vapour | |
KR20090089056A (ko) | 소결에 의해 연결된 나노 분말을 이용한 가스센서 제작방법 | |
Qian et al. | Development of Glass-Substrate-Based MEMS Micro-Hotplate with Low-Power Consumption and TGV Structure Through Anodic Bonding and Glass Thermal Reflow | |
CN1971262A (zh) | 一种原位表征金属薄膜氧化反应动力学规律的方法 | |
CN112858418B (zh) | 一种用于肿瘤细胞检测的传感器的制备方法 | |
Iken et al. | Development of redox glasses and subsequent processing by means of pulsed laser deposition for realizing silicon-based thin-film sensors | |
Bagga et al. | Ammonia gas sensing with tin oxide thin film sensor and coplanar microheater | |
Zhang et al. | Design and optimization of planar structure micro-hotplate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080521 Termination date: 20151227 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |