CN116660326B - 复合气敏材料及其制备方法、二氧化硫气敏传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种复合气敏材料及其制备方法、二氧化硫气敏传感器。本申请通过选用包括WO3的传导层以及包括Au修饰的La2O3的气敏层，在SO2吸附到气敏层表面时，Au会催化SO2生成SO3并促进SO3溢出，以允许La2O3吸附更多的O2分子，为SO2的吸附提供更多的活性位点。随着吸附过程La2O3的电阻增加，传导层的WO3能够为气敏层提供电流和氧空位，进而降低复合材料的电阻，以提高复合气敏材料的灵敏度，能够减少气体传感器所用复合材料的面积，同时通过对传导层以及气敏层中各组分的质量比以及厚度的限定，能够使本申请的复合气敏材料兼备高选择性和低检出限的优点。
Description
技术领域
本申请涉及SO2气体检测技术领域，具体涉及一种复合气敏材料及其制备方法、SO2气敏传感器。
背景技术
二氧化硫（SO2）是一种常见的污染物质，二氧化硫（SO2）通过燃烧化石燃料、矿石冶炼等工业活动以及火山喷发等自然灾害而释放到大气中。高浓度的SO2对人类健康和生态系统均有不良影响，因此，对SO2气体的快速、准确、高灵敏度和高选择性检测具有重要的意义。
传统SO2敏感材料体系对SO2的检测限较高，难以达到ppb级别。同时干扰气体比如NO2、CO、CO2等也会与SO2敏感材料进行反应，材料选择性较差。另外，一般金属氧化物半导体材料对气体进行检测需要高温激发，在使用时需要将材料加热到较高温度（如300℃~500℃）才会对气体进行响应，不利于实际应用。
发明内容
基于此，本申请提供一种复合气敏材料及其制备方法、SO2气敏传感器。本申请提供的复合气敏材料对SO2的检测限较低，能够达到ppb级别，同时对SO2具备优异的选择性；且本申请提供的复合气敏材料在较低的激发温度条件下即可实现良好的响应。
本申请的第一方面，提供一种复合气敏材料，所述复合气敏材料包括：
传导层，所述传导层包括WO3，所述传导层通过掠射角磁控溅射生长WO3薄膜、所述WO3薄膜退火后形成；
气敏层，设置于所述传导层表面；所述气敏层包括Au修饰的La2O3；所述Au修饰的La2O3中，Au的质量百分比为2%~3%；
所述传导层的厚度为200nm~400nm；所述气敏层的厚度为8nm~12nm。
本申请的第二方面，提供一种本申请第一方面所述的复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
利用掠射角磁控溅射生长WO3薄膜，所述掠射角磁控溅射的掠射角度为65°~75°；所述WO3薄膜退火后制备所述传导层；
于所述传导层表面进行磁控共溅射制备Au修饰的La2O3薄膜，所述Au修饰的La2O3薄膜退火后制备所述气敏层。
在其中一个实施例中，所述掠射角磁控溅射的工艺参数具有如下特征中的一个或多个：
（1）所述掠射角磁控溅射的靶材为W靶；
（2）所述掠射角磁控溅射的溅射功率为80W~100W；
（3）所述掠射角磁控溅射的沉积气压为5mtorr~7mtorr；
（4）所述掠射角磁控溅射的工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：（2~4）。
在其中一个实施例中，所述WO3薄膜退火的工艺参数包括：退火温度为400℃~500℃。
在其中一个实施例中，所述WO3薄膜退火的工艺参数包括：退火温度为450℃~500℃。
在其中一个实施例中，所述磁控共溅射的工艺参数具有如下特征中的一个或多个：
（1）所述磁控共溅射的靶材分别为La靶和Au靶；所述La靶和Au靶的沉积速率为（48.5~49）：（1~1.5）；
（2）所述磁控共溅射的沉积气压为5mtorr~7mtorr。
在其中一个实施例中，所述磁控共溅射的工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：（4~6）。
在其中一个实施例中，所述Au修饰的La2O3薄膜退火的工艺参数包括：退火温度为500℃~600℃。
本申请的第三方面，提供一种SO2气敏传感器，包括基片和本申请第一方面所述的复合气敏材料；所述复合气敏材料通过所述传导层层叠于所述基片表面。
在其中一个实施例中，所述基片集成有加热器和叉指电极。
本申请通过选用包括WO3的传导层以及包括Au修饰的La2O3的气敏层，在SO2吸附到气敏层表面时，Au会催化SO2生成SO3并促进SO3溢出，以允许La2O3吸附更多的O2分子，为SO2的吸附提供更多的活性位点。随着吸附过程La2O3的电阻增加，传导层的WO3能够为气敏层提供电流和氧空位，进而降低复合材料的电阻，以提高复合气敏材料的灵敏度，能够减少气体传感器所用复合材料的面积，同时通过对传导层以及气敏层中各组分的质量比以及厚度的限定，能够使本申请的复合气敏材料兼备高选择性和低检出限的优点。
进一步地，且本申请提供的复合气敏材料在较低的激发温度条件下即可实现良好的响应。
附图说明
图1为本申请实施例1所制备的SO2气敏传感器在250℃下对SO2、NO2、CO以及CO2的响应强度；
图2为本申请实施例1所制备的SO2气敏传感器在250℃下对不同浓度SO2的响应强度；
图3为本申请实施例2所制备的SO2气敏传感器在250℃下对SO2、NO2、CO以及CO2的响应强度；
图4为本申请实施例2所制备的SO2气敏传感器在250℃下对不同浓度SO2的响应强度；
图5为本申请对比例1所制备的气敏传感器在250℃下对不同浓度SO2的响应强度；
图6为本申请对比例2所制备的气敏传感器在250℃下对不同浓度SO2的响应强度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本申请的复合气敏材料及其制备方法、SO2气敏传感器作进一步完整、清楚的描述。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
本文中，“一种或多种”指所列项目的任一种、任两种或任两种以上。
本申请中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”、“第五方面”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。
本申请中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本申请中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本申请中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比，对于液相-液相混合指体积百分比。
本申请中涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
本申请中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
本申请中，气敏层设置于传导层表面指的是气敏层设置于传导层一侧的表面，而非将传导层完全包裹。
本申请的第一方面，提供一种复合气敏材料，所述复合气敏材料包括：
传导层，所述传导层包括WO3，所述传导层通过掠射角磁控溅射生长WO3薄膜、所述WO3薄膜退火后形成；
气敏层，设置于所述传导层表面；所述气敏层包括Au修饰的La2O3；所述Au修饰的La2O3中，Au的质量百分比为2%~3%；
所述传导层的厚度为200nm~400nm；所述气敏层的厚度为8nm~12nm。
La2O3材料的表面为碱性，许多过氧化物O2 2-离子会化学吸附到表面并解离成O-。当SO2吸附到La2O3表面时，易与O-反应生成SO3，Au会对整个过程起到催化和溢出作用，以使La2O3吸附更多的O2分子，为SO2的吸附提供更多的活性位点。由于La2O3本身电阻过高，因此很难会对气体吸附有电阻变化；利用底层的WO3来提供电流，当有O2分子被捕获在La2O3表面时，O2分子会捕获La2O3表面的电子以形成离子态，而WO3中的氧空位随后被困在WO3和La2O3之间的界面，因此传感器的电阻会增加。当SO2气体吸附时，会与表面的O-发生反应，降低La2O3表面的氧浓度，同时困在WO3和La2O3界面的载流子被释放到WO3层，从而降低了气敏传感器的电阻，增加了反应位点，以提高复合气敏材料的灵敏度，能够减少气体传感器所用复合材料的面积。同时通过对传导层以及气敏层中各组分的质量比以及厚度的限定，能够使本申请的复合气敏材料兼备高选择性和低检出限的优点。且本申请提供的复合气敏材料不需要高温激发，在250℃可实现对SO2的良好响应。
可以理解的，所述Au修饰的La2O3中，Au的质量百分比可以选自2%~3%之间的任意数值。具体的，Au的质量百分比包括但不限于2%、2.1%、2.2%、2.5%、2.8%、2.9%或3%。
优选的，所述Au修饰的La2O3中，Au的质量百分比为2%。选取质量百分比为2%的Au，能够使Au修饰的La2O3易于催化和排出SO2，为气敏层增加活性位点，以减小气体传感器所用复合气敏材料的面积。
在包含有WO3的传导层以及包含有Au修饰的La2O3的气敏层的协同下，本申请所提供的复合气敏材料的活性位点较高，因此需要敏感材料的面积较小，在0.04mm2面积下的敏感材料就能实现对二氧化硫的检测功能。
可以理解的，所述传导层的厚度可以选自200nm~400nm之间的任意数值。具体的，传导层的厚度包括但不限于200nm、250 nm、280 nm、290 nm、295 nm、300 nm、305 nm、310nm、350 nm或400 nm。
优选的，传导层的厚度为300nm~400nm。
更为优选的，传导层的厚度为300nm。将传导层的厚度设置为300nm，能够增加传导层氧空位和反应位点。
可以理解的，所述气敏层的厚度可以选自8nm~12nm之间的任意数值。具体的，气敏层的厚度包括但不限于8nm、9 nm、10 nm、11 nm或12 nm。
优选的，气敏层的厚度为10nm。此厚度的气敏层能够与传导层连接紧密，能够在保证气敏层较高灵敏度的同时，提高气敏层对二氧化硫的选择性。
本申请的第二方面，提供一种本申请第一方面所述的复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
利用掠射角磁控溅射生长WO3薄膜，掠射角磁控溅射的掠射角度为65°~75°，所述WO3薄膜退火后制备所述传导层；
于所述传导层表面进行磁控共溅射制备Au修饰的La2O3薄膜，所述Au修饰的La2O3薄膜退火后制备所述气敏层。
在其中一个示例中，所述掠射角磁控溅射的靶材为W靶。
在其中一个示例中，所述掠射角磁控溅射的掠射角度为65°~75°。具体的，掠射角磁控溅射的掠射角度包括但不限于65°、66°、67°、68°、69°、70°、72°或75°。掠射角磁控溅射能够通过调整W靶的角度来控制沉积角度，从而得到所需的薄膜结构，并能够使WO3薄膜的厚度更加均匀；且掠射角溅射有利于材料表面更加疏松，增加反应位点。
在其中一个示例中，所述掠射角磁控溅射的溅射功率为80W~100W。溅射功率包括但不限于80 W、85 W、88 W、89 W、90 W、92 W、95 W或100 W。
在其中一个示例中，所述掠射角磁控溅射的沉积气压为5mtorr~7 mtorr。掠射角磁控溅射的沉积气压包括但不限于5mtorr、6 mtorr或7 mtorr。
在其中一个示例中，所述掠射角磁控溅射的工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：（2~4）。氩气和氧气体积比包括但不限于15：2、15：3或15：4。
优选的，所述掠射角磁控溅射中，氩气和氧气体积比为15：3。氧气能够在溅射过程中引入氧化反应，使W转换为WO3，进而控制薄膜中不同元素的相对含量，以提高气敏材料对SO2的敏感性和选择性；同时，还能够提高WO3薄膜的性能稳定性。
在其中一个示例中，所述WO3薄膜退火的工艺参数包括：退火温度为400℃~500℃。可以理解的，退火温度可以选自400℃~500℃之间的任意数值。具体的，退火温度包括但不限于400℃、430℃、440℃、450℃、460℃、470℃、480℃或500℃。
WO3薄膜退火温度影响WO3的结晶性。优选的，所述WO3薄膜退火的工艺参数包括：退火温度为450℃~500℃。此退火温度范围内能够提高WO3的结晶性，进而能够提高复合气敏材料对于二氧化硫的响应度。
在其中一个示例中，所述WO3薄膜退火的工艺参数包括：退火时间为20min~40min。可以理解的，退火时间可以选自20min~40min之间的任意数值。具体的，包括但不限于20min、21min、25 min、28 min、30 min、31 min、32 min、35 min或40 min。
在其中一个示例中，所述磁控共溅射的靶材分别为La靶和Au靶；所述La靶和Au靶的沉积速率为（48.5~49）：（1~1.5）。La靶和Au靶的沉积速率能够调控气敏层后La元素与Au元素的组分占比，增加La元素与Au元素的相容性，提升对二氧化硫的选择性和响应效果。
在其中一个示例中，所述磁控共溅射的沉积气压为5mtorr~7 mtorr。磁控共溅射的沉积气压包括但不限于5mtorr、6 mtorr或7 mtorr。
在其中一个示例中，所述磁控共溅射的工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：（4~6）。具体的，磁控共溅射的氩气和氧气的体积比包括但不限于15：4、15：5、15：6。优选的，磁控共溅射的氩气和氧气的体积比为15：5。氧气能够在溅射过程中引入氧化反应，使La转换为La2O3，提供二氧化硫的吸附位点，以提高气敏材料对SO2的敏感性和选择性。
在其中一个示例中，所述Au修饰的La2O3退火的工艺参数包括：退火温度为500℃~600℃。可以理解的，退火温度可以选自500℃~600℃之间的任意数值。具体的，退火温度包括但不限于500℃、510℃、530℃、540℃、550℃、560℃、580℃或600℃。
优选的，所述Au修饰的La2O3的退火温度为550℃。调整Au修饰的La2O3的退火温度，能够在保证Au修饰的La2O3结晶性良好的同时，增强Au修饰的La2O3与WO3的结合，有效提高二氧化硫的响应灵敏度。
在其中一个示例中，所述Au修饰的La2O3薄膜退火的工艺参数包括：退火时间为4min~6min。对Au修饰的La2O3进行快速退火，易于抑制杂质扩散，避免杂质影响气敏层对二氧化硫的快速响应。
在其中一个具体的示例中，所述复合气敏材料的制备方法，包括以下步骤：
将W靶作为靶材，用掠射角磁控溅射生长WO3薄膜，掠射角磁控溅射的工艺参数为：掠射角度为65°~75°、溅射功率为80W~100W、沉积气压为5mtorr~7 mtorr、工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：（2~4），所述WO3薄膜400℃~500℃的温度下退火20min~40min后制备所述传导层；
将La靶和Au靶作为靶材，于所述传导层表面进行磁控共溅射制备Au修饰的La2O3，掠射角磁控溅射的工艺参数为：沉积气压为5mtorr~7 mtorr、工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：（4~6）；所述Au修饰的La2O3在500℃~600℃的温度下退火4min~6min后制备所述气敏层。
本申请的第三方面，提供一种SO2气敏传感器，包括基片和本申请第一方面所述的复合气敏材料；所述复合气敏材料层叠于所述基片表面。
在其中一个示例中，所述基片集成有加热器和叉指电极。
本申请的第四方面，提供一种SO2气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
将W靶作为靶材，用掠射角磁控溅射于集成有加热器和叉指电极的基片上生长WO3薄膜，掠射角磁控溅射的工艺参数为：掠射角度为65°~75°、溅射功率为80W~100W、沉积气压为5mtorr~7 mtorr、工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：（2~4），所述WO3薄膜400℃~500℃温度下退火20min~40min制备所述传导层；
将La靶和Au靶作为靶材，于所述传导层表面进行磁控共溅射制备Au修饰的La2O3，掠射角磁控溅射的工艺参数为：沉积气压为5mtorr~7 mtorr、工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：（4~6）；所述Au修饰的La2O3在500℃~600℃的温度下退火4min~6min制备所述气敏层。
以下为具体的实施例，如无特别说明，实施例中采用的原料均为市售产品。
实施例1
本申请实施例1提供一种SO2气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
利用掠射角磁控溅射在集成有加热器和叉指电极的基片上生长WO3薄膜，其中掠射角磁控溅射使用直流电源，选取W靶作为靶材，掠射角度为70°，溅射功率为90W，工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：3，沉积气压为6mtorr，使WO3薄膜的厚度为300nm。
WO3薄膜制备完成后取出放入快速退火炉中在空气下进行450℃，30min的退火；制备传导层；
在传导层表面利用共溅射制备Au修饰的La2O3薄膜。共溅射时选用La靶和Au靶，都使用直流电源，其中La靶溅射功率为120W，Au靶调控功率使其沉积速率与La靶相比为1：49，工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：5，沉积气压为6mtorr，使Au修饰的La2O3薄膜的厚度为10nm。
将Au修饰的La2O3薄膜制备完成后取出放入快速退火炉中在空气下进行550℃，5min的退火；制备气敏层，即得实施例1的SO2气敏传感器。
实施例2
本申请实施例2提供一种SO2气敏传感器的制备方法，包括以下步骤：
利用掠射角磁控溅射在集成有加热器和叉指电极的基片上生长WO3薄膜，其中掠射角磁控溅射使用直流电源，选取W靶作为靶材，掠射角度为70°，溅射功率为90W，工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：3，沉积气压为6mtorr，使WO3薄膜的厚度为300nm。
WO3薄膜制备完成后取出放入快速退火炉中在空气下进行500℃，30min的退火；制备传导层；
在传导层表面利用共溅射制备Au修饰的La2O3薄膜。共溅射时选用La靶和Au靶，都使用直流电源，其中La靶溅射功率为120W，Au靶调控功率使其沉积速率与La靶相比为1：49，工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：5，沉积气压为6mtorr，使Au修饰的La2O3薄膜的厚度为10nm。
将Au修饰的La2O3薄膜制备完成后取出放入快速退火炉中在空气下进行550℃，5min的退火；制备气敏层，即得实施例2的SO2气敏传感器。
对比例1
对比例1与实施例1基本相同，主要区别在于，气敏层仅包含La2O3，具体步骤如下：
利用掠射角磁控溅射在集成有加热器和叉指电极的基片上生长WO3薄膜，其中掠射角磁控溅射使用直流电源，选取W靶作为靶材，掠射角度为70°，溅射功率为90W，工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：3，沉积气压为6mtorr，使WO3薄膜的厚度为300nm。
WO3薄膜制备完成后取出放入快速退火炉中在空气下进行450℃，30min的退火；制备传导层；
在传导层表面利用磁控溅射制备La2O3薄膜。磁控溅射时选用La靶，使用直流电源，其中La靶溅射功率为120W，工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：5，沉积气压为6mtorr，使La2O3薄膜的厚度为10nm。
将La2O3薄膜制备完成后取出放入快速退火炉中在空气下进行550℃，5min的退火；制备气敏层，即得对比例1的气敏传感器。
对比例2
对比例2与实施例1基本相同，主要区别在于，利用磁控溅射在集成有加热器和叉指电极的基片上生长WO3薄膜。
利用磁控溅射在集成有加热器和叉指电极的基片上生长WO3薄膜，使用直流电源，选取W靶作为靶材，溅射功率为90W，工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：3，沉积气压为6mtorr，使WO3薄膜的厚度为300nm。
WO3薄膜制备完成后取出放入快速退火炉中在空气下进行450℃，30min的退火；制备传导层；
在传导层表面利用共溅射制备Au修饰的La2O3薄膜。共溅射时选用La靶和Au靶，都使用直流电源，其中La靶溅射功率为120W，Au靶调控功率使其沉积速率与La靶相比为1：49，工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：5，沉积气压为6mtorr，使Au修饰的La2O3薄膜的厚度为10nm。
将Au修饰的La2O3薄膜制备完成后取出放入快速退火炉中在空气下进行550℃，5min的退火；制备气敏层，即得对比例2的气敏传感器。
上述各实施例和对比例中制得的气敏传感器进行测试。
气敏响应性能测试通过气敏性能测试平台来完成。测试平台通常由气路控制模块、信号采集模块和 PC 端组成，通过分别控制气路控制模块背底气体和测试气体对应的流量控制器参数，可以获得的不同浓度的测试气体。测试时将启敏传感器与信号采集模块连接，即可测试。
使测试气敏传感器在测试温度（250℃）下的电阻值稳定后，分别通入SO2、NO2、CO以及CO2气体，记录气敏传感器的电阻值。气敏传感器在通入待测气体前的电阻值记为Ra，在测试气氛下的电阻值记为Rg，计算气敏传感器对不同气体的响应强度，响应强度S=|Ra-Rg|/Ra。
参阅图1，实施例1制备的SO2气敏传感器在250℃下对300ppb SO2的响应度远大于300ppb的NO2，且对于更高浓度的CO以及CO2，其响应度均远低于对300ppb SO2的响应度，说明实施例1制备的SO2气敏传感器对SO2有较低的检测限，能够达到ppb级别；同时SO2气敏传感器具有优良的选择性。
参阅图2，实施例1制备的SO2气敏传感器在250℃下对不同浓度SO2的响应度。在100ppb SO2下SO2气敏传感器的响应度为10，随着SO2的浓度增加至1000ppb，SO2气敏传感器对SO2的响应度＞50%，说明实施例1的SO2气敏传感器对SO2具有优异的灵敏度。
参阅图3，实施例2制备的SO2气敏传感器在250℃下对300ppb SO2的响应度远大于300ppb的NO2，且对于更高浓度的CO以及CO2，其响应度均远低于对300ppb SO2的响应度，说明实施例1制备的SO2气敏传感器对SO2有较低的检测限，能够达到ppb级别；同时SO2气敏传感器具有优良的选择性。同时，对比实施例1和实施例2，实施例1中的SO2气敏传感器对300ppb的SO2响应度更高。
参阅图4，实施例2制备的SO2气敏传感器在250℃下对不同浓度SO2的响应度。在100ppb SO2下SO2气敏传感器的响应度为15，随着SO2的浓度增加至1000ppb，SO2气敏传感器对SO2的响应度＞50%，说明实施例2的SO2气敏传感器对SO2具有优异的灵敏度。
参阅图5，对比例1制备的气敏传感器在250℃下对不同浓度SO2的响应度均较低。
参阅图6，对比例1制备的气敏传感器中WO3薄膜利用磁控溅射制备，相较于实施例1，通过磁控溅射制备的WO3薄膜致密度较高，不利于提高气敏传感器的灵敏度。
上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，便于具体和详细地理解本申请的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本申请提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本申请所附权利要求的保护范围内。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种复合气敏材料，其特征在于，所述复合气敏材料为SO2气敏材料，所述复合气敏材料包括：
传导层，所述传导层包括WO3，所述传导层通过掠射角磁控溅射生长WO3薄膜、所述WO3薄膜退火后形成；
气敏层，设置于所述传导层表面；所述气敏层包括Au修饰的La2O3；所述气敏层通过磁控共溅射La靶和Au靶生长Au修饰的La2O3薄膜、所述Au修饰的La2O3薄膜退火后形成；其中，所述Au修饰的La2O3中，Au的质量百分比为2%~3%；
所述传导层的厚度为200nm~400nm；所述气敏层的厚度为8nm~12nm。
2.一种权利要求1所述的复合气敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用掠射角磁控溅射生长WO3薄膜，所述掠射角磁控溅射的掠射角度为65°~75°，所述WO3薄膜退火后制备所述传导层；
于所述传导层表面进行磁控共溅射制备Au修饰的La2O3薄膜，所述Au修饰的La2O3薄膜退火后制备所述气敏层。
3.根据权利要求2所述的复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述掠射角磁控溅射的工艺参数具有如下特征中的一个或多个：
（1）所述掠射角磁控溅射的靶材为W靶；
（2）所述掠射角磁控溅射的溅射功率为80W~100W；
（3）所述掠射角磁控溅射的沉积气压为5mtorr~7mtorr；
（4）所述掠射角磁控溅射的工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气的体积比为15：（2~4）。
4.根据权利要求2所述的复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述WO3薄膜退火的工艺参数包括：退火温度为400℃~500℃。
5.根据权利要求4所述的复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述WO3薄膜退火的工艺参数包括：退火温度为450℃~500℃。
6.根据权利要求2所述的复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述磁控共溅射的工艺参数具有如下特征中的一个或多个：
（1）所述磁控共溅射的靶材分别为La靶和Au靶；所述La靶和Au靶的沉积速率为（48.5~49）：（1~1.5）；
（2）所述磁控共溅射的沉积气压为5mtorr~7 mtorr。
7.根据权利要求2所述的复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述磁控共溅射的工作气体为氩气，反应气体为氧气，氩气和氧气体积比为15：（4~6）。
8.根据权利要求2~7任一项所述的复合气敏材料的制备方法，其特征在于，所述Au修饰的La2O3薄膜退火的工艺参数包括：退火温度为500℃~600℃。
9.一种SO2气敏传感器，其特征在于，包括基片和权利要求1所述的复合气敏材料；所述复合气敏材料通过所述传导层层叠于所述基片表面。
10.根据权利要求9所述的SO2气敏传感器，其特征在于，所述基片集成有加热器和叉指电极。
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2023
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