CN1269234C - 检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的制造方法，其特征在于，采用厚膜工艺制造掺杂CuO-BaTiO3体系的厚膜气敏元件，掺杂物质包括AgNO3、PdCl4、SrO、La2O3、ZnO、Bi2O3中的一种或几种；该CuO-BaTiO3体系厚膜的基料制造方法为：采用分析纯BaCO3和TiO2以1∶1摩尔比混合在1300℃下煅烧6小时，研磨后，再和CuO按1∶1摩尔比混合，进一步研磨均匀，即得厚膜基料，然后再加入一定量的掺杂物质，研磨均匀，然后加入一定量的去离子水，并研磨至浆状；然后将浆料以丝网方式印刷在事先做好金电极和氧化钌电阻加热层的氧化铝衬底的顶面上，并在550℃下热处理5小时，生成厚膜，由此制得传感器的气敏元件。本发明的传感器气敏元件能对二氧化碳气体在100ppm至10%浓度范围内均有良好的传感性。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的制造方法，属于传感器技术和半导体传感器制造领域。
背景技术
半导体气体传感器是指将半导体材料加上电极和加热电阻制备而成的气敏元件。由于环境气体成分的变化引起半导体气体传感器的电性能改变，通过测量半导体气体传感器的电阻而检测环境中存在的气体的种类和浓度。
众所周知，二氧化碳是导致温室效应和全球变暖的气体。以往通常的检测方法是使用红外线探测器。红外线探测器体积大，价格高，不适用于现场的快速或在线检测。一般的半导体气体传感器使用的半导体材料为二氧化锡、氧化锌、氧化铁等材料，但它们对微量二氧化碳都不很敏感，不适合检测二氧化碳气体。
发明内容
本发明的目的是提供检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件及其制造方法。本发明的另一目的是提供一种掺杂CuO-BaTiO3体系的厚膜工艺，以制备工艺简便、成本低廉的二氧化碳气体半导体传感器气敏元件。
本发明的一种检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的制造方法，其特征在于，采用厚膜工艺制造掺杂CuO-BaTiO3体系的厚膜气敏元件，掺杂物质包括含有Ag离子的AgNO3，再加上PdCl4、SrO、La2O3、ZnO、Bi2O3中的一种或几种。该CuO-BaTiO3体系厚膜的基料制造方法为：采用分析纯BaCO3和TiO2以1∶1摩尔比混合，并研磨均匀，混合物在1300℃下煅烧6小时，取出后粉碎并研磨均匀，将所得粉料和CuO按1∶1摩尔比混合，再次研磨均匀，即得厚膜基料。在该基料中加入一定量的掺杂物质，研磨均匀，然后在掺杂后的基料粉料中的加入一定量的去离子水，并研磨至浆状，然后将浆料以丝网方式印刷在事先做好金电极和氧化钌电阻加热层的氧化铝衬底的顶面上，并在550℃下热处理5小时，生成厚膜，由此制得传感器的气敏元件。
所述的氧化铝衬底，其两端设置有金电极，在氧化铝衬底的背面设置有氧化钌电阻加热层，其制备方法是在尺寸为3×5mm的氧化铝衬底上先用金浆在底衬正反两面的两端各画一条横线，共有四条，在950℃温度下烧结10分钟，形成四条金电极；在衬底背面印刷上氧化钌浆料，在600℃温度下烧结30分钟，形成氧化钌电阻加热层。
掺杂物质的种类和掺杂量是本发明的关键技术。在图1中显示了Ag离子掺入量对半导体传感器灵敏度的影响。在图2中则显示了掺杂Ag离子CuO-BaTiO3体系半导体传感器的灵敏度与二氧化碳浓度的关系曲线。
本发明的优点和效果是：采用厚膜工艺制备基于掺杂CuO-BaTiO3体系的气敏元件，使该传感器气敏元件可大大提高对二氧化碳气体的敏感性能，使该传感器气敏元件可对二氧化碳气体在100ppm至10％浓度范围内均有良好的敏感特性。故它能应用于农业、环境污染和气体分析等领域。本发明方法能提供一种制造工艺简便，价格低廉的检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件。
附图说明
图1为半导体传感器中Ag离子掺入量对其灵敏度的影响。
图2为掺杂Ag离子的CuO-BaTiO3体系半导体传感器的灵敏度与二氧化碳浓度的关系曲线。
图3为二氧化碳气体传感器气敏元件的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和实施例将本发明进一步叙述于后：
实施例一：以CuO-BaTiO3为基料，基料的制备方法为：将分析纯的BaCO3和TiO2以1∶1摩尔比混合，并研磨均匀，混合物在1300℃下煅烧6小时，取出后粉碎并研磨均匀，将所得粉料和CuO按1∶1摩尔比混合，再次研磨均匀，即得厚膜基料。用AgNO3按1mol％、SrO按0.8mol％作为掺杂物质加入上述基料中，研磨均匀，然后加入3mol的去离子水，并研磨至浆状，然后将浆料以丝网方式印刷在事先做好金电极和氧化钌电阻加热层的氧化铝衬底的顶面上，并在550℃下热处理5小时，生成厚膜，由此制得传感器的气敏元件。
所述的氧化铝衬底，其两端设置有金电极，在氧化铝衬底的背面设置有氧化钌电阻加热层，其制备方法是在尺寸为3×5mm的氧化铝衬底上先用金浆在衬底正反两面的两端各画一条横线，共有四条，在950℃温度下烧结10分钟，形成四条金电极；在衬底背面印刷上氧化钌浆料，在600℃温度下烧结30分钟，形成氧化钌电阻加热层。
最终制得的检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的结构如图3所示。图3中，1为金电极，2为厚膜敏感层，3为氧化钌电阻加热层，4为氧化铝衬底。
实施例二：以CuO-BaTiO3为基料，其基料的制备方法与实施例一完全相同。用AgNO3按0.5mol％、PdCl4按1mol％、La2O3按1mol％作为掺杂物质加入上述基料中，研磨均匀，然后加入3mol的去离子水，并研磨至浆状，然后将浆料以丝网方式印刷在事先做好金电极和氧化钌电阻加热层的氧化铝衬底的顶面上，并在550℃下热处理5小时，生成厚膜，由此制得传感器的气敏元件。
所述的氧化铝衬底，其两端设置有金电极，在氧化铝衬底的背面设置有氧化钌电阻加热层，其制备方法完全与前述实施例一中的相同。最终制得的检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的结构如图3所示。
实施例三：以CuO-BaTiO3为基料，其基料的制备方法与实施例一完全相同。用AgNO3按0.5mol％、ZnO按1mol％、Bi2O3按1mol％作为掺杂物质加入上述基料中，研磨均匀，然后加入3mol的去离子水，并研磨至浆状，然后将浆料以丝网方式印刷在事先做好金电极和氧化钌电阻加热层的氧化铝衬底的顶面上，并在550℃下热处理5小时，生成厚膜，由此制得传感器的气敏元件。
所述的氧化铝衬底，其两端设置有金电极，在氧化铝衬底的背面设置有氧化钌电阻加热层，其制备方法完全与前述实施例一中的相同。最终制得的检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的结构如图3所示。
该半导体传感器气敏元件在实际使用时，即在含有微量二氧化碳环境中进行检测时，由于气敏元件上的CuO-BaTiO3厚膜敏感层的电性能发生了变化，因此通过测量电阻大小就可得知环境中二氧化碳气体的浓度。在工作时还必需通过金电极输入直流电压，使氧化钌电阻加热层处于200℃的工作温度下，使传感器能正常工作。
Claims (5)
1.一种检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的制造方法，其特征在于，采用厚膜工艺制造掺杂CuO-BaTiO3体系的厚膜气敏元件，掺杂物质包括AgNO3，再加上PdCl4、SrO、La2O3、ZnO、Bi2O3中的一种或几种；该CuO-BaTiO3体系厚膜的基料制造方法为：采用分析纯BaCO3和TiO2以1∶1摩尔比混合，并研磨均匀，混合物在1300℃下煅烧6小时，取出后粉碎并研磨均匀，将所得粉料和CuO按1∶1摩尔比混合，再次研磨均匀，即得厚膜基料；在该基料中加入一定量的掺杂物质，研磨均匀，然后在掺杂后的基料粉料中加入一定量的去离子水，并研磨至浆状；然后将浆料以丝网方式印刷在事先做好金电极和氧化钌电阻加热层的氧化铝衬底的顶面上，并在550℃下热处理5小时，生成厚膜，由此制得传感器的气敏元件。
2.根据权利要求1所述的一种检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的制造方法，其特征在于，所述的氧化铝衬底的两端设置有金电极，在氧化铝衬底的背面设置有氧化钌电阻加热层，其制备方法是在尺寸为3×5mm的氧化铝衬底上先用金浆在衬底正反两面的两端各画一条横线，共有四条，在950℃温度下烧结10分钟，形成四条金电极；在衬底背面印刷上氧化钌浆料，在600℃温度下烧结30分钟，形成氧化钌电阻加热层。
3.根据权利要求1所述的一种检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的制造方法，其特征在于，所述的掺杂CuO-BaTiO3体系厚膜的掺杂物质为含有Ag离子的AgNO3和SrO两者的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的制造方法，其特征在于，所述的掺杂CuO-BaTiO3体系厚膜的掺杂物质为含有Ag离子的AgNO3、PdCl4和La2O3的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种检测二氧化碳的半导体传感器气敏元件的制造方法，其特征在于，所述的掺杂CuO-BaTiO3体系厚膜的掺杂物质为含有Ag离子的AgNO3、ZnO和Bi2O3的混合物。
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