CN1476110A - 硫化氢半导体传感器气敏元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对硫化氢气体敏感的半导体传感器气敏元件的制造方法,属半导体传感器气敏元件制造工艺技术领域。该制造方法的特征在于,采用厚膜工艺在氧化铝衬底上制备二氧化锡层,再在二氧化锡层表面制备氧化铜层,形成氧化铜/二氧化锡复合膜的气敏元件。本发明制备所得的氧化铜/二氧化锡复合膜气敏元件,可使该气敏元件大大提高对硫化氢气体的敏感性能和选择性能。本发明方法能提供一种制造工艺简便,价格低廉的检测硫化氢的半导体传感器气敏元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种对硫化氢气体敏感的半导体传感器气敏元件的制造方法,属半导体传感器气敏元件制造工艺技术领域。
背景技术
半导体气体传感器主要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,硫化氢是一种具有恶臭的有毒气体,是环境监测中的主要检测对象之一。通常用于硫化氢检测的化学传感器以掺杂二氧化锡为主,但是选择性较差,不能满足环境实时监测的应用需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种能检测硫化氢气体的高选择性半导体传感器气敏元件及其制备方法。本发明的另一目的是提供一种氧化铜/二氧化锡复合膜制造工艺,以制备工艺简便、成本低廉、具有高选择性的硫化氢气体敏感元件。
本发明的一种硫化氢半导体传感器气敏元件的制造方法,其特征在于,采用厚膜工艺在氧化铝衬底上制备二氧化锡层,再在二氧化锡层表面制备氧化铜层,形成氧化铜/二氧化锡复合膜的气敏元件,其制造工艺步骤为:
a.制备二氧化锡基料:采用共沉淀法制备,将四氯化锡溶解于水中形成溶液,
再和氨水混和后,经反应得到沉淀,沉淀经洗涤后,在600℃下煅烧5小时,
取出后粉碎并研磨均匀,即得到二氧化锡厚膜基料,在该基料中加入一定量
的掺杂物质,掺杂物可以是CaCO3、SrCO3、CrSO4、ZrO2中的一种或两种,
然后共同研磨均匀;
b.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;然后将该浆
料以丝网方式印刷在事先做好的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,生成二氧化锡层;
c.将上述准备好的二氧化锡层的氧化铝衬底浸入醋酸铜熔液中,10分钟后取出
烘干,重复浸入—烘干过程10-20次,然后在600℃下热处理5小时,得到
氧化铜/二氧化锡复合膜气敏元件。
所述的事先做好的金电极和氧化钌电阻加热层的氧化铝衬底,其制作方法是: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。
本发明的优点和效果是:制备所得的氧化铜/二氧化锡复合膜气敏元件,可使该气敏元件大大提高对硫化氢气体的敏感性能和选择性能,故它能应用于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,价格低廉的检测硫化氢的半导体传感器气敏元件。
附图说明
图1为本发明的半导体传感器气敏元件的结构示意图。
其中:1-氧化铜层,2-二氧化锡层,3-氧化钌加热层,4-金电极,5-氧化铝衬底。
图2表示硫化氢气敏元件中氧化铜层厚度对灵敏度的影响曲线
图3表示硫化氢气敏元件灵敏度与硫化氢气体浓度间关系曲线图。
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:首先制备二氧化锡基料,采用共沉淀法制备,将四氯化锡溶解于水中形成溶液,再和氨水混合,得到沉淀,沉淀经洗涤后在600℃下煅烧5小时,取出后粉碎并研磨均匀,即得二氧化锡厚膜基料。在该基料中0.5mol%CaCO3和0.5mol%SrCO3作为掺杂物质,然后共同研磨均匀。
其次,在掺杂后的基料粉料中的加入3摩尔的去离子水,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3的氧化铝衬底5的顶面上,并在550℃下热处理5小时,生成二氧化锡层2。该二氧化锡层厚度为30至50微米。
最后将上述制备好二氧化锡层的氧化铝衬底5浸入醋酸铜溶液中,10分钟后取出烘干,重复浸入一烘干的过程15次,在600℃下热处理5小时,得到在二氧化锡层2上面形成的氧化铜层1,其厚度为10-20纳米,由此制得氧化铜/二氧化锡复合膜气体敏感元件。
参见图1,所述的氧化铝衬底5,其两端设置有金电极4,在氧化铝衬底5的背面设置有氧化钌电阻加热层3,其制备方法是在尺寸为3×5mm的氧化铝衬底5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4;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。
最终制得的检测硫化氢的氧化铜/二氧化锡复合膜气体敏感元件。实施例二:二氧化锡层的制备方法与实施例一完全相同。所不同的是加入的掺杂物质为0.5mol%CrSO4和0.5mol%ZrO2,其以后的工艺步骤与实施例一完全相同。
本发明的半导体传感器气敏元件在实际使用时,即在含有硫化氢环境中进行检测时,由于气敏元件上的氧化铜/二氧化锡复合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硫化氢气体的浓度。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。
参见图2,图2表示硫化氢气敏元件中氧化铜层厚度对灵敏度的影响,由此可见,氧化铜层的厚度应在8-10nm左右具有较高的灵敏度。
参见图3,图3表示硫化氢气敏元件的灵敏度与硫化氢气体浓度间关系的曲线图。
从图3可见,当在较低温度1500C时,硫化氢浓度在100ppm时,该气敏元件具有最高的灵敏度。
Claims (3)
1.一种硫化氢半导体传感器气敏元件的制造方法,其特征在于,采用厚膜工艺在氧化铝衬底上制备二氧化锡层,再在二氧化锡层表面制备氧化铜层,形成氧化铜/二氧化锡复合膜的气敏元件,其制造工艺步骤为:
a.制备二氧化锡基料:采用共沉淀法制备,将四氯化锡溶解于水中形成溶液,
再和氨水混和后,经反应得到沉淀,沉淀经洗涤后,在600℃下煅烧5小时,
取出后粉碎并研磨均匀,即得到二氧化锡厚膜基料,在该基料中加入一定量
的掺杂物质,掺杂物可以是CaCO3、SrCO3、CrSO4、ZrO2中的一种或两种,
然后共同研磨均匀;
b.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;然后将该浆
料以丝网方式印刷在事先做好的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,生成二氧化锡层;
c.将上述准备好的二氧化锡层的氧化铝衬底浸入醋酸铜溶液中,10分钟后取出
烘干,重复浸入一烘干过程10-20次,然后在600℃下热处理5小时,得到
氧化铜/二氧化锡复合膜气敏元件。
2.根据权利要求1所述的一种硫化氢半导体传感器气敏元件的制造方法,其特征在于,事先做好的金电极和氧化钌电阻加热层的氧化铝衬底,其制作方法是: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所述的一种硫化氢半导体传感器气敏元件的制造方法,其特征在于,所述的二氧化锡基料中加入的掺杂物质,其使用的化学物质及用量可以是0.5mol%的CaCO3和0.5mo%的SrCO3;也可以是0.5mol%的CrSO4和0.5mol%的ZrO2。
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