CN1797805A - 薄膜气体传感器的制备方法 - Google Patents

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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

薄膜气体传感器的制备方法
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，并且剥离薄膜敏感材料，使之图形化；
(3)高温退火后，划片、封装。
敏感材料可为氧化锡或氧化锌。
可在氧化锡敏感材料中注入B+、P+或As+。
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 (5)

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，并且剥离薄膜敏感材料，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：敏感材料为氧化锡或氧化锌。
3、如权利要求1或2所述的薄膜气体传感器的制备方法，其特征在于：在氧化锡敏感材料中注入B+、P+或As+。
4、如权利要求2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℃。
5、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。
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