一种选择性增强的半导体气体传感器及其制造方法技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，具体涉及一种选择性增强的半导体气体传感器及其制造方法。该方法在半导体气敏材料层上沉积分子筛过滤层，通过调控分子筛过滤层的孔道、孔径来实现气体传感器选择性改善。其沉积方法包括：在气敏材料颗粒表面自组装吸附抑制和促进剂单分子层；去除促进剂单分子，保留抑制剂单分子；在气敏材料颗粒表面无抑制剂区域自组装吸附分子筛前驱体单分子；使分子筛前驱体单分子层形成分子筛材料单分子；重复上述分子筛前驱体单分子吸附与形成分子筛材料单分子过程，形成分子筛材料；去除抑制剂单分子层，形成具有一定孔道、孔径的分子筛过滤层。本发明专利技术通过引入分子筛过滤层，改善了半导体气体传感器选择性差的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种选择性增强的半导体气体传感器及其制造方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种选择性增强的半导体气体传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]气体传感器种类繁多，包括半导体、光学、电化学、催化燃烧、热导式等类型，半导体气体传感器是一种化学类传感器，因其灵敏度高、成本低、应用电路简单，得到了广泛应用，但半导体气体传感器的检测原理决定了其选择性往往较差，环境里的干扰气体容易对检测精度造成不利影响，限制了其应用范围进一步扩大。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种带分子筛过滤层的半导体气体传感器。
[0004]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0005]一种选择性增强的半导体气体传感器的制造方法，先制造具有半导体气敏材料层的半导体气体传感器本体，再在本体的半导体气敏材料层上沉积分子筛过滤层，通过调控分子筛过滤层的孔道、孔径来调整气体传感器的选择性，其分子筛过滤层的沉积方法包括以下步骤：
[0006]1)在气敏材料纳米颗粒表面自组装吸附抑制和促进剂单分子的混合层；
[0007]2)去除步骤1)得到的所述附抑制和促进剂单分子的混合层中的促进剂单分子，保留抑制剂单分子，得到抑制剂单分子层；
[0008]3)在气敏材料纳米颗粒表面无抑制剂的区域自组装吸附分子筛前驱体单分子，得到抑制剂与吸附分子筛前驱体单分子的混合层；
[0009]4)将步骤3)得到的所述抑制剂与吸附分子筛前驱体单分子的混合层中的分子筛前驱体单分子转化为分子筛材料单分子，得到抑制剂与分子筛材料单分子的混合层；
[0010]5)在步骤4)得到的所述抑制剂与分子筛材料单分子的混合层中的分子筛材料单分子上自组装吸附分子筛前驱体单分子，得到新的一层分子筛前驱体单分子层；
[0011]6)将步骤5)得到的所述新的一层分子筛前驱体单分子层转化为新的一层分子筛材料单分子层；
[0012]7)重复步骤5)和步骤6)，得到具有一定厚度的分子筛材料层；
[0013]8)去除抑制剂单分子，形成具有一定孔道、孔径的分子筛过滤层。
[0014]上述技术方案中：
[0015]所得的选择性增强的半导体气体传感器中，基于分子筛过滤层中孔道的过滤作用，小于该孔道尺寸的分子可以到达半导体气敏材料的表面进行反应并被检测到，大于该孔道尺寸的分子则被分子筛阻挡，从而提高了半导体气体传感器的选择性。
[0016]在制造过程中，气体传感器被置于密闭腔室内，在一定温度下向腔室气相中引入
一定浓度比例的抑制剂和促进剂分子，在气敏材料颗粒表面不同位置可自组装吸附抑制和促进剂分子，待吸附饱和后进行惰性气体吹扫，去掉气相中多余的气体分子，即可在气敏材料颗粒表面形成抑制剂和促进剂单分子自组装的混合层。
[0017]具体的，步骤1)中，通过调整抑制剂分子种类、抑制剂和促进剂分子数量比例和浓度、吸附温度条件，可以调控分子筛孔道大小0.4
‑
2nm、分布均匀性。
[0018]优选的：
[0019]步骤1)中，抑制剂选自膦酸盐类或烷基硫醇类自组装单分子材料中的任意一种，其浓度为0.1％
‑
20％，其吸附温度为≤100℃；
[0020]步骤1)中，促进剂选自脂肪酸或其衍生物、烷基硫醇类自组装单分子材料或可挥发性有机溶剂中的任意一种，其浓度为80％
‑
99.9％，其吸附温度为≤100℃；
[0021]步骤1)中，抑制剂和促进剂分子数量比例为(0.001
‑
0.25):1。
[0022]具体的，步骤2)中，可以通过改变温度条件，应用抑制剂与促进剂分子的解吸附温度不同，保留抑制剂单分子，去除促进剂单分子，得到所述的抑制剂单分子层。
[0023]优选的，解吸附温度为≤150℃。
[0024]具体的，步骤2)中，还可以通过在密闭腔室气相中引入第一反应气体，利用反应气体与促进剂分子反应以及与抑制剂分子不发生反应，去掉促进剂单分子，保留抑制剂单分子，得到所述的抑制剂单分子层。
[0025]优选的，第一选择性反应气体选自水蒸气或O3中的任意一种。
[0026]具体的，步骤3)中，气体传感器被置于密闭腔室内，在一定温度下向腔室气相中引入一定浓度的分子筛前驱体分子，在气敏材料颗粒无抑制剂区域自组装吸附分子筛前驱体分子，待吸附饱和后进行惰性气体吹扫，去掉气相中多余的气体分子，在气敏材料颗粒无抑制剂区域形成自组装分子筛前驱体单分子，得到所述的抑制剂与吸附分子筛前驱体单分子的混合层。
[0027]优选的：
[0028]分子筛前驱体分子选自三甲基铝、四氯化硅或三甲基镓中的任意一种；
[0029]操作温度≤150℃。
[0030]具体的，步骤4)中，可以通过改变温度条件，应用分子筛前驱体分子的分解温度不同，保留抑制剂单分子，使分子筛前驱体单分子层分解，形成分子筛材料单分子，得到所述的抑制剂与分子筛材料单分子的混合层。
[0031]优选的，分解温度为150
‑
200℃。
[0032]具体的，步骤4)中，还可以通过在密闭腔室气相中引入第二反应气体，利用反应气体与分子筛前驱体分子反应以及与抑制剂分子不发生反应，使分子筛前驱体单分子层转化为分子筛材料单分子，得到所述的抑制剂与分子筛材料单分子的混合层。
[0033]优选的，第二选择性反应气体选自O2等离子体、水蒸气或O3中的任意一种。
[0034]具体的，反复重复上述分子筛前驱体单分子层吸附与形成分子筛材料单分子层过程，形成分子筛的厚度优选为3
‑
50nm范围，
[0035]优选的，步骤7)中，重复的次数为10
‑
500。
[0036]具体的，步骤8)中，可以通过改变温度条件，去除抑制剂单分子，形成具有一定孔道、孔径的分子筛过滤层。
[0037]优选的，去除温度为≥200℃。
[0038]具体的，步骤8)中，还可以通过在密闭腔室气相中引入第三反应气体，在一定温度条件下去掉抑制剂单分子，形成具有一定孔道、孔径的分子筛过滤层。
[0039]优选的，第三选择性反应气体选自O2等离子体，反应温度为100
‑
200℃。
[0040]具体的，上述方法得到的分子筛过滤层材料为三氧化二铝、二氧化硅或三氧化二镓。
[0041]本专利技术还提供了根据上述方法制造得到的选择性增强的半导体气体传感器。
[0042]本专利技术的半导体气体传感器通过引入分子筛过滤层，改善了半导体气体传感器选择性差的问题，其工艺成本低，易于大批量制造。分子筛过滤层中分子筛孔道大小可达0.4
‑
2nm，且均匀分布。
附图说明
[0043]图1是本专利技术所提供的选择性增强的半导体气体传感器的制造方法中分子筛过滤层的选择性分子层生长流程原理图。
[0044本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性增强的半导体气体传感器的制造方法，包括在半导体气敏材料层上沉积分子筛过滤层，通过调控分子筛过滤层的孔道、孔径来调整气体传感器的选择性，其特征在于，其分子筛过滤层的沉积方法包括以下步骤：1)在气敏材料纳米颗粒表面自组装吸附抑制和促进剂单分子的混合层；2)去除步骤1)得到的所述附抑制和促进剂单分子的混合层中的促进剂单分子，保留抑制剂单分子，得到抑制剂单分子层；3)在气敏材料纳米颗粒表面无抑制剂的区域自组装吸附分子筛前驱体单分子，得到抑制剂与吸附分子筛前驱体单分子的混合层；4)将步骤3)得到的所述抑制剂与吸附分子筛前驱体单分子的混合层中的分子筛前驱体单分子转化为分子筛材料单分子，得到抑制剂与分子筛材料单分子的混合层；5)在步骤4)得到的所述抑制剂与分子筛材料单分子的混合层中的分子筛材料单分子上自组装吸附分子筛前驱体单分子，得到新的一层分子筛前驱体单分子层；6)将步骤5)得到的所述新的一层分子筛前驱体单分子层转化为新的一层分子筛材料单分子层；7)重复步骤5)到步骤6)若干次，得到具有一定厚度的分子筛材料层；8)去除抑制剂单分子，形成具有一定孔道、孔径的分子筛过滤层。2.根据权利要求1所述的选择性增强的半导体气体传感器的制造方法，其特征在于：步骤1)中，通过调整抑制剂分子种类、抑制剂和促进剂分子数量比例、抑制剂浓度、促进剂浓度、抑制剂吸附温度或促进剂吸附温度中的任意一种或多种条件，调控分子筛孔道大小和/或分布均匀性。3.根据权利要求1所述的选择性增强的半导体气体传感器的制造方法，其特征在于：步骤2)中，通过设置温度条件，应用抑制剂与促进剂分子的解吸附温度不同，去除促进剂单分子，保留抑制剂单分...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鸣，刘曰利，罗威，
申请(专利权)人：武汉微纳传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：