专利名称：一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气敏传感器，特别涉及一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器。具体地说，是一种利用纳米氧化锌粒子作为气敏膜的电导型气敏传感器，采用低阻的N型掺杂多晶硅作为叉指电极，该传感器无需加热电源，在室温下就可以工作。
背景技术：
常用的电导型气敏传感器需要在300℃以上的温度下工作，才能获得足够的灵敏度。电导型气敏传感器是利用待测气体分子与气敏材料表面发生化学吸附或反应引起的电荷转移，进而导致电导率的变化来检测气体分子的存在的。温度太低，反应不能发生或反应不明显，因此一般的电导型气敏传感器工作时都需将气敏材料加热到300℃以上的温度，有的还需在气敏材料中添加催化剂。由于工作温度高，必须配置加热器，这样不但能耗很大，高温还会使叉指电极和气敏层容易老化，特别是由于加热器的存在，给电导型气敏传感器微型化、集成化带来困难，因此如何设计一种能够在常温下工作、微型、而且与硅集成电路工艺兼容的气敏传感器，是当前气敏传感器研究的热点之一。

发明内容
本发明的目的是提供一种无需加热装置可以在室温下工作的微型电导型气敏传感器，去除加热器，采用N型掺杂多晶硅作为叉指电极，使叉指电极和气敏层不易老化，延长其使用寿命，为气敏传感器实现微型化、集成化提供一种切实可行的技术方案。
一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器，包括衬底1，绝缘层2，叉指电极3，气敏层4，其特征在于衬底1为硅单晶衬底，绝缘层2为二氧化硅绝缘层，叉指电极3采用N型掺杂多晶硅电极，其掺杂浓度大于1018cm-3，电极宽度及其间距皆为5-100μm，电极的对数不少于1对，气敏层4为纳米氧化锌气敏层，氧化锌颗粒尺寸为5-35nm。本电导型气敏传感器适合于对纳米氧化锌气敏层敏感气体的检测，如甲醛、苯、甲苯、二甲苯蒸气等。
同现有技术比较，本发明的突出优点是本发明的电导型气敏传感器可以在室温下工作，不需要设置加热器，电极采用N型掺杂多晶硅，因此使叉指电极3和气敏层不易老化，有助于延长电导型气敏传感器的使用寿命，其制作工艺与硅集成电路工艺兼容，器件尺寸很小，同时为气敏传感器实现微型化提供一种切实可行的技术方案，解决了气敏传感器易老化、微型化中的技术难题。


图1为本发明的电导型气敏传感器的结构示意图。
图2为几种不同粒径的纳米氧化锌气敏层，在室温下气敏传感器对室内污染气体之一的甲醛的敏感性的变化关系图，图中横坐标为时间(秒)，纵坐标为电阻相对变化。
图3为几种不同粒径的纳米氧化锌气敏层，在室温下气敏传感器对室内污染气体之一的苯的敏感性的变化关系图。
图4为几种不同粒径的纳米氧化锌气敏层，在室温下气敏传感器对室内污染气体之一的甲苯的敏感性的变化关系图。
图5为几种不同粒径的纳米氧化锌气敏层，在室温下气敏传感器对室内污染气体之一的二甲苯的敏感性的变化关系图。
具体实施例方式
实施例1一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器，其如结构图1所示，衬底为硅片，用标准集成电路清洗工艺清洗；清洗后的硅片在高温下氧化，氧化温度为1000℃，时间为2小时，在硅片表面形成一层二氧化硅绝缘层，绝缘层厚度为55nm；绝缘层上用常规工艺沉积一层的掺磷的多晶硅膜，掺杂浓度大于1018cm-3；再用常规的光刻、掩模工艺，在多晶硅膜中形成叉指电极，电极对数目为10对，电极宽度及其间距为5μm；在形成掺杂多晶硅电极后的硅片上沉积一层纳米氧化锌薄膜，作为气敏层，氧化锌颗粒尺寸为5nm。本传感器外形尺寸仅为1×0.3×0.3mm(不包括引线)。
实施例2一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器，其如结构图1所示，衬底为硅片，用标准集成电路清洗工艺清洗；清洗后的硅片在高温下氧化，氧化温度为1000℃，时间为2小时，在硅片表面形成一层二氧化硅绝缘层，绝缘层厚度为80nm；绝缘层上用常规工艺沉积一层的掺磷的多晶硅膜，掺杂浓度大于1018cm-3；再用常规的光刻、掩模工艺，在多晶硅膜中形成叉指电极，电极对数目为8对，电极宽度及其间距为25μm；在形成掺杂多晶硅电极后的硅片上沉积一层纳米氧化锌薄膜，作为气敏层，氧化锌颗粒尺寸分别为5nm、20nm、25nm、35nm，本传感器外形尺寸仅为1×1×1mm(不包括引线)。上述不同粒径的纳米氧化锌气敏层的电导型气敏传感器，在室温下传感器对甲醛蒸气的敏感性的变化关系示于图2。
实施例3一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器，氧化锌颗粒尺寸分别为20nm、25nm、35nm，本传感器外形尺寸为1×1×1mm(不包括引线)，其余与实施例2相同。上述不同粒径的纳米氧化锌气敏层的电导型气敏传感器，在室温下传感器对苯蒸气的敏感性的变化关系示于图3。
实施例4一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器，氧化锌颗粒尺寸分别为20nm、25nm、35nm，本传感器外形尺寸为1×1×1mm(不包括引线)，其余与实施例2相同。上述不同粒径的纳米氧化锌气敏层的电导型气敏传感器，在室温下传感器对甲苯蒸气的敏感性的变化关系示于图4。
实施例5一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器，氧化锌颗粒尺寸分别为20nm、25nm、35nm，本传感器外形尺寸为1×1×1mm(不包括引线)，其余与实施例2相同。上述不同粒径的纳米氧化锌气敏层的电导型气敏传感器，在室温下传感器对二甲苯蒸气的敏感性的变化关系示于图5。
实施例6一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器，其如结构图1所示，衬底为硅片，用标准集成电路清洗工艺清洗；清洗后的硅片在高温下氧化，氧化温度为1000℃，时间为2小时，在硅片表面形成一层二氧化硅绝缘层，绝缘层厚度为120nm；绝缘层上用常规工艺沉积一层的掺磷的多晶硅膜，掺杂浓度大于1018cm-3；再用常规的光刻、掩模工艺，在多晶硅膜中形成叉指电极，电极对数目为2对，电极宽度及其间距为100μm；在形成掺杂多晶硅电极后的硅片上沉积一层纳米氧化锌薄膜，作为气敏层，氧化锌颗粒尺寸为20-35nm。本传感器外形尺寸仅为1.2×1×1mm(不包括引线)。
权利要求
1.一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器，包括衬底(1)，绝缘层(2)，叉指电极(3)，气敏层(4)，其特征在于衬底(1)为硅单晶衬底，绝缘层(2)为二氧化硅绝缘层，叉指电极(3)采用N型掺杂多晶硅电极，其掺杂浓度大于1018cm-3，电极宽度及其间距皆为5-100μm，电极的对数不少于1对，气敏层(4)为纳米氧化锌气敏层，氧化锌颗粒尺寸为5-35nm。
全文摘要
一种可以在室温下工作的电导型气敏传感器，其特征在于衬底(1)为硅单晶衬底，绝缘层(2)为二氧化硅绝缘层，叉指电极(3)采用N型掺杂多晶硅电极，气敏层(4)为纳米氧化锌气敏层。同现有技术比较，本发明具有以下突出的优点本发明的电导型气敏传感器可以在室温下工作，不需要设置加热器，电极为掺杂多晶硅，使叉指电极和气敏层不易老化，有助于延长气敏传感器的使用寿命，尺寸很小，同时为气敏传感器实现微型化提供一种切实可行的技术方案，解决了气敏传感器微型化中的一大技术难题。
文档编号G01N27/407GK1601269SQ20041006754
公开日2005年3月30日 申请日期2004年10月25日 优先权日2004年10月25日
发明者季振国, 赵士超, 孙兰侠 申请人:浙江大学