改型三氧化鎢納米薄膜氣敏材料

現代工業的日益發展在提高人民生活水準的同時，也給生態環境帶來了不可避免的破壞。有機物分解、化石燃料的燃燒及化工業的生產過程中排放的二氧化氮是一種常見的大氣污染物，是形成酸雨和光化學煙霧的主要物質之一，對環境的損害極大。因此，對二氧化氮氣體感測器元件的研究具有重要的意義和發展前景。

三氧化鎢氣敏材料由於對二氧化氮、氨氣等氣體靈敏度高、回應/恢復時間短，且具有易於測量與控制、價格低廉等優點，受到了研究人員的廣泛關注。基於氣敏特性研究的三氧化鎢薄膜材料是n型半導體，置於空氣中薄膜表面會吸附氧離子，與氧化型氣體（如NO2等）接觸後，電導率下降，電阻上升，電阻的變化與檢測氣體的濃度成比例，但是n型三氧化鎢半導體薄膜氣體感測器的工作溫度一般在200℃以上，功耗較大，不利於實現氣體感測器的集成化和智慧化。

對此，以p型單晶矽為基底，採用溶膠凝膠法在基底上製備三氧化鎢納米薄膜，可以實現具有較高靈敏度、易於與微電子工藝技術相容實現矽基集成的新型室溫氣體感測器元件。其製造步驟為：

（1）矽片清洗

將電阻率為10～15Ω·cm，厚度為400μm，<100>晶向的p型單面拋光的單晶矽片，切割成尺寸為2.5cm×1cm的矩形矽基底，放入配好的雙氧水：濃硫酸=1：3清洗液中浸泡40分鐘，除去表面有機污染物；去離子水沖洗後放入品質分數5%的氫氟酸水溶液中浸泡30分鐘，除去表面氧化層；去離子水沖洗後再依次放入丙酮溶劑、無水乙醇、去離子水中分別超聲清洗15分鐘，清洗掉表面的離子及有機物雜質，烘乾備用。

（2）濺射鉑叉指電極

將清洗並烘乾後的p型單晶矽基片樣品置於DPS-Ⅲ型超高真空對靶磁控濺射設備的真空室中，靶材為品質純度99.95%的金屬鉑，工作氣體為品質純度99.999%的氬氣，本體真空度為4×10-4Pa，基片溫度為室溫，氬氣氣體流量為23mL/min，濺射時工作壓強為2Pa，濺射功率為90W，濺射時間為10min，在矽基片的單拋光表面濺射形成鉑叉指電極。

（3）基於三氧化鎢薄膜的氣體感測器元件的製備

採用溶膠凝膠旋塗法在濺射有鉑叉指電極的單晶矽基片的拋光表面生長三氧化鎢薄膜。所用前驅物六氯化鎢與無水乙醇按品質比1：10配製溶膠，通過勻膠機採用旋塗法將所製備的溶膠均勻地塗到濺射有鉑叉指電極的矽片拋光表面，勻膠次數為3次，每次勻膠用量為8滴，旋塗速度為2500r/min，旋塗時間為60s。然後將勻膠旋塗後的樣品基片置於馬弗爐中進行熱處理，熱處理溫度為400℃，熱處理時間為2h，製成基於三氧化鎢薄膜的氣體感測器元件。

以矽材料為基底，實現三氧化鎢p-n型結構的轉化，進一步改善三氧化鎢納米薄膜氣敏材料對氮氧化物氣體的敏感性能，克服了傳統三氧化鎢氣敏材料工作溫度較高的缺點，實現了三氧化鎢氣敏感測器能在室溫下對氮氧化物氣體極低濃度探測，快速的回應、高選擇性、良好恢復性等優異氣敏特性。

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