專利名稱：硫化氫半導(dǎo)體傳感器氣敏元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)硫化氫氣體敏感的半導(dǎo)體傳感器氣敏元件的制造方法，屬半導(dǎo)體傳感器氣敏元件制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
眾所周知，硫化氫是一種具有惡臭的有毒氣體，是環(huán)境監(jiān)測(cè)中的主要檢測(cè)對(duì)象之一。通常用于硫化氫檢測(cè)的化學(xué)傳感器以摻雜二氧化錫為主，但是選擇性較差，不能滿足環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用需要。
本發(fā)明的一種硫化氫半導(dǎo)體傳感器氣敏元件的制造方法，其特征在于，采用厚膜工藝在氧化鋁襯底上制備二氧化錫層，再在二氧化錫層表面制備氧化銅層，形成氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜的氣敏元件，其制造工藝步驟為a.制備二氧化錫基料采用共沉淀法制備，將四氯化錫溶解于水中形成溶液，再和氨水混和后，經(jīng)反應(yīng)得到沉淀，沉淀經(jīng)洗滌后，在600℃下煅燒5小時(shí)，取出后粉碎并研磨均勻，即得到二氧化錫厚膜基料，在該基料中加入一定量的摻雜物質(zhì)，摻雜物可以是CaCO3、SrCO3、CrSO4、ZrO2中的一種或兩種，然后共同研磨均勻；b.在摻雜后的基料粉料中加入一定量的去離子水，并研磨至漿狀；然后將該漿料以絲網(wǎng)方式印刷在事先做好的金電極和氧化釕電阻加熱層的氧化鋁襯底的頂面上，并在550℃下熱處理5小時(shí)，生成二氧化錫層；c.將上述準(zhǔn)備好的二氧化錫層的氧化鋁襯底浸入醋酸銅熔液中，10分鐘后取出烘干，重復(fù)浸入—烘干過程10-20次，然后在600℃下熱處理5小時(shí)，得到氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜氣敏元件。
所述的事先做好的金電極和氧化釕電阻加熱層的氧化鋁襯底，其制作方法是在尺寸為3×5mm的氧化鋁襯底上先用金漿在襯底正反兩面的兩端各畫一條橫線，共有四條，在950℃溫度下燒結(jié)10分鐘，形成四條金電極；在襯底背面印刷上氧化釕漿料，在600℃溫度下燒結(jié)30分鐘，形成氧化釕電阻加熱層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是制備所得的氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜氣敏元件，可使該氣敏元件大大提高對(duì)硫化氫氣體的敏感性能和選擇性能，故它能應(yīng)用于環(huán)境污染和氣體分析等領(lǐng)域。本發(fā)明方法能提供一種制造工藝簡便，價(jià)格低廉的檢測(cè)硫化氫的半導(dǎo)體傳感器氣敏元件。
其中1-氧化銅層，2-二氧化錫層，3-氧化釕加熱層，4-金電極，5-氧化鋁襯底。
圖2表示硫化氫氣敏元件中氧化銅層厚度對(duì)靈敏度的影響曲線圖3表示硫化氫氣敏元件靈敏度與硫化氫氣體濃度間關(guān)系曲線圖。
其次，在摻雜后的基料粉料中的加入3摩爾的去離子水，并研磨至漿狀，然后將漿料以絲網(wǎng)方式印刷在事先做好金電極和氧化釕電阻加熱層3的氧化鋁襯底5的頂面上，并在550℃下熱處理5小時(shí)，生成二氧化錫層2。該二氧化錫層厚度為30至50微米。
最后將上述制備好二氧化錫層的氧化鋁襯底5浸入醋酸銅溶液中，10分鐘后取出烘干，重復(fù)浸入一烘干的過程15次，在600℃下熱處理5小時(shí)，得到在二氧化錫層2上面形成的氧化銅層1，其厚度為10-20納米，由此制得氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜氣體敏感元件。
參見

圖1，所述的氧化鋁襯底5，其兩端設(shè)置有金電極4，在氧化鋁襯底5的背面設(shè)置有氧化釕電阻加熱層3，其制備方法是在尺寸為3×5mm的氧化鋁襯底5上先用金漿在襯底正反兩面的兩端各畫一條橫線，共有四條，在950℃溫度下燒結(jié)10分鐘，形成四條金電極4；在襯底背面印刷上氧化釕漿料，在600℃溫度下燒結(jié)30分鐘，形成氧化釕電阻加熱層3。
最終制得的檢測(cè)硫化氫的氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜氣體敏感元件。實(shí)施例二二氧化錫層的制備方法與實(shí)施例一完全相同。所不同的是加入的摻雜物質(zhì)為0.5mol％CrSO4和0.5mol％ZrO2，其以后的工藝步驟與實(shí)施例一完全相同。
本發(fā)明的半導(dǎo)體傳感器氣敏元件在實(shí)際使用時(shí)，即在含有硫化氫環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于氣敏元件上的氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜敏感層的電性能發(fā)生了變化，因此通過測(cè)量電阻大小就可得知環(huán)境中硫化氫氣體的濃度。在工作時(shí)還必需通過金電極輸入直流電壓，使氧化釕電阻加熱層處于200℃的工作溫度下，使傳感器能正常工作。
參見圖2，圖2表示硫化氫氣敏元件中氧化銅層厚度對(duì)靈敏度的影響，由此可見，氧化銅層的厚度應(yīng)在8-10nm左右具有較高的靈敏度。
參見圖3，圖3表示硫化氫氣敏元件的靈敏度與硫化氫氣體濃度間關(guān)系的曲線圖。
從圖3可見，當(dāng)在較低溫度1500C時(shí)，硫化氫濃度在100ppm時(shí)，該氣敏元件具有最高的靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種硫化氫半導(dǎo)體傳感器氣敏元件的制造方法，其特征在于，采用厚膜工藝在氧化鋁襯底上制備二氧化錫層，再在二氧化錫層表面制備氧化銅層，形成氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜的氣敏元件，其制造工藝步驟為a.制備二氧化錫基料采用共沉淀法制備，將四氯化錫溶解于水中形成溶液，再和氨水混和后，經(jīng)反應(yīng)得到沉淀，沉淀經(jīng)洗滌后，在600℃下煅燒5小時(shí)，取出后粉碎并研磨均勻，即得到二氧化錫厚膜基料，在該基料中加入一定量的摻雜物質(zhì)，摻雜物可以是CaCO3、SrCO3、CrSO4、ZrO2中的一種或兩種，然后共同研磨均勻；b.在摻雜后的基料粉料中加入一定量的去離子水，并研磨至漿狀；然后將該漿料以絲網(wǎng)方式印刷在事先做好的金電極和氧化釕電阻加熱層的氧化鋁襯底的頂面上，并在550℃下熱處理5小時(shí)，生成二氧化錫層；c.將上述準(zhǔn)備好的二氧化錫層的氧化鋁襯底浸入醋酸銅溶液中，10分鐘后取出烘干，重復(fù)浸入一烘干過程10-20次，然后在600℃下熱處理5小時(shí)，得到氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜氣敏元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化氫半導(dǎo)體傳感器氣敏元件的制造方法，其特征在于，事先做好的金電極和氧化釕電阻加熱層的氧化鋁襯底，其制作方法是在尺寸為3×5mm的氧化鋁襯底上先用金漿在襯底正反兩面的兩端各畫一條橫線，共有四條，在950℃溫度下燒結(jié)10分鐘，形成四條金電極；在襯底背面印刷上氧化釕漿料，在600℃溫度下燒結(jié)30分鐘，形成氧化釕電阻加熱層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫化氫半導(dǎo)體傳感器氣敏元件的制造方法，其特征在于，所述的二氧化錫基料中加入的摻雜物質(zhì)，其使用的化學(xué)物質(zhì)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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)硫化氫氣體敏感的半導(dǎo)體傳感器氣敏元件的制造方法，屬半導(dǎo)體傳感器氣敏元件制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。該制造方法的特征在于，采用厚膜工藝在氧化鋁襯底上制備二氧化錫層，再在二氧化錫層表面制備氧化銅層，形成氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜的氣敏元件。本發(fā)明制備所得的氧化銅/二氧化錫復(fù)合膜氣敏元件，可使該氣敏元件大大提高對(duì)硫化氫氣體的敏感性能和選擇性能。本發(fā)明方法能提供一種制造工藝簡便，價(jià)格低廉的檢測(cè)硫化氫的半導(dǎo)體傳感器氣敏元件。
文檔編號(hào)G01N27/12GK1476110SQ0314151
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
發(fā)明者焦正, 吳明紅, 王德慶, 秦爭, 陸明華, 石鑫, 焦 正 申請(qǐng)人:上海大學(xué)