專利名稱：乙醇、二氧化氮雙敏薄膜氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測(cè)乙醇(C2H5OH)和二氧化氮(NO2)氣體的雙敏薄膜氣體傳感器。
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和信息科學(xué)的進(jìn)步，作為攝取信息的功能部件-傳感器，在國(guó)內(nèi)外，受到普遍的重視。傳感技術(shù)的發(fā)展將會(huì)引起一場(chǎng)新的工業(yè)革命，氣體傳感器是一個(gè)重要的分支，它廣泛地應(yīng)用于國(guó)防建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)、交通控制、災(zāi)害報(bào)警、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、人工智化、生命與宇宙科學(xué)領(lǐng)域。
目前，實(shí)用化的乙醇?xì)怏w傳感器，主要是以SnO2、ZnO和Fe2O3為基體和貴重金屬材料，在高溫下灼燒合成，通常稱為燒結(jié)型氣敏元件，其元件的參數(shù)離散性大，生產(chǎn)重復(fù)性和選擇性不好，生產(chǎn)工藝落后等。傳感器的發(fā)展趨勢(shì)是薄膜型、多功能和集成化。二氧化氮傳感器正處于研究階段，人們主要利用有機(jī)化合物鈦菁、吡咯、單分子膜(LB膜)和氧化物半導(dǎo)體SnO2等材料，研究對(duì)NO2的敏感特性，最近，有人用四氰基對(duì)苯醌二甲烷絡(luò)合銅(Cu-TCNQ)的有機(jī)薄膜材料研制了NO2氣體傳感器，本人使用多層結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)功能薄膜材料研制NO2氣體傳感器。
本發(fā)明在上述研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)過長(zhǎng)期反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù)，將四氯化錫、四氯化鈦和五羰基鐵等反應(yīng)氣體，通入含氧等離子體的反應(yīng)室中，在200℃下。制備了三氧化二鐵-二氧化鈦-二氧化錫(Fe2O3-TiO2-SnO2)多層結(jié)構(gòu)薄膜材料，淀積在玻璃、陶瓷和生長(zhǎng)二氧化硅的硅片等絕緣材料上，第一層為Fe2O3，厚度為0.05～0.1μm，第二層為TiO2，厚度為0.04～0.08μm，第三層為SnO2，厚度為0.08～0.15μm，用涂覆金漿等方法制成信號(hào)電極引線，然后將電極引線焊接在管座上，壓帽便制成了各種形狀、結(jié)構(gòu)薄膜氣體傳感器，其傳感器在150～250℃下工作，元件的管芯結(jié)構(gòu)和測(cè)試線路，如圖1、2所示。C2H5OH-NO2薄膜氣體傳感器的工作條件加熱電壓VH為2.5～6V，信號(hào)電壓源VS為6～10V，負(fù)載電阻RL為2KΩ。在常規(guī)測(cè)試條件下，定義檢測(cè)乙醇的靈敏度為S＝Vg1/V0，檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w的靈敏度-S＝V0/Vg2，公式中V0表示在空氣中測(cè)量負(fù)載電阻上的電壓值，Vg1表示在乙醇?xì)怏w中負(fù)載電阻上的電壓值Vg2表示在二氧化氮?dú)怏w中負(fù)載電阻上的電壓值，典型的檢測(cè)氣體靈敏度S和加熱電壓VH的關(guān)系曲線，如圖3所示。當(dāng)檢測(cè)氣體濃度為300PPm時(shí)，靈敏度為5～70，響應(yīng)時(shí)間小于3秒，恢復(fù)時(shí)間小于8秒，對(duì)NO2和C2H5OH氣體的最低檢出濃度為5PPm以下。
本發(fā)明雙敏薄膜氣體傳感器的突出特點(diǎn)是在相同測(cè)試條件下，既可以檢測(cè)乙醇?xì)怏w，又可以檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w，不受丁烷、液化氣、城市煤氣、汽油、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫氣和二氧化硫等氣體干擾。既使是C2H5OH-NO2的混和氣體，也能通過調(diào)節(jié)薄膜氣體傳感器的工作溫度(加熱電壓VH)進(jìn)行檢測(cè)。它具有檢測(cè)速度快、靈敏度高、選擇性好和易進(jìn)行大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。


圖1管芯結(jié)構(gòu)剖面圖1、Pt引線2、Au電極3、絕緣襯底4、加熱絲5、Fe2O36、TiO27SnO2圖2測(cè)量電路圖1、傳感器 2、數(shù)字電壓表VX圖3 檢測(cè)靈敏度S與加熱電壓VH關(guān)系圖1、乙醇2、汽油3、丁烷4、二氧化氮
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種乙醇(C2H5OH)、二氧化氮(NO2)雙敏薄膜氣體傳感器，其特征在于采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù)，制備三氧化二鐵、二氧化鈦和二氧化錫(Fe2O3-TiO2-SnO2)復(fù)合薄膜敏感材料，以制成各種形狀、結(jié)構(gòu)的C2H5OH-NO2薄膜氣體傳感器。
2.如權(quán)利1所述，其特征在于使用四氯化錫、四氯化鈦和五羰基鐵為源，在氧等離子體中，200℃下，F(xiàn)e2O3-TiO2-SnO2復(fù)合薄膜淀積在玻璃、陶瓷和生長(zhǎng)有二氧化硅的硅片上，第一層為Fe2O3，厚度為0.05～0.1μm，第二層為TiO2，厚度為0.04～0.08μm，第三層為SnO2，厚度為0.08～0.15μm。
3.如權(quán)利1、2所述，其特征在于檢測(cè)氣體濃度為300PPm時(shí)，C2H5OH-NO2薄膜氣體傳感器的靈敏度為5～70，響應(yīng)時(shí)間小于3秒，恢復(fù)時(shí)間小于8秒，對(duì)NO2和C2H5OH氣體的最低檢出濃度為5PPm以下。
4.如權(quán)利1、2、3所述，傳感器的工作條件加熱電壓VH為2.5～6V，工作溫度為150～250℃，信號(hào)電壓源Vs為6～10V，負(fù)載電阻RL為2KΩ。
5.如權(quán)利1、2、3、4所述，其特征在于C2H5OH-NO2雙敏薄膜氣體傳感器，能在相同測(cè)試條件下，分別檢測(cè)乙醇和二氧化氮?dú)怏w，不受丁烷、液化氣、城市煤氣、汽油、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫氣和二氧化硫等氣體干擾。同時(shí)，當(dāng)存在NO2和C2H5OH混合氣體時(shí)，能通過調(diào)節(jié)加熱電壓進(jìn)行測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明是檢測(cè)乙醇和二氧化氮雙敏薄膜氣體傳感器。主要應(yīng)用在汽車電子化、環(huán)境污染和氣體分析等領(lǐng)域。采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，制備Fe
文檔編號(hào)G01N27/04GK1041453SQ8910624
公開日1990年4月18日 申請(qǐng)日期1989年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月29日
發(fā)明者戴國(guó)瑞, 陳百華, 李桂榮 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)