氣體傳感器及氣體傳感器結(jié)構(gòu)體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體傳感器及氣體傳感器結(jié)構(gòu)體，例如，優(yōu)選適用于檢測(cè)0)2或NH 3等氣體的氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，正進(jìn)行著對(duì)能夠檢測(cè)如0)2或NH3等各種氣體的氣體傳感器的研宄，其中，從氣體的檢測(cè)靈敏度、小型化及節(jié)能方面考慮，例如利用碳納米管(CNTs)的氣體傳感器備受關(guān)注(例如，參照專利文獻(xiàn)I及非專利文獻(xiàn)I)。實(shí)際上，為了檢測(cè)例如作為檢測(cè)對(duì)象的CO2，利用所述碳納米管的氣體傳感器具有用兩種聚合物對(duì)設(shè)置在源極和漏極之間的碳納米管進(jìn)行表面化學(xué)修飾的結(jié)構(gòu)。并且，所述氣體傳感器在所述硅背柵上通過(guò)硅氧化膜配置有碳納米管，以便向硅背柵施加?xùn)烹妷骸?br>[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:特表2007-505323號(hào)公報(bào)
[0006]非專利文獻(xiàn)
[0007]非專利文獻(xiàn)A.Star, T.R.Han, V.Joshi, J.C.P.Gabriel, G.Gruner，，，Nanoelectronic Carbon D1xide Sensors，，，AdvancedMaterials, Vol.16, N0.22, 2004.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一 )需要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0009]但是，具有上述結(jié)構(gòu)的氣體傳感器，為了利用碳納米管來(lái)檢測(cè)CO2，需要用兩種聚合物對(duì)所述碳納米管進(jìn)行表面化學(xué)修飾，因此，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題。并且，所述氣體傳感器雖然能夠檢測(cè)作為檢測(cè)對(duì)象的氣體，但是需要提高檢測(cè)靈敏度，以便檢測(cè)更為微量的氣體。
[0010]因此，本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而提出的，其目的在于提供一種氣體傳感器以及氣體傳感器結(jié)構(gòu)體，與現(xiàn)有的氣體傳感器相比，能夠用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)提高檢測(cè)靈敏度。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]本發(fā)明是一種檢測(cè)作為檢測(cè)對(duì)象的氣體傳感器，其特征在于，包括:平坦的碳結(jié)構(gòu)體，設(shè)置在基板上的源極和漏極之間，具有相當(dāng)于一個(gè)碳原子的厚度的一層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)；氣體吸收體，其被配置為覆蓋所述碳結(jié)構(gòu)體，根據(jù)因所述氣體吸收體吸收所述氣體而在所述碳結(jié)構(gòu)體上產(chǎn)生的源漏電流的變化來(lái)檢測(cè)所述氣體。
[0013]并且，本發(fā)明是一種氣體傳感器結(jié)構(gòu)體，其特征在于，具有配置有多個(gè)氣體傳感器的結(jié)構(gòu)，所述氣體傳感器為權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器。
[0014](三)有益效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，由于因吸收氣體而產(chǎn)生的氣體吸收體中的電荷的狀態(tài)變化直接反映到流過(guò)碳結(jié)構(gòu)體的源漏電流，因此與現(xiàn)有的氣體傳感器相比，能夠提高氣體的檢測(cè)靈敏度。并且，不像現(xiàn)有的氣體傳感器一樣需要對(duì)碳納米管本身進(jìn)行表面化學(xué)修飾，而是只要簡(jiǎn)單地設(shè)置為氣體吸收體與碳結(jié)構(gòu)體相接即可，因此能夠簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是示出本發(fā)明的氣體傳感器結(jié)構(gòu)的立體圖；
[0017]圖2是示出圖1的氣體傳感器剖面結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0018]圖3是用于說(shuō)明雙電層的概要圖；
[0019]圖4是用于說(shuō)明氣體吸收體吸收NH3和吸收CO 2時(shí)的雙電層的概要圖；
[0020]圖5是示出源漏電流13(1和柵電壓V g的變化的圖表；
[0021]圖6是用于說(shuō)明(I)氣體傳感器的制造方法的概要圖；
[0022]圖7是用于說(shuō)明(2)氣體傳感器的制造方法的概要圖；
[0023]圖8是示出實(shí)際制造的氣體傳感器的結(jié)構(gòu)和石墨烯的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的照片；
[0024]圖9是示出石墨烯的拉曼偏移的分析結(jié)構(gòu)的圖表；
[0025]圖10是示出用于驗(yàn)證試驗(yàn)的氣體傳感器結(jié)構(gòu)的照片；
[0026]圖11是示出在空氣氛圍下從氣體傳感器獲得的柵電流Ig和柵電SVg之間的關(guān)系的圖表；
[0027]圖12是示出在空氣氛圍下從氣體傳感器獲得的源漏電流Isd和柵電SVg之間關(guān)系的圖表；
[0028]圖13是示出實(shí)驗(yàn)裝置的整體結(jié)構(gòu)的概要圖；
[0029]圖14是示出在改變順3濃度時(shí)源漏電流I 3(1和柵電壓V g之間的關(guān)系的圖表，以及在改變0)2濃度時(shí)源漏電流I 3(1和柵電壓V 8之間關(guān)系的圖表；
[0030]圖15是示出源漏電流Isd、柵電SVg以及CO 2濃度之間的關(guān)系的圖表；
[0031]圖16是示出對(duì)于NH3的源漏電流I sd的響應(yīng)時(shí)間的圖表，以及改變石墨烯和離子液體之間的距離時(shí)源漏電流Isd的響應(yīng)時(shí)間的圖表；
[0032]圖17是示出另一個(gè)實(shí)施方式的氣體傳感器(I)結(jié)構(gòu)的立體圖；
[0033]圖18是示出圖17的氣體傳感器剖面結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0034]圖19是示出另一個(gè)實(shí)施方式的氣體傳感器(2)剖面結(jié)構(gòu)的剖視圖；
[0035]圖20是示出另一個(gè)實(shí)施方式的氣體傳感器(3)結(jié)構(gòu)的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0037](I)本發(fā)明的氣體傳感器的概要
[0038]在圖1中，I表示本發(fā)明的氣體傳感器，所述氣體傳感器I能夠檢測(cè)作為檢測(cè)對(duì)象的例如0)2或NH 3等氣體，其特征在于，在源極3和漏極4之間設(shè)置有作為平坦的碳結(jié)構(gòu)體的膜狀的石墨烯8。實(shí)際上，氣體傳感器I的結(jié)構(gòu)為，在板狀基板2上具有帶狀的源極3和漏極4，在所述源極3和漏極4之間的溝道區(qū)域設(shè)置有平坦的膜狀的石墨烯8。所述源極3和漏極4例如由Cr/Au部件或Ti/Au部件構(gòu)成，在長(zhǎng)度方向上大體以直線狀配置，在相對(duì)的源極3的端部和漏極4的端部之間形成有約10 μ m的間隙。
[0039]石墨烯8被配置為，例如石墨烯的膜厚度為0.3?3nm，形狀為方形，如長(zhǎng)方形或正方形，石墨烯的一端與源極3的端部電性連接，另一端與漏極4的端部電性連接，從而將所述源極3和漏極4電性連接。在此，石墨烯8是通過(guò)碳原子的結(jié)合所形成的六元環(huán)結(jié)構(gòu)以二維平面形狀有規(guī)則地排列，且配置一層相當(dāng)于一個(gè)原子厚度的網(wǎng)眼狀平面層的一層結(jié)構(gòu)，或者層疊十層以下的網(wǎng)眼狀平面層的多層結(jié)構(gòu)。并且，多層結(jié)構(gòu)的石墨烯優(yōu)選為兩層或三層的層疊結(jié)構(gòu)。由于在本發(fā)明中使用平坦的膜狀的石墨烯8，因此能夠使石墨烯8的整個(gè)表面與基板2面接觸，并且使石墨烯8的整個(gè)表面暴露在滴到基板2上的離子液體L中，而且厚度也薄，因此能夠?qū)崿F(xiàn)氣體傳感器I的整體的薄型化。
[0040]并且，雖然在上述的實(shí)施方式中說(shuō)明了將石墨烯8用作平坦的碳結(jié)構(gòu)體的情況，但是本發(fā)明并不限定于此，還可以使用其他各種平坦的碳結(jié)構(gòu)體，如層疊十一層以上的網(wǎng)眼狀平面層的平坦的膜狀的石墨烯層疊體，或者層疊一百層以上的網(wǎng)眼狀平面層的平坦的板狀的石墨烯等。
[0041 ] 在基板2上設(shè)置有例如由Cr/Au部件或Ti/Au部件構(gòu)成的柵極7，離子液體L可接觸到所述柵極7，石墨烯8內(nèi)置于所述離子液體L的內(nèi)部。柵極7由形狀和尺寸相同的第一柵極部5和第二柵極部6組成，在所述第一柵極部5和第二柵極部6之間的間隙內(nèi)配置有石墨烯8、源極3以及漏極4。具體來(lái)說(shuō)，在該實(shí)施方式中，第一柵極部5和第二柵極部6形成為半圓形狀，第一柵極部5的直線部和第二柵極部6的直線部平行地配置且相互之間隔開(kāi)規(guī)定的距離，在所述直線部之間的間隙內(nèi)，石墨烯8、源極3以及漏極4沿長(zhǎng)度方向以直線形狀整齊地配置。
[0042]離子液體L以半球狀載置于第一柵極部5、第二柵極部6、源極3以及漏極4上，以便覆蓋整個(gè)石墨烯8，一部分上形成起到柵絕緣層作用的雙電層。離子液體L的半球狀的液體表面暴露在外部氣體中，使所述第一柵極部5、第二柵極部6、源極3以及漏極4的中心部的石墨烯8內(nèi)置于其內(nèi)部。在此，作為氣體吸收體的離子液體L除了例如由[EMIM] [BF4](1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽)或[BMM] [BF4] (1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽)、[BMIM] [PF6] (1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽)、[OMIM] [Br] (1-正辛基-3-甲基咪唑溴鹽)組成之外，還可以由[Hmpy] [Tf2N]、[HMIM] [Tf2N]、[BMIM] [Tf2N]、[C6H4F9Hiim] [Tf2N]、[AMIM] [BF4]、[Pabim] [BF4]、[Am-1m] [DCA]、[Am-1m] [BF4]、[BMIM] [BF4] +PVDF, [C3NH2mim][CF6SO3]+PTFE、[C3NH2mim] [Tf2N] +PTFE, [H2NC3H6mim] [Tf2N]+ 交聯(lián)尼龍 66、P [VBBI] [BF4]、P [ΜΑΒΙ] [BF4]、P [VBBI] [Tf2N]、P[VBTMA] [BF4]、P[MATMA] [BF4]等組成，可根據(jù)作為檢測(cè)對(duì)象的氣體種類，適當(dāng)?shù)剡x擇能夠吸收所述氣體的離子液體。
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