專利名稱：利用鉑鈀摻雜的SO₂薄膜的多傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用鉑鈀摻雜的S02薄膜的多傳感器及其制備方法，
屬于多傳感器制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著航天工業(yè)的發(fā)展，易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都 得到了增加。這些氣體在生產(chǎn)、運輸、使用過程中一旦發(fā)生泄漏，將會 引發(fā)中毒、火災(zāi)甚至爆炸事故，嚴重影響空間飛行器的可靠性。由于這 類事故具有突發(fā)性強、擴散迅速、救援難度大、危害范圍廣等特點，因 此及時可靠地探測某些氣體在空氣中的含量，可以提示相關(guān)工作人員或 儀器設(shè)備迅速采取正確的處置方法和有效的補救措施，避免造成重大財 產(chǎn)損失和人員傷亡。這些檢測條件對氣體的檢測和監(jiān)測設(shè)備提出了較高
的要求，這些要求主要有1)工作穩(wěn)定性好，包括對特定的一種或多種 氣體以及在各種復(fù)雜環(huán)境下都可以穩(wěn)定工作；2)檢測精度高，尤其在特 定檢測范圍；3)檢測速度快，能隨著環(huán)境氣氛的變化迅速作出反應(yīng)；4) 選擇性強，對一種或多種特定氣體敏感，對其他氣體不敏感；5)檢測安 全、方便，可隨時在要求的工作環(huán)境內(nèi)進行。半導(dǎo)體氣體傳感器作為一 種重要的氣體探測器，由于符合氣體探測器的各項實際應(yīng)用要求，近年 來得到了較快的發(fā)展。
自1968年日本首先研制成功并生產(chǎn)第一臺氧化錫氣敏傳感器以來，
應(yīng)用的需求和科技的不斷發(fā)展，使得氣敏傳感技術(shù)獲得了快速的發(fā)展。 上世紀八十年代，硅技術(shù)成功應(yīng)用于氣敏傳感器。由于硅基器件可以批 量生產(chǎn)，從而改善了傳感器的一致性和可靠性，降低了成本，加速了氣 敏傳感器的微型化、集成化和低功耗。特別是80年代末、90年代初微機 械加工的技術(shù)日趨成熟帶來了制作技術(shù)的根本性變革，功耗有數(shù)量級下降，只有幾十毫瓦的三維微結(jié)構(gòu)氣敏傳感器隨之問世。
氣體傳感器的敏感性、穩(wěn)定性和選擇性必須基于敏感材料的進一步 研究和開發(fā)，并因此使人們對敏感材料的研究變得更為重視。研究結(jié)構(gòu) 表明，敏感材料必須具有兩個功能， 一是對化學(xué)成分存在與否的檢知功
能(Rec印tor)， 二是檢知后轉(zhuǎn)換為電信號的傳感功能(Transducer)。 由于氣體響應(yīng)過程主要發(fā)生在敏感材料的表面，而且薄膜材料具有結(jié)構(gòu) 容易控制，響應(yīng)時間短，靈敏度高，熱質(zhì)量小，批量生產(chǎn)一致性好等特 點，驗知功能和傳感功能都要優(yōu)于厚膜和塊體材料。因此，薄膜材料成 為氣體多傳感器的首選敏感材料，氣敏材料多采用Sn02等金屬氧化物薄 膜。
我們國家在多傳感器研制方面起步較晚。廈門大學(xué)等單位對多傳感 器的信號處理和模式識別進行了研究，中科院電子所對多傳感器進行了 結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計等研制工作。但由于沒有能夠解決材料檢測過程中的穩(wěn) 定性等問題，仍然無法實現(xiàn)多傳感器的實用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決材料檢測過程中的穩(wěn)定性等問題，而提出 了一種利用鉑鈀摻雜的Sn02薄膜的多傳感器及其制備方法。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明的一種利用鉑鈀摻雜的Sn02薄膜的多傳感器，包括基片，鉑 鈀摻雜的Sn02薄膜，加熱電極和金屬測量電極；鉑鈀摻雜的Sn02薄膜、 加熱電極和金屬測量電極均固定在基片上，加熱電極分布在鉑鈀摻雜的 Sn02薄膜周圍，為傳感器加熱，金屬測量電極與鉑鈀摻雜的Sn02薄膜連 接，供外界測量；其中基片為A1A，加熱電極采用鉑、銀或銅中的任意 一種，測量電極采用導(dǎo)電金屬。
本發(fā)明的一種利用鉑鈀摻雜的Sn02薄膜的多傳感器制備方法，包括 下列步驟-
5l.制備傳感器基片基于導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性及工藝要求，采用Al2(V(乍為
基片；首先在拋光A1A基片，然后沉積光致刻蝕劑，經(jīng)過光致刻蝕，形
成加熱電極和金屬測量電極的沉積槽，然后剝離基片上的光致刻蝕劑。
2. 基片的清洗將上步制得的基片用濃度在90。/。以上的丙酮浸泡5h以 上，用去離子水漂洗至無色；然后放入去離子水中超聲清洗兩次以上， 每次10min以上；放入無水乙醇中超聲清洗兩次以上，再放入濃度在90% 以上的丙酮中超聲清洗兩次以上，每次IO min以上；最后置于烘箱中進 行干燥備用。
3. 在射頻濺射鍍膜設(shè)備的純金屬Sn靶上摻雜鉑或鈀鉬、鈀金屬摻 雜采用冷壓法和粘貼法進行，冷壓法是將兩條鉑或鈀箔片，對稱擠壓在 錫靶表面，不用粘合劑減少靶面污染；粘貼法是將4條的鉑、鈀片對稱均 勻的用導(dǎo)電硅粘合劑粘貼在錫靶表面，放置24h以上，真空處理2h以上， 真空度優(yōu)于10"Pa。
4. 在基片上鍍制摻雜鉑鈀的Sn02薄膜采用射頻濺射鍍膜技術(shù)，沉積 厚度為50-70mn，沉積位置在加熱電極沉積槽以內(nèi)，且與金屬測量電極槽 連接，用摻雜鉑鈀的金屬Sn作為靶材，本底真空度優(yōu)于10—3Pa;實驗采用 射頻電源，靶材為金屬錫靶，純度為99.95%以上；濺射時通入高純Ar氣 和02氣，壓力比為5: 1到1:2，并使其壓強穩(wěn)定在5Pa以下；在濺射過程 中，靶體通水冷卻，因為濺射時靶面升溫，若不及時冷卻，容易造成靶 體膨脹變形，從而與陰極脫離，影響射頻信號的輸出。
5. 在加熱電極和金屬測量電極的沉積槽內(nèi)采用電極印刷技術(shù)制作加 熱電極和金屬測量電極，然后將制備好的傳感器放入600-80(TC的高溫爐 中燒結(jié)60min以上，以提高半導(dǎo)體金屬氧化物的空穴密度，加強氣敏的穩(wěn) 定性，傳感器制備完成。
傳感器工作原理基于反應(yīng)氣體和半導(dǎo)體金屬氧化物表面之間的反應(yīng)，由于電荷的轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致半導(dǎo)體的電導(dǎo)變化，從而表現(xiàn)出靈敏度。 有益效果
本發(fā)明的可用于氣敏多傳感器的Sn02薄膜，其具有不同微結(jié)構(gòu)、不同 氣敏特性，可用于制備測量混合氣體或單一氣體的氣敏多傳感器，滿足 多傳感器陣列對敏感材料的要求。對我國航天傳感器的設(shè)計具有重要意 義。


圖1為本發(fā)明的氣敏薄膜探測器結(jié)構(gòu)示意圖， 其中l(wèi)-加熱電極，2-氣敏薄膜，3-測量電極，4-Al203基片
具體實施例方式
本發(fā)明的一種利用鉑鈀摻雜的Sn02薄膜制備多傳感器的方法。 主要原料原材料金屬錫(Sn)靶材純度99.99%，直徑=100咖，
厚度=4腿；金屬鉬、鈀(Pt、 Pd)薄片純度99.9%, 50mmX8mmX0. lmm;
Al203基片10mmX 10mmX lmm。
實施例
l.基于導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性及工藝要求，采用Al2(V[乍為基片；首先在拋光
Al203基片，然后沉積光致刻蝕劑，經(jīng)過光致刻蝕，形成如圖l所示的加熱
電極和金屬測量電極的沉積槽，厚度為200nm，然后剝離基片上的光致刻 蝕劑。
2. 將上步制得的基片用丙酮浸泡5h，用去離子水漂洗至無色；然后 放入去離子水中超聲清洗兩次，每次10min;放入無水乙醇中超聲清洗兩 次，再放入丙酮中超聲清洗兩次，每次IO min;最后置于烘箱中進行干
3. 在射頻濺射鍍膜設(shè)備的純金屬Sn耙上摻雜鉑或鈀，將兩條 (50mmXl腿X0. l腿)鉑或鈀箔片，對稱擠壓在直徑100咖金屬錫耙表面。4. 在基片上鍍制摻雜鉑鈀的Sn02薄膜采用射頻濺射鍍膜技術(shù)，沉積 厚度為50-70nm，沉積位置在加熱電極沉積槽以內(nèi)，且與金屬測量電極槽 連接，用摻雜鉑鈀的金屬Sn作為靶材，本底真空度優(yōu)于10—3Pa;實驗采用 射頻電源，靶材為直徑100誦金屬錫靶，純度為99.95%，厚度4mm;濺射 時通入高純Ar氣和02氣，壓力比為l: 1，并使其壓強穩(wěn)定在5Pa以下；在 濺射過程中，靶體通水冷卻，因為濺射時靶面升溫，若不及時冷卻，容 易造成靶體膨脹變形，從而與陰極脫離，影響射頻信號的輸出。
5. 在加熱電極和金屬測量電極的沉積槽內(nèi)采用電極印刷技術(shù)制作 加熱電極和金屬測量電極，加熱電極和和金屬測量電極都采用金屬鉑將 制備好的傳感器放入600-80(TC的高溫爐中燒結(jié)60min，以提高半導(dǎo)體金 屬氧化物的空穴密度，加強氣敏的穩(wěn)定性，傳感器制備完成。
傳感器對C0氣體最小檢測濃度為200ppm。
權(quán)利要求
1. 一種利用鉑鈀摻雜的SnO2薄膜的多傳感器，其特征在于包括基片，鉑鈀摻雜的SnO2薄膜，加熱電極和金屬測量電極；鉑鈀摻雜的SnO2薄膜、加熱電極和金屬測量電極均固定在基片上，加熱電極分布在鉑鈀摻雜的SnO2薄膜周圍，為傳感器加熱，金屬測量電極與鉑鈀摻雜的SnO2薄膜連接，供外界測量；其中基片為Al2O3，加熱電極采用鉑、銀或銅中的任意一種，測量電極采用導(dǎo)電金屬。
2. —種利用鉑鈀摻雜的Sn02薄膜的多傳感器制備方法，其特征在于包括下列步驟第一步，首先在拋光Al203基片，然后沉積光致刻蝕劑，經(jīng)過光致 刻蝕，形成加熱電極和金屬測量電極的沉積槽，再剝離基片上的光致 刻蝕劑；第二步，將上步制得的基片用濃度為90。/。以上丙酮浸泡5h以上， 用去離子水漂洗至無色；然后放入去離子水中超聲清洗兩次以上，每 次10min以上；放入無水乙醇中超聲清洗兩次以上，再放入濃度為90% 以上丙酮中超聲清洗兩次以上，每次10min以上；最后置于烘箱中進 行干燥備用；第三步，在射頻濺射鍍膜設(shè)備的純金屬Sn靶上摻雜鉑或鈀；鉬、 鈀金屬摻雜采用冷壓法和粘貼法進行，冷壓法是將兩條鉑或鈀箔片， 對稱擠壓在錫靶表面；粘貼法是將4條的鉑、鈀片對稱均勻的用導(dǎo)電 硅粘合劑粘貼在錫靶表面，放置24h以上，真空處理2h以上，真空度 優(yōu)于10—3Pa;第四步，在基片上鍍制摻雜鉑鈀的Sn02薄膜，采用射頻濺射鍍膜 技術(shù)，沉積厚度為50-70nm，沉積位置在加熱電極沉積槽以內(nèi)，且與 金屬測量電極槽連接，用摻雜鉑鈀的金屬Sn作為靶材，本底真空度優(yōu) 于10—3Pa;實驗采用射頻電源，靶材為金屬錫靶，純度為99.95%以上； 濺射時通入高純Ar氣和02氣，壓力比為5: 1到1:2，并使其壓強穩(wěn)定 在5 Pa以下；在濺射過程中，耙體通水冷卻；第五步，在加熱電極和金屬測量電極的沉積槽內(nèi)采用電極印刷技 術(shù)制作加熱電極和金屬測量電極，然后將制備好的傳感器放入600-80(TC的高溫爐中燒結(jié)60min以上，傳感器制備完成。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種利用鉑鈀摻雜的SnO₂薄膜的多傳感器及其制備方法，屬于多傳感器制造領(lǐng)域。本發(fā)明包括Al₂O₃基片，鉑鈀摻雜的SnO₂薄膜，加熱電極和金屬測量電極；鉑鈀摻雜的SnO₂薄膜、加熱電極和金屬測量電極均固定在基片上，加熱電極分布在鉑鈀摻雜的SnO₂薄膜周圍，為傳感器加熱，金屬測量電極與鉑鈀摻雜的SnO₂薄膜連接，供外界測量；本發(fā)明的可用于氣敏多傳感器的SnO₂薄膜，其具有不同微結(jié)構(gòu)、不同氣敏特性，可用于制備測量混合氣體或單一氣體的氣敏多傳感器，滿足多傳感器陣列對敏感材料的要求，對我國航天傳感器的設(shè)計具有重要意義。
文檔編號G01N27/00GK101458220SQ20081018629
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者張劍鋒, 云 郭, 原 高 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所