專(zhuān)利名稱(chēng)：用于同時(shí)檢測(cè)Cu的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于同時(shí)檢測(cè)幾種重金屬的傳感器及制備方法，尤其涉及用于同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器及其制備方法。
背景技術(shù)：
重金屬離子(如Zn2+、Pb2+、Cd2+、Cu2+、Cr6+、Mn5+、As3+、Fe3+、Hg2+)能夠?qū)θ梭w產(chǎn)生有害甚至致命的影響，因此重金屬的定量檢測(cè)在藥物、食品、臨床和環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面有著非常重要的意義。目前的檢測(cè)方法主要有原子吸收分光光度法和質(zhì)譜法等，但是采用這些方法的設(shè)備龐大，并且昂貴，需要復(fù)雜的預(yù)處理，測(cè)量周期長(zhǎng)以及需要熟練的操作人員，這在實(shí)際應(yīng)用中帶來(lái)許多不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器及其制備方法，能夠?qū)u2+、Pb2+、Cd2+同時(shí)進(jìn)行定性和定量檢測(cè)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種用于同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器，以p型或n型Si片作基底，在基底上面為SiO2層，SiO2層上面為對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+敏感的三種薄膜；一種用于同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器的制備方法，它是由下列步驟組成(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n型<100>單晶硅片作為薄膜傳感器的基底，所述的硅片經(jīng)拋光清洗后，放入高溫爐中進(jìn)行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長(zhǎng)一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個(gè)環(huán)形的歐姆接觸引出導(dǎo)線，除了環(huán)形部位外，其余部分均用環(huán)氧樹(shù)脂密封，即制成所需要的薄膜傳感器基底；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比為55～65∶20～30∶10～20，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術(shù)的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比為50～60∶20～30∶10～20，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)；然后自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術(shù)的Pb靶材；
選用高純度化合物CdS、Ag2S和CdI2，其摩爾比為45～55∶20～30∶15～25，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑/為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術(shù)的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術(shù)在傳感器基底上制備敏感薄膜，用脈沖激光沉積技術(shù)，在SiO2制備對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+敏感的薄膜，在SiO2層上形成三個(gè)薄膜區(qū)域，脈沖激光沉積設(shè)備主要由激光發(fā)生器和真空腔組成；上述薄膜制備過(guò)程參數(shù)為

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+、Cd2+三種重金屬離子，檢測(cè)器件小，試樣溶液少，測(cè)量快速，使用便捷，測(cè)量準(zhǔn)確，干擾離子少。該薄膜傳感器可在江河湖海、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域如血液、體液等、工業(yè)廢水、中藥、蔬菜、水果、茶葉等領(lǐng)域中對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+進(jìn)行定性和定量檢測(cè)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是脈沖激光沉積技術(shù)制備薄膜過(guò)程原理圖；圖4是Cu2+薄膜傳感器的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；圖5是Pb2+薄膜傳感器的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；圖6是Cd2+薄膜傳感器的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖；具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明如下實(shí)施例1從圖2和圖1可見(jiàn)本發(fā)明用于同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器，是選用p型或n型Si片作基底，在該基底上面為SiO2層，SiO2層上面有三種分別對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+敏感的薄膜。
本發(fā)明用于同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器的制備，由如下步驟組成(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n型<100>單晶硅片作為基底。硅片經(jīng)拋光清洗后，放入高溫爐中進(jìn)行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長(zhǎng)一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個(gè)環(huán)形的歐姆接觸引出導(dǎo)線，除了環(huán)形部位留下外，其余部分均用環(huán)氧樹(shù)脂密封，即制成所述的薄膜傳感器基底，激發(fā)光源采用正面或背面均可；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比55∶20∶10，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)，自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是得到了脈沖激光沉積技術(shù)的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比50∶20∶10，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)，自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術(shù)的Pb靶材；選用高純度化合物CdS、Ag2S、CdI2，其摩爾比45∶20∶15，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓薄片；放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)，自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術(shù)的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術(shù)，在傳感器基底上制備敏感薄膜，脈沖激光沉積設(shè)備主要由激光發(fā)生器和真空腔組成；圖3所示為脈沖激光沉積技術(shù)制備薄膜原理圖，激光束通過(guò)透鏡聚焦后照射到敏感材料靶材表面上，反射后在靶材表面形成等離子體區(qū)，激發(fā)的敏感材料蒸發(fā)到基底上，形成敏感薄膜。制備過(guò)程分為三次，每一次制備一種薄膜，沉積面積占整個(gè)圓形硅片的三分之一，最后在一個(gè)圓形硅片上沉積了三種等面積的薄膜。為了保證薄膜和金屬層的緊密結(jié)合，襯底升溫到100℃，預(yù)熱20分鐘，在沉積結(jié)束后保持10分鐘，然后在真空腔中自然降溫。
實(shí)施例2(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n型<100>單晶硅片作為基底。硅片經(jīng)拋光清洗后，放入高溫爐中進(jìn)行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長(zhǎng)一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個(gè)環(huán)形的歐姆接觸引出導(dǎo)線，除了環(huán)形部位留下外，其余部分均用環(huán)氧樹(shù)脂密封，即制成所述的薄膜傳感器基底，激發(fā)光源采用正面或背面均可；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比60∶25∶15，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)，自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是得到得到了脈沖激光沉積技術(shù)的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比55∶25∶15，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)，自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術(shù)的Pb靶材；選用高純度化合物CdS∶Ag2S∶CdI2摩爾比50∶25∶20，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)，自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是脈沖激光沉積技術(shù)的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術(shù)，在傳感器基底上制備敏感薄膜，脈沖激光沉積設(shè)備主要由激光發(fā)生器和真空腔組成；圖3所示為脈沖激光沉積技術(shù)制備薄膜原理圖，激光束通過(guò)透鏡聚焦后照射到敏感材料靶材表面上，反射后在靶材表面形成等離子體區(qū)，激發(fā)的敏感材料蒸發(fā)到基底上，形成敏感薄膜。制備過(guò)程分為三次，每一次制備一種薄膜，沉積面積占整個(gè)圓形硅片的三分之一，最后在一個(gè)圓形硅片上沉積了三種等面積的薄膜。為了保證薄膜和金屬層的緊密結(jié)合，襯底升溫到100℃，預(yù)熱20分鐘，在沉積結(jié)實(shí)施例3(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n型<100>單晶硅片作為基底。硅片經(jīng)拋光清洗后，放入高溫爐中進(jìn)行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長(zhǎng)一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個(gè)環(huán)形的歐姆接觸引出導(dǎo)線，除了環(huán)形部位留下外，其余部分均用環(huán)氧樹(shù)脂密封，即制成所述的薄膜傳感器基底，激發(fā)光源采用正面或背面均可；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比65∶30∶20，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)，自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是得到得到了脈沖激光沉積技術(shù)的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比60∶30∶20，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)，自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術(shù)的Pb靶材；選用高純度化合物CdS∶Ag2S∶CdI2摩爾比55∶30∶25，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)，自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是脈沖激光沉積技術(shù)的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術(shù)，在傳感器基底上制備敏感薄膜，脈沖激光沉積設(shè)備主要由激光發(fā)生器和真空腔組成；圖3所示為脈沖激光沉積技術(shù)制備薄膜原理圖，激光束通過(guò)透鏡聚焦后照射到敏感材料靶材表面上，反射后在靶材表面形成等離子體區(qū)，激發(fā)的敏感材料蒸發(fā)到基底上，形成敏感薄膜。制備過(guò)程分為三次，每一次制備一種薄膜，沉積面積占整個(gè)圓形硅片的三分之一，最后在一個(gè)圓形硅片上沉積了三種等面積的薄膜。為了保證薄膜和金屬層的緊密結(jié)合，襯底升溫到100℃，預(yù)熱20分鐘，在沉積結(jié)束后保持10分鐘，然后在真空腔中自然降溫。
下表為實(shí)施例1～3脈沖激光沉積技術(shù)制備薄膜過(guò)程的參數(shù)
表1脈沖激光沉積技術(shù)制備薄膜過(guò)程參數(shù)

傳感器的工作原理半導(dǎo)體直流偏壓的改變會(huì)引起內(nèi)部光生電流的變化，在固定偏壓不變的薄膜傳感器中，薄膜對(duì)電解質(zhì)溶液中的Cu2+、Pb2+、Cd2+的選擇性是回路中電流引起變化的決定因素，不同的濃度會(huì)引起電流的改變，通過(guò)測(cè)量外電路中的電流變化，就可以反映出溶液中的Cu2+、Pb2+、Cd2+濃度。
激發(fā)光源采用激光二極管，可以正面或背面照射；參比電極選用鉑電極或Ag/AgCl；歐姆接觸引出導(dǎo)線接直流電源，直流電源是起偏壓的作用；測(cè)量溶液會(huì)引起敏感膜電位的變化，從而引起電路回路中的電流發(fā)生改變，通過(guò)測(cè)量到的光電流變化就可以測(cè)量出溶液中所含Cu2+、Pb2+、Cd2+的濃度。
傳感器的特性薄膜傳感器對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+選擇性的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖3、圖4和圖5所示。檢測(cè)下限分別為1×10-6mol/L、2×10-7mol/L和1×10-7mol/L。三種薄膜傳感器的響應(yīng)時(shí)間均小于1min，濃度高時(shí)相對(duì)略快些。并且當(dāng)測(cè)量高濃度Cu2+、Pb2+、Cd2+溶液后，再測(cè)量低濃度時(shí)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的濃度遲滯效應(yīng)現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種用于同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器，以p型或n型Si片作基底，在基底上為SiO2層，SiO2層上面為對(duì)Cu2+、pb2+、Cd2+敏感的三種薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的用于同時(shí)檢測(cè)Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器的制備方法，該方法是由如下步驟組成(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n所述的型<100>單晶硅片作為薄膜傳感器的基底，所述的硅片經(jīng)拋光清洗后，放入高溫爐中進(jìn)行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長(zhǎng)一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個(gè)環(huán)形的歐姆接觸引出導(dǎo)線，除了環(huán)形部位外，其余部分均用環(huán)氧樹(shù)脂密封，即制成所需要的薄膜傳感器基底；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比為55～65∶20～30∶10～20，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是脈沖激光沉積技術(shù)的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比為50～60∶20～30∶10～20，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個(gè)小時(shí)；然后自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術(shù)的Pb靶材；選用高純度化合物CdS、Ag2S和CdI2，其摩爾比為45～55∶20～30∶15～25，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長(zhǎng)方體，放到石英瓶中，在干燥的氮?dú)鈼l件下，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，再重新把小長(zhǎng)方體研磨碎，制成直徑/為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個(gè)小時(shí)；然后自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術(shù)的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術(shù)在傳感器基底上制備敏感薄膜，用脈沖激光沉積技術(shù)，在SiO2層上分別制備對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+敏感的薄膜，在SiO2層上形成三個(gè)薄膜區(qū)域，脈沖激光沉積設(shè)備主要由激光發(fā)生器和真空腔組成；上述制備薄膜過(guò)程參數(shù)為沉積過(guò)程參數(shù)Cu實(shí)驗(yàn)值 Pb實(shí)驗(yàn)值 Cd實(shí)驗(yàn)值能量密度0.2J/cm220.2J/cm20.2J/cm2波長(zhǎng)248nm 248nm 248nm脈沖寬度30ns 30ns 30ns重復(fù)頻率4Hz5Hz6Hz沉積時(shí)間50min 40min 60min壓力0.3mbar N20.25mbar N20.4mbar N2基底溫度373K 373K 373K靶材材料Cu-Ag-I-S Pb-Ag-I-S Cd-Ag-I-S。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于同時(shí)檢測(cè)Cu
文檔編號(hào)H01L49/02GK1945303SQ200610017279
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者門(mén)洪, 王建國(guó) 申請(qǐng)人:東北電力大學(xué)