[实用新型]一种用于室温探测的多孔硅氨敏传感器元件

说明书

技术领域

本实用新型是关于气敏传感器的，尤其涉及一种用于室温探测的多孔硅氨敏传感器元件。 

背景技术

20世纪以来，随着工业技术的飞速发展，生产过程中带来的各种气体污染物大量增加。氨气(NH₃)作为一种带有刺激性气味的无色气体，不仅严重污染了环境，同时对人类的健康也产生了极大的危害。研究用于低浓度氨气的准确检测和监控的高性能气敏传感器材料与器件对保护环境和人类健康意义重大。目前普遍使用的金属氧化物材料(如氧化钨、氧化锌、氧化锡等)工作温度远高于室温(>200℃)，较高的使用温度会带来较大能耗，并会降低元件的使用寿命。 

多孔硅作为一种孔径尺寸、孔道深度可调的多孔性结构气敏材料，因其巨大的比表面积和很高的表面化学活性可实现在室温下对检测气体的高灵敏度探测。但目前传统使用的多孔硅因孔道结构的无序分布，存在响应速度慢、恢复时间长等缺点，严重制约了其进一步实际应用。 

根据以往的研究表明，采用兼具高比表面积且孔道高度有序排列的多孔硅，可以为目标气体提供大量有效扩散通道，有望同时满足室温下高灵敏度、高选择性和快速响应/恢复特性探测较低浓度的氨气的实际需求。 

发明内容

本实用新型的目的，在于克服现有技术气敏传感器材料的金属氧化物工作温度过高及传统多孔硅孔道无序分布对气敏性能的不利影响，提供一种体积小巧、结构简单、使用方便、价格低廉，具有室温下高灵敏度、高选择性与快速响应/恢复特性的多孔硅氨敏传感器元件。 

本实用新型通过如下技术方案予以实现。 

一种用于室温探测的多孔硅氨敏传感器元件，包括硅基片衬底和电极，其特征在于，所述硅基片衬底1为n型单晶硅基片，硅基片衬底1的上面设置有多孔硅层2，多孔硅层2上表面设置有铂电极正极3和铂电极负极4。 

所述硅基片衬底1)的尺寸为2.4cm×0.9cm。 

所述硅基片衬底1)的平均孔径为170nm，厚度为68μm。 

所述铂电极正极3和铂电极负极(4)为0.2cm×0.2cm的方形铂电极，电极厚度为80nm， 电极间距为8mm。 

本实用新型首创采用了兼具高比表面积和高度有序孔道的多孔硅作为氨敏材料，可提供大量的气体吸附位置和有效的气体扩散通道。本实用新型的多孔硅氨敏传感器元件可在室温工作，对较低浓度氨气具有高灵敏度、高选择性、快速响应/恢复特性，且重复性强、稳定性好，其体积小巧、结构简单、制作工艺成熟、使用方便、价格低廉，有望在氨敏传感器领域获得推广应用。 

附图说明

图1是本实用新型一种用于室温检测的多孔硅氨敏传感器元件的结构示意图； 

图2是本实用新型一种用于室温检测的多孔硅氨敏传感器元件在对6～100ppm氨气的动态连续响应曲线； 

图3是本实用新型一种用于室温检测的多孔硅氨敏传感器元件对50ppm氨气的重复性曲线； 

图4是本实用新型一种用于室温检测的多孔硅氨敏传感器元件对100ppm多种气体的选择性示意图； 

图5是本实用新型一种用于室温检测的多孔硅氨敏传感器元件对50ppm氨气的长期稳定性测试曲线图。 

图1中的附图标记为： 

1———硅基片衬底          2———多孔硅层 

3———铂电极正极          4———铂电极负极 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。 

图1是本实用新型一种用于室温检测的多孔硅氨敏传感器元件的结构示意图，图中的硅基片衬底(1)为n型单晶硅基片，尺寸为2.4cm×0.9cm；硅基片衬底(1)的上面设置有多孔硅层(2)，该多孔硅层(2)的平均孔径为170nm，厚度为68μm，多孔硅层(2)的上面设置有铂电极正极(3)和铂电极负极(4)。所述铂电极正极(3)和铂电极负极(4)为0.2cm×0.2cm的方形铂电极，电极厚度为80nm，电极间距为8mm。 

本实用新型用于室温检测的多孔硅氨敏传感器元件的制备方法，步骤如下： 

1）硅片清洗： 

将电阻率为0.01Ω·cm，厚度为400μm，(100)晶向的2寸n型单面抛光的单晶硅片，切割成尺寸为2.4cm×0.9cm的矩形硅基底，依次放入丙酮溶剂、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗20分钟，随后放入质量分数为5%的氢氟酸水溶液中浸泡15分钟，再用去离子水洗净备用。 

2）制备硅基多孔硅：