[实用新型]一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件

说明书

技术领域

本实用新型是关于气敏传感器的，尤其涉及一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件。

背景技术

现代工业发展产生了大量的易燃易爆有毒有害气体。其中氮氧化物气体是一种可导致酸雨、光化学烟雾等严重环境问题、并对人类健康带来巨大威胁的典型大气污染物。随着环保意识的增强，人们对氮氧化物气体传感器的性能提出了更高的要求，研究在室温下高灵敏度、高选择性、检测超低浓度（ppb级）氮氧化物气体已成为近年来的研究热点，在工农业生产和环境监测中具有重要作用，但在目前这仍然是一项极富挑战性的课题。

多孔硅基氧化钨气敏材料由于较大的比表面积和较多的气体扩散通道,表现出显著的表面效应，在室温下对氮氧化物气体表现出较好的气敏性能,具有潜在的应用价值。并且根据以往的研究表明，掺杂改性是一种进一步显著改善气敏材料灵敏度和选择性的有效途径，有望满足室温条件下对超低浓度氮氧化物气体实现更高性能探测的实际需求。人们期待着一种更为理想的室温工作的高性能氮氧化物气敏元件的出现。

发明内容

本实用新型的目的，是在现有技术的基础上，提供一种更为理想的工艺简单、体积小巧、在室温下具有可逆响应、高灵敏度、高选择性、能够快速探测超低浓度（ppb级）的氮氧化物气体的气敏元件。

本实用新型通过如下技术方案予以实现。

一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件，包括硅基片衬底、多孔硅层和铂电极，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上表面设置有氧化钨薄膜3，氧化钨薄膜3的上面设置有铜薄膜4，铜薄膜4的上表面设置有铂电极正极5和铂电极负极6。

所述硅基片衬底1的尺寸为2.4cm×0.9cm。

所述多孔硅层2的平均孔径为170nm，厚度为68μm。

所述氧化钨薄膜3的薄膜厚度为35nm。

所述铜薄膜4的薄膜厚度为8nm。

所述铂电极正极5和铂电极负极6为0.2cm×0.2cm的方形铂电极，电极厚度为80nm，电极间距为8mm。

本实用新型是一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件，可以在室温工作，且对超低浓度（ppb级）的氮氧化物气体具有很高的选择性，可以实现高灵敏度的快速探测。其体积小巧、使用方便，重复性强，有望在氮氧化物气体传感器领域获得推广应用。

附图说明

图1是本实用新型一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件的结构示意图；

图1中的附图标记如下：

1————硅基片衬底      2————多孔硅层

3————氧化钨薄膜      4————铜薄膜

5————铂电极正极      6————铂电极负极

图2是本实用新型一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件对1～1000ppb NO₂气体的动态响应曲线；

图3是本实用新型一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件的灵敏度与NO₂气体浓度的对应关系图；

图4是本实用新型一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件的响应/恢复时间与NO₂气体浓度的对应关系图；

图5是本实用新型一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件对2ppm的NO₂的重复性探测曲线；

图6是本实用新型一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件对多种气体的选择性示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件的结构示意图，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)的上面设置有氧化钨薄膜(3)，厚度为35nm，氧化钨薄膜(3)的上面设置有铜薄膜(4)，厚度为8nm，铜薄膜(4)的上面设置有铂电极正极(5)和铂电极负极(6)。所述铂电极正极(5)和铂电极负极(6)为0.2cm×0.2cm的方形铂电极，电极厚度为80nm，电极间距为8mm。

本实用新型的一种室温工作的高性能氮氧化物气敏元件的制备方法，步骤如下：

1）硅基片清洗：