[发明专利]一种室温P-N-P异质结型氢气传感器及其制备方法

权利要求书

1. 一种室温P-N-P异质结型氢气传感器，其特征在于：包括衬底，所述衬底为P型微结构硅或P型多孔硅，所述P型微结构硅或P型多孔硅的表面设置有金属纳米颗粒层，所述金属纳米颗粒层的表面设置有P型有机半导体薄膜，所述P型有机半导体薄膜的表面设置有叉指电极。

2. 根据权利要求1所述的一种室温P-N-P异质结型氢气传感器，其特征在于：所述P型微结构硅衬底表面为微米级整齐的圆包状、圆锥状或圆柱状阵列结构；P型多孔硅衬底表面为近似圆形孔，孔径为10nm-10μm。

3. 根据权利要求1所述的一种室温P-N-P异质结型氢气传感器，其特征在于：所述叉指电极为金、银、铝、铜和铂金属作为电极材料；叉指电极的叉指间距为100μm -1000μm，叉指宽度为100μm -1000μm，叉指电极的电极厚度为30nm-1μm。

4. 一种室温P-N-P异质结型氢气传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

①采用碱法或干法刻蚀工艺刻蚀P型单晶硅片制备P型微结构硅衬底，或者采用酸法或电化学法刻蚀P型单晶硅片工艺制备P型多孔硅衬底；

②采用真空热蒸发后快速热退火、直流溅射后快速热退火、电子束蒸发后快速热退火、金属溶胶旋涂、金属溶胶滴涂的方法在P型硅衬底表面生长金属纳米颗粒层；

③采用旋涂、喷涂、自组装或电化学成膜法工艺在金属纳米颗粒层表面制备P型有机半导体敏感薄膜；

④   采用真空蒸发或丝网印刷工艺制备叉指电极。

5. 根据权利要求4所述的一种室温P-N-P异质结型氢气传感器的制备方法，其特征在于：其中步骤①所述P型单晶硅片为<100>晶向，其电阻率为6~8 Ω·cm，其厚度为680~720μm。

6. 根据权利要求4所述的一种室温P-N-P异质结型氢气传感器的制备方法，其特征在于：步骤①所述碱法刻蚀工艺，需要首先采用PECVD工艺在硅片表面制备90-600nm的氮化硅(Si₃N₄)掩膜，然后对氮化硅（Si₃N₄）薄膜进行光刻、刻蚀、去胶，并清洗，得到具有图形为圆形的氮化硅（Si₃N₄）掩膜；接着采用碱性各向异性腐蚀液，在一定条件下对硅片进行刻蚀；所述干法刻蚀方法，首先采用上述碱法刻蚀工艺中相同的掩膜制备工艺；然后采用反应离子刻蚀（RIE）工艺刻蚀带有掩膜的硅片，刻蚀气体可选择氧基、氟基、氯基以及溴基气体。

7. 根据权利要求4所述的一种室温P-N-P异质结型氢气传感器的制备方法，其特征在于：其中步骤①所述酸法刻蚀工艺，首先在P型单晶硅表面采用真空热蒸发、直流溅射或电子束蒸发工艺沉积5nm-20nm的金属薄膜，然后通过200℃-1000℃的快速热退火使得金属薄膜在P型单晶硅表面凝聚成均匀的金属纳米颗粒，金属纳米颗粒作为酸法刻蚀的催化剂；然后采用酸法刻蚀液，在一定条件下对硅片进行刻蚀得到多孔硅衬底，金属纳米颗粒也随着刻蚀的进行进入多孔硅的孔隙底部，可省略步骤②。

8. 根据权利要求4所述的一种室温P-N-P异质结型氢气传感器的制备方法，其特征在于：其中步骤②所述真空热蒸发、直流溅射和电子束蒸发的靶材为金、银、钯、铂固体金属单质靶材，而金属溶胶旋涂和金属溶胶滴涂则采用胶体金、胶体银、胶体钯、胶体铂贵金属颗粒悬浊液。

9. 根据权利要求4所述一种室温P-N-P异质结型氢气传感器的制备方法，其特征在于：其中步骤③所述P型有机半导体敏感薄膜的材料为聚苯胺（PANI）、聚吡咯（PPY）及其衍生物。