[发明专利]一种基于快速响应湿度变化的视频监控设备

权利要求书

1.一种基于快速响应湿度变化的视频监控设备，其特征在于，所述视频监控设备的外部 安装有湿敏传感器模块，该湿敏传感器模块包括从下到上依次布设的重掺杂硅片(1)、紧贴 重掺杂硅片(1)的SiO₂层(2)、碳纳米管层(4)、位于SiO₂层(2)间的下电极(3)和位 于碳纳米管层(4)上的上电极(5)，所述碳纳米管层(4)生长于SiO₂层(2)上；所述下 电极(3)为金属薄膜，所述金属薄膜从内到外依次为具有黏附性的Cr层、导电导热的Cu 层和作为电极层的Au层，所述Cr层、Cu层和Au层的厚度依次为60nm、200nm和500nm； 所述碳纳米管层(4)采用催化剂和/或光刻法实现其定域生长，生长后的所述碳纳米管层(4) 采用等离子体使其产生羟基修饰，碳纳米管层(4)在等离子体羟基修饰之前经过了加入微量 钨粉的醋酸和双氧水混合溶液的处理；所述金属薄膜的表面紧贴有感测细菌生长的细菌酶膜 层，该细菌酶膜层与金属薄膜一起形成感测水分的细菌湿敏感测器；所述下电极(3)和上电 极(5)上连接有一个用于和客户端通信连接的微控处理器。

2.根据权利要求1所述的一种基于快速响应湿度变化的视频监控设备，其特征在于，所 述湿敏传感器的制作包括以下步骤：

S1：SiO₂层制作：取所述重掺杂硅片(1)，将其放入管式炉中，按照10℃/min的速率 升温到500℃，保温12h，然后自然冷却至室温，即可在重掺杂硅片(1)表面形成SiO₂层 (2)；

S2：下电极制作：将步骤(1)中制得的有SiO₂层(2)的重掺杂硅片(1)依次使用丙酮、 乙醇、去离子水清洗15min后烘干，在其表面旋涂光刻胶，使用下电极掩模版对其曝光，120℃ 烘干2min后显影、烘干，在CHF₃气氛下干法刻蚀SiO₂层(2)，刻蚀30min，将刻蚀SiO₂层(2)清洗后的重掺杂硅片(1)放入磁控溅射仪中，在低于1.5×10^-3pa真空下依次磁控溅 射Cr层、Cu层和Au层；将磁控溅射好Cr层、Cu层和Au层的下电极(1)表面固定上细 菌酶膜，然后清洗光刻胶；所述重掺杂硅片(1)的尺寸大小为2cm×2cm；

S3：气喷催化剂薄膜，步骤如下：

a.使用Fe/Ni纳米粒子作为碳纳米管(4)生长的催化剂，首先，对带有下电极(3)的重 掺杂硅片(1)旋涂光刻胶，采用催化剂的定域掩模版对其进行曝光，然后经过显影，清洗备 用；

b.配制催化剂Fe/Ni的分散液：分别称取200mg、50mg的Fe纳米粒子和Ni纳米粒子， 将其加入60ml的98％H₂SO₄和40ml的69％的HNO₃混合溶液中，在80℃水浴中超声3 h，然后用去离子水清洗后过滤，得到干燥的Fe/Ni混合纳米粒子，然后称取100mg的Fe/Ni 纳米粒子，加入500ml的去离子水中，充分搅拌后得到Fe/Ni混合纳米粒子的分散液；

c.使用高纯氮气作为气喷载体，调节喷笔与重掺杂硅片(1)之间的水平和垂直距离，使 分散液的溶剂到达基片上时刚好挥发为准，气喷5次，每次气喷20s，使形成一层均匀的厚 度约为20nm的催化剂Fe/Ni的混合纳米粒子薄膜；

S4：CVD法生长碳纳米管：

碳纳米管(4)反应气源为CH₄和H₂的混合气体，首先将带有图案化催化剂粒子的重掺 杂硅片(1)进行清洗，去除光刻胶，放入反应腔中；然后抽真空，达到真空要求后通入氢气， 施加微波使反映腔中产生等离子体；加热衬底使其达到一定的温度并保持40min，通入甲烷 气体，此时碳纳米管(4)开始生长；在生长过程中腔中真空度保持不变；经过10min左右， 关闭微波源和射频加热器，停止通入甲烷气体，关闭氢气，通入氩气，取出重掺杂硅片(1) 的衬底，得到图案化的碳纳米管(4)；

S5：等离子体处理碳纳米管：

a.首先将40ml的60％醋酸和20ml的10％的双氧水放入烧杯，充分混合，在其中加入 微量钨粉，然后将生长有图案化碳纳米管(4)的重掺杂硅片(1)的衬底放入，静置2h；

b.把生长有碳纳米管(4)的重掺杂硅片(1)的衬底送进等离子体发生器中，抽真空至 1.0×10^-1pa以下，然后以惰性气体N₂为载气，将反应物氨水随N₂气流带入仪器中，使气流 流速稳定在20mL/min，等待1h，打开功率源，调节至50W，仪器中产生辉光，在等离子体 作用下，气体分子价键被破坏，大量羟基产生，碳纳米管(4)在醋酸和双氧水的环境中经过 钨粉的作用，碳纳米管被产生的羟基修饰，等离子体处理30min后，关闭功率源，取出衬底；

S6：制备上电极：将步骤S1～S5中得到的重掺杂硅片(1)用臭氧清洗20min，覆盖上电 极(5)的陶瓷掩模版，然后将重掺杂硅片(1)放入磁控溅射仪中，在低于1.5×10^-3pa真空 下溅射具有Au层的上电极(5)，其中，Au层的厚度约200nm；

S7：焊接封装：分别用引线使上电极(5)和下电极(3)连接，对所述湿敏传感器进行 封装，并把数字电桥与碳纳米管电容式湿敏传感器焊接，数字电桥用来读取在湿度变化环境 下湿敏传感器的电容变化，以此来标定水蒸气浓度。

3.根据权利要求2所述的一种基于快速响应湿度变化的视频监控设备，其特征在于，所 述步骤S2中旋涂光刻胶的参数设置如下：低速900rpm，15s；高速3500rpm，50s。