[发明专利]多孔硅基气体传感器及其应用于气体检测的方法

说明书

本发明提供一种多孔硅基气体传感器及其应用于气体检测的方法，所述多孔硅基气体传感器包括由经同种方法改性的下层多孔硅及上层多孔硅组成的双层改性多孔硅；所述下层多孔硅与所述上层多孔硅连通，且所述下层多孔硅底部封闭；所述上层多孔硅吸附的气体可进入所述下层多孔硅中；所述上层多孔硅的平均孔径大于所述下层多孔硅的平均孔径；所述双层多孔硅的改性方法包括气相法或液相法。本发明的多孔硅基气体传感器可持续地对气体进行检测，且在断电后仍可发挥作用，具有低能耗、无需活化、低成本的优点。同时，多孔硅制备简单成本低廉，无需考虑循环利用等问题，在实际应用中本发明中的多孔硅基传感器可直接抛弃替换。

技术领域

本发明属于传感器检测领域，涉及一种多孔硅基气体传感器及其应用于气体检测的方法。

背景技术

多孔硅(porous silicon)由于制备方法简单，价格低廉，性能卓越而受到广泛关注。其主要是通过化学或者电化学腐蚀的方法在单晶硅基底上制备出的一种具有疏松结构的材料。根据孔径划分可将其分为微孔多孔硅(<2nm)、介孔多孔硅(2～50nm)以及大孔多孔硅(>50nm)。多孔硅的比表面积较大且表面化学活性较高，易于吸附各种气体分子，可有效实现对于不同气体的检测[Sensors and Actuators B:Chemical,2003,9:263-270]。

多孔硅基气体传感器的检测原理主要是以不同气体在进入孔洞后其物理特性发生改变为基础：如电学性能的改变，气体分子进入多孔硅后，由于孔内浓缩气体引起多孔硅导电性能和介电常数发生变化；如光学性能的变化，气体化学吸附引起的荧光淬灭或干涉现象。不同于传统半导体型气体传感器，多孔硅基气体传感器主要以电容型为主，传感器的介电常数随气体浓度的变化而变化，以能够激发传感器的相关联电子器件来测量所述电容。

传统的半导体型气体传感器，以多孔SnO₂气体传感器为代表[Sensors andActuators B:Chemical,2010,145,847-853.]，其检测原理主要是通过测量其在高温下与吸附气体发生氧化还原反应所引起导电性能的变化，由于特殊的多孔结构，空气中的水气(即相对湿度)及被测气体在进入孔洞后容易被冷凝并发生迟滞现象，即脱附比吸附滞后的现象，从而影响传感器的灵敏度。因此，常用的半导体型气体传感器通常会配备一个高能耗的加热元件，在检测过程中进行加热，同时在测量前对传感器进行活化(也称为清洗过程)，活化时间通常为一分钟至十几分钟不等，活化时间与前一次检测过程中气体的浓度相关，气体浓度越高则活化时间越长，首次检测完成后需等待较长的一段时间方能进行下一次检测。由此可见，传统的半导体型气体传感器存在能耗高，活化时间长并且无法持续地对气体进行动态检测等缺点。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多孔硅基气体传感器及其应用于气体检测的方法，用于解决现有技术中气体传感器能耗高、活化时间长、无法持续地对气体进行动态检测的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多孔硅基气体传感器，所述多孔硅基气体传感器包括由经同种方法改性的下层多孔硅及上层多孔硅组成的双层改性多孔硅；所述下层多孔硅与所述上层多孔硅连通，且所述下层多孔硅底部封闭；所述上层多孔硅吸附的气体可进入所述下层多孔硅中；所述上层多孔硅的平均孔径大于所述下层多孔硅的平均孔径。

可选地，所述上层多孔硅包括大孔及介孔中的至少一种；所述下层多孔硅包括介孔及微孔中的至少一种；所述微孔的孔径小于2nm，所述介孔的孔径范围是2～50nm，所述大孔的孔径大于50nm。

可选地，所述双层改性多孔硅改性前是由单晶硅片在氢氟酸基溶液中进行阳极氧化获得。氢氟酸基包括氢氟酸溶液或氢氟酸与反应添加剂组成的混合溶液。

可选地，所述双层改性多孔硅改性的方法包括：气相法或液相法