[发明专利]一种单层多孔气敏膜、其制备方法及用途

说明书

本发明涉及一种气敏膜、其制备方法及用途。本发明的气敏膜是一种单层多孔网状气敏膜，本发明所述的方法为掩膜溅射法，具体包括：首先在整片传感器基底上平铺单层有机微球作为掩膜板，然后沉积氧化物气敏薄膜后，最后去除单层有机微球掩膜板，得到单层多孔气敏膜。本发明的方法还可以进一步采用传统背刻蚀工艺得到悬空结构的气敏传感器晶圆，并采用激光切割及裂片封装得到气敏传感器器件。本发明的方法将传统致密的二维薄膜切割成多孔网状结构，其比表面积大，增加了孔隙率、提高了薄膜与气体之间的相互作用面积，进而增加了灵敏度。同时利用溅射法制作的气敏膜性能一致性、批次稳定性较好，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于气敏传感器领域，涉及一种气敏膜、其制备方法及用途，尤其涉及一种单层多孔网状气敏膜、其掩膜溅射制备方法及在气敏传感器件的用途。

背景技术

氧化物半导体气敏传感器由于体积小、成本低、响应快等优点，在可燃气体泄露、有毒有害气体浓度检测等领域具有广泛的应用。氧化物半导体气敏传感器的传统制作方法为将合成的气敏材料涂敷或印刷到传感器基底上，其中基底包括中间带有加热丝的陶瓷管或者背面印刷有加热板的平面基底。基于传统基底的气敏传感器体积较大，功耗较高。因此最近几年，气敏传感器基底开始转向利用微机电加工(MEMS)技术制作悬空结构的微加热盘，例如专利 CN1684285A,204694669U等。这种MEMS制作出的微加热盘具有功耗低、一致性好等优势，已逐渐成为传感器市场的主流产品。然而，多孔的气敏材料仍需要采用模板法等工艺(例如CN104692332A)单独合成，再将材料制作成浆料，通过涂敷或者打印等方式组装到微加热盘上。虽然也有许多研究尝试使用溅射法等MEMS镀膜方法进行气敏薄膜的制作(例如CN1888123A,Thin Solid Films 516(2008)5111–5117)，但是传统溅射法制作的薄膜通常较为致密，与气体相互作用比表面积小，气敏性能较差。也有研究尝试采用后退火等工艺将溅射的薄膜高温烧成多孔膜(Sensors and Actuators B 24-25(1995)433-437)，但是比表面积增加有限，并未能极大提高其气敏性能。

因此，如何利用MEMS镀膜工艺(如热蒸镀、溅射镀膜等)沉积高性能氧化物半导体气敏薄膜成为MEMS气敏传感器制作的一个难点。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种单层多孔网状气敏膜、其制备方法及用途。本发明的方法将传统致密的二维薄膜切割成多孔网状结构，增加了孔隙率、提高了薄膜与气体之间的相互作用面积，进而增加了灵敏度，更重要的是，本发明采用掩膜溅射法制作单层多孔气敏膜的方法与微加热盘的MEMS工艺兼容，采用全MEMS工艺制作，提高了气敏传感器产品的一致性。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种气敏膜，所述气敏膜为多孔网状气敏膜。

优选地，所述气敏膜上的孔的直径为300nm-2000nm，例如300nm、 400nm、500nm、600nm、700nm、850nm、1000nm、1200nm、1300nm、 1500nm、1650nm、1800nm、1900nm或2000nm等。

优选地，所述气敏膜的厚度为50nm-500nm，例如50nm、60nm、70nm、 80nm、90nm、100nm、150nm、200nm、300nm、350nm、400nm或500nm等。

第二方面，本发明提供如第一方面所述的气敏膜的制备方法，所述方法为掩膜溅射法，具体包括：首先在整片传感器基底上平铺单层有机微球作为掩膜板，然后沉积氧化物气敏薄膜，最后去除单层有机微球掩膜板，得到多孔气敏膜。

本发明所述“传感器基底”指：传感器基底晶圆，也可简称为晶圆。