[发明专利]基于高性能电极的硅纳米线阵列基气体传感器及其制备方法

权利要求书

1.基于高性能电极的硅纳米线阵列基气体传感器，其特征在于，包括硅片、硅纳米线阵列以及电极，以硅片为基底，通过刻蚀法在硅片表面制备垂直于硅片表面的硅纳米线阵列，在硅纳米线阵列顶端设置旋涂层，并在旋涂层上设置欧姆接触的电极，旋涂层为氧化亚铜层。

2.根据权利要求1所述的基于高性能电极的硅纳米线阵列基气体传感器，其特征在于，在有序硅纳米线阵列顶端形成Cu₂O涂层互联结构，与在旋涂层上设置欧姆接触的电极，共同构成硅纳米线阵列传感器的顶端电极，通过Cu₂O涂层互联结构引出所有硅纳米线的气敏响应信号。

3.根据权利要求1或者2所述的基于高性能电极的硅纳米线阵列基气体传感器，其特征在于，将旋涂溶液滴加到带有硅纳米线阵列的硅片表面上，利用匀胶机的旋转以在硅纳米线阵列表面形成旋涂层，旋涂溶液为硫酸铜和氢氟酸的水溶液中，氢氟酸浓度为1-3M，硫酸铜浓度为0.004-0.02M，优选氢氟酸浓度为1-3M，硫酸铜浓度为0.006-0.012M。

4.基于高性能电极的硅纳米线阵列基气体传感器的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

步骤1，将硅片置于浓硫酸和过氧化氢的混合溶液中浸泡并超声处理，然后再依次置于丙酮、无水乙醇和去离子水中进行超声处理，使用去离子水冲洗干净后烘干，得到制材1；

步骤2，将步骤1得到的制材1置于硝酸银和氢氟酸的混合水溶液中浸泡刻蚀，以得到硅纳米线阵列和沉浸纳米银颗粒，得到制材2，在硝酸银和氢氟酸的混合水溶液中，硝酸银浓度为0.01～0.03M，氢氟酸浓度为5-8M；

步骤3，将步骤2制备的制材2使用去离子水清洗后，置于硝酸水溶液中进行处理以去除剩余银纳米颗粒和硅片表面的杂质，并干燥，得到制材3；

步骤4，将步骤3得到的制材3置于匀胶机上，将旋涂溶液滴加到带有硅纳米线阵列的硅片表面上，利用匀胶机的旋转以在硅纳米线阵列表面形成旋涂层，得到制材4，旋涂溶液为硫酸铜和氢氟酸的水溶液中，氢氟酸浓度为1-3M，硫酸铜浓度为0.004-0.02M；

步骤5，在步骤4获得的制材4上磁控溅射上铂电极，通过模板法在多孔硅纳米线阵列上形成两个与硅片表面纳米线的旋涂层间的欧姆接触的电极。

5.根据权利要求4所述的基于高性能电极的硅纳米线阵列基气体传感器的制备方法，其特征在于，在步骤1中，依次置于丙酮、无水乙醇和去离子水中进行超声处理，在丙酮和无水乙醇中超声处理时间为15-20分钟，在去离子水中超声处理时间为5-10分钟；所述硅片为P型，晶向为100，单面抛光，电阻率为0.005～15Ω·cm，如硅片采用p型重掺杂(电阻率<0.005Ωcm)硅片(1 0 0)；浸泡温度为室温20—25摄氏度，浸泡时间为30—60min，优选40—50min；在浓硫酸与过氧化氢溶液中，过氧化氢水溶液与浓硫酸的体积比例为(1—5)：1，优选(4—5)：1；浓硫酸的质量百分数为95—98wt％，过氧化氢水溶液中过氧化氢体积分数为25—30vol％，超声处理时间为8—15min。

6.根据权利要求4所述的基于高性能电极的硅纳米线阵列基气体传感器的制备方法，其特征在于，在步骤2中，氢氟酸纯度为AR，硝酸银纯度为98％；硝酸银浓度为0.02～0.03M，氢氟酸浓度为5-7M，浸泡刻蚀温度为室温20—25摄氏度，刻蚀时间为10—60min，优选20—40min。

7.根据权利要求4所述的基于高性能电极的硅纳米线阵列基气体传感器的制备方法，其特征在于，在步骤3中，在硝酸水溶液中，硝酸的质量百分数为20—30wt％，置于硝酸水溶液中进行处理的温度为室温20—25摄氏度，时间为5—10min。