[发明专利]一种基于激光烧蚀平面叉指电极气体传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于激光烧蚀平面叉指电极气体传感器的制备方法，该气体传感器主要包括加热装置、叉指电极和气敏薄膜三部分。在叉指电极基片上磁控溅射金属薄膜，利用激光光束将金属薄膜烧蚀分割为两部分，即可形成叉指电极；叉指电极的电极宽度、电极长度和电极间距分别通过激光切割机载物台的X轴、Y轴扫描空程和激光光斑大小进行有效地控制。在上述激光烧蚀分割的平面叉指电极上表面，可直接进行气敏薄膜制备。将制备气敏薄膜的平面叉指电极和加热装置进行叠放，夹持叉指电极基片和加热装置基片在保护气体氛围下共烧结，即可实现基于激光烧蚀平面叉指电极气体传感器的制备。实验结果证明。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，涉及一种基于激光烧蚀平面叉指电极气体传感器的制备方法，特别涉及一种可用于直接生长气敏薄膜的激光烧蚀平面叉指电极的制备方法。

背景技术

气体传感器，又称气敏传感器，是化学传感器的一个重要分支。随着科学技术的发展，工农业生产规模的逐渐扩大，产品种类的不断增多，气体传感器在生产和生活的许多方面所扮演的角色越来越重要。气体传感器是一种利用各种化学和物理效应，将气体的种类、浓度和成分等非电量信息按一定的规律转化成可测电量信息的新型气体测量传感器件，能及时地实现易燃、易爆、有毒和有害等气体监测、预报和自动控制，对产业机构的正常运行、人生安全和环境保护有重要的作用。如果气敏材料在工作环境下初始电阻值过大，极有可能受到环境因素的影响，尤其是周围空气等效电阻值与气敏材料电阻值相当时，会引起元件测量的不准确。通常，叉指电极能有效降低气敏材料工作状态下的初始电阻值，因此叉指电极气体传感器在现代技术和工程领域得到广泛的应用。随着气体传感器向小型化、集成化和便于维护方向的发展，高精度气体传感器电极的制备倍受重视。

气体传感器叉指电极的制备方法很多，主要有丝网印刷法、湿法蚀刻法和干法蚀刻法等。丝网印刷叉指电极，电极宽度、电极间距的尺寸(均大于130μm)相对较大，容易导致载流子复合率增加、灵敏度变差，且印刷电极容易出现渗透、短路等现象；湿法蚀刻和干法刻蚀，不仅需要考虑电极刻蚀过程中基片材料的耐腐蚀能力，而且还存在工艺复杂、可控性差和成本较高等现象。另外，传统的气敏薄膜制备方法，主要有丝网印刷、浸渍、提拉、刀片法等；相对直接生长的气敏薄膜，该方法制备的气敏薄膜附着力相对较小，导致器件的稳定性较差。关于平面叉指电极气体传感器已有广泛的研究，但对于气体传感器的激光烧蚀平面叉指电极、直接生长气敏薄膜的研究还处于起步阶段，此方法的报道文献很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光烧蚀平面叉指电极气体传感器的制备方法。该气体传感器的平面叉指电极具有精度高(电极间距可小于10μm)、重复性好和工艺简单等优势，有利于气体传感器性能提高和商业化应用。

这种基于激光烧蚀平面叉指电极气体传感器，包括加热装置、叉指电极和气敏薄膜三部分。加热装置包括耐高温绝缘的加热装置基片、加热电极、封装材料和气孔，加热电极是在绝缘层上制备的固定电极或外置电极；叉指电极是指沉积在绝缘基片上的金属薄膜，通过激光烧蚀后形成的金属叉指电极；气敏薄膜是指在不同条件下直接生长或其它工艺制备的纳米气敏薄膜。

本发明涉及的气体传感器是这样实现的：

一种基于激光烧蚀平面叉指电极气体传感器的制备方法，按以下步骤实现：

(1)根据激光烧蚀叉指电极传感器的设计要求，切割、清洗叉指电极基片，利用磁控溅射技术沉积金薄膜电极，用激光切割机将金属薄膜电极烧蚀分割为两部分，形成平面叉指电极；

(2)所述的叉指电极基片，是指下述任意一种材料的叉指电极基片：石英玻璃；氧化铝；氮化铝；

(3)根据检测气体的种类要求，在平面叉指电极的上表面，利用化学法、电化学法或气相沉积法直接生长各种气敏薄膜，或采用丝网印刷法、浸渍法、提拉法和刀片法制备气敏薄膜；