[发明专利]一种氟碳膜/金属氧化物气敏膜复合叠层器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氟碳膜/金属氧化物气敏膜复合叠层器件及其制备方法，涉及半导体气体传感技术领域，具体步骤为：步骤1：通过球磨机将金属氧化物纳米颗粒和乙基纤维素/松油醇溶液按照质量比为1：1均匀混合，制备成金属氧化物气敏浆料；步骤2：将金属氧化物气敏浆料涂覆在平面电极上，静置一段时间后干燥，再在500‑800℃下烧结，获得金属氧化物气敏膜；步骤3：通过磁控溅射的制备方法在金属氧化物气敏膜表面原位制备一层氟碳膜，获得氟碳膜/金属氧化物气敏膜叠层器件。本发明利用氟碳膜的阻水透气特性，改善湿度对气敏器件性能的影响，提升气敏器件在不同湿度环境中的检测准确性。

技术领域

本发明涉及半导体气体传感技术领域，特别涉及一种可以有效改善湿度对半导体气体传感器件性能影响的新器件结构及其制备方法，具体涉及一种氟碳膜/金属氧化物气敏膜复合叠层器件及其制备方法。

背景技术

半导体气体传感器是一种能将气体信息转换成电学信号的传感器件，其原理是利用气体在金属氧化物膜表面发生的化学吸附/反应，导致金属氧化物膜的电导率发生变化，从而实现气体信息的传感检测。半导体气体传感器具有灵敏度高、响应速度快、结构简单、成本低廉、工作寿命长等优点，在环境监测和工业控制等领域得到广泛应用。

半导体气体传感器的性能核心是金属氧化物气敏膜。除了所测气体会导致金属氧化物膜电导率发生变化外，湿度同样会影响其电导率。当环境湿度变化时，半导体气体传感器电阻基线会发生漂移。如何解决环境湿度对器件性能的影响一直是半导体气体传感器领域的研究难点之一。

为了解决湿度对半导体气体传感器件性能的影响问题，目前研究者从两个方面开展了相关研究工作。一方面是通过元素掺杂，改善金属氧化物薄膜的抗环境湿度影响能力和长期稳定性。如Co和Cr掺杂的SnO₂抗湿能力明显提升(Sens.Actuat.B-Chem.,2000,60:316-318.)。另一方面是从工程角度，利用阻水透气薄膜对传感器件进行封装，在不影响其他气体透过的情况下，选择性隔离水汽与金属氧化物薄膜的接触来抑制水汽对其性能的影响，降低湿度导致的响应值的相对误差。

然而，随着半导体气体传感器件MEMS工艺的发展，器件体积越来越微型化，利用现成阻水透气薄膜对器件进行封装的工艺越来越复杂。为了解决这个问题，本发明通过在金属氧化物薄膜表面原位制备阻水透气薄膜，构建高分子复合叠层器件，抑制湿度对器件性能的影响。

发明内容

本发明提供一种氟碳膜/金属氧化物气敏膜复合叠层器件及其制备方法。本发明利用氟碳膜的阻水透气特性，在金属氧化物气敏膜表面原位制备一层氟碳膜，构建复合叠层器件结构，改善湿度对气敏器件的性能影响，提升气敏器件在不同湿度环境下的检测准确性。

本发明更具体的技术方案如下：

一种氟碳膜/金属氧化物气敏膜复合叠层器件的制备方法，将氟碳膜原位沉积在金属氧化物气敏膜表面形成复合叠层结构，具体步骤为：

步骤1：利用球磨机，将金属氧化物纳米颗粒和乙基纤维素/松油醇溶液按照质量比为1：1均匀混合，制备成金属氧化物气敏浆料；

步骤2：将金属氧化物气敏浆料涂覆在平面电极上，静置一段时间后干燥，再升温至500-800℃烧结，获得金属氧化物气敏膜；

步骤3：在金属氧化物气敏膜表面原位制备一层多孔氟碳膜，获得氟碳膜/金属氧化物气敏膜复合叠层器件。

在步骤1中，所述金属氧化物为SnO₂、ZnO、WO₃、In₂O₃等。

在步骤1中，所述金属氧化物纳米颗粒的粒径为45-55nm，所述乙基纤维素/松油醇溶液的浓度为3-5wt％。

在步骤1中，球磨机均匀混合的转速为350-400rpm，球磨机均匀混合的时间为3-5h。