[发明专利]氧化铜纳米传感器

说明书

本发明公开了用于实现基于钌修饰的CuO纳米线在200℃和250℃的温度下的丙酮敏感响应的纳米颗粒沉积的系统和方法。该方法可用于构建传感器。用于构建传感器的方法很容易被广泛地集成到硅技术中，特别是集成到CMOX兼容性器件中。另外，预期这种纳米颗粒沉积方法可以转用于其它MOx纳米线传感器，例如但不限于氧化锌纳米线。

背景技术

丙酮检测是气体传感器研究领域中高度关注的问题。丙酮是许多科学领域中非常有用的溶剂，它产生对人类健康非常有害的烟雾。另外，检测亚ppm水平的丙酮已成为生物医学领域中的关注领域，因为新的研究表明丙酮是包括酮病、心力衰竭和糖尿病在内的多种疾病的可能的生物标记物。因此，可在该范围内操作的丙酮传感器作为提供健康问题的非侵入性诊断的手段是非常有前途的。

金属氧化物(MOx)基气体传感器是通过电阻测量来测量气体浓度的一类半导体传感器。这些传感器具有各种几何形状，包括金属-有机骨架、薄膜、微球、纳米球、中孔纳米颗粒薄膜、纳米片、纳米花、纳米线和其它纳米结构。纳米线是特别令人感兴趣的，因为它们的1维结构提供了高表面积，从而提供了对气体的高敏感性。特别值得注意的是具有非常低的带隙(1.2eV至1.9eV)并且可以通过热氧化容易地合成的氧化铜(CuO)纳米线。还可以在芯片上制造氧化铜纳米线，从而能够CMOX集成。

MOx基气体传感器的一个缺点是它们在室温以上操作，这需要更多的能量。

长期以来，氧化物载体上的单分散贵金属纳米颗粒一直是降低用来分解挥发性有机化合物(VOC)所需的温度的方法。一种这样的贵金属是钌，其已经在低于许多MOx气体传感器的操作温度的温度下以氧还原能力使用。因此，有时在MOx基气体传感器中使用钌。

以前已经证明，基于气体聚集的纳米簇源可用于通过纳米颗粒沉积使MOx纳米线官能化。由于其所需的快速动力学和非平衡过程，已经证明纳米颗粒生长的惰性气体冷凝方法产生复杂且精细的结构。此外，使用物理沉积工艺能够更好地将这些纳米颗粒集成到硅技术中，因为这样做避免了来自溶剂的污染并且提供了比旋涂更均匀的分布。

发明内容

本文的实施方式特别地涉及用于超低浓度丙酮蒸气的气体传感器。制造传感器的方式允许其直接与计算机芯片集成，并随后直接集成到功能装置中。目前正在研究人呼气中的丙酮作为多种疾病的生物标记物，这意味着该装置作为非侵入性诊断工具而是有价值的。

附图说明

[图1A至1F]图1A、1B、1C、1D、1E和1F一同形成了概述CuO纳米线传感器构造的过程的图；

[图2]图2示出了完成的传感器的扫描电子显微镜图像；

[图3A和3B]图3A显示了在不同操作温度下原始CuO纳米线传感器对丙酮气体的相对响应'r'，而图3B显示了在不同温度下传感器对不同浓度丙酮的响应；

[图4A至4D]图4A显示了沉积的钌纳米颗粒的尺寸分布；图4B显示了低放大率透射电子显微照片，其示出了钌纳米颗粒表面覆盖度；图4C显示了钌颗粒的高放大倍数图像；图4D显示了通过快速傅立叶变换证实的纳米颗粒的hcp结构；

[图5A]图5A显示了在气体测试之前用钌颗粒修饰CuO纳米线；

[图5B]图5B显示了在气体测试之后用钌颗粒修饰CuO纳米线；

[图6A]图6A显示了在200℃的操作温度下钌修饰的CuO纳米线对丙酮的电阻响应'r'；

[图6B]图6B显示了在250℃的操作温度下钌修饰的CuO纳米线对丙酮的电阻响应'r'；

[图7A]图7A显示了在200℃的温度下操作时钌修饰的纳米颗粒CuO纳米线传感器对丙酮的平均响应；

[图7B]图7B显示了在250℃的温度下操作时钌修饰的纳米颗粒CuO纳米线传感器对丙酮的平均响应；