[发明专利]声表面波湿度传感器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种声表面波湿度传感器及其制作方法。该声表面波湿度传感器，设在衬底上表面的压电薄膜、设在压电薄膜上表面的叉指电极和ZnO纳米线/石墨烯量子点复合结构敏感层；其中，涂覆在叉指电极的上表面和/或压电薄膜未被叉指电极覆盖的上表面的ZnO纳米线/石墨烯量子点复合结构敏感层由以下步骤实现：将纳米线粉末和石墨烯量子点溶液按照物料比1‑5mg:50‑2000μL混合，并加入子水稀释，超声分散得到敏感溶液；将敏感溶液涂在声表面波器件上并烘干即可。该声表面波湿度传感器的灵敏度高达40.16kHz/％RH。本发明还包括上述声表面波湿度传感器的制作方法。

技术领域

本发明涉及信息电子材料技术领域，尤其涉及一种声表面波湿度传感器及其制作方法。

背景技术

湿度传感器在生物培养、晶圆加工、土壤湿度检测、伤口愈合状况、非接触运动检测人机界面等方面具有广泛的应用前景。基于声表面波技术(surface acoustic wave,SAW)的湿度传感器由于尺寸小、与集成电路制备工艺兼容、成本低、可无线无源化等优势，在湿度探测领域受到广泛关注。

声表面波对于衬底表面扰动十分敏感，表面处的质量负载，电导率、弹性模量等因素都会对其幅度、频率及相位产生影响。通过在表面引入一层吸附水分子的敏感膜，可以制备出声表面波湿度传感器。传统声表面波湿度传感器基于常见的半导体金属氧化物敏感膜，如氧化锌、二氧化锡、二氧化钛和二氧化硅等，并制备出了一系列微观结构，通过提高比表面积来提高灵敏度，然而存在灵敏度低、响应恢复时间长及滞后明显等问题，如2013年，何兴理等人基于氧化锌/聚酰亚胺结构，获得了3.47kHz/％RH的灵敏度。同时，由于石墨烯、二硫化钼等二维材料及其衍生物因羟基等官能团含量丰富，也被广泛用作制备湿度敏感膜，但是其局限于器件表面，而无法形成各种空间结构，进一步提升活性位点数量。如2019年，乐先浩等人基于氧化石墨烯/氮化铝/掺杂硅结构，将灵敏度提升至25.3kHz/％RH。

为此本发明提出一种声表面波湿度传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何使得氧化锌的表面形成较多的羟基官能团提升声表面波湿度传感器的灵敏度的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种声表面波湿度传感器及其制作方法。

一种声表面波湿度传感器，包括衬底、设在所述衬底上表面的压电薄膜、设在所述压电薄膜上表面的叉指电极和ZnO纳米线/石墨烯量子点复合结构敏感层；所述ZnO纳米线/石墨烯量子点复合结构敏感层涂覆在叉指电极的上表面和/或所述压电薄膜未被所述叉指电极覆盖的上表面；其中，所述涂覆在所述叉指电极的上表面和/或所述压电薄膜未被所述叉指电极覆盖的上表面的所述ZnO纳米线/石墨烯量子点复合结构敏感层由以下步骤实现：

将纳米线粉末和石墨烯量子点溶液按照物料比1-5mg:50-2000μL混合，并加入水稀释，超声分散得到敏感溶液；

将所述敏感溶液涂在所述叉指电极的上表面和/或所述压电薄膜未被所述叉指电极覆盖的上表面上并烘干即可。

优选地，按照所述石墨烯量子点溶液与所述水的体积比1:5-1000加入所述水稀释。

优选地，将纳米线粉末和石墨烯量子点溶液按照物料比1-5mg:1000-2000μL混合。

优选地，将所述敏感溶液涂在所述叉指电极的上表面和/或所述压电薄膜未被所述叉指电极覆盖的上表面上并在60～80℃下烘干即可。

优选地，所述压电薄膜的材质为氧化锌、氮化铝或掺杂氮化铝。

优选地，所述压电薄膜厚度为0.2～6μm。

优选地，所述叉指电极的波长为50nm～400μm，金属化率为0.1～0.9。