[发明专利]一种具有超高室温灵敏度和超快室温响应特性的硅纳米线气体传感元件

摘要

本发明提供一种具有超高室温灵敏度和超快室温响应特性的硅纳米线气体传感元件，包含p型或者n型单晶硅片基底和铂电极，在单晶硅片基底与铂电极之间有兼具Ag纳晶修饰改性和粗糙表面结构改性的硅纳米线阵列敏感层。本发明的有益效果是显著改善硅纳米线阵列基气体传感器的灵敏度、响应速度、探测极限等室温气体敏感性能，实现传感器对NO₂气体的超高室温灵敏和超快室温响应。

主权项

一种具有超高室温灵敏度和超快室温响应特性的硅纳米线气体传感元件，其特征在于，包含p型或者n型单晶硅片基底和铂电极，在单晶硅片基底与铂电极之间有兼具Ag纳晶修饰改性和粗糙表面结构改性的硅纳米线阵列敏感层，按照下述步骤进行制备：步骤1，将清洗好的硅片放入化学刻蚀溶液中进行刻蚀形成硅纳米线阵列，刻蚀时间可控，随刻蚀时间增加，纳米线长度增加，纳米线的刻蚀时间控制在30min‑180min，刻蚀温度为15‑35℃；化学刻蚀溶液的配制方法：将一定量的硝酸银溶于一定浓度的氢氟酸水溶液中，所得溶液中氢氟酸浓度范围在4M‑6M，硝酸银浓度范围在0.01M‑0.03M；步骤2，将步骤1中得到的表面覆Ag的硅纳米线样品放入质量分数在30％‑70％的硝酸溶液中去除纳米线阵列外表面的Ag覆盖层，放置时间控制在20s‑300s；步骤3，将步骤2中得到的Ag纳晶修饰的硅纳米线放入到质量分数为3％‑50％的TMAH刻蚀溶液中进行表面粗糙化结构改性处理，同时使表面的Ag纳晶颗粒重分布而进一步离散化，处理时间为5s‑120s，清洗、干燥后，得到具有高活性气体吸附性能的基于Ag纳晶修饰的粗糙硅纳米线阵列；步骤4，利用磁控溅射方法，借助硬模板在步骤3中得到的基于Ag纳晶修饰的粗糙硅纳米线阵列表面镀铂矩形电极，形成电极与硅片表面纳米线间的欧姆接触，两个电极大小为2mm*2mm，间距为1‑2cm。