金掺杂硅纳米锥阵列气敏传感器的制备方法

摘要

本发明公开了一种金掺杂硅纳米锥阵列气敏传感器的制备方法，采用纳米球模板和金属辅助化学刻蚀相结合的方法在硅基底上刻蚀出硅纳米锥阵列，利用磁控溅射法在纳米锥之间掺入金颗粒，通过本发明的方法制备的金掺杂的硅纳米锥阵列气敏传感器，可以形成具有较大比表面积和气体扩散通道的结构，金颗粒对气敏性能有一定的提升。并且，所制备的金掺杂硅纳米锥阵列气敏传感器元件可在室温下检测超低浓度的氮氧化物气体，具有高灵敏度、良好选择性的优点。该方法具有设备简单、操作方便、可重复性好、成本低廉等优点，具有重要的实践意义和研究意义。

主权项

一种金掺杂硅纳米锥阵列气敏传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)硅基片的清洗将N型单面抛光的晶向为(100)的单晶硅基片放入浓硫酸与过氧化氢的混合液中浸泡30～50min，随后置于氢氟酸与去离子水的混合液中浸泡20～40min，然后分别在丙酮和乙醇中超声清洗5～20min，以除去硅基片表面的油污、有机物杂质和表面氧化层，最后将硅基片放入无水乙醇中备用；(2)排列纳米小球将存放在无水乙醇中的硅片取出干燥后，垂直固定在提拉镀膜机上，把在无水乙醇中稀释的二氧化硅球的悬浊液匀速送至去离子水表面，一直到去离子水表面形成一层连续的单层二氧化硅球；将硅片浸入到去离子水后匀速提拉出水面，在硅片表面形成一层单层的致密排列的纳米球；(3)组装模板将覆盖有纳米球的硅片置于超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，采用质量纯度99.99％的金属铂作为靶材，以质量纯度99.999％的氩气作为工作气体，氩气气体流量为23～25sccm，本体真空度为(4～5)10‑4Pa溅射工作压强为2～4Pa，溅射功率为80～100W，溅射时间为1min，在覆盖有纳米球的硅片表面溅射一层铂薄膜；之后将硅片浸入无水乙醇中进行超声震荡，去除二氧化硅小球，在硅片表面形成了一层带孔的铂薄膜；(4)制备硅纳米锥腐蚀液为HF与H₂O₂混合溶液；搅拌均匀后，将带有铂薄膜的硅片浸入溶液中进行刻蚀，后将刻蚀好的硅纳米锥放入干燥箱中干燥；(5)掺入金颗粒将步骤(4)中得到的硅纳米锥阵列置于高真空磁控溅射设备的真空室，采用质量纯度99.99％的金属金作为靶材，在真空度为(2～3)×10^‑5Pa溅射，溅射功率为30～40W，溅射时间为15～45s，在硅纳米锥整列的表面掺入金颗粒；(6)制备硅纳米锥阵列气敏传感器元件将步骤(5)中得到的金掺杂的硅纳米锥置于超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，采用质量纯度99.95％的金属铂作为靶材，以质量纯度99.999％的氩气作为工作气体，氩气气体流量为23～25sccm，本体真空度为(4～5)10‑4Pa溅射工作压强为2～4Pa，溅射功率为80～100W，在掺金的硅纳米锥阵列表面沉积一对铂电极，制成可用于室温检测氮氧化物的气敏传感器元件。