用于室温的多孔硅基氧化钨纳米复合结构气敏元件的制备方法

摘要

本发明公开了一种用于室温的多孔硅基氧化钨纳米复合结构气敏元件的制备方法：先将n型单面抛光的单晶硅基片作为硅基片衬底，再在单晶硅基片的抛光表面制备多孔硅层，所用腐蚀电解液由40%的氢氟酸与去离子水组成；采用高纯度金属钨作为靶材，以氩气作为工作气体，氧气作为反应气体，在硅基多孔硅表面溅射沉积氧化钨纳米薄膜；薄膜于450°C~500°C空气气氛中热处理3~4h；再采用金属铂作为靶材，以氩气作为工作气体，在氧化钨薄膜表面沉积铂电极，制得用于室温的复合结构气敏元件。本发明具有高灵敏度、高选择性、快速响应/恢复特性、重复性好，而且可以保持长期稳定性。

主权项

一种用于室温的多孔硅基氧化钨纳米复合结构气敏元件的制备方法，具有如下步骤：（1）清洗硅基片衬底将电阻率为0.01~0.015Ω·cm的n型单面抛光的单晶硅基片，依次放入丙酮溶剂、无水乙醇、去离子水中分别超声清洗10~20分钟，除去表面油污及有机物杂质；随后放入质量百分比为5%的氢氟酸水溶液中浸泡15~30分钟，除去表面的氧化层；再用去离子水冲洗净；（2）制备硅基纳米尺寸孔道有序多孔硅采用双槽电化学腐蚀法在步骤（1）清洗过的单晶硅基片抛光表面制备多孔硅层，所用腐蚀电解液由质量百分比为40%的氢氟酸与去离子水组成，体积比为1：5，不添加表面活性剂和附加光照，施加的腐蚀电流密度为115~135mA/cm2，腐蚀时间为20~25min；（3）制备多孔硅基氧化钨纳米复合结构将步骤（2）制备的硅基多孔硅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%的金属钨作为靶材，溅射工作压强为1.0~2.0Pa，以质量纯度为99.999%的氩气作为工作气体，氧气作为反应气体，气体流量分别控制为44.5~45.5sccm和4.5~5.5sccm，溅射功率90~100W，溅射时间为5~15min，本体真空度为2~4×10‑4Pa，基片温度为室温，在硅基多孔硅表面溅射沉积氧化钨纳米薄膜；将制得的多孔硅基氧化钨薄膜置于程序烧结炉中，于450°C~500°C空气气氛中热处理3~4h，控制升温速率为2.5°C/min；（4）制备多孔硅基氧化钨纳米复合结构气敏传感器元件将步骤（3）制得的多孔硅基氧化钨纳米复合结构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，以质量纯度为99.999%的氩气作为工作气体，氩气气体流量为20~25sccm，溅射工作压强为2.0Pa，溅射功率80~90W，溅射时间8~12min，本体真空度为4~6×10‑4Pa，基片温度为室温，在氧化钨薄膜表面沉积铂电极，制得用于室温的多孔硅基氧化钨纳米复合结构气敏元件。