一种气/湿敏两用半导体传感器的制备方法及使用方法

技术领域

本发明是关于半导体气/湿敏传感器的，尤其涉及一种气/湿敏两用半导体传感器的 制备方法。

背景技术

半导体气/湿敏传感器是以半导体气/湿敏材料作为敏感材料的气/湿敏传感器，是 消费类电子中常用的气/湿敏传感器，广泛应用于空气质量检测等，其中金属氧化物是应用最为广泛的半导体气敏材料。

半导体型气体传感器主要根据半导体敏感材料与气体发生反应,导致敏感材料的电 子发生得失,从而改变气敏材料的电学性能,通过检测其电学性能的变化即可准确地检测气体。半导体气敏传感器的制备成本低、灵敏度高、响应/恢复时间快、使用寿命长， 易于微型化装配，但其响应为广谱响应模式，导致其选择性不高。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，通过不同模式的电学信号检测，使单一传感器可以同 时实现对湿度和有机挥发性气体的超灵敏检测，提出了一种气/湿敏两用半导体传感器的制备方法及使用方法。

一种气/湿敏两用半导体传感器的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：将二氧化锡纳米颗粒、氯化钯、松油醇研磨均匀，形成有一定粘度的浆料；采用基于MEMS技术的集成有微加热器的硅基底叉指电极芯片作传感器芯片，将上述制 备的浆料涂覆于叉指电极中间位置，利用集成的微加热器，除去有机溶剂松油醇；

步骤二：利用集成的微加热器350℃持续加热老化，获得性能稳定的传感器件。

作为优选，所述的二氧化锡纳米颗粒、氯化钯的比例为：100：3。

作为优选，所述的利用集成的微加热器加热，除去有机溶剂松油醇中微加热器的温 度为300℃，加热时间为3h。

一种气/湿敏两用半导体传感器的使用方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：利用静态配气装置，通过电容信号检测传感器在室温下对环境湿度的敏感 特性；

步骤二：利用静态配气装置和传感器芯片集成的微加热板，通过电阻信号检测传感 器在高温下对有机挥发性气体的敏感特性。

有益效果：

本发明制备了可同时用于检测环境湿度和有机挥发性气体的气/湿敏两用半导体传 感器；本发明中制备的半导体传感器在室温下对环境湿度具有良好的选择探测性；本发明中制备的半导体传感器在室温下对环境湿度具有超敏感的探测特性，且稳定性良好； 本发明中制备的半导体传感器在高温(>300℃)下，对有机挥发性气体具有超敏感探 测特性，且不受环境湿度影响。

附图说明

图1为基于MEMS技术的集成有微加热板的硅基底叉指电极芯片；

图2为实施例1制备的传感器；

图3为实施例1制备的传感器在室温下对环境湿度的敏感响应/恢复曲线；

图4为实施例1制备的传感器在400℃对乙醇蒸汽的敏感响应/恢复曲线。

具体实施方式

实施例1

1)将0.3g二氧化锡纳米颗粒、9mg氯化钯、200ml松油醇

2)研磨均匀，形成有一定粘度的浆料；采用基于MEMS技术的集成有微加热板的硅基底叉指电极芯片作传感器芯片，将上述制备的浆料涂覆于叉指电极中间位置，利 用集成的微加热器300℃加热3h，以便除去有机溶剂松油醇；

2)利用集成的微加热器350℃持续加热老化，获得性能稳定的传感器件；

3)利用静态配气装置，通过10kHz频率检测传感器电容信号在室温下对环境湿度的变化特性；

4)以乙醇蒸汽为例，利用静态配气装置和传感器芯片集成的微加热板，检测传感器电阻信号在400℃高温下对有机挥发性气体的变化特性。

实施例1中采用的传感器芯片如图1所示，其中叉指电极用于测量传输敏感材料的气/湿敏特性；

实施例1中制备的传感器如图2所示，敏感材料钯掺杂二氧化锡涂覆于叉指电极表面；

实施例1中制备的气/湿敏两用半导体传感器在室温下对环境环境湿度的敏感响应/ 恢复曲线如图3所示，在室温下，当环境湿度增加时，该传感器的电容值迅速增加，响应非常快，当环境湿度降低时，该传感器的电容值迅速减小至初始电容值，恢复迅速， 并且恢复性良好；同时，该传感器在室温下对有机挥发性气体没有响应。

实施例1中制备的气/湿敏两用半导体传感器在400℃高温下对乙醇蒸汽的敏感响应/恢 复曲线如图4所示，当接触乙醇蒸汽时，该传感器的电阻值迅速降低，并很快达到稳定， 探测不同浓度乙醇蒸汽的响应时间均在8s左右；去除乙醇蒸汽后，其电阻值迅速增加到初始值，探测不同浓度乙醇蒸汽后恢复时间均在7s左右；对于25、50、75、100、125ppm 乙醇蒸汽灵敏度分别为：18、33.7、38、59.7、72.9(Ω/Ω)。

实施例2

本实施例与实施例1相似，不同之处在于步骤3)中利用静态配气装置，通过1kHz频率检测传感器电容信号在室温下对环境湿度的变化特性。

实施例2制备的气/湿敏两用半导体传感器在室温下对环境湿度的敏感响应/恢复曲 线。

实施例3

本实施例与实施例1相似，不同之处在于步骤4)中以乙醇蒸汽为例，利用静态配气装置和传感器芯片集成的微加热板，检测传感器电阻信号在350℃高温下对有机挥发 性气体的变化特性。

本发明采用静态配气法测量气/湿敏两用半导体传感器的敏感特性，检测气体时的 灵敏度定义为

其中，Rs表示该传感器在一定浓度待检测气体中的电阻值

检测湿度时的灵敏度定义为

其中，C