一种一体化晶圆级硫化氢气敏薄膜及单个MEMS硫化氢气敏薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及气敏薄膜制备技术领域，具体地说是一种一体化晶圆级硫化氢气敏薄膜及单个MEMS硫化氢气敏薄膜的制备方法。

背景技术

硫化氢气体(H

已有研究报道了形貌、晶面和尺寸等多种气敏性能影响因素，纳米敏感材料的粒径大于德拜长度时，其粒径变化对敏感性能影响较小，而随着粒径减小气敏响应逐渐升高。因此，减小纳米颗粒直径是提高敏感性能有效手段之一。

目前，已经开发了各种类型的气体传感器用以检测这些气体，然而传统制备方法如滴涂法、旋涂法等很难在MEMS(微机电系统)上制备均匀薄膜。而接近电子耗尽层厚度的气敏材料粒径一般较小，工作温度较高，因此气敏材料的纳米颗粒在工作温度下容易发生团聚，进而降低气敏材料的响应和稳定性。同时，传统滴涂法制备的敏感膜(厚度常在微米级)因颗粒堆积，克努森扩散等气体扩散方式虽增加了气体分子同敏感材料的碰撞几率，但同样使敏感膜底部很难同气体分子反应。因此构建接近德拜长度的气敏薄膜一体化结构，实现MOS薄膜电子耗尽的同时有效降低颗粒团聚是提高气敏材料传感性能和稳定性的重要策略。

因此，为了解决上述问题，本发明提供一种一体化晶圆级硫化氢气敏薄膜及单个MEMS硫化氢气敏薄膜的制备方法，采用ALD(原子层沉积)技术构建氧化锌一体化薄膜，精准控制纳米颗粒大小或膜厚度，有效减少传统滴涂法制备敏感膜中的气体扩散缓慢和颗粒团聚等问题，提高气敏薄膜的热力学稳定性和气敏性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种一体化晶圆级硫化氢气敏薄膜及单个MEMS硫化氢气敏薄膜的制备方法，采用ALD(原子层沉积)技术构建氧化锌一体化薄膜，精准控制纳米颗粒大小或膜厚度，有效减少传统滴涂法制备敏感膜中的气体扩散缓慢和颗粒团聚等问题，提高气敏薄膜的热力学稳定性、与基底结合强度和气敏性能。

为了达到上述目的，本发明提供一种一体化晶圆级硫化氢气敏薄膜及单个MEMS硫化氢气敏薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，在原子层沉积ALD之前，首先对MEMS晶圆进行清洁和干燥；

S2，将MEMS转移至ALD反应器中；

S3，以二乙基锌和水为前驱体沉积ZnO薄膜；

S4，通过控制ALD ZnO在MEMS上沉积的循环次数，以获得不同厚度ZnO薄膜。

前驱体温度为0～200℃。

二乙基锌的单次循环中脉冲时间分别为0.0001～50s。

前驱体水温度为0～90℃。

前驱体水单次循环中脉冲时间为0.0001～100s。

同现有技术相比，本发明利用ALD在MEMS晶圆上原位构建一体化ZnO超薄异质气敏薄膜，实现高结合强度、高灵敏度和长期稳定的MEMS传感器制备，该工艺可有效提高MEMS传感器的一致性，并实现高通量、一致性和均匀性制备，提高MEMS硫化氢传感器的制备效率。

附图说明

图1为本发明背景技术中现有常规方法制备薄膜微观SEM示意图。

图2为本发明MEMS晶圆及MEMS单体示意图。

图3为本发明MEMS结构上ZnO薄膜形貌和厚度示意图。

图4为本发明所制备的ZnO薄膜结合强度数据曲线图。

图5为本发明所制备的ZnO薄膜一致性和均匀性示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明做进一步描述。

参见图1～5，本发明提供了一种一体化晶圆级硫化氢气敏薄膜及单个MEMS硫化氢气敏薄膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，在原子层沉积ALD之前，首先对微机电系统MEMS进行清洁和干燥；

S2，将MEMS转移至ALD反应器中；

S3，以二乙基锌和水为前驱体沉积ZnO薄膜；

S4，通过控制ALD ZnO在MEMS上沉积的循环次数，以获得不同厚度ZnO薄膜。

前驱体温度为0～200℃。

二乙基锌的单次循环中脉冲时间分别为0.0001～50s。

前驱体水温度为0～90℃。

前驱体水单次循环中脉冲时间为0.0001～100s。

以上仅是本发明的优选实施方式，只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本发明解决了纳米颗粒容易发生团聚以及颗粒堆积和克努森扩散所导致的降低气敏材料的响应和稳定性，使敏感膜底部很难同气体分子反应的技术问题，利用了原子层沉积(ALD)作为一种自下而上地合成/制备技术，因其表面反应的自限制特点，可在原子水平上精准控制纳米颗粒大小或膜厚度，实现高结合强度、高灵敏度、高通量、一致性和均匀性长期稳定的MEMS传感器制备，提高MEMS硫化氢传感器的制备效率。