[發明專利]用于室溫的多孔硅基氧化銅復合結構氣敏元件的制備方法在審
| 申請號: | 201610041231.6 | 申請日: | 2016-01-21 |
| 公開(公告)號: | CN105675650A | 公開(公告)日: | 2016-06-15 |
| 發明(設計)人: | 胡明;劉相承;王毅斐;王自帥;袁琳 | 申請(專利權)人: | 天津大學 |
| 主分類號: | G01N27/00 | 分類號: | G01N27/00 |
| 代理公司: | 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201 | 代理人: | 宋潔瑾 |
| 地址: | 300072*** | 國省代碼: | 天津;12 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 用于 室溫 多孔 氧化銅 復合 結構 元件 制備 方法 | ||
1.一種用于室溫的多孔硅基氧化銅復合結構氣敏元件的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
(1)硅基片的清洗
將P型單面拋光的單晶硅基片放入濃硫酸與過氧化氫的混合液中浸泡30~50分鐘,隨后置于氫氟酸與去離子水的混合液中浸泡20~40分鐘,然后分別在丙酮和乙醇中超聲清洗5~20分鐘,以除去硅基片表面的油污、有機物雜質和表面氧化層,最后將硅基片放入無水乙醇中被用;
(2)制備多孔硅
采用雙槽電化學腐蝕法在步驟(1)的單晶硅片的拋光表面制備多孔硅層,所用電解液由質量分數為40%的氫氟酸和質量濃度為40%二甲基甲酰胺組成,體積比為1:2,在室溫且不借助光照的環境下通過改變電流密度和腐蝕時間改變多孔硅的平均孔徑和厚度,施加的電流密度為50~100mA/cm2,腐蝕時間為5~10分鐘;
(3)采用直流反應磁控濺射法制備氧化銅薄膜
將步驟(2)制備的多孔硅置于超高真空對靶磁控濺射設備的真空室,采用質量純度99.95%的金屬銅靶材,本體真空度為2~4×10-4Pa,以質量純度為99.999%的氬氣作為工作氣體,氣體流量為30~45sccm,濺射工作壓強為1.0~2.0Pa,濺射功率為90~110W,濺射時間為10~30min,在硅基多孔硅表面沉積納米氧化銅薄膜;
(4)熱處理形成氧化銅薄膜
將步驟(3)中制備的多孔硅基氧化銅置于管式爐中,在550~650℃中熱處理2~4h,熱處理的氣氛為質量純度為99.999%氧氣與質量純度為99.999%氬氣的混合氣體,比例1:4;控制升溫速率為5℃/min,將其降溫到室溫取出得到多孔硅氧化銅復合結構;
(5)制備氣敏元件
將步驟(4)中制得的多孔硅基氧化銅氣敏材料置于超高真空對靶磁控濺射設備的真空室;本體真空度4~5×10-4Pa,采用質量純度為99.95%的金屬鉑作為靶材,以質量純度為99.999%的氬氣作為工作氣體,氬氣氣體流量為20~25sccm,濺射工作壓強為2.0~3.0Pa,濺射功率為90~100W,濺射時間為2~4min,在多孔硅表面濺射一對方形鉑電極。
2.根據權利要求1所述用于室溫的多孔硅基氧化銅復合結構氣敏元件的制備方法,其特征在于,所述步驟(1)的P型單面拋光的單晶硅片的電阻率為10~15Ω·cm,厚度為300~400μm,晶向為(100),硅基片襯底的尺寸為2.2~2.4cm×0.8~0.9cm。
3.根據權利要求1所述用于室溫的多孔硅基氧化銅復合結構氣敏元件的制備方法,其特征在于,所述步驟(2)制備的多孔硅的平均孔徑為1.3~1.8μm,平均厚度為15~20μm。
4.根據權利要求1所述用于室溫的多孔硅基氧化銅復合結構氣敏元件的制備方法,其特征在于,所述步驟(3)采用的直流反應磁控濺射法制備的氧化銅薄膜的厚度為75~225nm。
5.根據權利要求1所述用于室溫的多孔硅基氧化銅復合結構氣敏元件的制備方法,其特征在于,所述步驟(5)制備的鉑電極尺寸為0.2cm×0.2cm,厚度為40~70nm,電極間距為8mm。
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