[实用新型]用于室温检测超低浓度氮氧化物气体的气敏元件

说明书

技术领域

本实用新型是关于一种气敏传感器的，尤其涉及一种可以室温工作的且适用于检测氮氧化物气体的纳米尺寸孔道有序多孔硅基氧化钨薄膜纳米复合结构气敏元件。 

背景技术

20世纪以来，随着工业技术的飞速发展，生产过程中带来的各种气体污染物大量增加。尤其氮氧化物(NO_x)作为一种强毒性气体，是酸雨和光化学烟雾的主要来源，已对人类的健康和安全构成严重威胁。因此对氮氧化物气体的检测成为近年来的研究热点。各国纷纷制定相关政策和监控标准，根据意大利的标准，环境中NO₂浓度应低于100ppb，我国规定的标准上限约为120ppb。迄今为止，在被研究的半导体金属氧化物气敏材料中，氧化钨对NO_x气体有很高的灵敏度和选择性，是一种极有研究与应用前景的敏感材料。然而氧化钨材料工作温度较高(通常为150°C～250°C)，长时间在高温下工作会使氧化钨薄膜的微结构逐渐趋于致密，致使气体在敏感材料内扩散变得十分困难，造成传感器的稳定性变差。为此科技人员一直在致力于降低敏感材料的工作温度乃至室温工作的研究。 

根据以往的研究表明，掺杂或者形成复合型气敏材料是降低氧化钨材料工作温度的一种有效途径，并且可以进一步提高对NO_x的灵敏度和选择性。因此制备复合气敏材料是实现室温探测低浓度NO_x的有效途径。 

发明内容

本实用新型的目的，是克服现有氧化钨气敏传感器存在的不足，提供一种对超低浓度氮氧化物气体具有高灵敏度和快速响应/恢复特性，并且体积小巧、结构简单、使用方便、价格低廉，可以实现室温工作的多孔硅基氧化钨纳米复合结构气敏传感器元件。 

本实用新型通过如下技术方案予以实现。 

一种用于室温检测超低浓度氮氧化物气体的气敏元件，包括硅基片衬底和铂电极，其特征在于，所述硅基片衬底1为n型单晶硅基片，尺寸为2.4cm×0.9cm；硅基片衬底1的上面设置有多孔硅层2，该多孔硅层2的平均孔径为170.28nm，厚度为68.78μm，多孔硅层2的上面设置有氧化钨薄膜3，薄膜厚度为35nm，所述多孔硅层2与氧化钨薄膜3形成多孔硅基氧化钨纳米复合结构；氧化钨薄膜3的上表面设置有铂电极正极4和铂电极负极5。 

所述铂电极正极4和铂电极负极5为0.2cm×0.2cm的方形铂电极，电极间距为0.8cm。 

所述铂电极正极4和铂电极负极5的厚度为80nm。 

本实用新型的传感器首创采用孔径约170nm，兼有高孔隙率和孔道高度有序排列的硅基纳米尺寸多孔硅复合表面疏松多孔且含有大量氧空位的氧化钨薄膜作为气敏材料，因巨大的比表面积可提供大量的气体吸附位置和直接的气体扩散通道。多孔硅基氧化钨气敏传感器元件在室温下即可对超低浓度氮氧化物气体具有较高的响应值和很好的选择性，响应/恢复时间短，稳定性好，且体积小巧、结构简单、制作工艺成熟、使用方便、价格低廉，有望在气敏传感器领域获得推广应用。 

附图说明

图1是本实用新型用于室温检测超低浓度氮氧化物气体的气敏元件的结构示意图； 

图1中的附图标记为： 

1————硅基片衬底        2————多孔硅层 

3————氧化钨薄膜        4————铂电极正极 

5————铂电极负极 

图2是本实用新型用于室温检测超低浓度氮氧化物气体的气敏元件在不同工作温度下对1ppm NO₂的灵敏度； 

图3是本实用新型用于室温检测超低浓度氮氧化物气体的气敏元件在室温下对30～1000ppb NO₂气体的动态连续响应曲线； 

图4是本实用新型用于室温检测超低浓度氮氧化物气体的气敏元件在室温下对500ppb NO₂气体的重复性曲线； 

图5是本实用新型用于室温检测超低浓度氮氧化物气体的气敏元件在室温下对不同气体的选择性示意图； 

图6是本实用新型用于室温检测超低浓度氮氧化物气体的气敏元件在空气中放置不同时间后在室温下对1ppm NO₂的灵敏度。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。