[发明专利]一种利用高射频功率溅射制备ITO纳米线及其气体传感器的方法

说明书

本发明公开一种利用高射频功率制备ITO纳米线及其气体传感器的方法，包括：对衬底或陶瓷管进行预处理，然后置于磁控溅射腔中，调整溅射室气压和温度，并通入氩气和氧气的混合气体，利用磁控溅射的方式，在高频条件下轰击ITO靶材磁控溅射，进行一次生长，利用自催化原理在衬底或陶瓷管表面制备一层ITO纳米线。利用同样的方法可将ITO纳米线一步直接沉积到陶瓷管上制备气体传感器，陶瓷管两端具有电极引线，并且陶瓷管内部具有加热丝，可直接对传感器进行加热。本发明的优点在于纳米线生长速度快，制备过程简单、成本低，能够一步制备气体传感器，极大缩减制备工艺与流程，且材料具有良好的气敏特性，制备出的传感器对酒精表现出良好的灵敏度。

技术领域

本发明属于气敏传感器领域，特别涉及一种利用高射频功率溅射制备ITO纳米线及其气体传感器的方法。

背景技术

氧化铟锡(ITO)作为一种新型的传感器材料，具有优异的电学性能以及稳定的物理化学性能，其上的氧元素与气体作用非常敏感，可以显著的提高传感器的灵敏度。目前，一维纳米结构具有大的比表面积，更利于气体的吸附和扩散，使得一维纳米材料在气体传感器有着潜在的优势，其具有的特点是响应速度快、灵敏度高、选择性好、器件性能稳定。

现阶段关于ITO的纳米材料的报道主要集中在ITO纳米线，生长机理遵从气液固(VLS，vapor-liquid-solid)机理，目前已经可以通过不同的方法制备ITO纳米线，包括激光脉冲沉积、电子束蒸镀以及热蒸镀，但是这些方法对生长环境要求过高，并且都需要通过催化剂来引导纳米线的生长，这种方法的缺点在于纳米线的形貌受到催化剂性质的影响。而自催化方法生长纳米线可以克服这一缺点，但目前利用磁控溅射制备ITO纳米线采用的是直流溅射和低射频(30W)溅射，生长速率慢，ITO纳米线质量也不高，严重制约着ITO纳米线的应用。关于在高射频下磁控溅射制备ITO纳米线一直是工业领域寻求突破的技术难题。

ITO纳米线作为气体传感器已有相关专利和应用，如申请号为CN200710167865.7的中国专利申请中，提出用管式炉法制备ITO纳米线，然后再利用超声将ITO纳米线震落于溶液中，最后涂覆至陶瓷管上再烘干，进行气敏器件的制备。流程较多，制作工艺复杂，气敏器件性能难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用高射频功率溅射制备ITO纳米线及其气体传感器的方法，以解决现有技术存在的以下问题：第一是实现在高射频功率下磁控溅射高速制备ITO纳米线；第二是针对现有ITO纳米线制备气敏传感器的不足，简化制备工艺。本发明方法具有性能稳定，灵敏度高，工艺步骤简单，可大规模工业生产应用的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用高射频功率制备ITO纳米线的方法，包括以下步骤：对衬底或陶瓷管进行预处理，然后置于磁控溅射腔中，调整溅射室气压和温度，并通入氩气和氧气的混合气体，利用磁控溅射的方式，在高频条件下轰击ITO靶材磁控溅射，进行一次生长，利用自催化原理在衬底或陶瓷管表面制备一层ITO纳米线。

进一步的，衬底或陶瓷管进行磁控溅射前进行预处理；具体处理方法为：将衬底或陶瓷管置于酒精溶液中超声0.5小时，去除表面颗粒杂质，之后用氮气吹干。

进一步的，将预处理过的衬底或陶瓷管放在溅射室托盘上，调整磁控溅射工艺参数：射频功率为250-300W，氩气和氧气的混合气体的比例为Ar₂：O₂＝25sccm:0.2sccm；溅射室气压为1Pa，温度为500℃。

进一步的，磁控溅射制备纳米线的生长速率可达到2μm/h。

进一步的，所述衬底为熔点500℃以上的任何形状材料。

进一步的，所述加热、保温是指将溅射室加热至500℃后，保温30-50分钟。