[发明专利]一种铝掺杂氧化钨基的双选择性气敏传感器的制备方法

说明书

本发明为一种铝掺杂氧化钨基的双选择性气敏传感器的制备方法。该方法利用磁控溅射法，将W靶溅射功率调至95‑110W，打开基片旋转控制开关，打开基片挡板，通氧溅射WO₃薄膜，20min后，关闭氧气；将Al靶溅射功率调至40‑42W，溅射Al薄膜6‑10min；再通氧溅射WO₃薄膜20min；制备出A‑B‑A三明治结构的薄膜。本发明的气敏传感器在不同工作温度下分别对甲醇与乙醇蒸汽有高选择性、高灵敏度和较短的响应‑恢复时间的优点。

技术领域:

本发明属于一种气体传感器件,尤其适用于对于甲醇和乙醇具有双选择特性的WO₃传感器。

背景技术:

近年来，醉酒驾车引发的交通事故频发，以及甲醇中毒时有发生。环境中过量的甲醇、乙醇气体会抑制人体中枢神经系统，导致一些并发症甚至休克。甲醇、乙醇都易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸，与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。随着社会环保意识逐步加强，气敏传感器已被广泛应用于国内的石油、化工、冶金、制药、食品、医疗、道路交通、市政燃气、数字矿山等行业。在各种类型的气敏传感器中，金属氧化物半导体气敏传感器因其灵敏度高、响应快、体积小、能耗与制造成本低、操作简单等特点，所以广泛应用于工业和民用自动控制系统，是当前最普遍应用、最具有实用价值的一类气敏传感器。材料的制备工艺对气敏性能影响很大，相应的形态有烧结型、厚膜型和薄膜型。目前，国内研制的气敏传感器存在选择性差，灵敏度低，响应-恢复时间长，未实现同一气敏元件对多气体具高选择性与灵敏度。由于磁控溅射技术具有高速、低温的特点，薄膜具有外延能力强、生长速度快、微观结构好、均匀性很好并且薄膜厚度容易控制等优点，尤为受人青睐。但是，利用溅射法制备薄膜，各项工艺参数的变化对薄膜的特性有显著影响，如：溅射功率、溅射气压、溅射时间等。因此，要制得特定性能的薄膜材料需要通过大量的研究、实验，才能确定适合溅射的工艺参数。

发明内容:

本发明针对现有技术中无法满足同一传感器对多气体具有选择性这一特点，提供一种铝掺杂氧化钨基的双选择性气敏传感器的制备方法，该方法利用磁控溅射法制备出A-B-A三明治结构的薄膜，得到在高低不同工作温度下分别对甲醇与乙醇具有选择性的气敏传感器。此气体传感器在不同工作温度下分别对甲醇与乙醇蒸汽有高选择性、高灵敏度和较短的响应-恢复时间。

本发明的技术方案为：

一种铝掺杂氧化钨基的双选择性气敏传感器的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)清洗：用无水乙醇对硅基片和Al₂O₃陶瓷管进行擦洗；

(2)靶材和衬底的安装：将磁控溅射所用的W靶材以及掺杂用的Al靶材分别安装在射频磁控阴极靶和直流磁控阴极靶上，将硅基片和Al₂O₃陶瓷管安装在靶材正上方的衬底托上；

(3)溅射前将系统抽真空直到系统的本底真空气压达到6×10^-4-5×10^-5Pa；

(4)预溅射；旋转挡板遮挡硅基片，通入氩气，使射频磁控阴极W靶和直流磁控阴极Al靶在氩气中同时预溅射10min；

(5)在反应溅射过程中，设定反应气体为高纯度的氧气、工作气体为高纯度的氩气；

(6)溅射：通入混合气，旋开挡板，将W靶溅射功率调至95-110W，溅射WO₃薄膜，20min后，关闭氧气；将Al靶溅射功率调至40-42W，溅射Al薄膜6-10min；再恢复通氧，溅射WO₃薄膜20min；溅射过程中，真空室内的气体压强保持为1.8-2.0Pa；当为混合气体时，体积比为Ar：O₂＝3:1-5:1；