[发明专利]一种面向MEMS甲烷传感器的ZnO基气敏材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种面向MEMS甲烷传感器的ZnO基气敏材料及其制备方法，属于气体传感器制备技术领域，用以解决现有ZnO基气敏材料一致性差的问题。本发明提供了的面向MEMS甲烷传感器的ZnO基气敏材料，包括由上至下设置的ZnO薄膜层、微加热板层和基底，其中，ZnO薄膜层的厚度为100～300nm。采用本发明的ZnO基气敏材料，能够降低传感器检测下限，且使传感器阻值线性度显著，高灵敏度，促进传感器在矿井及生活中甲烷浓度检测的实用化。

技术领域

本发明涉及气体传感器制备技术领域，尤其涉及一种面向MEMS甲烷传感器的ZnO基气敏材料及其制备方法。

背景技术

甲烷(CH₄)是一种无色、无臭的气体，其温室效应约为二氧化碳的21倍，在煤矿开采及居民生活中占据重要的位置。

煤层气是与煤伴生、共生的气体资源，指储存在煤层中的烃类气体，以甲烷为主要成分，属于非常规天然气。煤炭开采之前，先抽采煤层气，将煤层气用于发电或燃气等，以减少甲烷的直接排放，实现绿色发展。

用于检测甲烷的气体传感器多采用半导体传感器，根据衬底不同分为陶瓷管、平面和MEM(Micro-Electro-Mechanical，微电子机械)式。目前MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)式半导体甲烷传感器不仅具备功率低的优点，还具有物联网应用前景，其核心是半导体金属氧化物敏感材料。但是传统的半导体金属氧化物缺乏被批量制备能力，且制造效率低、产品一致性欠缺。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种面向MEMS甲烷传感器的ZnO基气敏材料及其制备方法，用以解决现有ZnO基气敏材料一致性差的问题。

一方面，本发明提供了一种面向MEMS甲烷传感器的ZnO基气敏材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将ZnO靶材和微加热板衬底放入磁控溅射仪中；

步骤二：对磁控溅射仪抽真空至2×10^-3～7×10^-3Pa；

步骤三：向磁控溅射仪中通入氧气，至压强为0.6～1.0Pa；

步骤四：溅射功率200W以下，预溅射8～11min后，开始正式溅射镀膜，溅射时长为0.5h～1.5h，在衬底上沉积ZnO薄膜，ZnO薄膜的厚度为100～300nm，制得ZnO基气敏材料。

进一步地，所述步骤一中，所述ZnO靶材与所述微加热板衬底的距离为5～15cm；

所述ZnO靶材的纯度为纯度99.99％；

所述微加热板衬底包括微加热板层和基底，微加热板层位于基底上方；所述微加热板层包括铂金属层，铂金属层上涂覆有氮化硅。

进一步地，所述步骤二中，抽真空的步骤如下：

S1：使用机械泵抽真空至10～20Pa；

S2：:使用分子泵，抽真空至2×10^-3～7×10^-3Pa。

进一步地，所述步骤三中，将所述微加热板衬底温度加温至50～100℃，通入氧气，氧气的流速为30～40sccm，且控制磁控溅射仪腔体内的压强为0.6～1.0Pa。

进一步地，所述步骤四中，溅射功率为130～180W，将反射调至最小，预溅射8～11min后，开始正式溅射镀膜。

另一方面，本发明提供了一种面向MEMS甲烷传感器的ZnO基气敏材料，采用上述的面向MEMS甲烷传感器的ZnO基气敏材料的制备方法制备，包括由上至下设置的ZnO薄膜层、微加热板层和基底，其中，ZnO薄膜层的厚度为100～300nm。