[发明专利]一种基于纳米TiO2的低功耗微纳气体传感器及制备方法

摘要

本发明公开了一种基于纳米TiO₂的低功耗微纳气体传感器及制备方法，该传感器自下而上分别为SiO₂‑Si₃N₄掩蔽层、硅基底、SiO₂‑Si₃N₄‑SiO₂‑Si₃N₄复合绝缘层、电极层、敏感材料层。通过布置测温电极，实时测量芯片中心温度。Si基底下通过湿法腐蚀去掉绝大部分Si，形成SiO₂‑Si₃N₄‑SiO₂‑Si₃N₄复合悬膜结构，悬膜之上为按中心对称、螺旋布置的加热电极和敏感电极。敏感材料位于敏感电极之上，在敏感材料区域内依次溅射TiO₂薄膜、Ti薄膜，其中TiO₂薄膜用于定义后续纳米棒的生长区，热盐酸蒸汽法将Ti源氧化为TiO₂纳米棒制备敏感层，使TiO₂纳米棒生长在TiO₂薄膜上。本发明纳米棒桥接相连，具有极高的比表面积和更好的气体响应特性；优化了悬膜的机械性能，减少热传递，温度精确可控。简化了工序，避免了寄生电场的产生。

主权项

1.一种基于纳米TiO₂的低功耗微纳气体传感器的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)在Si基底正面和背面，分别采用热氧化和低压化学气相沉积法制备SiO₂‑Si₃N₄双层复合薄膜，构成掩蔽层；(2)在正面SiO₂‑Si₃N₄双层复合薄膜之上，采用等离子增强化学气相沉积法依次沉积SiO₂和Si₃N₄，形成SiO₂‑Si₃N₄‑SiO₂‑Si₃N₄四层复合薄膜，构成绝缘层，并在一定的温度下退火；(3)在正面绝缘层上，通过匀胶光刻工艺，得到敏感电极及引线盘、加热电极及引线盘和测温电极及引线盘的图形；(4)在加热电极及引线盘、敏感电极及引线盘和测温电极及引线盘图形上溅射Cr粘接层，然后在粘接层上溅射Au层；(5)通过剥离工艺，得到敏感电极及引线盘、加热电极及引线盘和测温电极及引线盘，并进行退火处理；(6)在敏感电极包围的矩形区域上，通过光刻工艺得到敏感层图形；(7)在敏感层图形上溅射TiO₂薄膜，定义后续纳米棒生长位置；在TiO₂薄膜上溅射Ti薄膜，提供钛源；(8)利用热盐酸蒸汽法制备TiO₂纳米棒，构成敏感层；(9)采取和步骤(3)相同的匀胶光刻工艺得到Si基底背面绝缘槽，即完成低功耗微纳气体传感器的制作；所述步骤(1)中，SiO₂‑Si₃N₄双层复合薄膜的中SiO₂薄膜厚度为500nm，Si₃N₄薄膜厚度为150nm；所述步骤(2)中，依次沉积SiO₂厚度为500nm和Si₃N₄厚度为150nm，并在500℃—600℃下退火5‑7h；所述步骤(5)中，260℃—300℃温度下退火10—30min。