[发明专利]一种MEMS气体传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种MEMS气体传感器，其特征在于，所述MEMS气体传感器依次包括基底、微梁结构和气敏层，所述气敏层由Li原子掺杂的少层黑磷材料制成。

2.根据权利要求1所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述基底依次包括硅基衬底、SiO₂保护层、SiN_x多晶硅层和形成于SiN_x多晶硅层之上的微梁结构接触区和电容区。

3.根据权利要求2所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述硅基衬底为晶向为(100)的N型硅片，厚度为170-230μm。

4.根据权利要求1所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述微梁结构包括悬臂梁或固支梁。

5.根据权利要求1所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述气敏层的厚度为10-20个原子层厚度。

6.根据权利要求1所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述气敏层中掺杂的Li原子在黑磷结构中所占比例最大为22.2％。

7.一种MEMS气体传感器的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤，

S1、基底的制备：对硅基衬底进行预处理，在硅基衬底生长SiO₂保护层，在SiO₂保护层上通过LPCVD法淀积SiN_x多晶硅层，在SiN_x多晶硅层上通过光刻法制得微梁结构接触区和电容区；

S2、微梁层的制备：在SiN_x多晶硅层上通过LPCVD法沉积PSG牺牲层，在PSG牺牲层上通过光刻法制得微梁锚区，在刻蚀后的PSG牺牲层上通过LPCVD法沉积SiN_x微梁层，对SiN_x微梁层进行湿法刻蚀以控制微梁结构的宽度；

S3、气敏层的制备：通过激光分子束外延法制备Li原子掺杂的少层黑磷材料，将制得的Li原子掺杂的少层黑磷材料设置在微梁层上，形成气敏层；

S4、将PSG牺牲层腐蚀，形成微梁结构。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中预处理的过程为：依次用丙醇、乙醇和去离子水清洗硅基衬底，吹干后采用酸性清洗液进行清洗，然后用稀氢氟酸浸泡。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中激光分子束外延法制备Li原子掺杂的少层黑磷材料的过程中，真空度为0.8×10^-6-1.2×10^-6Pa，温度为880-920℃，激光脉冲频率为1-3Hz，波长为220-280nm。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中少层黑磷的制备方法为：

将白磷或红磷在1100-1300Pa压力、185-210℃温度下转化形成片状黑磷晶体；通过机械剥离法将块状黑磷稀从片状黑磷晶体中分离出来，然后经过等离子体法从块状黑磷稀中剥离少层黑磷稀；将少层黑磷稀浸入到CHP溶液中，进行超声波处理后离心得到少层黑磷。