介孔硅基氧化钨气敏传感器

气敏传感器图片

多孔硅(Porous Silicon,PS)是 1956 年贝尔实验室的科学家对硅进行阳极氧化腐蚀抛光工艺中发现的。多孔硅的形成机理是硅半导体表面与HF溶液之间进行电荷交换。多孔硅因其孔径尺寸和孔隙率的不同,可以分为三种类型,即大孔硅(Macro-PS)、介孔硅(Meso-PS)和纳米孔硅(Nano-PS)。

多孔硅气敏传感器的原理是以不同气体对 PS 物理特性的改变为基础。多孔硅表面吸附气体分子改变自由载流子的浓度,或由于孔内浓缩气体而引起介电常数的变化,从而引起电导或电容发生变化。

介孔硅基氧化钨气敏传感器的制备过程如下:

氧化钨薄膜的淀积

1.镀膜工艺过程:将制备好的介孔硅基底固定在样品托上,然后开始使用 DPS-Ⅲ型超高真空对靶磁控溅射镀膜机进行薄膜的镀制。

2.溅射氧化钨膜

3.金属 Pt 电极的淀积

热处理工艺

经过溅射后的薄膜呈金属钨的颜色,薄膜未完全氧化,而且薄膜是非晶态结构。通过热处理可以得到完全氧化的多晶氧化钨薄膜。此外,热处理还可消除薄膜在淀积过程中产生的内应力,实现晶体结构的的重构,从而改善薄膜机械、晶体结构和电学性能等多方面的性能。

介孔硅基 WO3气敏传感器虽然具有较低的工作温度,但是不能同时具有较高的的灵敏度和较低的反应/恢复时间。这与介孔硅和 WO3颗粒的微观尺寸有关。如图所示,介孔硅孔洞孔径尺寸在 30nm 以下,而WO3颗粒在退火后的尺寸在 70 纳米左右,这就导致 WO3颗粒结晶后将介孔硅孔洞堵住。当 WO3层较薄时,热处理后的颗粒开始逐渐覆盖在介孔硅表面,而没有填入空洞中。这种结构一方面,不仅不利于气体的扩散,而且降低了气敏元件的比表面积。