一种气体传感器及其制作方法与流程

1.本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种具有与基板一体形成的气敏层的气体传感器及其制作方法。


背景技术：

2.气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器，可应用在多种生活情形中，例如：检测新装修的房间中的甲醛浓度，或者检测酒驾人员的酒精浓度等等。
3.现有的气体传感器一般通过在陶瓷基板上涂覆气敏材料层的方法来制作。但是，目前的制作工艺无法保障气敏材料能够均匀地涂覆在陶瓷基板上。所以采用上述的制作方法来制作的气体传感器的气敏层与陶瓷基板之间的结合力不均匀，从而导致气敏层容易脱落，因此采用上述的制作方法来制作的气体传感器不适合在恶劣环境下使用。而且，气敏层的脱落会影响气体传感器的气体灵敏度。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了如下的技术方案：
5.根据本发明的一方面提供了一种气体传感器的制作方法，所述制作方法包括：
6.对基板进行部分氧化，使被氧化的所述部分成为气体敏感部；其中，所述基板由含有金属元素的半导体材料制成，所述气体敏感部与所述基板的未被氧化的部分之间形成异质结。
7.优选地，对所述部分进行氧化之前，所述制作方法还包括：对所述基板的将被氧化的部分进行表面处理，使所述基板的将被氧化的部分的表面具有微结构。
8.优选地，对所述部分进行氧化后，所述制作方法还包括：
9.在所述气体敏感部上形成第一电极；
10.在所述气体敏感部或者在所述气体敏感部之外的所述基板上形成第二电极。
11.优选地，形成所述第一电极和所述第二电极之后，所述制作方法还包括：在所述气体敏感部之外的所述基板上设置加热单元。
12.优选地，形成所述加热单元的方法包括：
13.在所述气体敏感部之外的所述基板上形成粘贴层；
14.在所述粘贴层上设置所述加热单元。
15.根据本发明的一方面提供了一种气体传感器，所述气体传感器包括基板和气体敏感部，所述气体敏感部通过对所述基板进行部分氧化而形成；其中，所述基板由含有金属元素的半导体材料制成，气体敏感部与所述基板的未被氧化的部分之间形成异质结。
16.优选地，所述气体敏感部的表面上形成有微结构。
17.优选地，所述气体传感器还包括第一电极和第二电极，所述第一电极设置于所述气体敏感部上，所述第二电极设置于所述气体敏感部或者所述气体敏感部之外的所述基板
上。
18.优选地，所述气体传感器还包括加热单元，所述加热单元设置于所述气体敏感部之外的所述基板上。
19.优选地，所述气体传感器还包括粘贴层，所述粘贴层形成在所述气体敏感部之外的所述基板上，所述加热单元通过所述粘贴层设置于所述基板上。
20.采用本发明提供的制作方法来制作的气体传感器的基板与气体敏感部为一体结构，因此基板与气体敏感部之间不存在结合力，所以即使在恶劣的环境下使用。而且，本发明的气体传感器的气体敏感部由基板的部分被氧化而形成，因此该气体敏感部不易消失，从而确保了气体传感器的稳定的气体灵敏度。
附图说明
21.图1是根据本发明的实施例的气体传感器的制作方法的流程图；
22.图2a是根据本发明的实施例的气体传感器的结构示意图；
23.图2b是根据本发明的另一实施例的气体传感器的结构示意图。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
25.此外，将理解的是，当诸如层、膜、区域或衬底等的元件被称作“在”另一元件或另一元件的表面“上”时，该元件可以直接在所述另一元件或所述另一元件的表面上，或者也可以存在中间元件。可选择地，当元件被称作“直接在”另一元件或另一元件的表面“上”时，不存在中间元件。
26.如背景技术中所述，现有的气体传感器一般通过在陶瓷基板上涂覆气敏材料层的方法来制作。但是，采用上述的制作方法来制作的气体传感器的气敏层容易脱落，因此不适合在恶劣环境下使用。
27.针对上述的现有技术问题，根据本发明的实施例提供了一种气体传感器的制作方法，从而将基板与气体敏感部一体形成，以此来解决现有的气体传感器的气敏层容易脱落的问题。
28.以下将结合附图来详细描述根据本发明的实施例的气体传感器的制作方法。
29.实施例1
30.本实施例提供了一种气体传感器的制作方法，如图1所示，所述制作方法包括：
31.步骤s1、提供一由含有金属元素的半导体材料制成的基板1。优选地，所述基板1由algainn材料制成。
32.步骤s2、对所述基板1进行部分氧化，使被氧化的所述部分成为气体敏感部11。具体地，对所述基板1的部分进行氧化的方法可以采用强氧化剂反应工艺或者紫外光辅助氧化工艺。其中，所述部分的具体范围可以根据实际情况而决定，例如：如图2a所示，所述部分
可以占据所述基板1某一面的整个区域，或者如图2b所示，所述部分可以占据所述基板1某一面的部分区域。
33.采用本实施例提供的制作方法来制作的气体传感器的所述基板1与所述气体敏感部11为一体结构，因此所述基板1与所述气体敏感部11之间不存在结合力，所以即使在恶劣的环境下使用。由于本实施例的所述气体敏感部11实际上是所述基板1被氧化的部分，因此所述气体敏感部11也不易消失，从而确保了所述气体传感器的稳定的气体灵敏度。
34.此外，本实施例的所述基板1由algainn材料制成，从而可以提高气体传感器的机械性能和化学稳定性。
35.需要说明的是，本实施例中形成所述基板1的具体材料还可以替换为algan、aln、gan、gainn、alinn中的一种。
36.进一步地，本实施例的气体传感器的制作方法还包括形成第一电极21和第二电极22的步骤。其中，所述第一电极21和所述第二电极22均形成在所述气体敏感部11上；或者所述第一电极21形成在所述气体敏感部11上，所述第二电极22形成在所述气体敏感部11之外的所述基板1上。当所述第二电极22形成在所述气体敏感部11之外的所述基板1上时，所述气体敏感部11和所述基板1之间形成了异质结，从而有利于提高气体传感器的灵敏度。
37.本实施例的气体传感器的工作原理如下：
38.在一般的空气环境下，空气中的氧分子会吸附在气体传感器的所述气体敏感部表面上，此时氧分子会剥夺所述气体敏感部导带中的电子，从而转化为氧负离子(o-)。在此过程中所述气体传感器的异质结中会形成耗尽层，从而导致气体传感器的电阻增加。当存在硫化氢(h2s)等污染气体时，硫化氢气体与上述的氧负离子发生反应，并将电子释放到所述气体传感器的异质结的耗尽层中，从而能够降低气体传感器的电阻，提高了气体传感器的导电率的增加，以此产生了电流信号的变化，从而能够检测硫化氢气体。这种电流信号的变化会随着硫化氢气体或氧负离子的浓度增加会变得更加明显。
39.实施例2
40.与实施例1不同的是，在本实施例的制作方法中，对所述部分进行氧化之前，所述制作方法还包括：对所述基板1的将被氧化的部分进行表面处理，使所述基板的将被氧化的部分的表面具有微结构的步骤。其中，所述微结构的具体形态可根据实际需要来决定。较佳地，所述微结构可以是阵列排布的柱状结构或者盲孔结构。
41.本实施例中，经过上述步骤之后，在后续经氧化而成的所述气体敏感部11会具有上述的微结构，所述微结构可以提升气体敏感部11的表面积，从而增加了气体敏感部11与检测气体之间的接触面积，以此能够提高所述气体传感器的灵敏度。
42.实施例3
43.与实施例1不同的是，在本实施例的制作方法中，形成所述第一电极21和所述第二电极22之后，还包括在所述气体敏感部11之外的所述基板1上设置加热单元3的步骤。
44.具体地，在所述气体敏感部11之外的所述基板1上形成粘贴层4，所述粘贴层4形成之后在所述粘贴层4上设置所述加热单元3。所述加热单元3用于调节所述基板1和所述气体敏感部11的温度，从而使所述气体敏感部11的温度接近于周围的待测气体的温度，以此进一步提高所述气体传感器的检测灵敏度。
45.实施例4
46.本实施例提供了采用上述的实施例所提供的制作方法来制作的气体传感器，如图2a或图2b所示，所述气体传感器包括基板1、气体敏感部11、第一电极21和第二电极22。所述气体敏感部11通过对所述基板1的部分进行氧化而形成。其中，所述基板1由含有金属元素的半导体材料制成。所述第一电极21设置于所述气体敏感部11上，所述第二电极22设置于所述气体敏感部11或者所述气体敏感部11之外的所述基板1上。
47.优选地，所述含有金属元素的半导体材料为algainn、algan、aln、gan、gainn、alinn中的一种。
48.较佳地，所述气体敏感部11的表面上形成有微结构，以提高所述气体敏感部11与检测气体之间的接触面积。
49.进一步地，所述气体传感器还包括加热单元3，所述加热单元3设置于所述气体敏感部11之外的所述基板1上。具体地，在所述气体敏感部11之外的所述基板1上形成有粘贴层4，所述加热单元3通过所述粘贴层4设置于所述基板1上。
50.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
51.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。