一种氧化石墨烯表面改性的MEMS气体传感器芯片的制备方法与流程

一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法
技术领域
1.本发明涉及微纳传感器技术领域，具体来说是一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法。


背景技术：

2.随着对环保问题的日益重视，人们对各种有毒、有害气体物质的检测提出了更高的要求。气体传感器是指一类能检测特定气体组分的传感器，它能感知被测气体中的特定组分，并通过电信号转化得以分析及输出。最早的气体传感器用于可燃易爆气体的泄露报警场景，以保证安全生产和生命安全。在工业发达的国家，如美国、日本、德国、英国等，气体传感器技术得到了较快发展，均已发展成为品种齐全、技术综合的关键技术产业。经过逐渐的推广应用，目前气体传感器在大气污染监控、工业、国防、食品安全以及医疗检测等领域，均具有非常重要的应用价值。
3.根据分析检测方法的不同，气体传感器主要分为化学反应式、热传导式、光学式、电化学式、接触燃烧式和半导体式等类别。其中，半导体式气体传感器件由于其灵敏度高、响应速率快、体积小、重量轻、易与si基半导体工艺兼容等一系列优点，而备受人们的青睐。特别的，具有良好性能并与硅工艺兼容的半导体电阻型气体传感器在工业应用中逐渐占据主导地位。早在20世纪初，人们发现了气体吸附在半导体金属氧化物表面后，半导体材料的表面电阻会发生变化的现象，从而推动金属氧化物半导体(mos)作为气敏元件的使用。随着科技水平的不断发展，人们对气体传感器提出了更高的要求。为实现更强的响应、更高的选择性、更小的体积、更高的灵敏度、更低的功耗及易于集成等需求，人们将微机电系统(mems)引入到气体传感器的设计过程中。同时丝网印刷技术的快速发展和得以应用，使得气体传感器得以实现微小尺寸气敏材料的印刷，将mems气体传感器推向了工业生产的道路。
4.而当前mems气体传感器在检测多组分气体时，往往存在气体交叉干扰的问题。现有的解决方案多为将传感器组成阵列通过补偿和修正来对结果进行优化或通过对敏感材料物理及化学改性来提升对目标气体的选择性，但是上述方法存在测量精度不高及敏感材料容易中毒等问题。另一种解决方案则是通过在传感器上附着多孔吸附膜来吸附掉干扰气体，但依旧存在稳定性不佳的问题。最近基于石墨烯的气体传感器引起了强烈的关注。石墨烯具有大的比表面积和显着的高载流子迁移率，能提供较高的感测区域和较低的电阻率。同时，石墨烯具有低电噪声的特性，能进一步提升对气体的敏感程度。除此之外，石墨烯还具有优良的机械性能和柔性，因此作为膜材料可较好进行包覆及附着。
5.目前，专利cn112162015a公开了一种抗气体干扰型mems气体传感器及制备方法，该方法通过在制作mems气体传感器时，增加了分离膜，该分离膜的纳米通道的孔径小于干扰气体分子的运动直径，从而使得干扰气体分子在分离膜的纳米通道内发生大量碰撞，无法通过分离膜，从而实现对干扰气体的阻隔，避免干扰气体对传感器内敏感材料的影响，但该专利通过涂覆或印刷工艺增加分离膜很难实现。专利cn113092545a公开了一种基于cuo/
in2o3修饰的石墨烯mems气体传感器的制备方法，该方法通过分步式制备单一材料、一步超声水热制备复合材料的方法得到rgo cuo/in2o3气敏材料，使所制备的复合材料中单一材料间的比例可控且更为精确。同时辅以全新设计的复合多层式传感器芯片结构，使其在极小的体积，极低的功耗条件下也能有出色的工作性能。但该专利中复合气敏材料的制备较为繁琐，不利于进行放大生产。
6.本发明提出一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法，是将微/纳结构薄膜制备与mems基板相结合，采用模板浸渍-无损转移方式，在mems基板上原位附着上氧化石墨烯薄膜；制备的mems气体传感器具有高敏感、抗干扰的气敏特性，具有大规模批量生产的潜力，是一种应用性较强的制备高敏感抗干扰mems气体传感器的方法。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法，采用模板浸渍-无损转移方式，在mems基板上原位附着上氧化石墨烯薄膜，以此制备出高敏感、抗干扰的mems气体传感器，工艺可靠、易于实现，具有大规模批量生产的潜力。
8.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
9.一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法，包括以下具体步骤：
10.s1、制备mems基片微加热层
11.将单晶硅片经紫外臭氧清洗后，在单晶硅片正面热氧化生长出sio2层，在单晶硅片的侧面上依次沉积sio2层和si3n4层；然后在单晶硅片正面的sio2层上沉积al2o3粘附层，并通过离子束刻蚀设计掩膜；再在al2o3粘附层上沉积pt/ti层，并通过腐蚀剥离得到pt电极图案和微加热层图案；最后对sio2/si3n4复合层刻蚀形成刻蚀窗口，并于四甲基氢氧化铵溶液中完成sio2/si3n4复合层释放，制备得到mems微加热层基片；
12.s2、制备mems基片叉指电极及印刷敏感材料
13.在上述制备的mems微加热层基片的正面上沉积sio2绝缘层，再在sio2绝缘层上沉积pt/au层，通过剥离工艺得到pt电极图案和信号线图案，形成pt电极和叉指电极；然后在叉指电极上丝网印刷气敏薄膜，并在气敏薄膜上刻蚀出腐蚀窗口，使得后续能释放出足够的面积露出叉指电极中心区域和支承悬臂；在光刻胶的保护下，将暴露的sio2/si3n4复合层完全刻蚀，并使用koh溶液沿着刻蚀窗口刻蚀硅衬底形成倒梯形的绝缘腔，制备得到附着有气敏薄膜的mems基片；
14.s3、制备聚苯乙烯胶体单层膜
15.在清洁的玻璃衬底上均铺去离子水膜，然后注射均匀分散的聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液，胶体颗粒在气-液界面扩散并进行自组装；待玻璃衬底上的液体蒸发完毕，即可得到在玻璃衬底上的聚苯乙烯胶体单层膜；
16.s4、制备氧化石墨烯表面改性mems气体传感器
17.将制备的覆盖聚苯乙烯胶体单层膜的玻璃衬底浸入氧化石墨烯溶液中，聚苯乙烯胶体单层膜漂浮在溶液的表面；随后使用上述制作的附着有气敏薄膜的mems基片作为衬底，将溶液中的聚苯乙烯胶体单层膜捞起，覆膜衬底静置、干燥，然后去除pt电极处的覆盖
聚苯乙烯胶体单层膜，退火以烧掉聚苯乙烯模板，形成氧化石墨烯薄膜；最后对基片进行切割，完成氧化石墨烯表面改性mems传感器芯片的制备。
18.有益效果：本技术首先进行mems基片微加热层、叉指电极制备及敏感材料印刷的制备；然后进行聚苯乙烯胶体单层膜模板制备；最后通过模板浸渍-无损转移，将氧化石墨烯从前驱液中转移附着到mems气体传感器敏感材料上，形成一层超薄致密覆盖的氧化石墨烯薄膜，其工艺可靠、易于实现，具有大规模批量生产的潜力。
19.本技术将微/纳结构薄膜制备与mems基板相结合，采用模板浸渍-无损转移方式，在mems基板上原位附着上氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯薄膜对干扰气体的阻碍作用提高了传感器的选择性，使制备的mems气体传感器具有高敏感、抗干扰的气敏特性。
20.优选的，所述步骤s1中单晶硅片的晶向为《100》、《101》、《110》、《111》中的一种或几种。
21.优选的，所述单晶硅片的类型为n型、p型中的一种。
22.优选的，所述单晶硅片的厚度为200-400μm。
23.优选的，所述步骤s1中单晶硅片的热氧化温度为1000-1200℃，硅片正面形成sio2层的厚度为100-300nm。
24.优选的，所述步骤s1中sio2层和si3n4层采用低压化学气相沉积法沉积得到，且低压化学气相沉积的温度为600-800℃，沉积的sio2层的厚度为200-400nm、si3n4层的厚度为400-600nm。
25.优选的，所述步骤s1中al2o3粘附层采用原子层沉积技术沉积得到，且al2o3粘附层的厚度为10-20nm。
26.优选的，所述步骤s1中pt/ti层的厚度为100-300nm，且微加热层图案的间距和宽度均为10μm。
27.优选的，所述步骤s1中sio2/si3n4层刻蚀采用离子束选择性刻蚀技术。
28.优选的，所述步骤s1中薄膜释放的温度为60-80℃，四甲基氢氧化铵溶液的浓度为20-30wt％。
29.优选的，所述步骤s2中sio2绝缘层采用等离子体增强化学气相沉积法沉积得到，且sio2绝缘层的厚度为400-800nm。
30.优选的，所述步骤s2中pt/au层的厚度为100-300nm，所述叉指电极的指宽、指间距均为10μm。
31.优选的，所述步骤s2中气敏薄膜的厚度为10μm，所述气敏薄膜中的气敏材料为zno、sno中的一种或两种组合物。
32.优选的，所述步骤s2中腐蚀窗口采用正向光刻刻蚀而成，sio2/si3n4复合层采用反应离子蚀刻法。
33.优选的，所述步骤s3中聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液采用微量移液泵注射，注射速度为10-20μl/min。
34.优选的，所述步骤s3中配制聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液的所用到的聚苯乙烯乳胶微球悬浊液粒径为200-1000nm。
35.优选的，所述步骤s3中聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液中聚苯乙烯乳胶微球悬浮液与乙醇的体积比为30-50:50-30。
36.优选的，所述步骤s4中氧化石墨烯溶液的浓度为0.1-0.5mg/ml。
37.优选的，所述步骤s4中覆膜衬底的静置时间为5-20min。
38.优选的，所述步骤s4中干燥温度为105℃、时间为0.5-2h。
39.优选的，所述步骤s4中退火温度为400℃，时间为1-3h。
40.本发明的优点在于：
41.1.本技术首先进行mems基片微加热层、叉指电极制备及敏感材料印刷的制备；然后进行聚苯乙烯胶体单层膜模板制备；最后通过模板浸渍-无损转移，将氧化石墨烯从前驱液中转移附着到mems气体传感器敏感材料上，形成一层超薄致密覆盖的氧化石墨烯薄膜，其工艺可靠、易于实现，具有大规模批量生产的潜力。
42.2.本技术将微/纳结构薄膜制备与mems基板相结合，采用模板浸渍-无损转移方式，在mems基板上原位附着上氧化石墨烯薄膜，氧化石墨烯薄膜对干扰气体的阻碍作用提高了传感器的选择性，使制备的mems气体传感器具有高敏感、抗干扰的气敏特性。
附图说明
43.图1为本发明实施例2中制备的mems气体传感器芯片的结构示意图。
44.图2为本发明实施例2中制备的mems气体传感器芯片氧化石墨烯覆膜的sem图。
45.图3为本发明实施例2中制备的mems气体传感器芯片的sem图。
46.附图标记说明：1、单晶硅片；2、pt电极；3、支承悬臂；4、微加热层；5、绝缘层；6、信号线；7、气敏薄膜；8、氧化石墨烯薄膜。
具体实施方式
47.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.本技术公开一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法，包括以下具体步骤：
49.s1、制备mems基片微加热层4
50.将200-400μm厚度的单晶硅片1经紫外臭氧清洗后，1000-1200℃下在单晶硅片1正面热氧化生长出sio2层(100-300nm)，600-800℃下通过低压化学气相沉积法在单晶硅片1的侧面上依次沉积sio2层(200-400nm)和si3n4层(400-600nm)；然后利用原子层沉积技术在单晶硅片1正面的sio2层上沉积al2o3粘附层(10-20nm)，并通过离子束刻蚀设计掩膜；再在al2o3粘附层上沉积pt/ti层(100-300nm)，并通过腐蚀剥离得到pt电极图案和微加热层4图案(微加热层4间距和宽度均为10μm)；最后对sio2/si3n4复合层通过离子束选择性刻蚀形成刻蚀窗口，并于60-80℃的四甲基氢氧化铵溶液(20-30wt％)中完成sio2/si3n4复合层释放，制备得到mems微加热层基片。
51.其中，单晶硅片1的晶向为《100》、《101》、《110》、《111》中的一种或几种，单晶硅片1的类型为n型、p型中的一种。
52.s2、制备mems基片叉指电极及印刷敏感材料
53.在上述制备的mems微加热层4基片的正面上进行等离子体增强化学气相沉积sio2绝缘层5(400-800nm)，再在sio2绝缘层5上沉积pt/au层(100-300nm)，通过剥离工艺得到pt电极图案和信号线6图案，形成pt电极2和叉指电极(其中叉指电极的指宽、指间距均为10μm)；然后在叉指电极上丝网印刷气敏薄膜7(10μm)，并使用正向光刻在气敏薄膜7上刻蚀出腐蚀窗口，使得后续能释放出足够的面积露出叉指电极中心区域和支承悬臂3；在光刻胶的保护下，使用反应离子蚀刻将暴露的sio2/si3n4复合层完全刻蚀，并使用koh溶液沿着刻蚀窗口刻蚀硅衬底形成倒梯形的绝缘腔，制备得到附着有气敏薄膜7的mems基片；其中，气敏薄膜7中的气敏材料为zno、sno中的一种或两种组合物。
54.s3、制备聚苯乙烯胶体单层膜
55.在清洁的玻璃衬底上均铺去离子水膜，然后采用微量移液泵以10-20μl/min的速度注射均匀分散的聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液，使胶体颗粒在气-液界面扩散并进行自组装，其中配制聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液的所用到的聚苯乙烯乳胶微球悬浊液粒径为200-1000nm，且聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液中聚苯乙烯乳胶微球悬浮液与乙醇的体积比为30-50:50-30；待玻璃衬底上的液体蒸发完毕，即可得到在玻璃衬底上的聚苯乙烯胶体单层膜。
56.s4、制备氧化石墨烯表面改性mems气体传感器
57.将制备的覆盖聚苯乙烯胶体单层膜的玻璃衬底浸入0.1-0.5mg/ml的氧化石墨烯溶液中，聚苯乙烯胶体单层膜漂浮在溶液的表面；随后使用上述制作的附着有气敏薄膜7的mems基片作为衬底，将溶液中的聚苯乙烯胶体单层膜捞起，覆膜衬底静置5-20min，随后转移至105℃下的烘箱中干燥0.5-2h，然后去除pt电极2处的覆盖聚苯乙烯胶体单层膜，使用对位的顶针装置去除掉pt电极2处的覆盖薄膜，并在400℃下退火1-3h，烧掉聚苯乙烯模板，形成氧化石墨烯薄膜8；最后对基片进行切割，完成氧化石墨烯表面改性mems传感器芯片的制备。
58.以下实施例所选用的聚苯乙烯乳胶微球悬浮液为辉质生物生产，固含量为10％。
59.实施例1
60.本技术实施例公开一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法，包括以下具体步骤：
61.s1、制备mems基片微加热层4
62.将300μm厚度的n型《100》单晶硅片1经紫外臭氧清洗后，1100℃下在单晶硅片1正面热氧化生长出sio2层(200nm)，800℃下通过低压化学气相沉积法在单晶硅片1的侧面上依次沉积sio2层(400nm)和si3n4层(600nm)；然后利用原子层沉积技术在单晶硅片1正面的sio2层上沉积al2o3粘附层(10nm)，并通过离子束刻蚀设计掩膜；再在al2o3粘附层上沉积pt/ti层(200nm)，并通过腐蚀剥离得到pt电极图案和微加热层4图案(微加热层4间距和宽度均为10μm)；最后对sio2/si3n4复合层通过离子束选择性刻蚀形成刻蚀窗口，并于80℃的四甲基氢氧化铵溶液(25wt％)中完成sio2/si3n4复合层释放，制备得到mems微加热层4基片；
63.s2、制备mems基片叉指电极及印刷敏感材料
64.在上述制备的mems微加热层4基片的正面上进行等离子体增强化学气相沉积sio2绝缘层5(600nm)，再在sio2绝缘层5上沉积pt/au信号层(200nm)，通过剥离工艺得到pt电极图案和信号线6图案，形成pt电极2和叉指电极(叉指电极的指宽、指间距均为10μm)；然后在
叉指电极上丝网印刷zno薄膜(10μm)，并使用正向光刻在气敏薄膜7上刻蚀出腐蚀窗口，使得后续能释放出足够的面积露出叉指电极中心区域和支承悬臂3；在光刻胶的保护下，使用反应离子蚀刻将暴露的sio2/si3n4复合层完全刻蚀，并使用koh溶液沿着刻蚀窗口刻蚀硅衬底形成倒梯形的绝缘腔，制备得到附着有气敏薄膜7的mems基片；
65.s3、制备聚苯乙烯胶体单层膜
66.在清洁的玻璃衬底上均铺去离子水膜，然后采用微量移液泵以20μl/min的速度注射均匀分散的聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液，使胶体颗粒在气-液界面扩散并进行自组装，其中配制聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液的所用到的聚苯乙烯乳胶微球悬浊液粒径为500nm，且聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液中聚苯乙烯乳胶微球悬浮液与乙醇的体积比为30:50；待玻璃衬底上的液体蒸发完毕，即可得到在玻璃衬底上的聚苯乙烯胶体单层膜；
67.s4、制备氧化石墨烯表面改性mems气体传感器
68.将制备的覆盖聚苯乙烯胶体单层膜的玻璃衬底浸入0.1mg/ml的氧化石墨烯溶液中，聚苯乙烯胶体单层膜漂浮在溶液的表面；随后使用上述制作的附着有气敏薄膜7的mems基片作为衬底，将溶液中的聚苯乙烯胶体单层膜捞起，覆膜衬底静置10min，随后转移至105℃下的烘箱中干燥1h，然后去除pt电极2处的覆盖聚苯乙烯胶体单层膜，使用对位的顶针装置去除掉pt电极2处的覆盖薄膜，并在400℃下退火2h，烧掉聚苯乙烯模板，形成氧化石墨烯薄膜8；最后对基片进行切割，完成氧化石墨烯表面改性mems传感器芯片的制备。
69.实施例2
70.本技术实施例公开一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法，如图1所示，包括以下具体步骤：
71.s1、制备mems基片微加热层4
72.将300μm厚度的n型《100》单晶硅片1经紫外臭氧清洗后，1100℃下在单晶硅片1正面热氧化生长出sio2层(200nm)，800℃下通过低压化学气相沉积法在单晶硅片1的侧面上依次沉积sio2层(400nm)和si3n4层(600nm)；然后利用原子层沉积技术在单晶硅片1正面的sio2层上沉积al2o3粘附层(10nm)，并通过离子束刻蚀设计掩膜；再在al2o3粘附层上沉积pt/ti层(200nm)，并通过腐蚀剥离得到pt电极图案和微加热层4图案(微加热层4间距和宽度均为10μm)；最后对sio2/si3n4复合层通过离子束选择性刻蚀形成刻蚀窗口，并于80℃的四甲基氢氧化铵溶液(25wt％)中完成sio2/si3n4复合层释放，制备得到mems微加热层4基片；
73.s2、制备mems基片叉指电极及印刷敏感材料
74.在上述制备的mems微加热层4基片的正面上进行等离子体增强化学气相沉积sio2绝缘层5(600nm)，再在sio2绝缘层5上沉积pt/au信号层(200nm)，通过剥离工艺得到pt电极图案和信号线6图案，形成pt电极2和叉指电极(叉指电极的指宽、指间距均为10μm)；然后在叉指电极上丝网印刷sno薄膜(10μm)，并使用正向光刻在气敏薄膜7上刻蚀出腐蚀窗口，使得后续能释放出足够的面积露出叉指电极中心区域和支承悬臂3；在光刻胶的保护下，使用反应离子蚀刻将暴露的sio2/si3n4复合层完全刻蚀，并使用koh溶液沿着刻蚀窗口刻蚀硅衬底形成倒梯形的绝缘腔，制备得到附着有气敏薄膜7的mems基片；
75.s3、制备聚苯乙烯胶体单层膜
76.在清洁的玻璃衬底上均铺去离子水膜，然后采用微量移液泵以15μl/min的速度注射均匀分散的聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液，使胶体颗粒在气-液界面扩散并进行自组
装，其中配制聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液的所用到的聚苯乙烯乳胶微球悬浊液粒径为500nm，且聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液中聚苯乙烯乳胶微球悬浮液与乙醇的体积比为35:45；待玻璃衬底上的液体蒸发完毕，即可得到在玻璃衬底上的聚苯乙烯胶体单层膜；
77.s4、制备氧化石墨烯表面改性mems气体传感器
78.将制备的覆盖聚苯乙烯胶体单层膜的玻璃衬底浸入0.25mg/ml的氧化石墨烯溶液中，聚苯乙烯胶体单层膜漂浮在溶液的表面；随后使用上述制作的附着有气敏薄膜7的mems基片作为衬底，将溶液中的聚苯乙烯胶体单层膜捞起，覆膜衬底静置10min，随后转移至105℃下的烘箱中干燥1h，然后去除pt电极2处的覆盖聚苯乙烯胶体单层膜，使用对位的顶针装置去除掉pt电极2处的覆盖薄膜，并在400℃下退火2h，烧掉聚苯乙烯模板，形成氧化石墨烯薄膜8，如图2所示；最后对基片进行切割，完成氧化石墨烯表面改性mems传感器芯片的制备，制备的mems气体传感器芯片的sem图如图3所示。
79.实施例3
80.本技术实施例公开一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法，包括以下具体步骤：
81.s1、制备mems基片微加热层4
82.将300μm厚度的n型《100》单晶硅片1经紫外臭氧清洗后，1100℃下在单晶硅片1正面热氧化生长出sio2层(200nm)，800℃下通过低压化学气相沉积法在单晶硅片1的侧面上依次沉积sio2层(400nm)和si3n4层(600nm)；然后利用原子层沉积技术在单晶硅片1正面的sio2层上沉积al2o3粘附层(10nm)，并通过离子束刻蚀设计掩膜；再在al2o3粘附层上沉积pt/ti层(200nm)，并通过腐蚀剥离得到pt电极图案和微加热层4图案(微加热层4间距和宽度均为10μm)；最后对sio2/si3n4复合层通过离子束选择性刻蚀形成刻蚀窗口，并于80℃的四甲基氢氧化铵溶液(25wt％)中完成sio2/si3n4复合层释放，制备得到mems微加热层4基片；
83.s2、制备mems基片叉指电极及印刷敏感材料
84.在上述制备的mems微加热层4基片的正面上进行等离子体增强化学气相沉积sio2绝缘层5(600nm)，再在sio2绝缘层5上沉积pt/au信号层(200nm)，通过剥离工艺得到pt电极图案和信号线6图案，形成pt电极2和叉指电极(叉指电极的指宽、指间距均为10μm)；然后在叉指电极上丝网印刷sno、zno薄膜(10μm)，其中sno：zno的摩尔比为1:1，并使用正向光刻在气敏薄膜7上刻蚀出腐蚀窗口，使得后续能释放出足够的面积露出叉指电极中心区域和支承悬臂3；在光刻胶的保护下，使用反应离子蚀刻将暴露的sio2/si3n4复合层完全刻蚀，并使用koh溶液沿着刻蚀窗口刻蚀硅衬底形成倒梯形的绝缘腔，制备得到附着有气敏薄膜7的mems基片；
85.s3、制备聚苯乙烯胶体单层膜
86.在清洁的玻璃衬底上均铺去离子水膜，然后采用微量移液泵以10μl/min的速度注射均匀分散的聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液，使胶体颗粒在气-液界面扩散并进行自组装，其中配制聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液的所用到的聚苯乙烯乳胶微球悬浊液粒径为500nm，且聚苯乙烯乳胶微球-乙醇混合液中聚苯乙烯乳胶微球悬浮液与乙醇的体积比为50:30；待玻璃衬底上的液体蒸发完毕，即可得到在玻璃衬底上的聚苯乙烯胶体单层膜；
87.s4、制备氧化石墨烯表面改性mems气体传感器
88.将制备的覆盖聚苯乙烯胶体单层膜的玻璃衬底浸入0.5mg/ml的氧化石墨烯溶液
中，聚苯乙烯胶体单层膜漂浮在溶液的表面；随后使用上述制作的附着有气敏薄膜7的mems基片作为衬底，将溶液中的聚苯乙烯胶体单层膜捞起，覆膜衬底静置10min，随后转移至105℃下的烘箱中干燥1h，然后去除pt电极2处的覆盖聚苯乙烯胶体单层膜，使用对位的顶针装置去除掉pt电极2处的覆盖薄膜，并在400℃下退火2h，烧掉聚苯乙烯模板，形成氧化石墨烯薄膜8；最后对基片进行切割，完成氧化石墨烯表面改性mems传感器芯片的制备。
89.对比例1
90.对比例描述了一种mems气体传感器芯片的制备方法，其与实施例2的区别在于未进行氧化石墨烯的表面改性，其具体的步骤包括：
91.s1、制备mems基片微加热层4
92.将300μm厚度的n型《100》单晶硅片1经紫外臭氧清洗后，1100℃下在单晶硅片1正面热氧化生长出sio2层(200nm)，800℃下通过低压化学气相沉积法在单晶硅片1的侧面上依次沉积sio2层(400nm)和si3n4层(600nm)；然后利用原子层沉积技术在单晶硅片1正面的sio2层上沉积al2o3粘附层(10nm)，并通过离子束刻蚀设计掩膜；再在al2o3粘附层上沉积pt/ti层(200nm)，并通过腐蚀剥离得到pt电极图案和微加热层4图案(微加热层4间距和宽度均为10μm)；最后对sio2/si3n4复合层通过离子束选择性刻蚀形成刻蚀窗口，并于80℃的四甲基氢氧化铵溶液(25wt％)中完成sio2/si3n4复合层释放，制备得到mems微加热层4基片；
93.s2、制备mems基片叉指电极及印刷敏感材料
94.在上述制备的mems微加热层4基片的正面上进行等离子体增强化学气相沉积sio2绝缘层5(600nm)，再在sio2绝缘层5上沉积pt/au层(200nm)，通过剥离工艺得到pt电极图案和信号线6图案，形成pt电极2和叉指电极(叉指电极的指宽、指间距均为10μm)；然后在叉指电极上丝网印刷sno薄膜(10μm)，并使用正向光刻在气敏薄膜7上刻蚀出腐蚀窗口，使得后续能释放出足够的面积露出叉指电极中心区域和支承悬臂3；在光刻胶的保护下，使用反应离子蚀刻将暴露的sio2/si3n4复合层完全刻蚀，并使用koh溶液沿着刻蚀窗口刻蚀硅衬底形成倒梯形的绝缘腔，制备得到附着有气敏薄膜7的mems基片；
95.s3、制备mems气体传感器
96.对上述附着有气敏薄膜7的mems基片进行切割，完成mems传感器芯片的制备。
97.器件气敏性能测试：
98.将实施例1-3、对比例1中制备得到mems传感器芯片进行金丝焊接，构筑气敏性能测试所需的传感器件，并对传感器件进行气敏性能测试。
99.器件气敏性能使用中国科学院合肥物质科学研究院固体物理所开发的源表级多通道气体敏感测试平台(smp-4)进行测试。其中万用表/直流电源供应器(安捷伦u3606a和u8002a)提供电压源并采集电压信号。100ppm的气体或蒸汽从注入口被注入到测试腔体中，在气体注入口附近对称分布两个300rpm的旋转风扇，在0.1秒内即可完成腔体中气体的均匀混合，气体注入会导致器件的电阻将发生变化，在电路中体现为电压变化。使用labview软件，控制和采集信号，采集速率为20次/秒。测试均在相对湿度60％rh、室温25℃的环境条件下进行。测试的结果如表1所示。
100.表1实施例1-3、对比例1中传感器件的气敏性能测试结果
[0101][0102]
根据表1的结果可以看出，当通过氧化石墨烯改性复合后，mems器件对乙醇、丙酮等voc分子的响应强度得以减弱，而对氢气的响应强度得以增强。同时实施例1-3的器件对乙醇、丙酮等voc分子的响应速度也发生了减慢。从图2可以看出，器件的敏感层表面附着了一层氧化石墨烯网状结构薄膜，正是因为这层薄膜的网状结构薄膜的存在使得乙醇、丙酮等voc分子较难以通过，从而使得氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器具有高敏感、抗干扰的气敏特性。
[0103]
使用原理及优点：本发明首先进行mems基片微加热层、叉指电极制备及敏感材料印刷的制备；然后进行聚苯乙烯胶体单层膜模板制备；最后通过模板浸渍-无损转移，将氧化石墨烯从前驱液中转移附着到mems气体传感器敏感材料上，形成一层超薄致密覆盖的氧化石墨烯薄膜。基于模板浸渍-无损转移制备的氧化石墨烯mems气体传感器具有高敏感、抗干扰的气敏特性，为解决mems气体传感器检测多组分气体时存在气体交叉干扰的问题提供了思路，具有大规模批量生产的潜力，是一种应用性较强的制备高敏感抗干扰mems气体传感器的方法。
[0104]
本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。