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

技术特征：
1.一种氧化石墨烯表面改性的mems气体传感器芯片的制备方法，其特征在于：包括以下具体步骤：s1、制备mems基片微加热层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；s2、制备mems基片叉指电极及印刷敏感材料在上述制备的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；s3、制备聚苯乙烯胶体单层膜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；s4、制备氧化石墨烯表面改性mems气体传感器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。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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；所述单晶硅片的类型为n型、p型中的一种；所述单晶硅片的厚度为200-400μm。3.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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。4.根据权利要求1所述的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，其特征在于：所述步骤s1中sio2层和si3n4层的沉积温度为600-800℃，且sio2层的厚度为200-400nm、si3n4层的厚度为400-600nm；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；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。5.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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％。
6.根据权利要求1所述的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，其特征在于：所述步骤s2中sio2绝缘层的厚度为400-800nm，所述pt/au层的厚度为100-300nm，所述叉指电极的指宽、指间距均为10μm。7.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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。8.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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。9.根据权利要求1所述的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，其特征在于：所述所述步骤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，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。10.根据权利要求1所述的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，其特征在于：所述步骤s4中氧化石墨烯溶液的浓度为0.1-0.5mg/ml；覆膜衬底的静置时间为5-20min；干燥温度为105℃、时间为0.5-2h；退火温度为400℃，时间为1-3h。

技术总结
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，包括S1、制备MEMS基片微加热层；S2、制备MEMS基片叉指电极及印刷敏感材料；S3、制备聚苯乙烯胶体单层膜；S4、制备氧化石墨烯表面改性MEMS气体传感器。本申请首先进行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，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。潜力。潜力。


技术研发人员：蒯贇 赵羽 沈光宇
受保护的技术使用者：安徽维纳物联科技有限公司
技术研发日：2022.04.12
技术公布日：2022/7/15