一种碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102175755A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102175755A(43)申请公布日2011.09.07(21)申请号201110037965.4B81C1/00(2006.01)(22)申请日2011.02.16(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人张勇王进王影花宋晓慧张晶园姜为华方静张建业唐建文李昕宋晓平李盛涛刘君华(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人汪人和(51)Int.Cl.G01N27/70(2006.01)G01K7/40(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称一种碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器及其制备方法，传感器包括三个自上而下依次分布的第一、第二和第三电极，第一电极设有透气孔，其内表面附着有分布着碳纳米管薄膜的金属膜基底；第二电极由中心设有引出孔的引出极极板构成；第三电极由板面设有盲孔的收集极构成；三个电极通过绝缘支柱隔离。方法包括：分别制作三个电极的掩模板，清洗硅片，溅射金属掩模；刻蚀金属掩模和图形、去除掩模、清洗硅片；溅射多层金属膜，制作金焊盘；丝网印刷绝缘浆料或者粘接聚合物绝缘条；在第一电极内侧面金属膜基底上生长或者丝网印刷碳纳米管薄膜；将三电极粘合，键合电极引线，封装传感器。该传感器结构简单，检测气体线性度好，准确度高。CN10275ACCNN110217575502175759A权利要求书1/2页1.一种碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器，其特征在于：包括三个自上而下依次分布的第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极由内表面附着有分布着碳纳米管薄膜的金属膜基底以及设有透气孔的电极构成；第二电极由中心设有引出孔的引出极极板构成；第三电极由板面设有盲孔的收集极构成；该三个电极分别通过绝缘支柱相互隔离。2.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器，其特征在于：所述三个电极中相邻两个电极间的极间距为30～250μm；所述第一电极与第二电极极板正对面积为0.01～170mm2，第二电极与第三电极极板正对面积为0.01～190mm2。3.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器，其特征在于：所述第一电极的电极表面的透气孔为1～4个，在电极内侧表面附着的金属膜基底上生长或者丝网印刷有碳纳米管薄膜；所述第二电极引出极中心设有1～4个引出孔；所述第三电极收集极盲孔与第二电极的引出孔相对应，盲孔的数量为1～4个。4.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器，其特征在于：所述绝缘支柱分布于三个电极内端面两侧。5.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器，其特征在于：所述第一电极、第二电极和第三电极均采用硅片材料制作，第一电极和第三电极内侧面、第二电极的两侧面均设有金属膜。6.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器，其特征在于：所述透气孔以及引出孔为圆形、三角形、四边形、五边形或六边形；所述盲孔为圆柱体、圆锥体、3～6棱柱或棱锥体。7.一种碳纳米管薄膜微纳米电离式传感器的制备方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：1)分别制作三个电极的掩模板；2)用H2SO4和H2O2作为清洗液，清洗用作三个电极的硅片，清洗后的硅片于150～250℃干燥5～10min；3)分别在清洗处理后的硅片上，通过磁控溅射200nm的Al掩模；4)分别在溅射Al掩模的硅片上进行图形化光刻：首先采用静态涂胶法将正性光刻胶涂抹在溅射有Al掩膜的硅片上，然后于85～120℃干燥60s；将三个电极的掩膜板与光刻胶层对准接触，进行紫外曝光；用标准当量浓度为0.26的四甲基氢氧化铵TMAH溶液在15～25℃显影30s；最后在100～130℃烘烤1～2min，即可得到三个电极的光刻图形；5)采用湿法腐蚀法，刻蚀步骤4)中光刻图形下的Al掩膜，于50℃～60℃腐蚀15s；并用丙酮清除硅片上剩余的光刻胶；6)采用ICP干法刻蚀获得三个电极上的图形；分别控制六氟化硫、八氟环丁烷的进气流量180sccm和85sccm，控制线圈功率、平板功率分别为600W和22W；进行刻蚀三个电极中的透气孔及引出孔和盲孔；7)湿法腐蚀去除剩余Al掩模，方法同步骤5)，即得到三个电极；8)清洗、干燥已经图形化的三个电极硅片；在三个电极上分别依次溅射钛、镍、金三层金属膜，并制作金焊盘；9)将溅射金属膜的三个电极快速退火30～80s，退火温度为400～500℃；2CCNN110217575502175759A权利要求书2/2页10)在退火后的电极硅片的金属膜上再溅射一层金膜；11)在正对碳纳米管薄膜端面的第二电极内端面两侧，及