CN102269724B - 半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法 - Google Patents

半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法 Download PDF

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本发明涉及半导体气敏传感器技术，公开了一种半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法。该方法首先采用传统光刻工艺，将叉指电极图形转移到光刻胶层上，再以该光刻胶层为掩膜，干法刻蚀单晶硅基底，制作出定向纳米纤维，然后再通过磁控溅射工艺在其表面溅射一层Pt，作为导电层，最后化学法剥离光刻胶层，得到气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极。该定向纳米纤维化三维立体叉指电极，与传统的平板叉指电极相比，高比表面积的硅纳米纤维，可以在不减少叉指对数的条件下，有效地增大电极的表面积，从而有效地提高敏感电极的灵敏度，解决了传统平板叉指电极的叉指对数和表面积之间的矛盾关系。

Description

半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法
技术领域
本发明属于半导体气敏传感器技术，特别涉及一种半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法。
背景技术
与其他气敏传感器技术相比，半导体气敏传感器技术有着无可比拟的优势，而被广泛的研究和应用之中。如体积小、灵敏度高、使用寿命长、成本低、测量电路简单、使用方便、便于集成化和多功能化、易与微机接口等，而被广泛的应用于煤炭、化工、石油工业、交通监控、环境保护、气象监测、医疗、自动控制和家用报警等各个领域，对有毒有害气体、易燃易爆气体、工业废气和环境污染气体等进行检测。
半导体气敏传感器技术中的两大关键技术，即敏感膜和敏感电极。其中，敏感电极的好坏，直接关系到气敏传感器元件的灵敏度、响应时间和尺寸大小。叉指电极可以有效地减小器件尺寸，并且易于控制其中敏感电阻的大小，同时又能为传感器提供最大的敏感区域，而被广泛采用。另外，叉指电极也可用于气敏传感器的加热电路，为敏感膜提供稳定的工作温度。其影响因素主要包括叉指的长和宽，叉指的对数和叉指间的间隙大小。实验表明：叉指的表面积越大，即叉指越长，越宽，叉指的对数越多，叉指间的间隙越小，器件灵敏度越高，敏感膜电阻越小，加热功率也越小。
然而，传统的平板叉指电极的制作工艺存在以下重大问题：
(1)受器件尺寸的限制，叉指的表面积，叉指的对数都不能无限增大。而且叉指的表面积和叉指的对数又是两个矛盾的参数，一个增大，另一个必然减小。
(2)半导体气敏传感器的工作温度都较高，要保证其工作在稳定状态，必须对其进行加热，而传统的平板叉指电极功耗较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法，按本发明的制备方法制成的叉指电极能够在不减少叉指对数的条件下，有效地增大电极的表面积，同时，定向纳米纤维化的三维立体叉指电极，还可以深入到敏感膜的内部，从而有效地提高敏感电极的灵敏度，降低敏感膜的电阻，减小加热功耗。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
1)在单晶硅基底上涂敷光刻胶形成光刻胶层；
2)按所需制备的叉指电极的参数要求制作叉指电极掩膜板，并以该叉指电极掩膜板为掩护，利用传统光刻工艺，刻蚀光刻胶层，得到光刻胶叉指电极；
3)对光刻过带有光刻胶叉指电极的单晶硅基底进行干法刻蚀，在单晶硅基底上得到定向的纳米纤维；
4)利用磁控溅射工艺在其表面溅射一层Pt金属层，作为导电电极；
5)最后采用化学剥离技术剥离单晶硅表面的光刻胶层，得到半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极。
所述步骤3)的干法刻蚀采用C4F8：180sccm(毫升每分)，时间：10s；SF6：100sccm(毫升每分)，时间：7s的刻蚀参数，得到定向纳米纤维。
所述步骤4)的磁控溅射工艺，是先溅射5-10nm的Ti层作为过渡层，再溅射100nm的Pt层作为电极层。
所述步骤5)采用化学剥离技术去除单晶硅基底上的光刻胶层采用有机溶剂丙酮溶解并洗掉光刻胶。
本发明采用光刻和干法刻蚀等工艺制作出了具有三维结构的定向纳米纤维化的叉指电极，与传统的平板叉指电极相比，高比表面积的硅纳米纤维，可以在不减少叉指对数的条件下，有效地增大电极的表面积，从而有效地提高敏感电极的灵敏度，解决了传统平板叉指电极的叉指对数和表面积之间的矛盾关系。
此外，本发明制作出的定向纳米纤维，还可以深入到敏感膜的内部，在提高敏感电极灵敏度的同时，还很大程度上降低了敏感膜的电阻，减小了加热功耗。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1-图5为本发明的制备流程图，其中，每组图中的图(b)为图(a)的A-A剖视图。
图6(a)为本发明光刻所用叉指电极掩膜板的示意图，图6(b)为图6(a)的A-A剖视图。
具体实施方式
本法发明的制作方法，包括以下步骤：
第一步，参照图组1(a)，(b)，采用甩胶工艺，在单晶硅基底上涂敷一层厚度为200nm的紫外线光刻胶；
第二步，参照图6(a)，(b)，按所需制备的叉指电极的参数要求制作叉指电极掩膜板，其中叉指长度10mm，叉指宽度1mm，叉指间距1mm，叉指对数4对；然后以叉指电极掩膜板为掩护利用紫外线(UV)光刻，得到如图2(a)，(b)所示的光刻胶叉指电极。
第三步，以上一步得到的光刻胶层为掩护，采用C4F8：180sccm(毫升每分)，时间：10s；SF6：100sccm(毫升每分)，时间：7s的刻蚀参数，干法刻蚀单晶硅基底，在单晶硅基底上得到如图3(a)，(b)所示定向的纳米纤维；
第四步，参照图4(a)，(b)，再通过磁控溅射工艺在其上先溅射5-10nm的Ti层作为过渡层，再溅射100nm的Pt层作为电极层；
第五步，利用有机溶剂丙酮去除单晶硅基底上的光刻胶层，得到如图5(a)，(b)所示的半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极。尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (4)

1.一种半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在单晶硅基底上涂敷光刻胶形成光刻胶层；
2）按所需制备的叉指电极的参数要求制作叉指电极掩膜板，并以该叉指电极掩膜板为掩护，利用传统光刻工艺，刻蚀光刻胶层，得到光刻胶叉指电极；
3）对光刻过带有光刻胶叉指电极的单晶硅基底进行干法刻蚀，在单晶硅基底上得到定向的纳米纤维；
4）利用磁控溅射工艺在其表面溅射一层Pt金属层，作为导电电极；
5）最后采用化学剥离技术剥离单晶硅基底上的光刻胶层，得到半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极。
2.根据权利要求1所述的半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法，其特征在于：所述步骤3）的干法刻蚀采用C4F8:180sccm（毫升每分），时间:10s；SF6:100sccm（毫升每分），时间:7s的刻蚀参数，得到定向纳米纤维。
3.根据权利要求1所述的半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法，其特征在于：所述步骤4）的磁控溅射工艺，是先溅射5-10nm的Ti层作为过渡层，再溅射100nm的Pt层作为电极层。
4.根据权利要求1所述的半导体气敏传感器的定向纳米纤维化三维立体叉指电极的制作方法，其特征在于：所述步骤5）采用化学剥离技术去除单晶硅基底上的光刻胶层采用有机溶剂丙酮溶解并洗掉光刻胶。
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