CN110361422B - 一种气体传感器的制备方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种气体传感器的制备方法及装置，属于人工传感器术领域，该方法包括：配置第一种溶液；将所述第一种溶液滴至气体传感器芯片表面；获取所述气体传感器芯片的电阻值；在所述电阻值与期望电阻值的偏差在预设范围内时，结束制备。提高了气体检测的灵敏度，并且上述方法效率高成本低。达到了可以在常温低功耗的条件下提高气体传感器的灵敏度的效果。

Description

一种气体传感器的制备方法和装置
技术领域
本申请涉及气体传感器的制备方法及装置，属于传感技术领域。
背景技术
气体传感器是MEMS(Microelectro Mechanical Systems，微机***)传感技术领域的重要组成部分，在低功耗、小尺寸和低成本约束条件下，实现对目标气体的高度灵敏性和长期使用的稳定性是MEMS气体传感器的重要技术研究与发展方向。现有提高MEMS气体传感器灵敏度的主要方案包括：1、提高工作温度，2、对气体进样进行富集，3、提高对微弱检测信号的放大能力。
提高工作温度的方案可提高气敏结构(材料)对目标气体的化学活性，同时可提升目标气体的能量，达到增强传感器灵敏度的目的，但该方案同时也带来功耗消耗增大和结构复杂的负面影响；对气体进样进行富集的方案从时间上对微量气体进行累积，提高其有效浓度进而提高后续的检测能力，但该方案降低了气体传感器的响应实时性，同时也增加了***的复杂性，不利于实现气体的快速检测；提高对微弱检测信号的放大能力的方案虽然可以提升对气体检测的灵敏度，但同时也会放大噪声干扰，不利于提高检测精度。
发明内容
本申请提供了一种气体传感器的制备方法及装置，可以解决现有方案中的问题。本申请提供如下技术方案：
第一方面，提供了一种气体传感器的制备方法，所述方法包括：
配置第一种溶液，所述第一种溶液的溶质为NOPF6，所述第一种溶液用于降低气体传感器芯片的电阻；
将所述第一种溶液滴至所述气体传感器芯片表面；
获取所述气体传感器芯片的电阻值；
在所述电阻值与期望电阻值的偏差在预设范围内时，结束制备。
可选的，所述方法还包括：
在所述电阻值与期望电阻值的偏差不在所述预设范围内且所述电阻值大于所述期望电阻值时，再次执行所述将所述第一种溶液滴至气体传感器芯片表面的步骤。
可选的，所述方法还包括：
在所述电阻值与期望电阻值的偏差不在所述预设范围内且所述电阻值小于所述期望电阻值时，将第二种溶液滴至所述气体传感器芯片的表面，并再次所述获取所述气体传感器芯片的电阻值的步骤，所述第二种溶液为所述第一种溶液中的溶剂的纯溶液，所述第二种溶液用于提高所述气体传感器芯片的电阻。
可选的，在将溶液滴至所述气体传感器芯片的表面时，将所述溶液旋转滴至所述气体传感器芯片的表面。
可选的，所述将所述溶液旋转滴至所述气体传感器芯片的表面，包括：
控制旋涂设备按照预设方式旋转，并在所述旋涂设备开始旋转时将所述溶液滴至所述气体传感器芯片的表面，所述旋涂设备上固定有所述气体传感器芯片，所述预设方式包括转速和旋转时间。
可选的，所述转速为800-1200rpm。
可选的，所述旋转时间为60s。
可选的，在所述溶液为第一种溶液时，所述第一种溶液的体积为12ul；在所述溶液为所述第二种溶液时，所述第二种溶液的体积为3ul。
可选的，所述第一种溶液中的溶剂为CH3CN。
第二方面，提供了一种气体传感器的制备装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储右至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行上述指令以实现第一方面所述的制备方法。
本申请的有益效果在于：导电聚合物是一种稳定性较好的有机半导体材料，其在常温条件下即对氧化性或还原性气体具有敏感能力，基于该材料制备的MEMS气体传感器具有较高的环境稳定性。本发明所描述之工艺方法可以在保留导电聚合物自身稳定性的前提下，通过基于旋涂或滴涂工艺的离子掺杂提高气敏结构的载流子浓度，进而提升气体检测的灵敏度。而气敏结构的载流子浓度可直接由其导电性也即电阻值表征，因而可实现对器件较为精确的调节作用。本发明可直接在MEMS传感器芯片上实施，无需附加使用条件(如加热等)或其他部件，是一种高效、低成本的提升MEMS气体传感器性能的工艺方法。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本申请一个实施例提供的气体传感器的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的气体传感器的制备方法的方法流程图，如图1所示，该制备方法包括：
步骤101，配置第一种溶液；
所述第一种溶液的溶质为NOPF6，所述第一种溶液用于降低气体传感器芯片的电阻。实际实现时，NOPF6溶液的浓度可以为1％，且NOPF6溶液的溶剂可以为CH3CN。可选的，仅以溶剂为CH3CN为例，实际实现时，溶剂还可以为能够溶解NOPF6的其他有机溶剂，本实施例选择CH3CN仅是因为其毒性较低且溶解性较好。
另外，在配置NOPF6溶液之后，还可以使用磁力搅拌器等搅拌手段对溶液进行搅拌，持续30分钟，之后静置溶液。
步骤102，将所述第一种溶液滴至气体传感器芯片表面；
在将第一种溶液滴至气体传感器芯片表面时，可以通过表面旋涂的方式来实现，具体的：
控制旋涂设备按照预设方式旋转，并在所述旋涂设备开始旋转时将所述溶液滴至所述气体传感器芯片的表面，所述旋涂设备上固定有所述气体传感器芯片，所述预设方式包括转速和旋转时间。
实际实现时，可以使用滴管量取10uL的溶液，将气体传感器芯片固定在旋涂设备上，然后调节旋涂设备的转速在800-1200rpm之间，且时间设定为60s。其中，在刚启动旋涂设备的同时，可以将滴管中的溶液滴至气体传感器的表面，等待旋涂设备停止旋转。通过上述实现，溶液即可均匀的滴至气体传感器的表面。
步骤103，获取所述气体传感器芯片的电阻值；
在步骤102之后，可以爱用精密电阻测量设备对滴有溶液的气体传感器芯片的电阻值进行测试获得电阻值R1。其中，实际实现时，为了保证测量的准确度，可以重复测试进而获取平均电阻值。
步骤104，在所述电阻值与期望电阻值的偏差在预设范围内时，结束制备。
若R1余期望电阻值Re之间的差值在预设范围内，则说明此时制备得到的气体传感器芯片已经符合要求，此时结束制备。
可选的，所述方法还包括：
在所述电阻值与期望电阻值的偏差不在所述预设范围内且所述电阻值大于所述期望电阻值时，再次执行所述将所述第一种溶液滴至气体传感器芯片表面的步骤，也即再次执行上述步骤102。
可选的，所述方法还包括：
在所述电阻值与期望电阻值的偏差不在所述预设范围内且所述电阻值小于所述期望电阻值时，将第二种溶液溶液滴至所述气体传感器芯片的表面，并再次执行所述获取所述气体传感器芯片的电阻值的步骤。
所述第二种溶液为所述第一种溶液中的溶剂的纯溶液，所述第二种溶液用于提高所述气体传感器芯片的电阻。
实际实现时，在电阻值与期望电阻值的偏差不在所述预设范围内且所述电阻值小于所述期望电阻值时，可以配置第二种溶液，比如，配置纯CH3CN溶液，将纯CH3CN溶液滴至经过上述处理后的气体传感器的表面，并再次执行获取电阻值的步骤。其中，在将纯CH3CN溶液滴至气体传感器表面时，也可以采用旋涂的方式。比如，用滴管量取3uL纯CH3CN溶液，将芯片放置在旋涂设备上固定，调节旋涂设备的转速设置为800-1200rpm范围内，时间设定为60s，在刚启动旋涂设备时，将滴管中的纯溶液滴至气体传感器表面。
需要补充说明的时，在将第一种溶液滴至气体传感器芯片表面之前，还可以对气体传感器芯片进行清洗，比如，将气体传感器芯片放入无水乙醇溶液中，通过人工或机械手段对放入芯片后的溶液进行搅拌10分钟，之后，将气体传感器芯片从溶液中取出，并在氮气环境下自然风干。需要注意的是，为了避免搅拌时损坏气体传感器芯片，在搅拌时搅拌器不与气体传感器芯片接触。
导电聚合物是一种稳定性较好的有机半导体材料，其在常温条件下即对氧化性或还原性气体具有敏感能力，基于该材料制备的MEMS气体传感器具有较高的环境稳定性。本发明所描述之工艺方法可以在保留导电聚合物自身稳定性的前提下，通过基于旋涂或滴涂工艺的离子掺杂提高气敏结构的载流子浓度，进而提升气体检测的灵敏度。而气敏结构的载流子浓度可直接由其导电性也即电阻值表征，因而可实现对器件较为精确的调节作用。本发明可直接在MEMS传感器芯片上实施，无需附加使用条件(如加热等)或其他部件，是一种高效、低成本的提升MEMS气体传感器性能的工艺方法。
第二方面，提供了一种气体传感器的制备装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储右至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行上述指令以实现第一方面所述的制备方法。
可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的气体传感器的制备方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种气体传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
配置第一种溶液，所述第一种溶液的溶质为NOPF6，所述第一种溶液用于降低气体传感器芯片的电阻；
将所述第一种溶液滴至所述气体传感器芯片表面；
获取所述气体传感器芯片的电阻值；
在所述电阻值与期望电阻值的偏差不在所述预设范围内且所述电阻值大于所述期望电阻值时，再次执行所述将所述第一种溶液滴至气体传感器芯片表面的步骤，或者在所述电阻值与期望电阻值的偏差不在所述预设范围内且所述电阻值小于所述期望电阻值时，将第二种溶液滴至所述气体传感器芯片的表面，并再次获取所述气体传感器芯片的电阻值的步骤，所述第二种溶液为所述第一种溶液中的溶剂的纯溶液，所述第二种溶液用于提高所述气体传感器芯片的电阻；
在所述电阻值与期望电阻值的偏差在预设范围内时，结束制备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
在将溶液滴至所述气体传感器芯片的表面时，将所述溶液旋转滴至所述气体传感器芯片的表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述溶液旋转滴至所述气体传感器芯片的表面，包括：
控制旋涂设备按照预设方式旋转，并在所述旋涂设备开始旋转时将所述溶液滴至所述气体传感器芯片的表面，所述旋涂设备上固定有所述气体传感器芯片，所述预设方式包括转速和旋转时间。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述转速为800-1200rpm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述旋转时间为60s。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述溶液为第一种溶液时，所述第一种溶液的体积为12ul；在所述溶液为所述第二种溶液时，所述第二种溶液的体积为3ul。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一种溶液中的溶剂为CH3CN。
8.一种气体传感器的制备装置，其特征在于，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储右至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行上述指令以实现如权利要求1至7任一所述的制备方法。
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