基于納米材料的傳感器制造技術

一種基于納米材料的傳感器，包括：具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的半導體襯底；位于第一表面的第一介質層；位于第二表面的第二介質層；位于第一介質層表面的傳輸線，且傳輸線具有間隔；填充所述間隔的MoS2納米結構；位于第二介質層的接地層，所述接地層內具有互補開口諧振環，互補開口諧振環的位置與傳輸線的間隔對應。本發明專利技術實施例的傳感器無需電源驅動和連線傳輸信號或檢測數據，且靈敏度高、檢測精度高、兼容性好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及氣體檢測領域，特別涉及一種基于納米材料的傳感器。
技術介紹
環境安全和工業安全監控是社會經濟可持續發展的先決條件和基礎保障。在全球經濟高速發展及各種高強度人類活動的影響下，環境安全和工業安全面臨著巨大的挑戰，主要環境安全問題和工業安全問題包括：大氣污染、水污染、土壤污染、煤礦安全生產等等。而解決主要環境安全問題和工業安全問題的關鍵因素之一，就是先進傳感器件的研發，先進的傳感器能夠用于監測各類有毒有害氣體，以霧霾為例，二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物是霧霾的主要組成。因此，在當前人們越來越注重環境保護和生活安全的情況下，對一些有害氣體和危險氣體的檢測就顯得越來越重要。而氣體傳感器是一種用于感測待檢測氣體的傳感設備，氣體傳感器能應用于檢測例如一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、氫氣或乙醇等各種氣體，廣泛應用于安全檢測、環境檢測等各種環境。通常的氣體傳感器包括熱線性傳感器、固體電解質氣體傳感器、電化學氣體傳感器和光學氣體傳感器，但是上述大部分氣體傳感器靈敏度差、檢測精度低、兼容性低，且需要額外的電源驅動，以及需要連線傳輸信號或檢測數據。
技術實現思路
本專利技術解決的問題是提供一種無需電源驅動和連線傳輸信號或檢測數據，且靈敏度高、檢測精度高、兼容性好的氣體傳感器。為解決上述問題，本專利技術提供一種傳感器的形成方法，提供半導體襯底，所述半導體襯底具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，所述半導體襯底的第一表面具有第一介質層，第二表面具有第二介質層；在所述第一介質層表面形成若干MoS2納米結構，若干MoS2納米結構呈線性排列；在所述第一介質層表面形成傳輸線，所述傳輸線具有間隔，所述間隔適于容納所述MoS2納米結構；在所述半導體襯底的第二介質層表面形成接地層，所述接地層形成有互補開口諧振環，所述互補開口諧振環的位置與所述MoS2納米結構的位置對應?？蛇x的，在所述第一介質層表面形成若干MoS2納米結構包括：提供石英管式爐，所述石英管式爐具有連通的第一溫區和第二溫區，三氧化鉬粉末、硫粉；將三氧化鉬粉末放置于石英管式爐內的第一溫區，形成有介質層的半導體襯底設置于三氧化鉬粉末的上方，半導體襯底與三氧化鉬粉末的間距為1厘米至5厘米；將硫粉放置于石英管式爐的第二溫區，其中硫粉與三氧化鉬粉末的間距為17厘米至20厘米；其中，第一溫區的溫度設置為650攝氏度至800攝氏度，第二溫區的溫度設置為180攝氏度至300攝氏度，石英管式爐在制備過程中始終通入30sccm的氬氣，且氬氣沿第二溫區流向第一溫區；保持第一溫區650攝氏度至800攝氏度的時間為5分鐘后，讓管式爐自然冷卻到室溫，取出在所述介質層表面形成MoS2納米線層的半導體襯底；在所述半導體襯底100表面形成光刻膠圖形，所述光刻膠圖形覆蓋部分MoS2納米線且所述光刻膠圖形與待形成的線性排列的MoS2納米線對應，采用刻蝕工藝去除未被覆蓋的MoS2納米線，然后去除所述光刻膠圖形，形成若干間隔的MoS2納米線且若干MoS2納米線呈線性排列。可選的，所述傳輸線的形成工藝包括：采用光刻膠圖形覆蓋所述MoS2納米結構，所述光刻膠圖形暴露出若干所述介質層表面，所述光刻膠圖形與待形成的傳輸線對應，采用物理氣相沉積工藝在所述介質層表面形成金屬薄膜；去除光刻膠圖形，形成具有間隔的傳輸線。可選的，所述互補開口諧振環的結構為兩個互相反向放置的同心開口諧振環，所述互補開口諧振環的形成工藝包括：在所述接地層表面形成光刻膠圖形，所述光刻膠圖形具有與互補開口諧振環對應的圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，刻蝕所述接地層，直至暴露出第二介質層；去除所述光刻膠圖形，形成互補開口諧振環。本專利技術還提供一種傳感器，包括：具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的半導體襯底；位于第一表面的第一介質層；位于第二表面的第二介質層；位于第一介質層表面的傳輸線，且傳輸線具有間隔；填充所述間隔的MoS2納米結構；位于第二介質層的接地層，所述接地層內具有互補開口諧振環，互補開口諧振環的位置與傳輸線的間隔對應。可選的，半導體襯底厚度為400微米至600微米，介電常數約為11.9；所述第一介質層的材料為氧化硅，所述第一介質層110的厚度為10到30微米，所述第一介質層的介電常數為4；所述第二介質層的材料為氧化硅，所述第二介質層的厚度為10到30微米，所述第二介質層的介電常數為4；所述傳輸線長度為11毫米至13毫米，寬度為0.6毫米；所述接地層的厚度為5微米至20微米?？蛇x的，所述互補開口諧振環的結構為兩個互相反向放置的同心開口諧振環，其中，較大的開口諧振環的尺寸為：開口為0.3毫米，環的內徑為5.52毫米，環的外徑為5.92毫米。較小的開口諧振環的尺寸為：開口為0.3毫米，環的內徑為4.72毫米，環的外徑為5.12毫米。較大的開口諧振環與較小的開口諧振環的間距為0.2毫米。可選的，當所述傳感器的MoS2納米結構數量為1時，所述傳感器的等效電路為：輸入端，所述輸入端連接傳輸線第一等效電感的第一端，傳輸線第一等效電感的第二端連接MoS2納米結構的等效電阻的第一端，MoS2納米結構的等效電阻的第二端連接MoS2納米結構的等效電感的第一端，MoS2納米結構的等效電感的第二端連接MoS2納米結構的等效電容的第一端，MoS2納米結構的等效電容的第二端連接傳輸線第二等效電感的第一端，傳輸線第二等效電感的第二端連接輸出端，傳輸線第一等效電容的第一端連接傳輸線第一等效電感的第二端，傳輸線第一等效電容的第二端連接傳輸線第二等效電容的第一端，傳輸線第二等效電容的第二端連接傳輸線第二等效電感的第一端；互補開口諧振環的等效電感的第一端連接傳輸線第一等效電容的第二端，互補開口諧振環的等效電容的第一端連接傳輸線第一等效電容的第二端，互補開口諧振環的等效電感的第二端連接互補開口諧振環的等效電容的第二端并接地。本專利技術還提供一種傳感器檢測氣體的方法，包括：獲取第一曲線，所述第一曲線為：在沒有待檢測氣體的環境下，所述傳感器的頻率與S11的曲線；將傳感器放置于待檢測環境，獲取第二曲線，所述第二曲線為：在待檢測環境下，所述傳感器的頻率與S11的曲線；通過比較第一曲線和第二曲線的頻移的諧振頻率變化與否，檢測待檢測環境下是否存在待檢測氣體?？蛇x的，還包括：通過獲取待檢測環境的多條第二曲線，根據多條第二曲線頻移的諧振頻率變化幅度，來獲取待檢測環境的待檢測氣體濃度。與現有技術相比，本專利技術的技術方案具有以下優點：本專利技術的傳感器的實施例采用納米材料MoS2結合互補開口諧振環應用于傳感器，通過納米材料MoS2吸收氣體后，其材料的介電常數和導電性都發生變化，從而最終引起傳感器諧振頻率的變化，通過測量諧振頻率的偏移，從而獲得氣體的濃度變化，起到檢測報警作用，而采用互補開口諧振環應用于傳感器，互補開口諧振環的同心圓之間的邊緣電容效應發生諧振，互補開口諧振環應用于傳感器使得器件在特定頻段具有負介電常數和負磁導率，使得傳感器的尺寸和工作頻率相比很小，可小型化，并且傳感器具有好的品質因數，可提高傳感器靈敏性，拓展了左手材料及納米材料在現代檢測技術中的應用。本專利技術的傳感器的形成方法采用大規模集成電路工藝形成微波器件單元，優化基于納米材料的傳感器的工藝步驟。本專利技術的傳感器檢測氣體的方法能夠檢測不同濃度的氣體，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于納米材料的傳感器，其特征在于，包括：具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的半導體襯底；位于第一表面的第一介質層；位于第二表面的第二介質層；位于第一介質層表面的傳輸線，且傳輸線具有間隔；填充所述間隔的MoS2納米結構；位于第二介質層的接地層，所述接地層內具有互補開口諧振環，互補開口諧振環的位置與傳輸線的間隔對應。

【技術特征摘要】
1.一種基于納米材料的傳感器，其特征在于，包括：具有第一表面和與第一表面相對的第二表面的半導體襯底；位于第一表面的第一介質層；位于第二表面的第二介質層；位于第一介質層表面的傳輸線，且傳輸線具有間隔；填充所述間隔的MoS2納米結構；位于第二介質層的接地層，所述接地層內具有互補開口諧振環，互補開口諧振環的位置與傳輸線的間隔對應。2.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，半導體襯底厚度為400微米至600微米，介電常數為11.9；所述第一介質層的材料為氧化硅，所述第一介質層110的厚度為10到30微米，所述第一介質層的介電常數為4；所述第二介質層的材料為氧化硅，所述第二介質層的厚度為10到30微米，所述第二介質層的介電常數為4；所述傳輸線長度為11毫米至13毫米，寬度為0.6毫米；所述接地層的厚度為5微米至20微米。3.如權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述互補開口諧振環的結構為兩個互相反向放置的同心開口諧振環，其中，較大的開口諧振環的尺寸為：開口為0.3毫米，環的內徑為5.52毫米，環的外徑為5.92毫米；較小的開口諧振環的尺寸為：開口為0.3毫...

【專利技術屬性】
技術研發人員：駱興芳，袁彩雷，易強，俞挺，
申請(專利權)人：江西師范大學，
類型：發明
國別省市：江西;36