多孔矽與氧化鎢納米棒複合結構氣敏材料

近年來，氧化鎢被認為是極有研究與應用前景的半導體氣體敏感材料。氧化鎢屬於n 型寬禁帶半導體，在氣體感測器、光電器件以及光催化等領域均有廣泛的應用，尤其是作為一種高性能氣敏材料，可高靈敏度探測各種有毒和危險性氣體，如NO₂、H₂S、Cl₂、NH₃ 等。

有研究表明，一維氧化鎢納米結構與傳統的氧化鎢材料相比，其具有更大的比表面積，更大的表面活性以及更強的氣體吸附能力，從而能加快與氣體之間的反應，在進一步提高靈敏度的同時，對於降低工作溫度具有重要意義。多孔矽是一種在矽片表面通過腐蝕形成的孔徑尺寸、孔道深度和孔隙率可調的多孔性疏鬆結構材料，室溫下即具有很高的表面活性，可檢測NO₂、NH₃、H₂S及多種有機氣體，且製作工藝易與微電子工藝技術相容。

採用矽基有序多孔矽複合氧化鎢納米棒為複合結構氣敏材料，使得多孔矽與氧化鎢兩種半導體材料之間形成異質結，因整體納米協同效應而獲得單一材料所不具備的氣敏特性。新型複合結構氣敏材料因具有巨大的比表面積以及大的表面活性，有望降低工作溫度，開發出室溫探測氣敏材料。

將多孔矽與氧化鎢納米棒複合結構氣敏材料的製備方法，具有如下步驟：

（1）清洗矽基片襯底

將p型單晶矽基片單面拋光，電阻率為10～15Ω·cm，依次經過濃硫酸與過氧化氫混合溶液浸泡30～50分鐘、氫氟酸水溶液浸泡20～40分鐘、丙酮溶劑超聲清洗5～15分鐘、無水乙醇超聲清洗5～15分鐘、去離子水中超聲清洗5～15分鐘，以除去表面油污、有機物雜質以及表面氧化層；

（2）製備有序多孔矽

採用雙槽電化學腐蝕法在清洗過的矽基片拋光表面製備多孔矽層，所用腐蝕電解液由 品質濃度為40%的氫氟酸與品質濃度為40%的二甲基甲醯胺組成，體積比為1：2，不添加 表面活性劑和附加光照，施加的腐蝕電流密度為50～120mA/cm2，腐蝕時間為5～20min；

（3）製備多孔矽與氧化鎢納米棒複合結構

將步驟(2)製備的矽基多孔矽置於水準管式爐中，利用化學氣相沉積的方法，鎢粉作為鎢源，以氬氣作為工作氣體，氧氣作為反應氣體，氣體流量分別控制為10～20sccm和0.5～10sccm，源溫度為1100～1300度，保溫時間為90～120min，本體真空度為1～5Pa，工作 壓強為50～100Pa，基片與鎢粉之間的距離為14～20cm。

一維氧化鎢納米棒具有大的比表面積，氣體擴散通道的多孔矽與氧化鎢納米棒的複合結構，非常適用于作為氣敏材料。

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