專利名稱：用于同時檢測Cu的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于同時檢測幾種重金屬的傳感器及制備方法，尤其涉及用于同時檢測Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器及其制備方法。
背景技術：
重金屬離子(如Zn2+、Pb2+、Cd2+、Cu2+、Cr6+、Mn5+、As3+、Fe3+、Hg2+)能夠對人體產生有害甚至致命的影響，因此重金屬的定量檢測在藥物、食品、臨床和環境監測等方面有著非常重要的意義。目前的檢測方法主要有原子吸收分光光度法和質譜法等，但是采用這些方法的設備龐大，并且昂貴，需要復雜的預處理，測量周期長以及需要熟練的操作人員，這在實際應用中帶來許多不方便。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于同時檢測Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器及其制備方法，能夠對Cu2+、Pb2+、Cd2+同時進行定性和定量檢測。
為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下一種用于同時檢測Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器，以p型或n型Si片作基底，在基底上面為SiO2層，SiO2層上面為對Cu2+、Pb2+、Cd2+敏感的三種薄膜；一種用于同時檢測Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器的制備方法，它是由下列步驟組成(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n型<100>單晶硅片作為薄膜傳感器的基底，所述的硅片經拋光清洗后，放入高溫爐中進行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個環形的歐姆接觸引出導線，除了環形部位外，其余部分均用環氧樹脂密封，即制成所需要的薄膜傳感器基底；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比為55～65∶20～30∶10～20，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到540℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個小時；然后自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比為50～60∶20～30∶10～20，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到420℃，保持5個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個小時；然后自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術的Pb靶材；
選用高純度化合物CdS、Ag2S和CdI2，其摩爾比為45～55∶20～30∶15～25，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到450℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑/為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個小時；然后自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術在傳感器基底上制備敏感薄膜，用脈沖激光沉積技術，在SiO2制備對Cu2+、Pb2+、Cd2+敏感的薄膜，在SiO2層上形成三個薄膜區域，脈沖激光沉積設備主要由激光發生器和真空腔組成；上述薄膜制備過程參數為
本發明具有的優點是可以同時檢測Cu2+、Pb2+、Cd2+三種重金屬離子，檢測器件小，試樣溶液少，測量快速，使用便捷，測量準確，干擾離子少。該薄膜傳感器可在江河湖海、生物醫學領域如血液、體液等、工業廢水、中藥、蔬菜、水果、茶葉等領域中對Cu2+、Pb2+、Cd2+進行定性和定量檢測。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1是本發明的俯視結構示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是脈沖激光沉積技術制備薄膜過程原理圖；圖4是Cu2+薄膜傳感器的標準曲線圖；圖5是Pb2+薄膜傳感器的標準曲線圖；圖6是Cd2+薄膜傳感器的標準曲線圖；具體實施方式
現結合附圖和具體實施方式
，對本發明作進一步的說明如下實施例1從圖2和圖1可見本發明用于同時檢測Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器，是選用p型或n型Si片作基底，在該基底上面為SiO2層，SiO2層上面有三種分別對Cu2+、Pb2+、Cd2+敏感的薄膜。
本發明用于同時檢測Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器的制備，由如下步驟組成(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n型<100>單晶硅片作為基底。硅片經拋光清洗后，放入高溫爐中進行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個環形的歐姆接觸引出導線，除了環形部位留下外，其余部分均用環氧樹脂密封，即制成所述的薄膜傳感器基底，激發光源采用正面或背面均可；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比55∶20∶10，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到540℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個小時，自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是得到了脈沖激光沉積技術的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比50∶20∶10，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到420℃，保持5個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個小時，自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術的Pb靶材；選用高純度化合物CdS、Ag2S、CdI2，其摩爾比45∶20∶15，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到450℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓薄片；放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個小時，自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術，在傳感器基底上制備敏感薄膜，脈沖激光沉積設備主要由激光發生器和真空腔組成；圖3所示為脈沖激光沉積技術制備薄膜原理圖，激光束通過透鏡聚焦后照射到敏感材料靶材表面上，反射后在靶材表面形成等離子體區，激發的敏感材料蒸發到基底上，形成敏感薄膜。制備過程分為三次，每一次制備一種薄膜，沉積面積占整個圓形硅片的三分之一，最后在一個圓形硅片上沉積了三種等面積的薄膜。為了保證薄膜和金屬層的緊密結合，襯底升溫到100℃，預熱20分鐘，在沉積結束后保持10分鐘，然后在真空腔中自然降溫。
實施例2(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n型<100>單晶硅片作為基底。硅片經拋光清洗后，放入高溫爐中進行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個環形的歐姆接觸引出導線，除了環形部位留下外，其余部分均用環氧樹脂密封，即制成所述的薄膜傳感器基底，激發光源采用正面或背面均可；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比60∶25∶15，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到540℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個小時，自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是得到得到了脈沖激光沉積技術的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比55∶25∶15，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到420℃，保持5個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個小時，自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術的Pb靶材；選用高純度化合物CdS∶Ag2S∶CdI2摩爾比50∶25∶20，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到450℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個小時，自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是脈沖激光沉積技術的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術，在傳感器基底上制備敏感薄膜，脈沖激光沉積設備主要由激光發生器和真空腔組成；圖3所示為脈沖激光沉積技術制備薄膜原理圖，激光束通過透鏡聚焦后照射到敏感材料靶材表面上，反射后在靶材表面形成等離子體區，激發的敏感材料蒸發到基底上，形成敏感薄膜。制備過程分為三次，每一次制備一種薄膜，沉積面積占整個圓形硅片的三分之一，最后在一個圓形硅片上沉積了三種等面積的薄膜。為了保證薄膜和金屬層的緊密結合，襯底升溫到100℃，預熱20分鐘，在沉積結實施例3(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n型<100>單晶硅片作為基底。硅片經拋光清洗后，放入高溫爐中進行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個環形的歐姆接觸引出導線，除了環形部位留下外，其余部分均用環氧樹脂密封，即制成所述的薄膜傳感器基底，激發光源采用正面或背面均可；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比65∶30∶20，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到540℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓形薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個小時，自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是得到得到了脈沖激光沉積技術的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比60∶30∶20，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到420℃，保持5個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個小時，自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術的Pb靶材；選用高純度化合物CdS∶Ag2S∶CdI2摩爾比55∶30∶25，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到450℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm，厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個小時，自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是脈沖激光沉積技術的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術，在傳感器基底上制備敏感薄膜，脈沖激光沉積設備主要由激光發生器和真空腔組成；圖3所示為脈沖激光沉積技術制備薄膜原理圖，激光束通過透鏡聚焦后照射到敏感材料靶材表面上，反射后在靶材表面形成等離子體區，激發的敏感材料蒸發到基底上，形成敏感薄膜。制備過程分為三次，每一次制備一種薄膜，沉積面積占整個圓形硅片的三分之一，最后在一個圓形硅片上沉積了三種等面積的薄膜。為了保證薄膜和金屬層的緊密結合，襯底升溫到100℃，預熱20分鐘，在沉積結束后保持10分鐘，然后在真空腔中自然降溫。
下表為實施例1～3脈沖激光沉積技術制備薄膜過程的參數
表1脈沖激光沉積技術制備薄膜過程參數
傳感器的工作原理半導體直流偏壓的改變會引起內部光生電流的變化，在固定偏壓不變的薄膜傳感器中，薄膜對電解質溶液中的Cu2+、Pb2+、Cd2+的選擇性是回路中電流引起變化的決定因素，不同的濃度會引起電流的改變，通過測量外電路中的電流變化，就可以反映出溶液中的Cu2+、Pb2+、Cd2+濃度。
激發光源采用激光二極管，可以正面或背面照射；參比電極選用鉑電極或Ag/AgCl；歐姆接觸引出導線接直流電源，直流電源是起偏壓的作用；測量溶液會引起敏感膜電位的變化，從而引起電路回路中的電流發生改變，通過測量到的光電流變化就可以測量出溶液中所含Cu2+、Pb2+、Cd2+的濃度。
傳感器的特性薄膜傳感器對Cu2+、Pb2+、Cd2+選擇性的標準曲線如圖3、圖4和圖5所示。檢測下限分別為1×10-6mol/L、2×10-7mol/L和1×10-7mol/L。三種薄膜傳感器的響應時間均小于1min，濃度高時相對略快些。并且當測量高濃度Cu2+、Pb2+、Cd2+溶液后，再測量低濃度時，沒有發現明顯的濃度遲滯效應現象。
權利要求
1.一種用于同時檢測Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器，以p型或n型Si片作基底，在基底上為SiO2層，SiO2層上面為對Cu2+、pb2+、Cd2+敏感的三種薄膜。
2.如權利要求1所述的用于同時檢測Cu2+、Pb2+、Cd2+的陣列式薄膜傳感器的制備方法，該方法是由如下步驟組成(1)薄膜傳感器基底及氧化層的制備選用p型或n所述的型<100>單晶硅片作為薄膜傳感器的基底，所述的硅片經拋光清洗后，放入高溫爐中進行熱氧化，使硅片正面在干燥氧氣中生長一層厚度約為30nm的SiO2薄膜，用離子刻蝕法將硅片背面的氧化層去掉，然后用銀漿做成一個環形的歐姆接觸引出導線，除了環形部位外，其余部分均用環氧樹脂密封，即制成所需要的薄膜傳感器基底；(2)敏感材料的制備選用高純度化合物CuS、Ag2S、CuI2，其摩爾比為55～65∶20～30∶10～20，充分混合研磨后，在12Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到540℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到540℃，保持4個小時；然后自然退火，即完成了Cu敏感材料的制備，也就是脈沖激光沉積技術的Cu靶材；選用高純度化合物PbS、Ag2S、PbI2，其摩爾比為50～60∶20～30∶10～20，充分混合研磨后，在8Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到420℃，保持5個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到420℃，保持5個小時；然后自然退火，即完成了Pb敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術的Pb靶材；選用高純度化合物CdS、Ag2S和CdI2，其摩爾比為45～55∶20～30∶15～25，充分混合研磨后，在16Mpa壓力下，制成小長方體，放到石英瓶中，在干燥的氮氣條件下，加熱到450℃，保持4個小時；然后自然退火，再重新把小長方體研磨碎，制成直徑/為3cm厚度為2mm的圓薄片；將其放在真空石英瓶中，加熱到450℃，保持4個小時；然后自然退火，即完成了Cd敏感材料的制備，也就是制得脈沖激光沉積技術的Cd靶材；(3)薄膜的制備采用脈沖激光沉積技術在傳感器基底上制備敏感薄膜，用脈沖激光沉積技術，在SiO2層上分別制備對Cu2+、Pb2+、Cd2+敏感的薄膜，在SiO2層上形成三個薄膜區域，脈沖激光沉積設備主要由激光發生器和真空腔組成；上述制備薄膜過程參數為沉積過程參數Cu實驗值 Pb實驗值 Cd實驗值能量密度0.2J/cm220.2J/cm20.2J/cm2波長248nm 248nm 248nm脈沖寬度30ns 30ns 30ns重復頻率4Hz5Hz6Hz沉積時間50min 40min 60min壓力0.3mbar N20.25mbar N20.4mbar N2基底溫度373K 373K 373K靶材材料Cu-Ag-I-S Pb-Ag-I-S Cd-Ag-I-S。
全文摘要
本發明涉及用于同時檢測Cu
文檔編號H01L49/02GK1945303SQ200610017279
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月24日 優先權日2006年10月24日
發明者門洪, 王建國 申請人:東北電力大學