基于納米材料的傳感器檢測氣體的方法與流程

本發明涉及氣體檢測領域，特別涉及一種基于納米材料的傳感器檢測氣體的方法。

背景技術：

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。

技術實現要素：

本發明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，本發明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。

可選的，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。

本發明還提供一種傳感器，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。

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，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。

本發明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。

可選的，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，本發明的技術方案具有以下優點：

本發明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。

本發明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。

本發明的傳感器檢測氣體的方法能夠檢測不同濃度的氣體，通過諧振頻率變化獲知檢測氣體的濃度變化，檢測精度高。

附圖說明

圖1是本發明傳感器的形成方法的一實施例的流程示意圖；

圖2至圖8是本發明的傳感器的形成方法一實施例的過程示意圖；

圖9是本發明的傳感器一實施例的等效電路示意圖；

圖10是本發明傳感器一實施例的測試氣體示意圖。

具體實施方式

現有的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。以熱線性傳感器為例，熱線性傳感器是利用熱導率變化的半導體傳感器，是在Pt絲線圈上涂敷SnO₂層，Pt絲除起加熱作用外，還有檢測溫度變化的功能。施加電壓半導體變熱，表面吸氧，使自由電子濃度下降，可燃性氣體存在時，由于燃燒耗掉氧自由電子濃度增大，導熱率隨自由電子濃度增加而增大，散熱率相應增高，使Pt絲溫度下降，阻值減小，Pt絲阻值變化與氣體濃度為線性關系。

但是，Pt絲線圈上涂敷SnO₂層無法采用集成電路工藝進行制造，兼容性低，另外需要采用額外的電源驅動以及連線連接熱線性傳感器。并且隨著物聯網的興起，現有的傳感器無法與射頻器件兼容，因而無法兼容于物聯網系統。

為此，本發明的發明人提出一種基于納米材料的傳感器及其形成方法，將能采用集成電路工藝制造基于納米材料的傳感器，所述傳感器基于納米材料和互補開口諧振環來探測氣體，是一種無線無源氣體傳感器；可以用于易燃、易爆、高溫、低溫、強電磁場、運動物體及其它傳感器無法應用的特殊場合，具有應用廣泛的優點；所述傳感器是優良的傳感載體和無源器件，并且采用了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。

進一步地，通過設置傳感器的參數，使得傳感器的工作范圍是射頻微波領域，可直接收發射頻和微波電磁波，實現非接觸無線傳感，具有無電源和信號連線，體積小，成本低、靈敏度高、功耗低、抗干擾能力強等優點，適合復雜環境下的應用。也可用于運動部件及不可接觸對象的檢測。

所述傳感器是采用具有雙負特性(負介電常數和負磁導率)左手材料逆開口的互補開口諧振環的諧振器結合氣敏材料MoS₂研制，通過納米材料MoS₂吸收不同氣體后，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。

所述傳感器具有無需電池供應能量，也無需互聯線傳輸信號，可極大拓寬傳感器使用壽命和應用環境，解決了惡劣環境下引線難和不穩定等問題，另外能夠應用于被測對象與信號處理系統間無法用電纜、光纖等連接，不方便提供電源或處于惡劣環境中。

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。

本發明的實施例提供一種基于納米材料的傳感器的形成方法，請參考圖1，包括如下步驟：

S101，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；

S102，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；

S103，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；

S104，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。

具體地，請參考圖2，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100具有第一表面I和與第一表面I相對的第二表面II。

所述半導體襯底100可以為半導體材料，比如所述半導體襯底100可以為單晶硅、單晶鍺硅、單晶GaAs、單晶GaN等單晶的半導體材料(比如II－VI族、III－V族化合物半導體)，所述半導體襯底100的材料還可以是n型摻雜或p型摻雜硅襯底，多晶襯底或者是非晶襯底，比如所述半導體襯底100材料可以是多晶硅或者其他材質。

需要說明的是，所述半導體襯底100用于為后續形成的傳感器提供載體平臺，后續將在所述平臺上形成傳輸線和互補開口諧振環等微波器件單元，本領域技術人員應該知曉，微波器件單元通常形成于微波PCB板載體平臺上，但是微波PCB板無法與集成電路工藝兼容，為此，本發明的實施例選用與集成電路工藝兼容的所述半導體襯底100，并采用集成電路工藝形成微波器件單元，以優化基于納米材料的傳感器的工藝步驟。

需要指出的是，現有的半導體器件通常只形成于半導體襯底的工作面，而由于本實施例的所述半導體襯底100用于為后續形成的傳感器提供載體平臺，需要在所述半導體襯底100的第一表面I和第二表面II分別對應形成微波器件單元。作為一實施例，第一表面I可以為半導體襯底的工作面；作為另一實施例，第二表面II可以為半導體襯底的工作面。

在本實施例中，所述半導體襯底選用介電常數約為11.9的p型硅襯底。

請依舊參考圖2，在所述半導體襯底100的第一表面I形成第一介質層110，在第二表面形成第二介質層150。

所述第一介質層110的用于電學隔離后續形成的微波器件單元和所述半導體襯底100。

所述第一介質層110的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介質材料；所述第一介質層110的厚度為10到30微米，作為一實施例，所述第一介質層110的厚度為20微米；作為一實施例，所述第一介質層110的材料為氧化硅，形成工藝為氧化工藝或化學氣相沉積工藝。

需要說明的是，也可以直接選用第一表面具有第一介質層110的所述半導體襯底100，而不需要額外再形成第一介質層110；本領域的技術人員可以根據實際工藝來選用所需的半導體襯底，在此特意說明，不應過分限制本發明的保護范圍。

在本實施例中，所述第一介質層110的材料為氧化硅，厚度為20微米，介電常數約為4。

所述第二介質層150的用于電學隔離后續形成的互補開口諧振環和所述半導體襯底100。

所述第二介質層150的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介質材料；所述第二介質層150的厚度為10到30微米，作為一實施例，所述第二介質層150的厚度為20微米；作為一實施例，所述第二介質層150的材料為氧化硅，形成工藝為氧化工藝或化學氣相沉積工藝。

需要說明的是，也可以直接選用第二表面具有第二介質層150的所述半導體襯底100，而不需要額外再形成第二介質層150；本領域的技術人員可以根據實際工藝來選用所需的半導體襯底，在此特意說明，不應過分限制本發明的保護范圍。

在本實施例中，所述第二介質層150的材料為氧化硅，厚度為20微米，介電常數約為4。

請參考圖3，在所述第一介質層110表面形成若干的MoS₂納米結構122，若干MoS₂納米結構122呈線性排列。

所述MoS₂納米結構122適于吸附待探測氣體，從而導致MoS₂納米結構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。另外，MoS₂納米結構122由于具有較大的比表面積，吸附氣體的相應時間短，從而探測氣體比較靈敏。

MoS₂納米結構122的數量可以為1、2、3、4…；需要說明的是，MoS₂納米結構122的數量越多，傳感器探測的靈敏度越高，但是由于MoS₂納米結構的比表面積大，吸附待探測氣體后介電常數和導電性都發生變化明顯，因此，當MoS₂納米結構122的數量為1時，傳感器探測的靈敏度也具有較高的值，本領域的技術人員可以根據傳感器探測的靈敏度選擇MoS₂納米結構122的數量。

需要說明的是，若干MoS₂納米結構122的間距可以相同也可以不同，本發明以若干MoS₂納米結構122的間距相同做示范性說明，但是，在其他實施例中，若干MoS₂納米結構122的間距也可不同或不全相同；發明人發現若干MoS₂納米結構122的間距的選擇會影響后續傳感器的諧振頻率值。

作為一實施例，以MoS₂納米線為例做示范性說明，在所述第一介質層表面形成若干間隔的MoS₂納米結構122，若干MoS₂納米結構122呈線性排列包括如下步驟：采用化學氣相沉積工藝在所述介質層表面形成MoS₂納米線層；采用光刻工藝形成若干間隔的MoS₂納米線且若干MoS₂納米結構呈線性排列。

作為一實施例，請參考圖4，采用化學氣相沉積工藝在所述介質層表面形成MoS₂納米線層，具體包括：提供石英管式爐200，所述石英管式爐200具有連通的第一溫區201和第二溫區202，三氧化鉬(MoO₃)粉末203、硫粉(S)204和形成有介質層(圖4未示出)的半導體襯底100；將三氧化鉬粉末203放置于石英管式爐200內的第一溫區201，形成有介質層的半導體襯底100設置于三氧化鉬粉末203的上方，半導體襯底100與三氧化鉬粉末203的間距為1厘米至5厘米；將硫粉204放置于石英管式爐的第二溫區202，其中硫粉204與三氧化鉬粉末203的間距為17厘米至20厘米；其中，第一溫區201的溫度設置為650攝氏度至800攝氏度，第二溫區202的溫度設置為180攝氏度至300攝氏度，石英管式爐200在制備過程中始終通入30sccm的氬氣(Ar)，且氬氣沿第二溫區202流向第一溫區201；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100。

請參考圖5，圖5為采用化學氣相沉積工藝在所述介質層表面形成MoS₂納米線層中單根MoS₂納米線的原子力顯微鏡圖片，從圖5中可以獲知，MoS₂納米線的長度大于1000納米，寬度約為20納米至50納米，且MoS₂納米線具有節，上述納米結構具有較大的比表面積，能夠吸附待探測氣體，從而導致MoS₂納米結構的介電常數和導電性都發生變化。

采用光刻工藝形成若干間隔的MoS₂納米線且若干MoS₂納米線呈線性排列，包括如下步驟：在所述半導體襯底100表面形成光刻膠圖形(未示出)，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。

還需要說明的是，控制MoS₂納米結構的生長溫度、間距、氣體流量還可以制備出MoS₂的納米棒、納米帶、納米晶須等納米結構，在此特意說明，不應過分限制本發明的保護范圍。

請參考圖6，在所述第一介質層110表面形成傳輸線120，所述傳輸線120具有間隔121，所述間隔121適于容納所述MoS₂納米結構122；

所述傳輸線120用于傳輸微波信號，所述傳輸線的材料為金屬，例如銅、金、銀等。

所述傳輸線120為長條狀，傳輸線120沿長度方向排列，其中，所述傳輸線長度為11毫米至13毫米，寬度為0.6毫米，間隔121為0.3毫米。

作為一實施例，所述傳輸線120的形成工藝包括：采用光刻膠圖形覆蓋所述MoS₂納米結構122，所述光刻膠圖形暴露出若干所述第一介質層110表面，所述光刻膠圖形與待形成的傳輸線120對應，采用物理氣相沉積工藝在所述第一介質層110表面形成金屬薄膜(未標示)；去除光刻膠圖形，形成具有間隔121的傳輸線120。

請一并參考圖7和圖8，其中圖8為沿垂直第二表面II方向的圖7的俯視圖，在第二介質層150表面形成接地層130，所述接地層形成有互補開口諧振環131。

其中，互補開口諧振環131作用為：當電磁波入射時，如果磁場方向垂直于開口諧振環平面，則開口諧振環上金屬結構表面金屬帶部分產生電流回路，等效為電感；位移電流位于開口諧振環內外金屬環間縫隙和各環開口處，等效為電容。因此，在入射電磁波磁場激勵下，開口諧振環產生諧振，并且等效磁導率為負。互補開口諧振環是開口諧振環的互補結構。由傳輸線理論，準TEM模式使金屬帶條和地板間有強烈的電場分布，當電場強度足夠大且正好平行于互補開口諧振環中心軸線，就能夠較好地對互補開口諧振環進行激勵，并產生負的介電常數，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。

因此，所述互補開口諧振環131能夠放大消逝波，使得諧振環區域電場強，增強傳感器靈敏性，并且所述互補開口諧振環131結構的超材料特性具有雙負性，能夠可以減小器件尺寸，例如所述互補開口諧振環131結構的超材料可在λ/8至λ//12諧振(需要說明的是：λ是傳感器工作頻率對應的波長)，從而減小器件尺寸。

進一步的，選用所述互補開口諧振環131的氣體傳感器具有低功耗。

作為一實施例，互補開口諧振環131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。

互補開口諧振環131的位置與傳輸線120的間隔121對應，作為一實施例，間隔121投影的位置位于互補開口諧振環131的中心位置。為了示意，所述傳輸線120在圖8中的投影以虛線示出。

具體地，在第二介質層150的表面形成接地層130的工藝包括：采用物理氣相沉積工藝在所述第二介質層150的表面形成接地層130。

接地層130的厚度為5微米至20微米，接地層的材料為金屬，例如銅、金、銀等。

在所述接地層130內形成互補開口諧振環131的步驟包括：在所述接地層130表面形成光刻膠圖形(未示出)，所述光刻膠圖形具有與互補開口諧振環131對應的圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，刻蝕所述接地層130，直至暴露出所述第二介質層150的表面；去除所述光刻膠圖形，形成互補開口諧振環131。

本發明還提供一種傳感器的實施例，包括：具有第一表面I和與第一表面I相對的第二表面II的半導體襯底100；位于第一表面I的第一介質層110；位于第二表面II的第二介質層150；位于第一介質層110表面的傳輸線120，且傳輸線120具有間隔121；填充所述間隔121的MoS₂納米結構；位于第二介質層150的接地層130，所述接地層130內具有互補開口諧振環131，互補開口諧振環131的位置與傳輸線的間隔121對應。

具體地，半導體襯底100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110的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介質材料；所述第一介質層110的厚度為10到30微米，所述第一介質層110的介電常數約為4。

所述第二介質層150的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介質材料；所述第二介質層150的厚度為10到30微米，所述第二介質層150的介電常數約為4。

所述傳輸線120為長條狀，傳輸線120沿長度方向排列，其中，所述傳輸線長度為11毫米至13毫米，寬度為0.6毫米，間隔121為0.3毫米。所述MoS₂納米結構122適于吸附待探測氣體，從而導致MoS₂納米結構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。MoS₂納米結構122的數量可以為1、2、3、4…；MoS₂納米結構可以為MoS₂的納米棒、納米帶、納米晶須等納米結構。

互補開口諧振環131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。

需要說明的是，所述傳感器可以做以下近似：互補開口諧振環131忽略對諧振頻率影響較小的電阻，其性能接近于一個LC網絡；傳輸線120可以等效為電容和電感，MoS₂納米結構122等效為RLC電路，來調諧諧振的頻率。

其中，以具有一個MoS₂納米結構122的傳感器為例，其中所述傳感器的傳輸線120為長條狀，所述傳輸線120只有1個間隔，圖9為所述傳感器的等效電路，包括：輸入端，所述輸入端連接傳輸線第一等效電感L_傳輸線的第一端，傳輸線第一等效電感L_傳輸線的第二端連接MoS₂納米結構的等效電阻R_MoS2的第一端，MoS₂納米結構的等效電阻R_MoS2的第二端連接MoS₂納米結構的等效電感L_MoS2的第一端，MoS₂納米結構的等效電感L_MoS2的第二端連接MoS₂納米結構的等效電容C_MoS2的第一端，MoS₂納米結構的等效電容C_MoS2的第二端連接傳輸線第二等效電感L’_傳輸線的第一端，傳輸線第二等效電感L’_傳輸線的第二端連接輸出端，傳輸線第一等效電容C_傳輸線的第一端連接傳輸線第一等效電感L_傳輸線的第二端，傳輸線第一等效電容C_傳輸線的第二端連接傳輸線第二等效電容C’_傳輸線的第一端，傳輸線第二等效電容C’_傳輸線的第二端連接傳輸線第二等效電感L’_傳輸線的第一端；互補開口諧振環的等效電感L_CSRR的第一端連接傳輸線第一等效電容C_傳輸線的第二端，互補開口諧振環的等效電容C_CSRR的第一端連接傳輸線第一等效電容C_傳輸線的第二端，互補開口諧振環的等效電感L_CSRR的第二端連接互補開口諧振環的等效電容C_CSRR的第二端并接地。

由所述傳感器的等效電路可知，所述MoS₂納米結構122等效為串聯的電阻、電感和電容，將所述傳感器放置于待檢測環境時，當微波信號通過所述傳輸線120時，所述MoS₂納米結構122吸附待檢測氣體，等效電容的電容值和電阻值改變，從而引起傳感器的頻率與S₁₁的曲線的諧振頻率變化，使得所述傳感器能夠檢測待檢測氣體。

本發明還提供一種采用上述實施例的傳感器檢測氣體的方法，包括如下步驟：

S201，提供傳感器，所述傳感器包括：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；

S202，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；

S203，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；

S204，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。

其中，第一曲線和第二曲線的獲取方式為采用矢量網絡分析儀測試傳感器對傳感器進行測試。

在另一實施例中，還可以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。

具體地，以所述待檢測氣體為NO₂為例做示范性說明，通過設置傳感器的參數，使得傳感器工作于移動通信或者WIFI等免費開放頻段，作為一實施例，半導體襯底厚度為530微米，介電常數約為11.9，第一介質層厚度為20微米，介電常數約為4，第二介質層厚度為20微米，介電常數約為4，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。傳輸線長度為12.1毫米，寬度為0.6毫米，間隔121為0.3毫米。

將傳感器放置于沒有待檢測氣體的環境下(大氣環境，溫度為20攝氏度，氮約占78％，氧約占21％，稀有氣體約占0.94％，二氧化碳約占0.03％，其他氣體約占0.03％)，采用矢量網絡分析儀測試傳感器，在2.0GHz至3.0GHz頻率下，測試所述傳感器的頻率與S₁₁的曲線3，獲得曲線3的諧振頻率為2.46GHz；之后，將傳感器放置于待檢測環境中，其中NO₂的濃度為10ppm，采用矢量網絡分析儀測試傳感器，在2.0GHz至3.0GHz頻率下，測試所述傳感器的頻率與S₁₁的曲線2，獲得曲線2的諧振頻率為2.41GHz；曲線2相對于曲線3頻移0.05GHz，之后，將傳感器放置于另一待檢測環境中，其中NO₂的濃度為100ppm，采用矢量網絡分析儀測試傳感器，在2.0GHz至3.0GHz頻率下，測試所述傳感器的頻率與S₁₁的曲線1，獲得曲線1的諧振頻率為2.32GHz，曲線1相對于曲線3頻移0.14GHz；根據傳感器的頻率與S₁₁的曲線的諧振頻率變換，可以得知待檢測環境存在待檢測氣體NO₂，并且能夠根據曲線諧振頻率的變換獲知待檢測氣體NO₂的濃度。

本發明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。

本發明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。

本發明的傳感器檢測氣體的方法能夠檢測不同濃度的氣體，通過諧振頻率變化獲知檢測氣體的濃度變化，檢測精度高。

雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。