一种单片集成的MEMS气体传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种单片集成的MEMS(微机电系统)气体传感器，包括含有读出电路的衬底，所述衬底上依次设有碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层，所述绝缘层上设有若干个均匀分布的加热电极，所述加热电极贯穿所述碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层的连接金属与所述衬底中的读出电路电连接，所述两相邻加热电极上依次设有热敏层、气体敏感层和气敏型金属氧化物薄膜，所述热敏层与所述加热电极电连接，所述气体敏感层上的气敏型金属氧化物薄膜材质不同或相同；能够同时检测多种不同的气体，成本较低。

A monolithic integrated MEMS gas sensor

The invention relates to a monolithic integrated MEMS (MEMS) gas sensor, comprising a readout circuit substrate, the substrate is provided with a layer of silicon carbide, silicon dioxide film, an insulating layer, the insulating layer is provided with a plurality of heating electrodes are evenly distributed, the heating electrode through the silicon carbide layer, silicon dioxide insulation film, readout circuit is electrically connected with the metal layer and the substrate in the connection, the two adjacent heating electrodes are provided on the heat sensitive layer, gas sensitive layer and sensitive type metal oxide film, the heat sensitive layer is connected with the heating electrode, gas sensitive type metal oxide film on the sensitive layer the gas of different materials or the same; it can simultaneously detect various gases, low cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体技术中的微机电系统(MEMS)工艺制造领域，具体涉及一种单片集成的MEMS气体传感器。
技术介绍
物联网技术的发展为集成化、低功耗、低成本的气体传感器带来了广泛的应用需求。工业和日常生活中实现对危险品气体，诸如CO，CO2，NO，NO2，CH4的高灵敏检测，可以避免其泄露对社会财产和公共安全造成的巨大危害。在提高传感器探测性能和便携性的同时，实现多种气体同时检测，满足物联网、复杂环境对多气体传感器的发展需求。气体传感器随MEMS和CMOS技术的发展，得以实现红外光学气体检测系统的微型化，与传统气体传感器相比较，在稳定性、功耗、灵敏度、可靠性、使用寿命、极快的响应恢复及成本等方面，都有显著的优势。RaeSystem公司于2002年提出将分立的红外光源、探测器、气室集成在一个TO5管壳中作为小型化的红外气体传感器，并且能够用于检测碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳和一氧化氮气体浓度，但是并未实现多种气体同时检测，多种气体进行检测前需分离，增加了检测的复杂度和成本。目前气体传感器在生产过程中，针对感应气体进行特制，每种传感器只能感应一种或几种气体，感应范围窄，如果需要感应更多气体，则需要购买多个性能好的气体传感器，增加使用成本，造成不必要的浪费。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的不足，提供一种可同时检测多种气体的单片集成的MEMS气体传感器。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种单片集成的MEMS气体传感器，包括含有读出电路的衬底，所述衬底上依次设有碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层，所述绝缘层上设有若干个均匀分布的加热电极，所述加热电极贯穿所述碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层的连接金属与所述衬底中的读出电路电连接，所述两相邻加热电极上依次设有热敏层、气体敏感层和气敏型金属氧化物薄膜(当加热电极有8个时，热敏层、气体敏感层和气敏型金属氧化物薄膜分别有4个)，所述热敏层与所述加热电极电连接，所述气体敏感层上的气敏型金属氧化物薄膜材质不同或相同，所述两两相邻的加热电极中间有间隙。进一步，所述衬底、碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层、加热电极、热敏层及气体敏感层之间分别通过粘结层(图中未画出)相连接。进一步，所述衬底上蚀刻有隔热腔。进一步，所述碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层设有垂直的通孔，所述连接金属通过所述通孔与所述衬底上的读出电路连接。进一步，所述气体敏感层材料为二氧化锡或三氧化钨。进一步，所述热敏层为硅或锗掺杂的聚乙烯薄膜或掺杂Al的聚乙烯薄膜。进一步，所述连接金属为Al、Cu或钨、TiN。进一步，所述粘结层为Cr金属薄膜或Ti/Cr合金薄膜。本专利技术的有益效果是：1.该MEMS气体传感器可以采用标准工艺制作，能够与处理电路单片集成，处理电路包括热板温度控制、信号处理等，通过CMOS工艺可以实现集成化及智能化。使用该方法不仅缩小了气体传感器的体积，也极大地减小了气体传感器的制造成本。2.不同的气敏型金属氧化物薄膜吸收不同的气体，经红外照射后，吸收不同气体的薄膜温度发生改变，能够同时检测多种气体，灵敏度高，减小多种气体检测的成本。3.使用MEMS工艺制作该气体传感器，可以实现大批量生产，能够广泛应用于工业、家居、环境检测和消费电子领域。附图说明图1为本专利技术中单片集成的MEMS气体传感器结构示意图；在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：1、包含读出电路的衬底，2、碳化硅层，3、二氧化硅薄膜，4、绝缘层，5、加热电极，6、连接金属，7、热敏层，8、气体敏感层，9、气敏型金属氧化物薄膜，10、隔热腔。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，一种单片集成的MEMS气体传感器，包括含有读出电路的衬底1，所述衬底1上依次设有碳化硅层2、二氧化硅薄膜3、绝缘层4，所述绝缘层4上设有若干个均匀分布的加热电极5，所述加热电极5贯穿所述碳化硅层2、二氧化硅薄膜3、绝缘层4的连接金属6与所述衬底1中的读出电路电连接，所述两相邻加热电极5上依次设有热敏层7、气体敏感层8和气敏型金属氧化物薄膜9(当加热电极有8个时，热敏层、气体敏感层和气敏型金属氧化物薄膜分别有4个，如图1所示)，所述热敏层7与所述加热电极5电连接，所述气体敏感层上的气敏型金属氧化物薄膜9材质不同或相同，两两相邻的所述加热电极5中间有间隙。所述衬底1上蚀刻有隔热腔10。所述碳化硅层2、二氧化硅薄膜3、绝缘层4设有垂直的通孔，所述连接金属6通过所述通孔与所述衬底1上的读出电路连接。所述气体敏感层8材料为二氧化锡或三氧化钨。所述热敏层7为硅或锗掺杂的聚乙烯薄膜或掺杂Al的聚乙烯薄膜。所述连接金属6为Al、Cu或钨、TiN。本专利技术的工作原理如下：当气体流经气体传感器时，不同的气敏型金属氧化物薄膜9吸收不同的气体，经红外照射后，吸收不同气体的薄膜9温度发生改变。同时引起热敏电阻的电阻改变，通过加热电极5和贯穿碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层的连接金属6将温度改变信号传送到衬底1中的读出电路中，通过数据分析处理得到吸收的各个气体的成分。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单片集成的MEMS气体传感器，其特征在于，包括含有读出电路的衬底，所述衬底上依次设有碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层，所述绝缘层上设有若干个均匀分布的加热电极，所述加热电极贯穿所述碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层的连接金属与所述衬底中的读出电路电连接，所述两相邻加热电极上依次设有热敏层、气体敏感层和气敏型金属氧化物薄膜，所述热敏层与所述加热电极电连接，所述气体敏感层上的气敏型金属氧化物薄膜材质不同或相同。

【技术特征摘要】
1.一种单片集成的MEMS气体传感器，其特征在于，包括含有读出电路的衬底，所述衬底上依次设有碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层，所述绝缘层上设有若干个均匀分布的加热电极，所述加热电极贯穿所述碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层的连接金属与所述衬底中的读出电路电连接，所述两相邻加热电极上依次设有热敏层、气体敏感层和气敏型金属氧化物薄膜，所述热敏层与所述加热电极电连接，所述气体敏感层上的气敏型金属氧化物薄膜材质不同或相同。2.根据权利要求1所述的一种单片集成的MEMS气体传感器，其特征在于，所述衬底、碳化硅层、二氧化硅薄膜、绝缘层、加热电极、热敏层及气体敏感层之间分别通过粘结层相连接。3.根据权利要求1所述的一种单片集成的MEMS气体传感器，其特征在于，所述衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏臣，邱栋，
申请(专利权)人：烟台睿创微纳技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37