一种具有两支撑悬梁六层结构的电阻式气体传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有两支撑悬梁六层结构的电阻式气体传感器，其具有两支撑悬梁，其六层结构自下而上依次为：硅衬底框架、加热膜层、加热层、隔离层、电极层、敏感膜层，该敏感膜层包括两层以上敏感膜，且各层敏感膜自下而上，其比表面积逐渐减小、孔隙尺寸逐渐增大。与现有技术相比，其具有两支撑悬梁的结构易于通过调节和控制工作温度来提高传感器的性能；并且其采用两层以上敏感膜作为敏感膜层，可以提高气体传感器的灵敏度和选择性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及气体传感器领域，尤其涉及一种具有两支撑悬梁六层结构的电阻式气体传感器。
技术介绍
气体传感器已经在工业、民用和环境监测三大主要领域内取得了广泛的应用。目前检测气体的方法和手段已经非常多，主要包括催化燃烧式、电化学式、热导式、红外吸收式和半导体式气体传感器等。半导体式气体传感器包括电阻式半导体气体传感器和非电阻式半导体气体传感器，电阻式气体传感器是利用阻值变化来检测气体浓度。由于电阻式半导体传感器具有灵敏度高、操作方便、体积小、成本低廉、响应时间和恢复时间短等优点，因此应用最为广泛，特别在对易燃易爆气体(如CH4，H2等)和有毒有害气体(如C0，N0x等)的探测中起着重要的作用。半导体气体传感器通常使用金属氧化物作为气敏材料，通过在其表面吸附气体及表面反应而引起自身电阻的变化，从而监测到目标气体。气敏材料的比表面积越大灵敏度越高，越容易吸附目标气体。现有的制备气敏材料的方法很多，比如化学气相沉积法、化学水浴沉积法等，其制得的气敏材料比表面积大，化学活性高，可以监测到浓度较低的目标气体。但是，由于制备气敏材料的过程中引入了气体杂质，气敏材料会存在缺陷，这些缺陷会导致传感器在长期使用过程中灵敏度和选择性降低。目前，如何提高传感器的灵敏度和选择性，是本领域技术人员渴望解决的技术难题。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有两悬梁六层结构的电阻式气体传感器，其具有较高的灵敏度和选择性。本技术是通过以下技术方案实现的:一种具有两支撑悬梁六层结构的电阻式气体传感器，所述电阻式气体传感器的六层结构自下而上依次为:硅衬底框架，其内凹形成隔热腔体，硅衬底框架上分布有供电电极、探测电极；加热膜层，其包括加热膜区、过渡区和支撑悬梁，加热膜层悬浮于隔热腔体的上方，加热膜区的两端分别与过渡区连接，过渡区的两端分别与支撑悬梁的一端连接，支撑悬梁的另一端与硅衬底框架连接；加热层，其包括加热电阻丝和供电引线，加热电阻丝以折线形式排布在加热膜区上，供电引线排布在支撑悬梁上；隔离层，其包裹所述加热层，起电绝缘的作用，有效防止相互干扰；电极层，其包括叉指电极和探测引线，叉指电极位于隔离层上；敏感膜层，其覆盖在所述电极层上，并且与所述叉指电极电性连接；敏感膜层包括两层以上敏感膜，各层敏感膜逐层电性连接，所述各层敏感膜自下而上，其比表面积逐渐减小、孔隙尺寸逐渐增大。作为对上述方案的进一步改进，该孔隙为球形结构，最内层孔隙的内径大于10纳米，最外层孔隙的内径小于10微米。通常情况下，敏感膜层的比表面积越大，灵敏度越高，因此可以通过改变敏感膜的孔隙大小和密度来调控气体传感器的灵敏度。在比表面积大的敏感膜上覆盖比表面积较小的膜，可以用于提高传感器的选择性，通过改变其材料和结构，可以改变不同气体分子在其表面的吸附能力，吸附能力越高的分子，检测灵敏度越高；吸附能力越低的分子，检测灵敏度越低，从而实现提高选择性的目的。作为对上述方案的进一步改进，隔热腔体的形状为横截面呈倒梯形结构、V字型结构或圆弧形结构。作为对上述方案的进一步改进，加热层的加热电阻丝通过供电引线与硅衬底框架上的供电电极相连。作为对上述方案的进一步改进，电极层的叉指电极通过探测引线与硅衬底框架上的探测电极相连。作为对上述方案的进一步改进，加热膜区的形状为矩形结构，过渡区的形状为等腰梯形结构，且等腰梯形的下底边与矩形加热膜区的短边相连，等腰梯形的上底边与支持悬梁相连。采用两支撑悬梁的结构为传感器提供工作所需的高温，利于提高温度的均匀性，易于通过调节和控制工作温度来提高传感器的性能，并且这种结构在高温下的机械强度较高；叉指电极位于加热膜区相对应处，用于连接敏感膜，当目标气体与气敏材料接触时，气敏材料的电阻会发生变化，通过测量探测电极间的电阻变化就能实现气体探测。采用两层以上敏感膜作为敏感膜层检测气体时，由于各层敏感膜的比表面积自下而上逐渐增大，其敏感度也逐渐增大；最外层的敏感膜可具有不同的材料和结构，其直接与气体接触，可以提尚气体传感器对气体的选择性，进而提尚相对灵敏度。本技术相比现有技术具有以下优点:本技术提供的一种具有两悬梁六层结构的电阻式气体传感器，其具有两支撑悬梁的结构易于通过调节和控制工作温度来提高传感器的性能；并且其采用不同比表面积和不同结构的两层以上的敏感膜，比表面积较大、孔隙尺寸较小的敏感膜在底层，比表面积较小、孔隙尺寸较大的敏感膜层在上层，提高了气体传感器的灵敏度和选择性。【附图说明】图1是本技术的具有两悬梁六层结构的电阻式气体传感器的结构示意图；图2是本技术的气体传感器的第二至第六层结构示意图；图3是气体传感器的具有两层气敏膜的第六层结构的分解示意图；图4是气体传感器的具有三层气敏膜的第六层结构的分解示意图；图5是本技术的具有两悬梁六层结构的电阻式气体传感器的俯视图；图6是本技术的具有两悬梁六层结构的电阻式气体传感器的侧视图；图7是本技术的另一具有两悬梁六层结构的电阻式气体传感器的俯视图；图8是本技术的另一具有两悬梁六层结构的电阻式气体传感器的侧视图。【具体实施方式】下面对本技术的实施例作详细说明，本实施例在以本技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。根据图1至图2所示，一种具有两悬梁六层结构的电阻式气体传感器，所述六层结构当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有两支撑悬梁六层结构的电阻式气体传感器，所述电阻式气体传感器的六层结构自下而上依次为：硅衬底框架，其内凹形成隔热腔体，所述硅衬底框架上分布有供电电极、探测电极；加热膜层，其包括加热膜区、过渡区和支撑悬梁，所述加热膜层悬浮于所述隔热腔体的上方，所述加热膜区的两端分别与过渡区连接，所述过渡区的两端分别与支撑悬梁的一端连接，所述支撑悬梁的另一端与硅衬底框架连接；加热层，其包括加热电阻丝和供电引线，所述加热电阻丝以折线形式排布在所述加热膜区上，所述供电引线排布在所述支撑悬梁上；隔离层，其包裹所述加热层；电极层，其包括叉指电极和探测引线，所述叉指电极位于所述隔离层上；敏感膜层，其覆盖在所述电极层上，并且与所述叉指电极电性连接；其特征在于，所述敏感膜层包括两层以上敏感膜，各层敏感膜逐层电性连接，所述各层敏感膜自下而上，其比表面积逐渐减小、孔隙尺寸逐渐增大。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许磊，
申请(专利权)人：许磊，
类型：新型
国别省市：上海;31