一种气体传感器及传感器阵列制造技术

本实用新型专利技术公开了一种气体传感器，包括依次层叠设置的硅衬底、检测电极、第一隔离膜、加热电阻和第二隔离膜，具有基体结构和自由端卷曲的悬臂结构，在悬臂结构的端部上设有气敏材料。本实用新型专利技术还提供了一种由气体传感器组成的传感器阵列，本实用新型专利技术的优点在于，该传感器功耗低、尺寸小、集成度高，加热均匀，检测响应速度更快，并具有生产工艺简单，易于定位，有效提高了生产效率的好处。

A Gas Sensor and Sensor Array

The utility model discloses a gas sensor, which comprises a silicon substrate, a detection electrode, a first isolation film, a heating resistor and a second isolation film arranged in sequence. The gas sensor has a base structure and a cantilever structure with a free end curling, and a gas sensing material is arranged at the end of the cantilever structure. The utility model also provides a sensor array composed of gas sensors. The advantages of the utility model are low power consumption, small size, high integration, uniform heating, faster detection response, simple production process, easy positioning, and effective improvement of production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种气体传感器及传感器阵列
本技术属于本技术属于微电子机械系统和气体检测
，具体涉及一种气体传感器及传感器阵列。
技术介绍
基于微电子机械系统(MEMS)技术的气体传感器，由于其小尺寸、低功耗、高灵敏度和快速响应等特点，逐步显现出巨大的应用潜力，将有望取代基于传统技术的气体传感器，在物联网、移动端和人工智能等领域广泛应用。而在MEMS气体传感器中，又因采用金属氧化物半导体(MOS)材料的传感器具有广泛的检测范围，在未来的大规模应用中具有更为广阔的市场空间。目前MEMSMOS气体传感器中，主要以基于悬膜式微型加热器的研究居多，该结构的传感器具有较低的功耗，一般可低至20毫瓦，如专利号为201520759054.6的技术专利提供了一种具有四支撑悬梁四层结构的电阻式气体传感器，其具有自下而上依次设置的硅衬底框架、加热膜层、加热电极层和敏感膜层，其中加热膜层包括加热膜区，该加热膜区通过四根悬梁与硅衬底框架连接。又如专利号为CN201520759055.0的技术专利提供了一种具有两支撑悬梁四层结构的电阻式气体传感器，该传感器也包括自下而上依次设置的硅衬底框架、加热膜层、加热电极层和敏感膜层，其中加热膜层包括加热膜区，该加热膜区通过两根悬梁与硅衬底框架连接。这些多悬梁式气体传感器功耗虽然较低，但随着移动端和物联网应用的高速发展，其已不能满足需要。同时多悬梁式气体传感器在制备时，存在工艺复杂、定位困难、效率低下的问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于：如何进一步降低悬梁式气体传感器的功耗。本技术采用以下技术方案解决上述技术问题：一种气体传感器，具有基体结构和悬梁结构，包括自下而上依次层叠设置的如下各部分：硅衬底；检测电极，包括第一基部，所述第一基部的一侧边设有向上翘曲的第一悬臂，所述第一悬臂的自由端设有第一卷曲部；第一基部远离第一悬臂的一侧设有第一窗口，所述第一悬臂上设有第二窗口，该第二窗口沿第一悬臂延伸至第一卷曲部，并将第一卷曲部分割，第二窗口与第一窗口联通，将检测电极分割为两部分；第一基部位于第一窗口两侧的位置处分别设有第一引线；第一隔离膜，为氮化硅层，包括第二基部，所述第二基部的一侧边设有向上翘曲的第二悬臂，所述第二悬臂的自由端设有第二卷曲部；第二基部对应于第一引线的位置设有第一透过孔，所述第一引线穿过第一透过孔暴露在外；加热电阻，包括第三基部，所述第三基部的一侧边设有向上翘曲的第三悬臂，所述第三悬臂的自由端设有第三卷曲部；第三基部背离第三悬臂的一侧设有第三窗口，所述第三悬臂上设有第四窗口，该第四窗口沿第三悬臂延伸至第三卷曲部，第四窗口与第三窗口联通；第三基部位于第三窗口两侧的位置处分别设有第二引线；所述加热电阻的厚度小于第一隔离膜的厚度，且加热电阻不覆盖第一基部；第二隔离膜，为氮化硅层，包括第四基部，所述第四基部的一侧边设有向上翘曲的第四悬臂，所述第四悬臂的自由端设有第四卷曲部；第四基部上对应于第二引线的位置设有第二透过孔；且第四基部不遮盖第一透过孔；所述第一基部、第二基部、第三基部和第四基部对应设置形成所述基体结构；所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂对应设置，且所述第一卷曲部、第二卷曲部、第三卷曲部及第四卷曲部由内至外依次设置形成所述悬梁结构；所述第一卷曲部外包裹有气敏材料。优选地，本技术所述的一种气体传感器，所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂的水平投影呈矩形。优选地，本技术所述的一种气体传感器，所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂的水平投影呈等腰梯形，且沿远离基体结构的方向，所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂的宽度逐渐增大。优选地，本技术所述的一种气体传感器，所述第一隔离膜上设有第一孔，所述第一孔自第二悬臂靠近第二基部的一端延伸至第二卷曲部。优选地，本技术所述的一种气体传感器，所述第二隔离膜上设有第二孔，所述第二孔自第四悬臂靠近第四基部的一端延伸至第四卷曲部，并与第一孔对应设置。优选地，本技术所述的一种气体传感器，所述第三基部位、第四基部于第一透过孔朝向第二悬臂的一侧；或第三基部位于第一透过孔背离第二悬臂的一侧，第三悬臂位于两个第一透过孔之间，且第四基部上对应于第一透过孔的位置设有第三透过孔。优选地，本技术所述的一种气体传感器，所检测电极、第一隔离膜、加热电阻、第二隔离膜的厚度均为本技术提供了一种气体传感器阵列，其特征在于，其由多个如上述的气体传感器构成。本技术技术有益效果：本专利技术技术方案采用单悬梁式结构，将有效区设置在悬梁端部，通过减小有效区面积和降低悬梁数量使得传感器的功耗降至1毫瓦；该传感器的卷曲结构比同等面积的平面型结构加载更多的敏感材料，有利于提供传感器的灵敏度和稳定性；加热电阻位于卷曲结构的内部，由内而外进行加热，有利于提高加热效率和温度均匀性；检测电极位于卷曲结构的外部，直接检测附着在电极外部的气敏材料，与气体的接触面积大，有利于提高灵敏度和响应速度；卷曲的单悬梁式的传感器尺寸更小、集成度更高，集成度较现有多悬梁式结构提高一个数量级；本技术提出的卷曲的单悬梁式气体传感器的制备方法工艺简单、易于定位，有效提高了生产效率，同时也更易于制备具有气质材料的复合结构的气敏材料。附图说明图1为本技术实施例一所述的一种气体传感器的结构示意图，图2为图1的爆炸示意图；图3为图2中A处放大示意图；图4为图2中B处放大示意图；图5为本技术实施例二所述的一种气体传感器的爆炸示意图；图6为本技术实施例三所述的一种气体传感器的爆炸示意图；图7为本技术实施例四所述的一种气体传感器阵列的结构示意图。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本技术技术方案，现结合说明书附图对本技术技术方案做进一步的说明。实施例一参阅图1至图4，本实施例提供的一种气体传感器，包括硅衬底1、检测电极2、第一隔离膜3、加热电阻4、第二隔离膜5和气敏材料6。该传感器具有基体结构和悬梁结构，一般情况下，基体结构呈矩形，悬梁结构设置在基体结构一长边的中部，因而，该传感器的水平投影呈“T”型。所述硅衬底1、检测电极2、第一隔离膜3、加热电阻4及第二隔离膜5自下而上依次层叠设置，该传感器的具体结构如下：硅衬底1，其上、下端面均呈矩形；所述检测电极2一般为贵金属材料电极，如金属铂或金。该检测电极2包括外形呈矩形的第一基部21，所述第一基部21的一长边的中部设有向上翘曲的第一悬臂22，所述第一悬臂22的自由端设有第一卷曲部23；第一基部21远离第一悬臂22的一侧设有第一窗口24，所述第一悬臂22上设有第二窗口25，该第二窗口25沿第一悬臂22延伸至第一卷曲部23，并将第一卷曲部23分割，第二窗口25与第一窗口24联通，将检测电极2分割为两部分；第一基部21位于第一窗口24两侧的位置处分别设有第一引线(图中未示出)。所述第一隔离膜3为氮化硅层，其设置目的是对检测电极2及加热电极4进行电隔离。第一隔离膜3包括第二基部31，所述第二基部31的一长边中部设有向上翘曲的第二悬臂32，所述第二悬臂32的自由端设有第二卷曲部33；第二基部32对应于第一引线的位置设有第一透过孔34，所述第一引线穿过第一透过孔34暴露在外；所述加热电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体传感器，其特征在于，具有基体结构和悬梁结构，包括自下而上依次层叠设置的如下各部分：硅衬底；检测电极，包括第一基部，所述第一基部的一侧边设有向上翘曲的第一悬臂，所述第一悬臂的自由端设有第一卷曲部；第一基部远离第一悬臂的一侧设有第一窗口，所述第一悬臂上设有第二窗口，该第二窗口沿第一悬臂延伸至第一卷曲部，并将第一卷曲部分割，第二窗口与第一窗口联通，将检测电极分割为两部分；第一基部位于第一窗口两侧的位置处分别设有第一引线；第一隔离膜，为氮化硅层，包括第二基部，所述第二基部的一侧边设有向上翘曲的第二悬臂，所述第二悬臂的自由端设有第二卷曲部；第二基部对应于第一引线的位置设有第一透过孔，所述第一引线穿过第一透过孔暴露在外；加热电阻，包括第三基部，所述第三基部的一侧边设有向上翘曲的第三悬臂，所述第三悬臂的自由端设有第三卷曲部；第三基部背离第三悬臂的一侧设有第三窗口，所述第三悬臂上设有第四窗口，该第四窗口沿第三悬臂延伸至第三卷曲部，第四窗口与第三窗口联通；第三基部位于第三窗口两侧的位置处分别设有第二引线；所述加热电阻的厚度小于第一隔离膜的厚度，且加热电阻不覆盖第一基部；第二隔离膜，为氮化硅层，包括第四基部，所述第四基部的一侧边设有向上翘曲的第四悬臂，所述第四悬臂的自由端设有第四卷曲部；第四基部上对应于第二引线的位置设有第二透过孔；且第四基部不遮盖第一透过孔；所述第一基部、第二基部、第三基部和第四基部对应设置形成所述基体结构；所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂对应设置，且所述第一卷曲部、第二卷曲部、第三卷曲部及第四卷曲部由内至外依次设置形成所述悬梁结构；所述第一卷曲部外包裹有气敏材料。...

【技术特征摘要】
1.一种气体传感器，其特征在于，具有基体结构和悬梁结构，包括自下而上依次层叠设置的如下各部分：硅衬底；检测电极，包括第一基部，所述第一基部的一侧边设有向上翘曲的第一悬臂，所述第一悬臂的自由端设有第一卷曲部；第一基部远离第一悬臂的一侧设有第一窗口，所述第一悬臂上设有第二窗口，该第二窗口沿第一悬臂延伸至第一卷曲部，并将第一卷曲部分割，第二窗口与第一窗口联通，将检测电极分割为两部分；第一基部位于第一窗口两侧的位置处分别设有第一引线；第一隔离膜，为氮化硅层，包括第二基部，所述第二基部的一侧边设有向上翘曲的第二悬臂，所述第二悬臂的自由端设有第二卷曲部；第二基部对应于第一引线的位置设有第一透过孔，所述第一引线穿过第一透过孔暴露在外；加热电阻，包括第三基部，所述第三基部的一侧边设有向上翘曲的第三悬臂，所述第三悬臂的自由端设有第三卷曲部；第三基部背离第三悬臂的一侧设有第三窗口，所述第三悬臂上设有第四窗口，该第四窗口沿第三悬臂延伸至第三卷曲部，第四窗口与第三窗口联通；第三基部位于第三窗口两侧的位置处分别设有第二引线；所述加热电阻的厚度小于第一隔离膜的厚度，且加热电阻不覆盖第一基部；第二隔离膜，为氮化硅层，包括第四基部，所述第四基部的一侧边设有向上翘曲的第四悬臂，所述第四悬臂的自由端设有第四卷曲部；第四基部上对应于第二引线的位置设有第二透过孔；且第四基部不遮盖第一透过孔；所述第一基部、第二基部、第三基部和第四基部对应设置形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：许磊，彭书峰，谢东成，周睿颖，
申请(专利权)人：合肥微纳传感技术有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34