一种梳状三电极气体传感器微热板制造技术

本实用新型专利技术涉及一种梳状三电极气体传感器微热板，是由中间的Si片层和前后侧分别生长的SiO2层组成，在前SiO2层的上表面通过磁控溅射、光刻、剥离及腐蚀技术制作成梳状电极，微热板加热电极设计成梳状结构，使得传感器工作区域因加热电流而产生的磁场基本能够相互抵消，加热电极是由梳状回路电阻和其两端的管脚Ⅰ和管脚Ⅱ构成，信号电极由加热电极与Pt直线电组及其管脚Ⅲ构成。气体传感器微热板加热电极设计成梳状结构，使微热板工作区域因加热电流而产生的环绕磁场能够相互消除，极大地减弱了磁场强度，明显的减小了磁场对测量信号的干扰，提高了传感器的性能。微热板结构简单、制作成本低廉。

A micro hot plate of comb like three electrode gas sensor

The utility model relates to a comb like three electrode gas sensor micro hot plate, which is composed of a middle Si sheet layer and a front and rear SiO2 layers, which are respectively grown. On the upper surface of the front SiO2 layer, a comb like electrode is made by magnetron sputtering, photolithography, stripping and corrosion technology. The heating electrode of the micro hot plate is designed into a comb like structure, so that the magnetic field generated by the heating current in the working area of the sensor can be basically The heating electrode is composed of comb circuit resistance and pin I and pin II at both ends. The signal electrode is composed of heating electrode, Pt linear group and pin III. The heating electrode of the micro hot plate of the gas sensor is designed as a comb structure, so that the surrounding magnetic field generated by the heating current in the working area of the micro hot plate can be eliminated from each other, which greatly reduces the intensity of the magnetic field, obviously reduces the interference of the magnetic field on the measured signal, and improves the performance of the sensor. The structure of the micro hot plate is simple and the production cost is low.

【技术实现步骤摘要】
一种梳状三电极气体传感器微热板
本技术涉及一种梳状三电极气体传感器，尤其是梳状三电极微气体传感器微热板。
技术介绍
气体传感器在人们的生产生活中起着重要的作用，尤其是在当今石油、天然气等化工燃料被高度利用的时代。汽车尾气和家居装修会造成大气及室内污染、矿井作业产生的气体会威胁生命、可燃气运输过程中存在安全隐患、高危环境下的工作需要及时的监测空气成分等，以上情况中都需要气体传感器进行监测。并且随着时代的发展，气体传感器与人们的关系日益密切。近些年来，微热板式气体传感器因其功耗低、响应快速、易集成及工作效率高等优点，具有良好的产业化前景，已经逐渐成为气体传感器领域的一个重要发展方向。很多气体传感器的气敏性能都会受到工作温度的影响，所以要在传感器件上同时制作出加热元件和温度测控元件，用来监测并控制温度。而基于微电子机械系统技术(MEMS)的微热板式微结构气体传感器，可以将加热电极和信号电极集成在一个芯片上，从而保证了气体传感器的优良性能。微热板通常为加热电极排布在测量电极中间的蛇形加热电极的四电极结构，其缺点是会在工作区域内产生较大的磁场，干扰测量信号，对传感器的工作产生影响。本技术设计了一种加热电极在微热板的一侧，其既是加热电极又是测量电极的梳状三电极结构的微热板，优化了传感器的电极分布，结果显示该结构的微热板式气体传感器因加热电流产生的半生磁场的影响明显减小，其中心工作区域温度分布均匀，进而使气体传感器的整体性能得到了加强，提高了工作效率。总之，现有的微热板式气体传感器的加热电极形状是均匀的蛇形分布，其周围的磁场强度较大，这给测量带来很大的干扰，从而影响了传感器的性能。
技术实现思路
本技术的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供了一种微热板的中心工作区域的磁场强度分布最小，对测量的干扰减小的一种梳状三电极气体传感器微热板。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种梳状三电极气体传感器的微热板，微热板基底是由中间Si片层和前面生长的SiO2层6及后面生长的SiO2层8构成，在前SiO2层6的上面溅射40nm厚的Ti粘附层和300nm厚的Pt层，通过光刻、腐蚀和剥离去掉多余的Pt制成Pt梳状加热电阻2，Pt梳状加热电阻2的两端分别设有管脚Ⅰ1和管脚Ⅱ3,并在正面SiO2层6的右侧边缘制作Pt直线测量电极5，在Pt直线测量电极5的一端设有管脚Ⅲ4。微热板为长方体，长1.5mm，宽1.0mm，厚300μm。有益效果：本技术的气体传感器的微热板加热电极设计成梳状结构，使得传感器工作区域因加热电流而产生的磁场能够相互抵消，因此，该区域的磁场强度非常小，有效地减少了磁场强度对测量的干扰，有利于传感器的性能的提高。本微热板式气体传感器的三电极排布结构简单，经济适用。气体传感器微热板加热电极设计成梳状结构，使微热板工作区域因加热电流而产生的环绕磁场能够相互消除，极大地减弱了磁场强度，明显的减小了磁场对测量信号的干扰，提高了传感器的性能。微热板结构简单、制作成本低廉。附图说明：图1一种梳状三电极气体传感器的微热板结构图图2一种梳状三电极气体传感器的微热板温度分布图图3一种梳状三电极气体传感器的微热板磁场强度分布图1管脚Ⅰ，2Pt梳状加热电阻，3管脚Ⅱ，4管脚Ⅲ，5Pt直线测量电极，6前SiO2层，7Si片，8后SiO2层。具体实施方式：下面将结合附图和实施例对本技术作进一步的详细描述：一种梳状三电极气体传感器的微热板，该微热板基底是由中间Si片层和前面生长的SiO2层6及后面生长的SiO2层8构成，在前SiO2层6的上面溅射40nm厚的Ti粘附层和300nm厚的Pt层，通过光刻、腐蚀和剥离去掉多余的Pt制成Pt梳状加热电阻2，Pt梳状加热电阻2的两端分别设有管脚Ⅰ1和管脚Ⅱ3,并在正面SiO2层6的右侧边缘制作Pt直线测量电极5，在Pt直线测量电极5的一端设有管脚Ⅲ4。微热板为长方体，长1.5mm，宽1.0mm，厚300μm。在前SiO2层的上表面通过磁控溅射、光刻、剥离及腐蚀技术制作成梳状电极，加热电极是由梳状回路电阻和其两端的管脚Ⅰ和管脚Ⅱ构成，信号电极由加热电极与Pt直线测量电极及其管脚Ⅲ构成。如图1所示，一种梳状三电极微热板式气体传感器，在基片Si片7的前侧生长前层SiO26，Si片7的后侧生长后层SiO28，在前层SiO26的上表面应用射频磁控溅射技术溅射一层Ti粘合层和一层金属Pt，它们的厚度分别40nm和300nm，然后利用光刻、刻蚀技术制作出梳状加热Pt电极和直线型信号Pt电极，管脚Ⅰ1、Ⅱ3和梳状加热电阻2构成了位于图1中左侧的加热电极，在加热电极上用箭头表示加热电流的方向。管脚Ⅲ4和Pt直线测量电极5组成信号电极，位于图1中的右侧边缘，加热电极也作为信号电极的使用。图2是采用有限元软件ANSYS对本技术中的梳状三电极结构气体传感器的微热板进行热场分布的仿真、分析云图，优化结果显示，当功耗为30mW时，基底中前面SiO2层、中间Si层、后面SiO2层的厚度分别为5μm、225μm和70μm，加热电极的宽度和间距以及测量电极的宽度均为20μm，微热板中心工作区域的温度约为351.905℃，且这一区域的温度分布较为均匀，其温差仅为0.221℃。图3是以ANSYS软件为平台，对本技术的梳状三电极结构气体传感器的微热板的磁场分布进行模拟、分析云图，结果表明，该微热板中心工作区域的磁场强度为1.22×10-10T，其值是加热电极处磁场强度最大值3.84×10-2T的1/3×108，因此，该传感器中心工作区域的磁场几乎可以忽略，减小了传感器的系统误差，有利于传感器整体性能的提高。梳状三电极结构的微热板式气体传感器，其微热板为长方体结构，整体尺寸为1.5mm×1.0mm×300μm，基底厚度是300μm，由中间Si片层和前面生长的SiO2层及后面生长的SiO2层组成，其中前侧SiO2层起到绝缘和隔热的作用，后面的SiO2层是阻止热量散失。利用射频磁控溅射在前SiO2的上面溅射40nm厚的Ti粘附层和300nm厚的Pt层，通过光刻、腐蚀和剥离的方法去掉多余的Pt,从而制作出所需的电极形状，加热电极为梳状结构位于微热板的一侧，其也为信号电极的一端，另一信号电极为直线状在微热板的另一侧边缘处。采用有限元软件ANSYS对该微热板的结构进行仿真、优化与分析，在控制功耗一定时，确定了基底三层材料SiO2-Si-SiO2的最优厚度值，另外也对加热电极的宽度、间距及测量电极的宽度进行了模拟与优化，找到了它们的最佳分布值，进而使微热板中心工作区的温度分布均匀且温度较高。最后，我们对微热板的磁场强度大小及分布进行了仿真与分析，结果表明，其中心工作区域的磁场强度最小且分布均匀。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梳状三电极气体传感器微热板，其特征在于，微热板基底是由中间Si片层(7)和前面生长的SiO2层(6)及后面生长的SiO2层(8)构成，在前SiO2层(6)的上面溅射有40nm厚的Ti粘附层和300nm厚的Pt层，通过光刻、腐蚀和剥离去掉多余的Pt制成Pt梳状加热电阻(2)，Pt梳状加热电阻(2)的两端分别设有管脚Ⅰ(1)和管脚Ⅱ(3),并在正面SiO2层(6)的右侧边缘制作Pt直线测量电极(5)，在Pt直线测量电极(5)的一端设有管脚Ⅲ(4)。

【技术特征摘要】
1.一种梳状三电极气体传感器微热板，其特征在于，微热板基底是由中间Si片层(7)和前面生长的SiO2层(6)及后面生长的SiO2层(8)构成，在前SiO2层(6)的上面溅射有40nm厚的Ti粘附层和300nm厚的Pt层，通过光刻、腐蚀和剥离去掉多余的Pt制成Pt梳状加热电阻(2)，Pt梳...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽，曾祥桉，何越，李硕，李海英，刘震，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22