一种双模式MEMS气体传感器及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种双模式MEMS气体传感器，包括衬底、第一绝缘支撑层、电阻加热层、第二绝缘支撑层、温度感测电极、第一叉指电极、第二叉指电极、掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料及微控器；第一绝缘支撑层设置在衬底上，电阻加热层设置在第一绝缘支撑层上，第二绝缘支撑层覆盖在电阻加热层上。第一叉指电极、第二叉指电极和温度感测电极设置在第二绝缘支撑层上。掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料覆盖在第一叉指电极、第二叉指电极和温度感测电极上。温度感测电极位于第一叉指电极和第二叉指电极之间。本发明专利技术提供的双模式MEMS气体传感器，可对环境中各种浓度有毒有害气体和可燃气体进行有效检测。

A two mode MEMS gas sensor and its working method

【技术实现步骤摘要】
一种双模式MEMS气体传感器及其工作方法
本专利技术涉及半导体传感器
，特别涉及一种双模式MEMS气体传感器及其工作方法。
技术介绍
随着生活水平的提高，人们对环境空气状况越来越关注，催生了气体传感器的广泛应用。在室内空气污染物的检测中，金属氧化物半导体气体传感器适合测试低浓度有毒有害气体，得到了广泛应用。在煤矿安全应用等可燃气体检测中，催化燃烧式气体传感器应用较为普遍。但是，在某些应用场景下，环境里可能存在多种有毒有害或危险气体，且被测试气体可能涵盖较大的浓度范围，在这种情况下，传统单一类型的气体传感器，往往会面临着性能限制，表现出诸多不足。气体传感器在智能家居中的一个典型应用场景是厨房，理想的厨房气体污染物测试期望可以达成以下功能：测试油烟气体浓度来控制抽油烟机的风量；测试可燃气体泄漏，进行抽气、切断气体管路和报警处理；测试燃烧不充分导致的CO浓度上升，进行抽气、报警处理；测试燃气灶具空烧造成的温度异常上升并进行处置。在测试低浓度油烟气体时，较好的方式是采用半导体式TVOC气体传感器，TVOC气体传感器同时可以测试室内家居、装修材料以及食物变质等其它挥发性污染气体，但是在测试高浓度油烟气体时，半导体式TVOC气体传感器容易出现饱和效应，难以准确区分高浓度气体浓度差异。测试可燃气体时，催化燃烧式气体传感器可以给出更可靠的数据，但是传统的催化燃烧式气体传感器需要活性元件与补偿元件同时工作，造成了功耗大、尺寸大，而且催化燃烧式气体传感器不能测试低浓度的有毒有害气体。在测试CO浓度时，半导体式气体传感器需要工作在较低温度下，而在测试油烟气体时，半导体式气体传感器需要工作在较高温度下；而测试燃气灶具工作造成的环境温度异常升高时，一般需要增加温度传感器，来避免无油烟时半导体式气体传感器无响应。因此，目前市场上单一传感器无法满足上述所有需求，而多传感器的使用则会造成产品成本的升高，不利用新产品的推广应用，因此，迫切需要一种多功能、低成本的气体感测解决方案。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的难以对环境中各种浓度有毒有害气体和可燃气体进行有效检测的技术问题，提供了一种双模式MEMS气体传感器及其工作方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种双模式MEMS气体传感器，其特征在于，包括：-MEMS微热盘，包括：衬底、第一绝缘支撑层、电阻加热层及第二绝缘支撑层；-温度感测装置，包括：温度感测电极；-气敏电阻测量装置，包括：第一叉指电极及第二叉指电极；-掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料；以及-微控器；其中：所述第一绝缘支撑层设置在所述衬底上，所述电阻加热层设置在所述第一绝缘支撑层上，所述第二绝缘支撑层覆盖在所述电阻加热层上；所述第一叉指电极、第二叉指电极和所述温度感测电极设置在所述第二绝缘支撑层上；所述掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料覆盖在所述第一叉指电极、第二叉指电极和温度感测电极上；所述掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料工作在半导体气敏原理和催化燃烧原理双模式下，通过检测所述掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料的气敏电阻得到环境中有毒有害气体浓度；通过检测所述MEMS微热盘加热功率得到可燃气体浓度；所述第一叉指电极、第二叉指电极和所述温度感测电极位于同一层内，所述温度感测电极位于所述第一叉指电极和第二叉指电极之间。其优选方案中，所述衬底的材料为是单晶硅、多晶硅、石英、蓝宝石、氧化钇、多孔阳极氧化铝或多孔硅。其优选方案中，所述第一绝缘支撑层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。其优选方案中，所述第二绝缘支撑层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。其优选方案中，所述电阻加热层的材料为贱金属、贱金属合金、掺杂单晶硅、掺杂多晶硅、导电金属碳化物、导电金属氮化物或导电金属氧化物。本专利技术还提供了一种双模式MEMS气体传感器的工作方法，包括：将所述双模式MEMS气体传感器周期性工作在恒定低温、恒定中温及恒定高温下；其中，所述恒定低温时掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料气敏电阻对污染气体无响应，对可燃气体无催化燃烧效应；所述恒定中温时掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料气敏电阻对有毒有害气体有响应，对可燃气体无显著催化燃烧效应；所述恒定高温时掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料气敏电阻对有毒有害气体有响应，对可燃气体有显著催化燃烧效应；在恒定低温时，通过微控器测试温度感测电极，得到MEMS微热盘加热功率以校准和评估环境因素；在恒定中温时，通过微控器测试气敏电阻测量装置，得到掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料的气敏电阻，通过半导体气敏原理得出有毒有害气体浓度；在恒定高温时，通过微控器测试MEMS微热盘和温度感测装置，获取恒定温度下MEMS微热盘加热功率，得出可燃气体浓度。其优选方案中，所述MEMS微热盘的工作温度为100-500℃。本专利技术提供的双模式MEMS气体传感器及其工作方法至少具备以下有益效果或优点：本专利技术提供的双模式MEMS气体传感器，第一绝缘支撑层设置在衬底上，电阻加热层设置在第一绝缘支撑层上，第二绝缘支撑层覆盖在电阻加热层上。第一叉指电极、第二叉指电极和温度感测电极设置在第二绝缘支撑层上。掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料覆盖在第一叉指电极、第二叉指电极和温度感测电极上。第一叉指电极、第二叉指电极和温度感测电极位于同一层内，温度感测电极位于第一叉指电极和第二叉指电极之间。掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料工作在半导体气敏原理和催化燃烧原理双模式下，通过检测掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料的气敏电阻得到环境中有毒有害气体浓度；通过检测MEMS微热盘加热功率得到可燃气体浓度。克服了现有技术方案中的不足，可以对环境中各种浓度有毒有害气体和可燃气体进行有效检测，同时可对环境温度变化进行评估，产品成本低，可靠性高。附图说明图1为本专利技术实施例提供的双模式MEMS气体传感器结构示意图；图2为图1中的A-A剖视图；图3为实施例二中的双模式MEMS气体传感器工作原理图；图4为实施例三中的双模式MEMS气体传感器工作原理图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1-衬底，2-第一绝缘支撑层，3-电阻加热层，4-第二绝缘支撑层，5-第一叉指电极，6-掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料，7-第二叉指电极，8-温度感测电极，8A-温度感测电极的一端，8B-温度感测电极的另一端。具体实施方式本专利技术实施例针对现有技术中存在的难以对环境中各种浓度有毒有害气体和可燃气体进行有效检测的技术问题，提供了一种双模式MEMS气体传感器及其工作方法。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双模式MEMS气体传感器，其特征在于，包括：/n-MEMS微热盘，包括：衬底(1)、第一绝缘支撑层(2)、电阻加热层(3)及第二绝缘支撑层(4)；/n-温度感测装置，包括：温度感测电极；/n-气敏电阻测量装置，包括：第一叉指电极(5)及第二叉指电极(7)；/n-掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料(6)；以及/n-微控器；其中：/n所述第一绝缘支撑层(2)设置在所述衬底(1)上，所述电阻加热层(3)设置在所述第一绝缘支撑层(2)上，所述第二绝缘支撑层(4)覆盖在所述电阻加热层(3)上；/n所述第一叉指电极(5)、第二叉指电极(7)和所述温度感测电极(8)设置在所述第二绝缘支撑层(4)上；/n所述掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料(6)覆盖在所述第一叉指电极(5)、第二叉指电极(7)和温度感测电极(8)上；所述掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料(6)工作在半导体气敏原理和催化燃烧原理双模式下，通过检测所述掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料(6)的气敏电阻得到环境中有毒有害气体浓度；通过检测所述MEMS微热盘加热功率得到可燃气体浓度；/n所述第一叉指电极(5)、第二叉指电极(7)和所述温度感测电极(8)位于同一层内，所述温度感测电极(8)位于所述第一叉指电极(5)和第二叉指电极(7)之间。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双模式MEMS气体传感器，其特征在于，包括：
-MEMS微热盘，包括：衬底(1)、第一绝缘支撑层(2)、电阻加热层(3)及第二绝缘支撑层(4)；
-温度感测装置，包括：温度感测电极；
-气敏电阻测量装置，包括：第一叉指电极(5)及第二叉指电极(7)；
-掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料(6)；以及
-微控器；其中：
所述第一绝缘支撑层(2)设置在所述衬底(1)上，所述电阻加热层(3)设置在所述第一绝缘支撑层(2)上，所述第二绝缘支撑层(4)覆盖在所述电阻加热层(3)上；
所述第一叉指电极(5)、第二叉指电极(7)和所述温度感测电极(8)设置在所述第二绝缘支撑层(4)上；
所述掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料(6)覆盖在所述第一叉指电极(5)、第二叉指电极(7)和温度感测电极(8)上；所述掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料(6)工作在半导体气敏原理和催化燃烧原理双模式下，通过检测所述掺杂贵金属催化剂金属氧化物半导体材料(6)的气敏电阻得到环境中有毒有害气体浓度；通过检测所述MEMS微热盘加热功率得到可燃气体浓度；
所述第一叉指电极(5)、第二叉指电极(7)和所述温度感测电极(8)位于同一层内，所述温度感测电极(8)位于所述第一叉指电极(5)和第二叉指电极(7)之间。


2.根据权利要求1所述的双模式MEMS气体传感器，其特征在于，所述衬底(1)的材料为是单晶硅、多晶硅、石英、蓝宝石、氧化钇、多孔阳极氧化铝或多孔硅。


3.根据权利要求1所述的双模式MEMS气体传感器，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鸣，刘曰利，饶吉磊，詹欢欢，熊艳，
申请(专利权)人：武汉微纳传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42