环热式气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种环热式气体传感器及其制备方法。所述环热式气体传感器包括：基底，所述基底内部具有一气体腔室，所述气体腔室与设置在基底上的至少一个气孔连通；气体敏感测试机构，设置在所述气体腔室内，所述气体敏感测试机构包括测试电极、非晶碳层以及敏感材料粒子，所述非晶碳层设置在所述测试电极上，所述敏感材料粒子设置在所述非晶碳层上；加热机构，设置在所述气体腔室内，所述加热机构包括多个加热电极，所述多个加热电极设置在所述气体腔室的内壁上，且所述多个加热电极围绕所述气体敏感测试机构设置。本发明专利技术提供的环热式气体传感器的制备工艺简单、性能好、抗冲击性能好、热学性能稳定，可以适用在高温气体测试等应用领域。应用领域。应用领域。

【技术实现步骤摘要】
环热式气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种气体传感器，特别涉及一种环热式气体传感器及其制备方法，属于气体测试


技术介绍

[0002]气体传感器广泛应用于检测可燃性气体、有毒有害气体以及气体大气中的气体成分。目前常用半导体式气体传感器是硅基或陶瓷基底气体传感器，硅基气体传感器一般通过半导体技术，进行多层薄膜沉积，结合敏感材料涂覆，形成半导体气体传感器；陶瓷基气体传感器在陶瓷衬底背面涂覆加热电极，形成加热机构；在衬底正面涂覆气体敏感材料，其在一定温度下对气体具有敏感效应，从而形成气体传感器。
[0003]目前常用的可燃气体传感器如图1所示，其主要以陶瓷基底为主，因为陶瓷的隔热性能和绝缘性相对比较优良，所以上面形成加热层和测试层等。工艺主要包括丝网印刷形成加热和测试电极，邦定形成导电通路、旋涂形成敏感原料体系。但对于目前陶瓷衬底气体传感器来说，由于经常采用的底面加热，所以相对温度控制不是特别精确。而且热学性能不容易控制，会影响敏感材料的精度。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种环热式气体传感器及其制备方法。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种环热式气体传感器，包括：
[0007]基底，所述基底内部具有一气体腔室，所述气体腔室与设置在基底上的至少一个气孔连通；
[0008]气体敏感测试机构，设置在所述气体腔室内，所述气体敏感测试机构包括测试电极、非晶碳层以及敏感材料粒子，所述非晶碳层设置在所述测试电极上，所述敏感材料粒子设置在所述非晶碳层上；
[0009]加热机构，设置在所述气体腔室内，所述加热机构包括多个加热电极，所述多个加热电极设置在所述气体腔室的内壁上，且所述多个加热电极围绕所述气体敏感测试机构设置。
[0010]本专利技术实施例还提供了所述环热式气体传感器的制备方法，包括：
[0011]提供第一基底，在所述第一基底的第一面加工形成至少一收容槽，并在所述收容槽的底部、侧壁上形成加热电极；
[0012]在所述收容槽底部的加热电极上设置绝缘层，并在所述绝缘层上制备叠设的测试电极和非晶碳层，之后在所述非晶碳层上沉积敏感材料粒子；
[0013]提供第二基底，并在所述第二基底上加工形成沿厚度方向贯穿所述第二基底的气孔，并在所述第二基底的第二面上形成加热电极；
[0014]将所述第一基底的第一面和第二基底的第二面固定结合，从而将多个加热电极以及气体敏感测试机构封装在由所述第一基底和第二基底围合形成的气体腔室内，且所述气体腔室与所述气孔相连通；以及
[0015]制备加热电极引出机构，并使所述加热电极引出机构与所述加热电极电连接。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0017]1)本专利技术实施例提供的一种环热式气体传感器的制备工艺简单、性能好、抗冲击性能好、热学性能稳定，可以适用在高温气体测试等应用领域。
[0018]2)本专利技术实施例提供的一种环热式气体传感器，所述非晶碳层一方面可以对测试电极形成保护，防止高温测试气体中的腐蚀性成分损伤测试电极，另一方面，非晶碳层表面的粗糙多孔结构利于敏感材料颗粒附着，可以防止敏感材料颗粒在反复受热过程中与测试电极脱离，并且敏感材料颗粒的沉积还可以使非晶碳层表面变得致密，从而进一步提高非晶碳层对于测试电极的防护，且也使敏感材料颗粒与测试电极之间形成更好的导电通路，提高传感器的灵敏度。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是常规的MEMS气体传感器的机构示意图；
[0021]图2是本专利技术一典型实施案例中提供的一种环热式气体传感器的结构示意图；
[0022]图3a是本专利技术一典型实施案例中提供的一种环热式气体传感器的第一基底部分的制备流程结构示意图；
[0023]图3b是本专利技术一典型实施案例中提供的一种环热式气体传感器的第二基底部分的制备流程结构示意图；
[0024]图3c是本专利技术一典型实施案例中将第一基底部分和第二基底部分结合的流程结构示意图。
具体实施方式
[0025]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0026]本专利技术实施例提供的一种环热式气体传感器的制备工艺简单、性能好、抗冲击性能好、热学性能稳定，可以适用在高温气体测试等应用领域。
[0027]为了克服典型的可燃气体传感器的缺点，本专利技术提出在玻璃等基底上刻蚀出方形凹槽，通过三维打印方式或喷墨方式，将在凹槽的底部和四周形成加热电极，从而形成环绕加热结构，之后在凹槽底部的加热电极上依次设置绝缘层和测试电极，在形成测试电极后，采用直流磁控溅射技(偏压为
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180V～
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150V)在测试电极上沉积厚度约15
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40nm的非晶碳层，继而采用原子层沉积方式在非晶碳层上沉积敏感材料颗粒。
[0028]为了克服传统气体传感器的缺点，本专利技术设计如下：
[0029]本专利技术实施例提供了一种环热式气体传感器，包括：
[0030]基底，所述基底内部具有一气体腔室，所述气体腔室与设置在基底上的至少一个气孔连通；
[0031]气体敏感测试机构，设置在所述气体腔室内，所述气体敏感测试机构包括测试电极、非晶碳层以及敏感材料粒子，所述非晶碳层设置在所述测试电极上，所述敏感材料粒子设置在所述非晶碳层上；
[0032]加热机构，设置在所述气体腔室内，所述加热机构包括多个加热电极，所述多个加热电极设置在所述气体腔室的内壁上，且所述多个加热电极围绕所述气体敏感测试机构设置。
[0033]在一些具体的实施方案中，所述测试电极的厚度为100
‑
5000nm，所述测试电极的材质包括Au和/或Pt，但不限于此。
[0034]在一些具体的实施方案中，所述测试电极为插齿型电极。
[0035]在一些具体的实施方案中，所述非晶碳层的厚度为15
‑
40nm。
[0036]在一些具体的实施方案中，所述敏感材料粒子为球状或枝状结构，所述敏感材料粒子的尺寸为10
‑
500nm。
[0037]在一些具体的实施方案中，所述敏感材料粒子的材质包括半导体金属氧化物。
[0038]在一些具体的实施方案中，所述气体敏感测试机构与加热电极无直接接触。
[0039]在一些具体的实施方案中，所述气体敏感测试机构与加热电极之间的间距为5
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环热式气体传感器，其特征在于包括：基底，所述基底内部具有一气体腔室，所述气体腔室与设置在基底上的至少一个气孔连通；气体敏感测试机构，设置在所述气体腔室内，所述气体敏感测试机构包括测试电极、非晶碳层以及敏感材料粒子，所述非晶碳层设置在所述测试电极上，所述敏感材料粒子设置在所述非晶碳层上；加热机构，设置在所述气体腔室内，所述加热机构包括多个加热电极，所述多个加热电极设置在所述气体腔室的内壁上，且所述多个加热电极围绕所述气体敏感测试机构设置。2.根据权利要求1所述的环热式气体传感器，其特征在于：所述测试电极的厚度为100
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5000nm，所述测试电极的材质包括Au和/或Pt；和/或，所述测试电极为插齿型电极；和/或，所述非晶碳层的厚度为15
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40nm；和/或，所述敏感材料粒子为球状或枝状结构，所述敏感材料粒子的尺寸为10
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500nm；优选的，所述敏感材料粒子的材质包括半导体金属氧化物。3.根据权利要求1所述的环热式气体传感器，其特征在于：所述气体敏感测试机构与加热电极无直接接触；优选的，所述气体敏感测试机构与加热电极之间的间距为5
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200μm。4.根据权利要求1或3所述的环热式气体传感器，其特征在于：所述气体敏感测试机构设置在绝缘层上，所述绝缘层设置在加热电极上；和/或，所述绝缘层的材质包括氧化硅，所述绝缘层的厚度为5
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200μm。5.根据权利要求4所述的环热式气体传感器，其特征在于：所述加热电极设置在所述气体腔室的底壁、顶壁和侧壁上，其中，所述气孔与所述顶壁相连通，所述绝缘层设置在底壁的加热电极上。6.根据权利要求1或5所述的环热式气体传感器，其特征在于：所述气体腔室的底壁、顶壁和侧壁上均设置有多个加热电极，且该多个加热电极均设间隔设置的，其中，相邻两个加热电极之间的间隙为100
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500μm，所述加热电极的厚度为100
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5000nm；和/或，所述加热电极的材质包括Pt、Au、Ag、Cu中的任意一种或两种以上的组合。7.根据权利要求1所述的环热式气体传感器，其特征在于还包括加热电极引出机构，所述加热电极引出机构设置在所述气体腔室的外部，且所述加热电极引...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞，
申请(专利权)人：江苏甫瑞微纳传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：