本发明专利技术涉及一种通过多级复合结构集成的气体传感器，包括：第一支撑层和第二支撑层，第一支撑层被配置为充当加热复合件与第二组合件的绝缘层，至少部分用于降低应力的第二支撑层布置于第三组合件和加热复合件之间以减少加热复合件沿第三组合件方向的热量损失，加热复合件以部分实体嵌入第一支撑层和第二支撑层的方式由第一支撑层和第二支撑层夹持，第一支撑层远离加热复合件的一侧上设置由至少一种材料以单层或多层复合而成的第一补偿层，第二支撑层远离加热复合件的一侧上设置由至少一种材料以单层或多层复合而成的第二补偿层，第二补偿层具有若干个接触界面，接触界面的分布密度在靠近第组合件的方向上线性或非线性逐渐增大。逐渐增大。逐渐增大。
【技术实现步骤摘要】
一种通过多级复合结构集成的气体传感器
[0001]本专利技术涉及气体传感器
，尤其涉及通过一种多级复合结构集成的气体传感器。
技术介绍
[0002]MOX气体传感器是一种以多芯片组件(MCM)形式制造的MEMS器件。通过施加受控的热量，在存在清洁空气的情况下测量MOX涂层的电阻，然后在空气中以受控量的目标气体测量MOX涂层的电阻(以百万分之一为单位)，这两个测量值的比率可用于校准设备。在实际操作中，经过校准的MOX电阻测量值指示环境中目标气体的密度。
[0003]现有技术中如公开号为CN111351821A的专利文献所提出的一种电阻整合式气体传感器，包括基板、第一金属氧化物层，绝缘层，接触金属层，接触空穴，第二金属氧化物层以及指叉状电极层。第一金属氧化物层配置于基板中。绝缘层配置于基板及第一金属氧化物层上。接触金属层及接触空穴配置于绝缘层中。第二金属氧化物层配置于绝缘层上。指叉状电极层的一部分配置于绝缘层上，另一部分配置于第二金属氧化物层中。接触金属层及接触空穴连接第一金属氧化物层与指叉状电极层。
[0004]如公开号为CN102680553A的专利文献所提出的一种带弯曲补偿层的陶瓷结构平板式气体传感器，包括一层或多层固体电解质层、一层或多层绝缘层，其特征在于：距平板式传感单元长度方向两个主外面等距的平面定义为几何中心面；则该几何中心面将传感器传感单元划分为两个部分：一层或多层以上电解质层所在的部分称之为传感部，加热器所在的部分称之为加热器部，在加热器部增设有一层或多层与电解质同样材料的弯曲补偿层。该专利技术不需要把传感单元的多层结构及层间的印刷电路重新设计成对称结构，也不需要费时、费力地改变每个材料层的配方，以期匹配各材料层的收缩率。该专利技术能够容忍制造过程中不可避免的材料收缩率偏差、各材料层厚度偏差，以及其它可能导致传感单元弯曲或内部缺欠的因素。
[0005]上述专利所提出的方案针对传感器的结构进行设计，使得传感器的机械强度进一步增强，但其增加了传感器的能耗，因此需要对传感器的结构进行设计，使得传感器能够在满足必要机械强度的条件下具有更低的能耗。
[0006]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
[0007]本专利技术公开了一种通过多级复合结构集成的气体传感器，包括：第一支撑层和第二支撑层，第一支撑层，其被配置为充当加热复合件与第二组合件的绝缘层。
[0008]根据一种优选的实施方式，至少部分用于降低应力的第二支撑层布置于第三组合
件和加热复合件之间以减少加热复合件沿第三组合件方向的热量损失，加热复合件以部分实体嵌入第一支撑层和第二支撑层的方式由第一支撑层和第二支撑层夹持。
[0009]现有技术中的半导体气体传感器往往在高温的环境下才能具有良好的气敏性，因此需要引入用于加热的加热平台。加热平台的功耗是传感器功耗的主要来源，为进一步降低传感器的能耗，现有技术中大多采取设置悬臂的方式构造传感器，感测材料和带有绝缘层的加热单元分别设置于悬臂所连接的悬浮区的两侧，设置悬臂的方式有效减少了感测材料和绝缘层的内部的热传导，一定程度上减少了传感器的能耗，但悬臂需要进行刻蚀，这增加了工艺难度，并且刻蚀后的结构的机械强度降低(尤其悬臂处会产生形变，甚至断裂)，感测区域面积减少。未采取悬臂的封闭式气体传感器，通常对感测单元所在区域的硅衬底的背面进行刻蚀，一定程度上减小了热传导，但相较于悬臂结构的传感器，其能耗仍然较高。因此本专利技术针对传感器的热传导过程进行设计，在加热单元两侧设置不同支撑层，位于加热复合件和第二组合件之间的第一支撑层(优选二氧化硅)的热导率高于位于加热复合件和硅衬底之间的第二支撑层(优选氮化硅)，第二支撑层的热导率低于硅衬底的热导率，使加热复合件与硅衬底之间的热传导减少，引入的第二支撑层的热导率低于硅衬底的热导率，减少了加热复合件沿硅衬底方向的传递的热量，硅衬底与加热复合件直接接触部分的内部的热传导产生的热量消耗因其接触部位被替换为第二支撑层而大量减少，同时第一支撑层和第二支撑层的热导率较低，避免了大量热量沿第一支撑层和第二支撑层的内部传导。
[0010]在基底上沉积感测材料的方式形成的第二组合件一定程度上提高了感测的灵敏度，降低了能耗，但该方法所形成的感测材料的机械强度较差，现有技术中常采用单一支撑层对检测电极进行电绝缘，并且对感测单元和加热电极进行支撑，但单一材料所能提供的支撑有限，尤其在高温的工作环境下，第一支撑层会受热膨胀，进而将其形变传导至感测材料和检测电极上，使两者发生断裂、结构变化等不利传感器性能的改变。因此本专利技术中利用第一支撑层和第二支撑层将加热复合件进行夹持，并且加热复合件部分实体嵌入第一支撑层和第二支撑层，第一支撑层和第二支撑层能够对加热复合件进行包裹的方式将其加热退火过程中的应力消除，防止传感器结构变化，进而提高传感器的耐用性。
[0011]进一步地，由于支撑层和加热复合件的热膨胀系数不同，在加热过程中，加热复合件的膨胀量大于支撑层，加热复合件使得支撑层产生拉伸的趋势，与之相反，退火过程中，加热复合件的收缩量比支撑层大，支撑层受到加热电力的应力处于压缩的趋势。现有技术中通常使用第一支撑层作为单一支撑层，且其主要使用二氧化硅材料，其能够抵抗压缩趋势中的应力，而无法阻挡拉伸趋势中的应力，因此本专利技术引入的第二支撑层作为抵抗拉伸趋势的应力得支撑层使得第一组合件具有压缩和拉伸两种类型的应力分散能力以降低变形的可能性，提高整体的机械强度。
[0012]根据一种优选的实施方式，第一支撑层远离加热复合件的一侧上设置由至少一种材料以单层或多层复合而成的第一补偿层，第二支撑层远离加热复合件的一侧上设置由至少一种材料以单层或多层复合而成的第二补偿层。
[0013]根据一种优选的实施方式，若干个层复合构成的第二补偿层具有若干个接触界面，接触界面的分布密度在靠近第三组合件的方向上线性或非线性逐渐增大。
[0014]上述措施一定程度上降低了传感器的能耗，提高了传感器的机械强度，复合结构
的每个层级所使用的材料较为单一，制造难度大大降低。但在具体应用的过程中，以二氧化硅构成的第一支撑层为例，其需要一定厚度才能满足所需的支撑作用，但随着厚度增加，第一支撑层内部的热传导消耗变大，加热复合件将第二组合件加热至工作温度的时间变长；以氮化硅构成的第二支撑层为例，氮化硅在硅衬底上的附着力较差，容易在第三组合件(硅衬底)上脱落，使得传感器的性能变差。
[0015]进一步地，气体传感器循环加热退火的工作模式进一步加剧了上述问题，因此本专利技术通过在第一组合件的两侧上分别设置第一补偿层和第二补偿层的方式以改善能耗和应力的问题。在纳米尺度上，第二补偿层的层与层之间并非完全接触，与理想的平整平面相比层表面上会出现较为明显的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种通过多级复合结构集成的气体传感器，包括：第一支撑层(11)和第二支撑层(12)，其中，所述第一支撑层(11)，其被配置为充当加热复合件(13)与第二组合件(2)的绝缘层，其特征在于，至少部分用于降低应力的所述第二支撑层(12)布置于所述第三组合件(3)和所述加热复合件(13)之间以减少所述加热复合件(13)沿所述第三组合件(3)方向的热量损失，并且所述加热复合件(13)以部分实体嵌入所述第一支撑层(11)和所述第二支撑层(12)的方式由所述第一支撑层(11)和所述第二支撑层(12)夹持。2.根据权利要求1所述的通过多级复合结构集成的气体传感器，其特征在于，所述第一支撑层(11)远离所述加热复合件(13)的一侧上设置由至少一种材料以单层或多层复合而成的第一补偿层(41)，所述第二支撑层(12)远离所述加热复合件(13)的一侧上设置由至少一种材料以单层或多层复合而成的第二补偿层(42)。3.根据权利要求2所述的通过多级复合结构集成的气体传感器，其特征在于，若干个层复合构成的所述第二补偿层(42)具有若干个接触界面(421)，所述接触界面(421)的分布密度在靠近所述第三组合件(3)的方向上线性或非线性逐渐增大。4.根据权利要求1所述的通过多级复合结构集成的气体传感器，其特征在于，在所述第一支撑层(11)的远离所述第一补偿层(41)的一侧上设置至少一个加热复合件(13)，所述加热复合件(13)在所述第一支撑层(11)的至少一个第一区域中以第一尺寸设置，并且在所述第一支撑层(11)的至少一个第二区域中以不同于第一尺寸的第二尺寸设置。5.根据权利要求4所述的通过多级复合结构集成的气体传感器，其特征在于，所述加热复合件(13)由具有第一特性的第一材料层复合构成，在至少一个所述第一材料层朝向所述第一支撑层(11)或所述第二支撑层(12)的一侧上至少在部分区域内设置用于贴合所述第一支撑层(11)和所述第二支撑层(12)的具有第二特性的第二材料层。6.根据权利要求1所述的通过多级复合结构集成的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器还包括第二组合件(2)，所述第二组合件(2)提供至少一个第一功能区域(21)和至少一个第二功能区域(22)，所述第一功能区域(21)和所述第二功能区域(22)交替设置，以使所述第二功能区域(22)内部的介质接触所述第一功能区域(21)，从而改变所述第一功能区域(21)的电学特征。7.根据权利要求6所述的通过多级复合结构集成的气体传感器，其特征在于，所述第一功...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚元兵，刘新宇，杨国宇，
申请(专利权)人：艾感科技广东有限公司，
类型：发明
国别省市：
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