一种阵列式多温区的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阵列式多温区的气体传感器及其制备方法，包括衬底层以及设于衬底层上的珀尔帖控温单元至少二组珀尔帖控温单元；珀尔帖控温单元包括分离设于衬底层上珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元，珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元顶面依次设有导热层以及导热层顶面设置的绝缘层和保护层；保护层顶面阵列排布有若干组气敏电极，各组气敏电极上设有不同种类和厚度的气敏材料层。本发明专利技术的气体传感器，合理布置珀尔帖控温单元结构，实现温度精确选择和控制，提高气体传感器准确性和稳定性；采用阵列式分布有多个气敏电极和气敏材料层，实现多温区布局，提高气体传感器的检测能力；温控结构具有工艺兼容、体积小、响应速度快、调理电路简单、高精度控温等优点。高精度控温等优点。高精度控温等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的不断进步，各产业门类不断细化，有害气体种类增多，对于各类气体浓度、种类测试需求增加。基于半导体材料制成的气敏传感器具有灵敏度高、成本低、性能稳定、工艺简单等优点，在生产生活中得到广泛使用。
[0003]然而现有的气体传感器存在低选择性、交叉敏感、传感器漂移、对环境温湿度较敏感等缺点，制约其进一步的推广、发展和应用。为了克服传感器的上述缺点，通常通过传感器阵列优化，静态和动态的温度调制加热模式的选择进行改进，但又增加气体传感器调理电路的复杂性。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法，提高气体传感器的选择性，多种类气体同时检测能力，并大大简化温度调理电路的复杂度。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种阵列式多温区的气体传感器，所述气体传感器包括衬底层以及设于衬底层上的珀尔帖控温单元至少二组珀尔帖控温单元；所述珀尔帖控温单元包括分离设于衬底层上珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元，珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元顶面依次设有导热层以及导热层顶面设置的绝缘层和保护层；所述保护层顶面阵列排布有若干组气敏电极，各组气敏电极上设有不同种类和厚度的气敏材料层。
[0006]优选的，所述衬底层为石英片、硼硅玻璃片或磷硅玻璃片。
[0007]优选的，所述珀尔帖放热单元与珀尔帖吸热单元之间设有第一隔热层；珀尔帖放热单元与珀尔帖吸热单元顶面对应的导热层之间设有第二隔热层。
[0008]优选的，所述珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元均包括至少两组掺杂方式相反的第一掺杂区和第二掺杂区以及串接第一掺杂区和第二掺杂区的金属连接区；珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元对应的串接方式相反。
[0009]优选的，所述金属连接区材料为镍、镉、钨、铜、银中的一种或组合。
[0010]优选的，所述第一掺杂区为掺杂磷、锑、砷其一或组合的N型掺杂区；所述第二掺杂区为掺杂硼、铟、镓其一或组合的P型掺杂区。
[0011]优选的，所述第一掺杂区与第二掺杂区采用间隔分层结构，第一掺杂区与第二掺杂区均包括主支以及沿着主支两侧分出的分支。
[0012]优选的，珀尔帖放热单元顶面对应的气敏材料层厚度大于珀尔帖吸热单元顶面对应气敏材料层厚度。
[0013]优选的，所述导热层为热沉材料，热沉材料为铝、铜、铝碳化硅、金刚石中的一种或
组合。
[0014]一种气体传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤1：选取所需尺寸的衬底层，在衬底层表面静电键合金属连接区；步骤2：在金属连接区表面键合半导体基层，将半导体基层表面研磨至所需厚度，并将半导体基层表面热氧化形成氧化层；步骤3：在氧化层开设有分别与珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元的P型掺杂区工位对应的P阱区窗口，并通过向P阱区窗口注入掺杂元素形成P阱，对P阱退火处理后推进至于金属连接区抵接；步骤4：在半导体基层上涂覆光刻胶层，掩模照射清洗后分别与珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元的N型掺杂区工位对应的N阱区窗口，并通过向N阱区窗口注入掺杂元素形成N阱，对N阱退火处理后推进至于金属连接区抵接；步骤5：采用ICP干法刻蚀，通过刻蚀气体对N型掺杂区、P型掺杂区外半导体基层进行清除，并采用正光刻胶填充掺杂区形成平面；步骤6：在步骤5形成的平面上设置牺牲层，在牺牲层上开设有与珀尔帖散热单元的P型掺杂区至N型掺杂区、珀尔帖吸热单元的N型掺杂区至P型掺杂区对应的凹槽，通过向凹槽内溅射金属形成上层金属连接区；步骤7：在步骤6的金属连接区表面分别与珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元对应通过PVD溅射方式形成导热层；步骤8：清洗光刻胶和牺牲层，并保留珀尔帖放热单元与珀尔帖吸热单元之间光刻胶形成第一隔热层，保留珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元顶对应的导热层之间牺牲层形成第二隔热层；步骤9：在导热层表面键合含硅衬底层，将硅衬底层热氧化形成绝缘层，在绝缘层表面采用CVD方法形成保护层；步骤10：在保护层表面通过溅射和金属图形化方式布置若干组气敏电极，气敏电极以阵列式排布在保护层表面；气敏电极表面覆盖有气敏材料层，即完成气体传感器。
[0015]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术实施例的气体传感器，在气敏电极下方合理布置珀尔帖控温单元结构，实现不同气敏电极的温度精确选择，提高气体传感器准确性和稳定性；2、本专利技术实施例的气体传感器采用阵列式分布有多个气敏电极和气敏材料层，通过精确控制气敏电极结构，实现多温区布局，提高气体传感器的检测能力；3、本专利技术实施例的温控结构具有工艺兼容、体积小、响应速度快、调理电路简单、高精度控温等优点。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的气体传感器的结构示意图；图2为图1的珀尔帖控温单元结构俯视图；图3为图1的气体传感器结构俯视图；图4为本专利技术的气体传感器制备步骤1对应的结构示意图；图5为本专利技术的气体传感器制备步骤2对应的结构示意图；图6为本专利技术的气体传感器制备步骤3对应的结构示意图；
图7为本专利技术的气体传感器制备步骤4对应的结构示意图；图8为本专利技术的气体传感器制备步骤5对应的结构示意图；图9为本专利技术的气体传感器制备步骤6对应的结构示意图；图10为本专利技术的气体传感器制备步骤7、8对应的结构示意图。
[0017]附图标记：100、气体传感器；1、衬底层；2、珀尔帖控温单元；210、珀尔帖放热单元；220、珀尔帖吸热单元；3、第一导热层；4、第二导热层；5、绝缘层；6、保护层；7、气敏电极；8、第一气敏材料层；9、第二气敏材料层；10、第一隔热层；11、第二隔热层；12、第一掺杂区；13、第二掺杂区；14、第一金属连接区；15、第二金属连接区；16、第三金属连接区；17、探测焊盘；18、金属连接区；19、半导体基层；20、氧化层；21、P阱区窗口；22、光刻胶层；23、N阱区窗口；24、牺牲层。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图1
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10所示，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]结合图1
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3所示，本专利技术的一种阵列式多温区的气体传感器，气体传感器100包括衬底层1以及设于衬底层上的珀尔帖控温单元2，珀尔帖控温单元2的数量依据设计需求布置，可以是二组、三组甚至更多组，组合设置的多个珀尔帖控温单元，可使得气体传感器形成多个升温或降温的区域，满足多个气敏电极的布置。衬底层1为石英片、硼硅玻璃片或磷硅玻璃片，衬底层1通过金属键合的方式可与珀尔帖控温单元2形成良好的连接性能。
[0020]结合图1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述气体传感器（100）包括衬底层（1）以及设于衬底层上的珀尔帖控温单元至少二组珀尔帖控温单元（2）；所述珀尔帖控温单元（2）包括分离设于衬底层上珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220），珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）顶面依次设有导热层以及导热层顶面设置的绝缘层（5）和保护层（6）；所述保护层（6）顶面阵列排布有若干组气敏电极（7），各组气敏电极（7）上设有不同材料和厚度的气敏材料层。2.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述衬底层（1）为石英片、硼硅玻璃片或磷硅玻璃片。3.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述珀尔帖放热单元（210）与珀尔帖吸热单元（220）之间设有第一隔热层（10）；珀尔帖放热单元（210）与珀尔帖吸热单元（220）顶面对应的导热层之间设有第二隔热层（11）。4.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）均包括至少两组掺杂方式相反的第一掺杂区（12）和第二掺杂区（13）以及串接第一掺杂区和第二掺杂区的金属连接区（18）；珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）对应的串接方式相反。5.根据权利要求4所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述金属连接区（18）材料为镍、镉、钨、铜、银中的一种或组合。6.根据权利要求4所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述第一掺杂区（12）为掺杂磷、锑、砷其一或组合的N型掺杂区；所述第二掺杂区（13）为掺杂硼、铟、镓其一或组合的P型掺杂区。7.根据权利要求4所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述第一掺杂区（12）与第二掺杂区（13）采用间隔分层结构，第一掺杂区（12）与第二掺杂区（13）均包括主支以及沿着主支两侧分出的分支。8.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，珀尔帖放热单元（210）顶面对应的气敏材料层厚度大于珀尔帖吸热单元（220）顶面对应气敏材料层厚度。9.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：任青颖，江彦虎，郭宇锋，李卫，李金泽，王洪辉，
申请(专利权)人：南京邮电大学南通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：