一种集成纳米森林的皮拉尼传感器及其制备方法技术

本申请公开一种集成纳米森林的皮拉尼传感器及其制备方法，涉及传感器。集成纳米森林的皮拉尼传感器，其特征在于，包括：皮拉尼传感单元和纳米森林结构；其中，所述纳米森林结构设置在所述皮拉尼传感单元上方或所述皮拉尼传感单元内；所述纳米森林结构用于增加气体分子与所述皮拉尼传感单元的有效接触面积，纳米森林结构具有较大的孔隙率，可以增大气体分子的平均自由程，实现更多的气体热传导，在气压较小时，仍能通过气体热传导反应气压的大小，扩展了真空度检测的下限，随着气体热传导占比的增加，也提高了器件真空检测的灵敏度。也提高了器件真空检测的灵敏度。也提高了器件真空检测的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种集成纳米森林的皮拉尼传感器及其制备方法


[0001]本申请涉及传感器，尤其涉及一种集成纳米森林的皮拉尼传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]皮拉尼传感器的原理是利用空气密度对气体热传导的影响，引起敏感结构的温度变化，进而改变输出的电信号，以达到检测周围环境的压力，实现真空监测的目的。
[0003]现有皮拉尼传感器的热传导敏感结构通常为热敏电阻或者热电堆结构，在设计皮拉尼敏感结构时，通常考虑如何减小固体热传导的作用，具体的，采用的减小固体热传导作用的方法是将热传导敏感结构加工成微纳米尺度，但这种方法容易导致材料选择性低且加工成本高，并且，若采用其他纳米材料直接作为热传导敏感结构，则很难与标准CMOS工艺兼容，阻碍大规模制备，因此，导致现有的皮拉尼传感器的可靠性和稳定性降低。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种集成纳米森林的皮拉尼传感器及其制备方法，以解决现有的皮拉尼传感器采用的减小固体热传导作用的方法是将热传导敏感结构加工成微纳米尺度，但这种方法容易导致材料选择性低且加工成本高，并且，若采用其他纳米材料直接作为热传导敏感结构，则很难与标准CMOS工艺兼容，阻碍大规模制备，因此，导致现有的皮拉尼传感器的可靠性和稳定性降低的问题。
[0005]第一方面，本申请提供一种集成纳米森林的皮拉尼传感器，包括：
[0006]包括皮拉尼传感单元和纳米森林结构；其中，所述纳米森林结构设置在所述皮拉尼传感单元上方或所述皮拉尼传感单元内；
[0007]所述纳米森林结构用于增加气体分子与所述皮拉尼传感单元的有效接触面积。
[0008]采用上述技术方案的情况下，本申请实施例提供的集成纳米森林的皮拉尼传感器，包括皮拉尼传感单元和纳米森林结构；其中，所述纳米森林结构设置在所述皮拉尼传感单元上方或所述皮拉尼传感单元内；所述纳米森林结构用于增加气体分子与所述皮拉尼传感单元的有效接触面积，纳米森林结构具有较大的孔隙率，可以增大气体分子的平均自由程，实现更多的气体热传导，在气压较小时，仍能通过气体热传导反应气压的大小，扩展了真空度检测的下限，随着气体热传导占比的增加，也提高了器件真空检测的灵敏度，换言之，也即纳米森林结构可以与气体分子进行充分的热交换，进而可以有效的增加气体热传导的占比，从而提升皮拉尼传感器的真空检测范围及检测灵敏度。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述皮拉尼传感单元包括热电堆式皮拉尼传感单元或热敏电阻式皮拉尼传感单元。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述热电堆式皮拉尼传感单元包括硅衬底，以及依次设置在所述硅衬底上的支撑膜，热电堆结构和光吸收层，所述纳米森林结构设置在所述光吸收层上表面。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述热敏电阻式皮拉尼传感单元包括硅衬底，以及依
次设置在所述硅衬底上的支撑膜和热敏电阻。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述纳米森林结构设置在所述热敏电阻上表面或设置在所述支撑膜和所述热敏电阻之间。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述纳米森林结构中纳米结构的形状包括椎状、台状、柱状或其平面组合中的任意一者。
[0014]第二方面，本申请还提供一种集成纳米森林的皮拉尼传感器的制备方法，所述装置用于实现第一方面任一所述的集成纳米森林的皮拉尼传感器，用于制备第一方面任一所述的集成纳米森林的皮拉尼传感器，所述方法包括：
[0015]制备皮拉尼传感单元；
[0016]在所述皮拉尼传感单元上方或所述皮拉尼传感单元内制备纳米森林结构。
[0017]在一种可能的实现方式中，在所述皮拉尼传感单元为热电堆式皮拉尼传感单元的情况下，所述制备皮拉尼传感单元包括：
[0018]提供硅衬底；
[0019]在所述硅衬底设置二氧化硅、二氧化硅
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氮化硅或二氧化硅
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氮化硅
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二氧化硅膜层形成支撑膜；
[0020]通过单次或多次沉积、注入、光刻、刻蚀工艺在所述支撑膜上形成热电堆结构；
[0021]在所述热电堆结构上方通过沉积氮化硅形成光吸收层，并对所述硅衬底进行背腔刻蚀。
[0022]所述在所述皮拉尼传感单元上方或所述皮拉尼传感单元内制备纳米森林结构，包括：
[0023]在所述光吸收层上依次通过旋涂聚酰亚胺并进行图形化处理，和等离子体轰击形成所述纳米森林结构。
[0024]在一种可能的实现方式中，在所述皮拉尼传感单元为热敏电阻式皮拉尼传感单元的情况下，所述制备皮拉尼传感单元，在所述皮拉尼传感单元上方或所述皮拉尼传感单元内制备纳米森林结构包括：
[0025]提供硅衬底；
[0026]在所述硅衬底上设置二氧化硅、二氧化硅
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氮化硅或二氧化硅
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氮化硅
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二氧化硅膜层形成支撑膜，并对所述硅衬底进行背腔刻蚀；
[0027]在所述支撑膜上依次通过旋涂聚酰亚胺并进行图形化处理，和等离子体轰击形成所述纳米森林结构；
[0028]在所述纳米森林结构上方设置热敏电阻。
[0029]在一种可能的实现方式中，在所述皮拉尼传感单元为热敏电阻式皮拉尼传感单元的情况下，所述制备皮拉尼传感单元包括：
[0030]提供硅衬底；
[0031]在所述硅衬底上设置二氧化硅、二氧化硅
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氮化硅或二氧化硅
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氮化硅
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二氧化硅膜层形成支撑膜；
[0032]在所述支撑膜上方设置热敏电阻，并对所述硅衬底进行背腔刻蚀；
[0033]在所述皮拉尼传感单元上方或所述皮拉尼传感单元内制备纳米森林结构，包括：
[0034]在所述热敏电阻上依次通过旋涂聚酰亚胺并进行图形化处理，和等离子体轰击形
成所述纳米森林结构。
[0035]第二方面提供的集成纳米森林的皮拉尼传感器的制备方法的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的集成纳米森林的皮拉尼传感器的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
[0036]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0037]图1示出了本申请实施例提供的一种集成纳米森林的皮拉尼传感器的结构示意图；
[0038]图2示出了本申请实施例提供的一种集成纳米森林的热电堆式皮拉尼传感器的结构示意图；
[0039]图3示出了本申请实施例提供的一种集成纳米森林的热敏电阻式皮拉尼传感器的结构示意图；
[0040]图4示出了本申请实施例提供的另一种集成纳米森林的热敏电阻式皮拉尼传感器的结构示意图；
[0041]图5示出了本申请实施例提供的一种皮拉尼传感器的输出测试结果图；
[0042]图6示出了本申请实施例提供的一种皮拉尼传感器的灵敏度测试结果图；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成纳米森林的皮拉尼传感器，其特征在于，包括：包括皮拉尼传感单元和纳米森林结构；其中，所述纳米森林结构设置在所述皮拉尼传感单元上方或所述皮拉尼传感单元内；所述纳米森林结构用于增加气体分子与所述皮拉尼传感单元的有效接触面积。2.根据权利要求1所述的集成纳米森林的皮拉尼传感器，其特征在于，所述皮拉尼传感单元包括热电堆式皮拉尼传感单元或热敏电阻式皮拉尼传感单元。3.根据权利要求2所述的集成纳米森林的皮拉尼传感器，其特征在于，所述热电堆式皮拉尼传感单元包括硅衬底，以及依次设置在所述硅衬底上的支撑膜，热电堆结构和光吸收层，所述纳米森林结构设置在所述光吸收层上表面。4.根据权利要求2所述的集成纳米森林的皮拉尼传感器，其特征在于，所述热敏电阻式皮拉尼传感单元包括硅衬底，以及依次设置在所述硅衬底上的支撑膜和热敏电阻。5.根据权利要求4所述的集成纳米森林的皮拉尼传感器，其特征在于，所述纳米森林结构设置在所述热敏电阻上表面或设置在所述支撑膜和所述热敏电阻之间。6.根据权利要求1所述的集成纳米森林的皮拉尼传感器，其特征在于，所述纳米森林结构中纳米结构的形状包括椎状、台状、柱状或其平面组合中的任意一者。7.一种集成纳米森林的皮拉尼传感器的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1
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6任一所述的集成纳米森林的皮拉尼传感器，所述方法包括：制备皮拉尼传感单元；在所述皮拉尼传感单元上方或所述皮拉尼传感单元内制备纳米森林结构。8.根据权利要求7所述的集成纳米森林的皮拉尼传感器的制备方法，其特征在于，在所述皮拉尼传感单元为热电堆式皮拉尼传感单元的情况下，所述制备皮拉尼传感单元包括：提供硅衬底；在所述硅衬底设置二氧化硅、二氧化硅
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氮化硅或二氧化硅
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【专利技术属性】
技术研发人员：许韶行，毛海央，周娜，黄成军，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：