一种悬膜式微型加热器、制备方法及气体传感器技术

本发明专利技术提供了一种悬膜式微型加热器、制备方法及气体传感器，涉及电子器件制造技术领域。本发明专利技术先在COMSOL软件模型向导中选择多个材料层的各项参数，然后根据选择出的材料层仿真搭建悬膜式微型加热器模型，之后在COMSOL软件模型中设定加热温度，以对悬膜式微型加热器模型进行仿真测试，之后将仿真测试结果最优的悬膜式微型加热器模型对应的多个材料层的各项参数作为目标参数，最后利用目标参数制备获得悬膜式微型加热器。上述技术方案通过比较测试结果来比较加热效率，能够确定各层材料之间最佳的参数组合，从而提高了悬膜式微型加热器的热效率，减小了悬膜式微型加热器的功耗。减小了悬膜式微型加热器的功耗。减小了悬膜式微型加热器的功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种悬膜式微型加热器、制备方法及气体传感器


[0001]本专利技术涉及电子器件制造
，特别是涉及一种悬膜式微型加热器、制备方法及气体传感器。

技术介绍

[0002]在工业生产、家庭安全、环境监测等领域，气体传感器有着广泛的应用。由于微型加热器低功耗、低成本等特点可以使得气体传感器有更好的性能，因而微型加热器的设计是气体传感器的设计重点。悬膜式微型加热器因其较高的机械强度，从而在气体传感器中得到广泛应用。然而，悬膜式微型加热器相较于悬梁式微型加热器，由于膜层分布面积更广，所以热效率普遍较低，因此改善悬膜式微型加热器热效率是研究的重点。

技术实现思路

[0003]本专利技术第一方面的目的是要提供一种悬膜式微型加热器的制备方法，解决现有技术中悬膜式微型加热器的热效率较低的技术问题。
[0004]本专利技术第二方面的目的是要提供一种悬膜式微型加热器。
[0005]本专利技术第三方面的目的是要提供一种具有悬膜式微型加热器的气体传感器。
[0006]根据本专利技术第一方面的目的，本专利技术提供了一种悬膜式微型加热器的制备方法，所述悬膜式微型加热器包括悬膜区域，所述悬膜区域具有多个材料层，所述制备方法包括以下步骤：
[0007]在COMSOL软件模型向导中选择所述多个材料层的各项参数；
[0008]根据选择出的材料层仿真搭建悬膜式微型加热器模型；
[0009]在所述COMSOL软件模型中设定加热温度，以对所述悬膜式微型加热器模型进行仿真测试；
[0010]将仿真测试结果最优的悬膜式微型加热器模型对应的多个材料层的各项参数作为目标参数；
[0011]利用所述目标参数制备获得悬膜式微型加热器。
[0012]可选地，所述多个材料层的各项参数包括材料和厚度。
[0013]可选地，在所述COMSOL软件模型中设定加热温度，以对所述悬膜式微型加热器模型进行仿真测试的步骤，具体包括以下步骤：
[0014]对所述悬膜式微型加热器模型的悬膜区域施加电压；
[0015]预设时间后对所述悬膜式微型加热器模型的温度进行测量，以得到所述悬膜式微型加热器模型的仿真测试结果。
[0016]可选地，利用所述目标参数制备获得悬膜式微型加热器的步骤，具体包括如下步骤：
[0017]根据所述目标参数确定悬膜式微型加热器各个材料层的材料以及厚度；
[0018]确定完各个材料层的材料以及厚度之后，所述制备方法还包括制备悬膜式微型加
热器的步骤，所述悬膜式微型加热器的制备包括如下步骤：
[0019]在硅基底的目标位置处由下至上依次制备获得支撑层和加热层；
[0020]对所述加热层进行刻蚀，并刻蚀出第一预设图案，第一预设图案包括第一主体部分和与第一主体部分连接的多个第一引线；
[0021]在制备有支撑层和加热层的硅基底的目标位置处由下至上依次制备获得绝缘层和电极层；
[0022]对电极层进行刻蚀，并刻蚀出第二预设图案，第二预设图案包括第二主体部分和与第二主体部分连接的多个第二引线；
[0023]采用背面湿法刻蚀工艺或背面干法刻蚀工艺从硅基底的底部置入刻蚀液，以对硅基底由下至上进行刻蚀，直至刻蚀至支撑层处，从而在目标位置处形成空腔。
[0024]可选地，所述多个材料层包括支撑层、加热层、绝缘层和电极层，所述支撑层的材料包括SiO2、Si3N4或SiO2与Si3N4的复合物，所述加热层的材料包括Pt、W或多晶Si，所述绝缘层的材料包括SiO2、Si3N4或SiO2与Si3N4的复合物，所述电极层的材料包括Pt、W、Au或Al。
[0025]可选地，所述支撑层的厚度为范围在0.1um～5um之间的任一数值；
[0026]所述加热层的厚度为范围在0.1um～3um之间的任一数值；
[0027]所述绝缘层的厚度为范围在0.1um～8um之间的任一数值；
[0028]所述电极层的厚度为范围在0.1um～3um之间的任一数值。
[0029]根据本专利技术第二方面的目的，本专利技术还提供了一种如上述悬膜式微型加热器的制备方法获得的悬膜式微型加热器，所述悬膜式微型加热器包括由下至上依次布置的硅基底和悬膜区域，所述悬膜区域包括由下至上依次布置的支撑层、加热层、绝缘层以及电极层，所述硅基底具有刻蚀形成的空腔，所述悬膜区域悬空在所述空腔处。
[0030]可选地，所述支撑层的材料包括SiO2、Si3N4或SiO2与Si3N4的复合物，所述支撑层靠近所述硅基底。
[0031]可选地，所述悬膜区域具有多个间隔布置的贯穿孔，所述贯穿孔的孔隙率小于预设值，所述预设值为范围在0.1～0.5之间的任一数值。
[0032]根据本专利技术第三方面的目的，本专利技术还提供了一种气体传感器，包括：
[0033]如上述的悬膜式微型加热器；
[0034]气敏材料，涂覆在所述悬膜式微型加热器的电极层上。
[0035]本专利技术先在COMSOL软件模型向导中选择多个材料层的各项参数，然后根据选择出的材料层仿真搭建悬膜式微型加热器模型，之后在COMSOL软件模型中设定加热温度，以对悬膜式微型加热器模型进行仿真测试，之后将仿真测试结果最优的悬膜式微型加热器模型对应的多个材料层的各项参数作为目标参数，最后利用目标参数制备获得悬膜式微型加热器。上述技术方案通过比较测试结果来比较加热效率，能够确定各层材料之间最佳的参数组合，从而提高了悬膜式微型加热器的热效率，减小了悬膜式微型加热器的功耗。
[0036]进一步地，本专利技术中悬膜区域的支撑层的材料为SiO2，支撑层靠近硅基底。由于SiO2具有较低的热导率和热膨胀系数，相对于其他材料可以有效提高悬膜式微型加热器的热效率，减小功耗。
[0037]根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
[0038]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
[0039]图1是根据本专利技术一个实施例的悬膜式微型加热器的制备方法的示意性流程图；
[0040]图2是根据本专利技术另一个实施例的悬膜式微型加热器的制备方法的示意性流程图；
[0041]图3是根据本专利技术一个实施例的悬膜式微型加热器的示意性结构图；
[0042]图4是根据本专利技术一个实施例的悬膜式微型加热器的示意性立体图。
[0043]附图标记：
[0044]100
‑
悬膜式微型加热器，10
‑
硅基底，11
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空腔，20
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悬膜区域，30
‑
贯穿孔，21
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支撑层，22
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加热层、23
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绝缘层，24
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电极层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬膜式微型加热器的制备方法，其特征在于，所述悬膜式微型加热器包括悬膜区域，所述悬膜区域具有多个材料层，所述制备方法包括以下步骤：在COMSOL软件模型向导中选择所述多个材料层的各项参数；根据选择出的材料层仿真搭建悬膜式微型加热器模型；在所述COMSOL软件模型中设定加热温度，以对所述悬膜式微型加热器模型进行仿真测试；将仿真测试结果最优的悬膜式微型加热器模型对应的多个材料层的各项参数作为目标参数；利用所述目标参数制备获得悬膜式微型加热器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多个材料层的各项参数包括材料和厚度。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述COMSOL软件模型中设定加热温度，以对所述悬膜式微型加热器模型进行仿真测试的步骤，具体包括以下步骤：对所述悬膜式微型加热器模型的悬膜区域施加电压；预设时间后对所述悬膜式微型加热器模型的温度进行测量，以得到所述悬膜式微型加热器模型的仿真测试结果。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，利用所述目标参数制备获得悬膜式微型加热器的步骤，具体包括如下步骤：根据所述目标参数确定悬膜式微型加热器各个材料层的材料以及厚度；确定完各个材料层的材料以及厚度之后，所述制备方法还包括制备悬膜式微型加热器的步骤，所述悬膜式微型加热器的制备包括如下步骤：在硅基底的目标位置处由下至上依次制备获得支撑层和加热层；对所述加热层进行刻蚀，并刻蚀出第一预设图案，第一预设图案包括第一主体部分和与第一主体部分连接的多个第一引线；在制备有支撑层和加热层的硅基底的目标位置处由下至上依次制备获得绝缘层和电极层；对电极层进行刻蚀，并刻蚀出第二预设图案，第二预设图案包括第二主体部分和与第二主体部分连接的多个第二引线；采用背面湿法刻蚀工艺或背面干法刻蚀工艺从硅基底...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐静，张平平，于彬，孙旭辉，吴庆乐，
申请(专利权)人：材料科学姑苏实验室，
类型：发明
国别省市：