基于悬膜结构MEMS桥式钯合金氢气传感芯片及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于悬膜结构MEMS桥式钯合金氢气传感芯片及制备方法，传感芯片从下到上依次为掩蔽层、硅基底、绝缘层、气敏材料、测试电极与加热电极和保护层。首先在硅基底上制备正面绝缘层和背面掩蔽层；其次在绝缘层上依次溅射沉积电桥结构的钯合金气敏材料、测试电极与加热电极及其引线盘和保护层；最后通过刻蚀背面掩蔽层和硅基底形成悬膜结构。本发明专利技术基于钯合金材料构建惠斯通电桥，在保证薄膜强度的基础上提高响应恢复速度，具有灵敏度高、选择性好，输出信号稳定的特点。输出信号稳定的特点。输出信号稳定的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于悬膜结构MEMS桥式钯合金氢气传感芯片及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于悬膜结构MEMS电桥式钯合金氢气传感芯片及制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的迅速发展，能源和环境问题已经成为人们日益关注的问题，因此迫切需要理想、高效和清洁的新型能源，从而有效完成环境的可持续发展。氢气作为一种理想的新型能源，具有安全、高效和可持续等优点，得到了广泛的开发应用；但是氢气具有易燃易爆易泄露的特性，在生产、运输和使用的过程中不容易控制，当空气中氢气含量在4％～74.2％范围内时遇到明火或电火花就会发生爆炸。因此发展氢气传感器来检测氢气泄漏和进行氢气控制具有重要的研究意义和应用价值，在制氢储氢、工业农业、化学食品、电子医疗等领域中有着广泛应用。
[0003]目前已经有许多不同类型的氢气传感器获得了深入研究，可分为催化燃烧型、电化学型、金属氧化物半导体型、钯合金型、光学型等。其中催化燃烧型氢气传感器检出限高，电化学型氢气传感器寿命短，金属氧化物半导体型氢气传感器选择性差，光学型氢气传感器结构复杂、成本高，难以满足微量氢气长期高精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于悬膜结构MEMS桥式钯合金氢气传感芯片制备方法，其特征在于，包括：1)在Si基底正面和背面，分别制备SiO2‑
Si3N4双层复合薄膜，分别为正面绝缘层和背面掩蔽层，并退火处理；2)在退火后的正面绝缘层上，通过匀胶光刻显影工艺制作气敏材料掩膜，定义气敏材料图案；3)通过直流溅射依次沉积Ti粘附层和Pd合金气敏材料；4)通过剥离工艺得到Pd合金气敏材料；5)在正面绝缘层上，通过匀胶光刻显影工艺制作电极层掩膜，定义测试电极、加热电极及其引线盘图案，光刻过程中使用对准标记进行正面套刻；6)通过电子束蒸发依次沉积Cr粘附层和Au电极层；7)通过剥离工艺得到Au电极层；8)在正面绝缘层上，通过匀胶光刻显影工艺制作保护层掩膜，定义Si3N4保护层图案，光刻过程中使用对准标记进行正面套刻；9)通过射频溅射沉积Si3N4保护层；10)通过剥离工艺，得到Si3N4保护层，并退火处理；11)在背面掩蔽层上，通过匀胶光刻显影工艺制作背面绝热槽掩膜，光刻过程中使用对准标记进行背面套刻；12)通过等离子体干法刻蚀依次进行背面SiO2‑
Si3N4掩蔽层刻蚀和深硅循环刻蚀，形成悬膜结构；13)清洗整张晶圆；通过激光隐切进行划片，得到传感芯片。2.根据权利要求1所述的基于悬膜结构MEMS桥式钯合金氢气传感芯片制备方法，其特征在于，步骤1)中，先采用热氧化法制备SiO2薄膜，再采用等离子增强化学气相沉积法制备Si3N4薄膜，SiO2薄膜厚度为500
±
10nm，Si3N4薄膜厚度为250
±
10nm；在500
‑
600℃空气环境下退火5
‑
6h。3.根据权利要求1所述的基于悬膜结构MEMS桥式钯合金氢气传感芯片制备方法，步骤2)、5)、8)中，匀胶光刻显影工艺，包括分别在低速450
‑
550r/min、5
‑
7s和高速1400
‑
1600r/min、38
‑
42s下匀涂粘附剂六甲基二硅胺烷，120℃烘干8
‑
12min；分别在低速450
‑
550r/min、5
‑
7s和高速900
‑
1100r/min、38
‑
42s下匀涂光刻胶EPG535，95℃烘干4
‑
6min；对掩模版和硅片进行对准，曝光6
‑
8s；显影17
‑
25s，110℃烘干18
‑
22min。4.根据权利要求1所述的基于悬膜结构MEMS桥式钯合金氢气传感芯片制备方法，其特征在于，步骤3)中，使用Pd合金靶材依次沉积20
‑
30nm Ti粘附层和40
‑
80nm Pd合金，溅射电流为200
‑
250mA，溅射时间为4
‑
8min。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海容，弓瑨，王朝晖，王瑞浩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：