一种利用气敏薄膜加热的声表面波气体传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种利用气敏薄膜加热的声表面波气体传感器，所述声表面波气体传感器包括电气引脚(1)、金属基座(2)、电气引线(3)、声表面波器件(4)、保护薄膜(5)以及气敏薄膜(6)，气敏薄膜(6)包括蛇形气敏薄膜与块状气敏薄膜，蛇形气敏薄膜与声表面器件(4)中的叉指换能器形状相同，块状气敏薄膜与声表面器件(4)中的叉指换能器之间的声传播路径形状相同；蛇形气敏薄膜与块状气敏薄膜采用并联或串联的方式通过电气引线(3)连接电气引脚(1)。本发明专利技术能够有效增强气敏薄膜吸附特性，调节并控制器件温度以及表面温度分布，进而提高声表面波气体传感器响应速度、灵敏度以及稳定性。灵敏度以及稳定性。灵敏度以及稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用气敏薄膜加热的声表面波气体传感器


[0001]本专利技术属于声表面波气体传感器领域，尤其是一种利用气敏薄膜加热的声表面波气体传感器。

技术介绍

[0002]气体传感器在工业、航空航天、核电、医疗等众多领域发挥着重要作用，目前气体传感器的种类大致分为热导式、电化学式、催化燃烧式、光纤式等。随着气体传感器应用需求增多，应用场景逐渐复杂，气体传感器需要具有高精度、快速响应/恢复、高稳定性、宽量程等特点。然而上述气体传感器不能满足所有气体检测要求。自上世纪八十年代提出的声表面波气体传感器，由于其具有微型、高灵敏度、快速响应、低功耗、低成本的特点，在国防反恐、航空航天等领域得到应用。
[0003]声表面波气体传感器是在声表面波传播路径上沉积对气体具有特异性选择性的气敏薄膜，由于吸附气体导致气敏薄膜杨氏模量、密度、电导率发生变化，这种变化作用于声表面波，导致声表面波传播速度发生变化，进而从波速变化中解耦出气体信息。目前为了提高声表面波气体传感器性能，众多研究对气敏材料进行多孔化、纳米杂化、多层复合结构的设计，增大器件气敏能力。然而上述方法工艺复杂，器件一致性以及长期稳定性存在问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种利用气敏薄膜加热的声表面波气体传感器，增强气敏薄膜吸附特性，从而提高声表面波气体传感器响应速度以及灵敏度，提出将气敏薄膜吸附特性与电气性能相结合的思路，将输入电能直接转换为薄膜热能，提升气敏薄膜温度，增强吸附性能，实现声表面波气体传感器升温以及气敏双重功能，采用蛇形与块状相结合的气敏薄膜，调控器件表面温度分布；利用气敏薄膜阻值与温度特征关系，确定气敏薄膜电阻温度系数，进而提升声表面波气体传感器至特定温度有利于提高声表面波气体传感器响应速度、稳定性以及灵敏度。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0006]一种利用气敏薄膜加热的声表面波气体传感器，所述声表面波气体传感器包括电气引脚1、金属基座2、电气引线3、声表面波器件4、保护薄膜5以及气敏薄膜6，所述金属基座2上设置若干电气引脚1，金属基座2的上表面设置声表面波器件4，声表面波器件4上覆盖保护薄膜5，保护薄膜5上覆盖气敏薄膜6；其中，气敏薄膜6包括蛇形气敏薄膜与块状气敏薄膜，蛇形气敏薄膜与声表面器件4中的叉指换能器形状相同，块状气敏薄膜与声表面器件4中的叉指换能器之间的声传播路径形状相同；蛇形气敏薄膜与块状气敏薄膜采用并联或串联的方式通过电气引线3连接电气引脚1。
[0007]根据本专利技术的一个优选实施例，一种利用气敏薄膜加热的声表面波气体传感器，其结构包括电气引脚1、金属基座2、电气引线3、声表面波器件4、保护薄膜5以及气敏薄膜6，
通过电气引线3连接气敏薄膜6与电气引脚1，进而实现气敏薄膜的加热功能，气敏薄膜6由蛇形气敏薄膜与块状气敏薄膜组合而成，气敏薄膜6在对应声表面波器件4叉指电极(保护薄膜5结构上方)依照叉指电极间距、宽度以及孔径沉积周期排布的蛇形图案气敏材料，在声传播路径上沉积块状气敏薄膜材料。声表面波器件4粘结在金属基座2表面，保护薄膜5利用半导体平面工艺沉积于声表面波器件4表面，在保护薄膜5表面利用半导体平面工艺沉积气敏薄膜6，通过电气引线3连接声表面波器件4与电气引脚1，进而实现传感信号输入输出。
[0008]优选地，利用电气引线3将电气引脚1电信号传输至气敏薄膜6中，进而实现将电能转换为气敏薄膜6的热能，从而提高气敏薄膜以及声表面波器件的温度。
[0009]优选地，气敏薄膜6由蛇形气敏薄膜与块状气敏薄膜组合而成，蛇形气敏薄膜6依照叉指电极间距、宽度以及孔径尺寸沉积周期排布蛇形图案气敏材料，指电极图案可选为均匀指、加权指以及SPUDTs结构等。依据所要求的升温温度设置蛇形气敏薄膜膜厚，优选地，蛇形气敏薄膜厚度为10nm～100nm。在声传播路径上沉积块状气敏薄膜，其厚度决定了声表面波气体传感器灵敏度以及损耗，优选地，厚度为10nm～500nm。
[0010]优选地，蛇形气敏薄膜与块状气敏薄膜可以单独通过电气引脚1将电能转变为热能，从而可单独控制叉指换能器区域以及声传播路径区域的温度，实现器件表面温度分布的控制。此外也可以串联形成蛇形
‑
块状气敏组合薄膜，利用电气引脚1将电能传输至薄膜中，从而提升薄膜温度。
[0011]本专利技术依靠气敏薄膜电阻与温度的关联特性，确定气敏薄膜电阻温度系数，进而实现对温度的标定，从而实现气敏薄膜升温至特定温度。
[0012]本专利技术中保护薄膜5用来隔绝气敏薄膜6与声表面波器件4之间的电气串扰，优选地，保护薄膜5的材料可以为二氧化硅、SU
‑
8、聚酰亚胺等绝缘材料，薄膜厚度在纳米至微米级。
[0013]优选地，气敏薄膜6可以为纯金属、合金金属以及金属氧化物，比如氧化锌、纯钯、氧化锡、钯、镍、铂、氧化锡、氧化锌、钯镍、钯铜、钯镁、钯钴、钯镍铂、酞菁铜等，也可以为钯/铜/钯，钯/镁/钯等多层金属薄膜结构。
[0014]优选地，电器引脚1与气敏薄膜6通过引线键合的方式进行电气连接，进而实现将电能转换为热能，提高器件工作温度。
[0015]优选地，电器引脚1与声表面波器件4通过引线键合的方式进行电气连接，实现信号的输入输出，实现传感过程。
[0016]优选地，声表面波器件4采用延迟线型结构或者谐振型结构。
[0017]优选地，保护薄膜5利用半导体平面工艺沉积在声表面波器件4表面，气敏薄膜6利用半导体工艺沉积在保护薄膜5表面。半导体工艺比如磁控溅射法、气相沉积法等。
[0018]优选地，引线材料为硅铝丝。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0020]将气敏薄膜吸附特性与电气性能相结合，将电能直接转换为薄膜热能，提升气敏薄膜温度，增强吸附性能，实现声表面波气体传感器升温以及气敏双重功能；设计蛇形与块状相结合的气敏薄膜，调控器件表面温度以及温度分布；利用气敏薄膜阻值与温度特征关系，确定气敏薄膜电阻温度系数，进而提升声表面波气体传感器至特定温度。本专利技术所提出的声表面波气体传感器，相对于传统声表面波气体传感器，能够有效增强气敏薄膜吸附特
性，调节并控制器件温度以及表面温度分布，进而提高声表面波气体传感器响应速度、灵敏度以及稳定性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1的声表面波气体传感器结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例2的声表面波气体传感器结构示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例1声表面波气体传感器气敏薄膜不加热响应图；
[0024]图4为本专利技术实施例1声表面波气体传感器气敏薄膜加热响应图；
[0025]图5为本专利技术实施例2声表面波气体传感器气敏薄膜不加热响应图；
[0026]图6为本专利技术实施例2声表面波气体传感器气敏薄膜加热响应图；
[0027]附图标记：1、电气引脚；2、金属基座；3、电气引线；4、声表面波器件；5、保护薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用气敏薄膜加热的声表面波气体传感器，所述声表面波气体传感器包括电气引脚(1)、金属基座(2)、电气引线(3)、声表面波器件(4)、保护薄膜(5)以及气敏薄膜(6)，其特征在于，所述金属基座(2)上设置若干电气引脚(1)，金属基座(2)的上表面设置声表面波器件(4)，声表面波器件(4)上覆盖保护薄膜(5)，保护薄膜(5)上覆盖气敏薄膜(6)；其中，气敏薄膜(6)包括蛇形气敏薄膜与块状气敏薄膜，蛇形气敏薄膜与声表面器件(4)中的叉指换能器形状相同，块状气敏薄膜与声表面器件(4)中的叉指换能器之间的声传播路径形状相同；蛇形气敏薄膜与块状气敏薄膜采用并联或串联的方式通过电气引线(3)连接电气引脚(1)。2.根据权利要求1所述的一种利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，崔柏乐，薛蓄峰，程利娜，张玉凤，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：