【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子机械系统，尤其涉及一种气体传感器、传感器制备方法及检测方法。
技术介绍
1、二元混合气体检测，在氢能源设备、新能源汽车、空调制冷等领域广泛应用。目前，市场上气体传感器种类繁多，例如：激光、红外、光离子、电化学、催化、半导体、固体电解质和热导。不同气体介质的热导率系数存在差异，其中热导式气体传感器通过检测热能在不同气体组分下传播差异性进行气体检测。热导检测原理为纯物理的检测机制，此类气体传感器比电化学式、半导体式等更加可靠，在二元混合气体的检测方面优势显著。
2、传统的热导式气体传感器往往体积较大、功耗高、灵敏度较低、存在较大的温度漂移。因此，热导气体传感器的小型化、高可靠性和高灵敏度发展十分重要。论文《热导式气体传感器工作原理及检测方法改进》(杜彬贤，陈今润，尹军，重庆大学自动化学院，中国人民解放军，化学工程与装备)记载了传统热导气体传感器检测方式，将待测气体送入气室，气室中央是热敏元件如热敏电阻、铂丝或钨丝，对热敏元件加热到一定温度，当待测气体的导热系数较高时，将使热量更容易从热敏元件上散发，使其电阻减小，变化的电阻经过信号调理与转换电路转换成不平衡电压输出，输出电压的变化反映了被测气体导热系数的变化，从而实现对气体浓度的检测。由于该检测方式是通过热敏元件自身温度变化来检测气体，热敏元件结构上以固体传热为主，直接测量其电阻变化存在一定的响应时间延迟及噪声干扰，导致热信号传输慢，传感器的响应慢，灵敏度较低。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术
2、本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种气体传感器，包括硅衬底、绝缘介质支撑层、信号发生源、信号接收源和绝缘介质钝化层，所述绝缘介质支撑层设置在硅衬底的上表面，至少一个信号发生源和至少一个信号接收源均设置在绝缘介质支撑层的上表面，所述绝缘介质支撑层上设置为两端固定悬臂梁，悬臂梁上沉积信号发生源和信号接收源，所述信号发生源和信号接收源之间存在间距，绝缘介质钝化层设置在信号发生源、信号接收源和绝缘介质支撑层的上表面。
3、本专利技术通过气体介质传递热量，利用热量传递时间进行气体传感器信号提取，信号发生源温度散热为气体导热占主体，能够避免传统检测方式直接测量信号发生源时，固体导热存在响应时间延迟和噪声干扰的问题，从而解决热导气体传感器热信号传输慢，传感器响应慢的问题。信号发生源和信号接收源的敏感材料沉积在悬臂梁结构上，能够减少传感器的固体面积，从而降低传感器功耗，提高传感器的热量利用率。
4、优选的，所述信号发生源和信号接收源各设置一个，且对称设置在硅衬底对角线的两侧。
5、优选的，所述信号发生源设置一个，信号接收源设置多个，信号发生源位于硅衬底上表面的正中心，多个信号接收源排布在信号发生源的周围，且与信号发生源的间距不同。
6、优选的，所述信号发生源和信号接收源均设置多个，多个信号发生源组成多边形结构，信号接收源等间距或不等间距地排布在信号发生源的周围。
7、优选的，所述绝缘介质支撑层、信号发生源、信号接收源和绝缘钝化层组成多层“层压板”结构。
8、优选的，所述绝缘介质支撑层为单层或多层“层压板”结构。
9、优选的，所述信号发生源和信号接收源上沉积敏感材料，敏感材料为导电、发热的金属或半导体。
10、优选的，所述信号发生源外接控制电路，信号接收源外接测量电路。
11、本专利技术还提供一种气体传感器的制备方法，包括以下步骤：
12、步骤1、在硅衬底的表面沉积一层绝缘介质支撑层；
13、步骤2、在绝缘介质支撑层的表面图形化光刻胶，并制备信号发生源和信号接收源；
14、步骤3、在信号发生源、信号接收源和绝缘介质支撑层的上表面沉积一层绝缘介质钝化层；
15、步骤4、rie刻蚀pad窗口和湿法释放窗口；
16、步骤5、湿法刻蚀，形成悬臂梁结构。
17、本专利技术还提供一种气体传感器的检测方法，包括以下步骤：
18、步骤1、使用标准气体对传感器进行标定，得出不同混合气体浓度的时间常数输出值，将数据存入测试电路的mcu中；
19、步骤2、对传感器的控制电路和测量电路进行供电，传感器的信号发生源发出稳定的脉冲信号，测量电路输出信号接收源的脉冲电压信号；
20、步骤3、对传感器测试腔体注入背景气体，接着按照0-100％的浓度比例依次注入待测气体；
21、步骤4、外围检测电路通过检测信号接收源的时间位移即可检测出注入气体的浓度。
22、本专利技术提供的优点在于：
23、1、本专利技术通过气体介质传递热量，利用热量传递时间进行气体传感器信号提取，信号发生源温度散热为气体导热占主体，能够避免传统检测方式直接测量信号发生源时，固体导热存在响应时间延迟和噪声干扰的问题，从而解决热导气体传感器热信号传输慢，传感器响应慢的问题。
24、2、信号发生源和信号接收源的敏感材料沉积在悬臂梁结构上，能够减少传感器的固体面积，从而降低传感器功耗，提高传感器的热量利用率。利用悬梁结构灵活性，可以制成多悬梁不同间距的阵列化气体传感器，传感器灵敏度高，可靠性强。
25、3、本专利技术利用脉冲激励源，传感器功耗更低。
26、4、本专利技术利用mems工艺技术制备传感器，传感器单片尺寸小，可以批量生产，单颗成本低。
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1.一种气体传感器，其特征在于：包括硅衬底(1)、绝缘介质支撑层(2)、信号发生源(3)、信号接收源(4)和绝缘介质钝化层(5)，所述绝缘介质支撑层(2)设置在硅衬底(1)的上表面，至少一个信号发生源(3)和至少一个信号接收源(4)均设置在绝缘介质支撑层(2)的上表面，所述绝缘介质支撑层(2)上设置为两端固定悬臂梁，悬臂梁上沉积信号发生源(3)和信号接收源(4)，所述信号发生源(3)和信号接收源(4)之间存在间距，绝缘介质钝化层(5)设置在信号发生源(3)、信号接收源(4)和绝缘介质支撑层(2)的上表面。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述信号发生源(3)和信号接收源(4)各设置一个，且对称设置在硅衬底(1)对角线的两侧。
3.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述信号发生源(3)设置一个，信号接收源(4)设置多个，信号发生源(3)位于硅衬底(1)上表面的正中心，多个信号接收源(4)排布在信号发生源(3)的周围，且与信号发生源(3)的间距不同。
4.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述信号发生源(3)和信
5.根据权利要求2或3或4所述的气体传感器，其特征在于：所述绝缘介质支撑层(2)、信号发生源(3)、信号接收源(4)和绝缘钝化层(5)组成多层“层压板”结构。
6.根据权利要求5所述的气体传感器，其特征在于：所述绝缘介质支撑层(2)为单层或多层“层压板”结构。
7.根据权利要求2或3或4所述的气体传感器，其特征在于：所述信号发生源(3)和信号接收源(4)上沉积敏感材料，敏感材料为导电、发热的金属或半导体。
8.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于：所述信号发生源(3)外接控制电路，信号接收源(4)外接测量电路。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的气体传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
10.一种如权利要求1-8任一项所述的气体传感器的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种气体传感器，其特征在于：包括硅衬底(1)、绝缘介质支撑层(2)、信号发生源(3)、信号接收源(4)和绝缘介质钝化层(5)，所述绝缘介质支撑层(2)设置在硅衬底(1)的上表面，至少一个信号发生源(3)和至少一个信号接收源(4)均设置在绝缘介质支撑层(2)的上表面，所述绝缘介质支撑层(2)上设置为两端固定悬臂梁，悬臂梁上沉积信号发生源(3)和信号接收源(4)，所述信号发生源(3)和信号接收源(4)之间存在间距，绝缘介质钝化层(5)设置在信号发生源(3)、信号接收源(4)和绝缘介质支撑层(2)的上表面。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述信号发生源(3)和信号接收源(4)各设置一个，且对称设置在硅衬底(1)对角线的两侧。
3.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于：所述信号发生源(3)设置一个，信号接收源(4)设置多个，信号发生源(3)位于硅衬底(1)上表面的正中心，多个信号接收源(4)排布在信号发生源(3)的周围，且与信号发生源(3)的间距不同。
4.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张岩，谢东成，许磊，陈栋梁，荣钱，吴秋菊，姚冬婷，
申请(专利权)人：微纳感知合肥技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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