【技术实现步骤摘要】
本公开的实施例属于气体传感器，具体涉及一种集成硅透镜的气体传感器芯片及制备方法。
技术介绍
1、非分散红外(ndir)气体传感器是一种利用红外线吸收原理，通过检测环境空气中特定气体分子对特定波长的红外辐射的吸收来实现气体成分检测的一种传感器。ndir气体传感器主要由光源、样品室、光谱滤波器、探测器等组成。传感器将环境空气通过样品室，样品室中经过红外光源照射的气体分子会对特定波长的红外辐射进行吸收，被吸收的红外辐射量与气体浓度成正比。随后，传感器使用光谱滤波器选择出感兴趣波长，使其只能到达探测器。探测器可以测量到被吸收的红外辐射强度，进而反映出气体浓度值。
2、ndir红外气体传感器是利用不同气体具有自己独特的分子结构，对红外光具有特定吸收谱这一特性来实现的，也即是不同的气体对某一特定波段的红外光具有吸收能力。而这个特定波段红外光就称为该气体的红外吸收峰，不同的气体的红外吸收峰是不一样的，即使在混合气体环境中各气体之间的红外吸收也不会相互干扰。这种性质不会因外界条件的改变而改变，某一待测气体吸收的能量大小与该气体在红外光区内的浓度有关，浓度越大吸收能量越多。当红外光通过气体时，在相应频率处就会产生能量衰减，而能量的衰减程度又与气体浓度大小有关，通过分析红外光的衰减程度即可推算出待测气体浓度。待测气体对红外光的吸收服从朗伯-比尔定律。ndir气体传感器就是利用这一特性来对特定气体浓度进行定性和定量分析。
3、相比于其他传感器，ndir气体传感器具有检测精度高、响应速度快、稳定性好、抗干扰性强等优点，并且可以检
4、行业内ndir气体传感器探测器中的芯片一般需要配合外购的特定波段的滤光片进行特征气体的检测，但其存在如下问题：1、检测灵敏度低的问题；2、外购的滤光片需要与气体芯片进行to封装，导致传感器尺寸大，不方便客户安装使用，且器件的一致性不可控；3、不能对不同种类气体浓度的检测；4、气体浓度检测的抗干扰性差。
5、因此，如何解决上述问题成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本公开的实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种集成硅透镜的气体传感器芯片及制备方法。
2、本公开的实施例的第一个方面，提供一种集成硅透镜的气体传感器芯片，包括：
3、所述芯片包括硅透镜阵列结构和芯片本体；所述硅透镜阵列结构包括硅基底和若干滤光片；所述硅基底具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面形成有透镜阵列；所述硅基底的第二表面设置有所述滤光片；所述透镜与所述滤光片的位置对应设置；
4、所述硅基底的第一表面与所述芯片本体上表面集成连接；其中，所述透镜与所述芯片本体的中心热端的位置相对应，其用于汇聚外部红外光源的能量至芯片本体的中心热端；所述透镜阵列通过飞秒激光加工形成；所述透镜阵列包括凹透镜阵列。
5、可选的，所述滤光片包括甲烷滤光片、参照比对滤光片和二氧化碳滤光片。
6、可选的，所述甲烷滤光片包括agf薄膜或mgf2薄膜；所述参照比对滤光片包括al(no3)3薄膜；所述二氧化碳滤光片包括algas薄膜。
7、进一步的，还包括：
8、谐振腔式阵列结构，设置于所述芯片本体的下表面；所述谐振腔式阵列结构形成有凹坑阵列；
9、所述芯片本体的衬底形成有背腔，所述背腔与所述芯片本体的中心热端位置相对应；
10、其中，所述凹坑表面设有反射层；所述凹坑与所述背腔对应设置，且所述凹坑与所述背腔共同构成谐振腔。
11、可选的，所述背腔呈凸型；所述背腔与所述凹坑共同构成凹凸谐振腔。
12、可选的，所述凹坑阵列包括不同深度的凹坑。
13、可选的，所述凹坑深度值为1/4λ～3/4λ，其中λ为红外波段波长。
14、可选的，所述芯片本体包括半导体结构层及集成于所述半导体结构层内的cmos器件结构和mems器件结构。
15、本公开的实施例的第二个方面，提供一种集成硅透镜的气体传感器芯片的制备方法，用于制备上述所述的芯片，包括：
16、制备硅透镜阵列结构；
17、制备芯片本体；
18、集成所述硅透镜阵列结构和所述芯片本体；其中，所述硅透镜阵列结构的透镜与所述芯片本体的中心热端的位置相对应。
19、可选的，所述制备硅透镜阵列结构，包括：
20、提供硅基底，并进行清洗和减薄处理；
21、利用飞秒激光加工工艺对所述硅基底表面进行刻蚀处理，在所述硅基底上形成透镜阵列；
22、将滤光片集成于所述硅基底的相对所述透镜阵列的表面，以制备所述硅透镜阵列结构；其中，所述滤光片与所述透镜的位置相对应。
23、本公开的实施例的有益效果，包括：
24、本公开中，通过在芯片本体上集成滤光片，并且在滤光片载体的硅基底上形成透镜阵列，使凹透镜能够汇聚外部红外光源的能量至芯片本体的中心热端，从而提高芯片灵敏度。
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1.一种集成硅透镜的气体传感器芯片，其特征在于，所述芯片包括硅透镜阵列结构和芯片本体；所述硅透镜阵列结构包括硅基底和若干滤光片；所述硅基底具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面形成有透镜阵列；所述硅基底的第二表面设置有所述滤光片；所述透镜与所述滤光片的位置对应设置；
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，
9.一种集成硅透镜的气体传感器芯片的制备方法，用于制备权利要求1-8任一项所述的芯片，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述制备硅透镜阵列结构，包括：
【技术特征摘要】
1.一种集成硅透镜的气体传感器芯片，其特征在于，所述芯片包括硅透镜阵列结构和芯片本体；所述硅透镜阵列结构包括硅基底和若干滤光片；所述硅基底具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面形成有透镜阵列；所述硅基底的第二表面设置有所述滤光片；所述透镜与所述滤光片的位置对应设置；
2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的芯片，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨绍松，刘同庆，
申请(专利权)人：无锡芯感智半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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