一种带温度检测的层叠式MEMS气体传感器

一种带温度检测的层叠式mems气体传感器
技术领域
1.本实用新型属于气体传感器领域，尤其涉及一种带温度检测的层叠式mems气体传感器。


背景技术：

2.在现代生产活动中，从人为的石油和煤炭开采、化工产品生产到天然的火山爆发等过程都不可避免地伴随着有毒有害气体的产生，这些有毒有害气体对人类的健康安全造成了巨大威胁。为了能够实现环境中毒害气体的快速检测和预警，近年来，气体传感器的使用呈现快速增长趋势，传感器技术也在不断发展，如何针对不同的应用场景设计和制作相应的传感器极为重要。
3.mems气体传感器的气敏性能主要是与其涂抹上的敏感材料有关。待测气体与敏感材料在常温下反应时间过长，而一定的高温可以促进敏感材料与被测气体之间的氧化还原反应，控制温度也成了反应过程很重要的一步，所以通过带有微热板的温度传感器可以满足微传感器和许多其他应用的温度控制要求，并且可以保持低功耗和快速热响应时间。
4.就传统的气体传感器而言，因为其自身的工艺局限性，会导致气敏反应不及时不准确，器件工作功率大的问题，不能够精确测出生产生活中一系列气体泄漏问题。常规的硅基微热板一般由单晶硅基底、下绝缘层、加热电极、上绝缘层、叉指电极组成，虽然有效地低了传感器的功率问题，但无法控制温度始终会造成测量的误差。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的在于，提供一种带温度检测的层叠式mems气体传感器，可以满足微传感器和许多其他应用的温度控制要求。
6.一种带温度检测的层叠式mems气体传感器，其特征在于：包括单晶硅衬底；绝缘隔热层，通过薄膜生长工艺覆盖在所述单晶硅衬底上；加热电极层，通过匀胶光刻工艺和磁控溅射工艺定义电极形状并沉积在所述绝缘隔热层上；下导热层，通过低压化学气相沉积工艺和光刻工艺覆盖在所述加热电极层上；温度检测电极层，通过匀胶光刻工艺和磁控溅射工艺定义电极形状并沉积在所述下导热层上；上导热层，通过低压化学气相沉积工艺和光刻工艺覆盖在所述温度检测电极层上；叉指电极层，通过通过匀胶光刻工艺和磁控溅射工艺定义电极形状并沉积在所述上导热层上；所述单晶硅衬底，通过湿法刻蚀工艺，腐蚀衬底并形成倒梯形的凹槽。
7.进一步地，所述绝缘隔热层厚度为500nm的氧化硅。
8.进一步地，所述加热电极层为云雷纹式铜电极，厚度为200nm，下导热层仅覆盖在加热电极所围成的加热区表面。
9.进一步地，所述下导热层、上导热层厚度为200nm的氮化铝薄膜。
10.进一步地，所述温度检测电极层厚度为200nm的钯银合金。
11.进一步地，所述叉指电极层为金电极，厚度为200nm。
12.本实用新型的优点在于，在mems气体传感器原有的五层结构基础上加入了一层检测温度的电极，该电极采用钯银合金制成，通过该电阻的变化来体现出温度的变化，从而达到对温度的控制与测量。同时，该传感器同时具备一般mems气体传感器低功率、高精度、响应快速快的优点。两者结合，实现更成熟的气体传感器技术。
附图说明
13.图1为本实用新型的气体传感器结构示意图；
14.图中附图标记如下：
15.1为单晶硅衬底，2为绝缘隔热层，3为加热电极层，4和6为导热层，5为温度检测电极层，7为叉指电极层。
具体实施方式
16.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
17.如图1所示，本实施例的气体传感器，包括晶硅衬底1、绝缘隔热层2、加热电极层 3、下导热层4、温度检测电极层5、上导热层6、叉指电极层7。
18.本实施例的气体传感器具体制备流程如下：
19.(1)备绝缘隔热层2。以单晶硅1为衬底，采用热氧化的方式在其表面制作一层厚度为500nm的氧化硅。
20.(2)制备加热电极层3。使用紫外光刻技术在绝缘隔热层2上制备出所需加热电极图案的光刻胶掩模层，采用磁控溅射技术，以金属铜为靶材，在绝缘隔热层2的表面制备厚度为200nm的加热电极层3。
21.(3)制备导热层4和6。采用磁控溅射工艺，在650℃和700w的磁控溅射条件下，采用氮等离子体、氩等离子体和铝靶制备出厚度200nm的氮化铝薄膜。
22.(4)制备温度检测电极层5。使用紫外光刻技术在下导热层4上制备出所需温度检测电极图案的光刻胶掩模层，采用磁控溅射技术，以钯银合金为靶材，在下导热层4的表面制备厚度为200nm的温度检测电极层5。
23.(5)制备叉指电极层7。使用紫外光刻技术在上导热层6上制备出所需叉指电极图案的光刻胶掩模层，采用磁控溅射技术，以金为靶材，在上导热层6的表面制备厚度为 200nm的叉指电极层7。
24.(6)制备单晶硅衬底1。选用厚度为0.45mm晶相为《100》的单晶硅片为原材料，在 60-80℃恒温条件下用koh腐蚀液腐蚀硅衬底，形成一个倒梯形的凹槽。


技术特征：
1.一种带温度检测的层叠式mems气体传感器，其特征在于：包括单晶硅衬底(1)；绝缘隔热层(2)，通过薄膜生长工艺覆盖在所述单晶硅衬底(1)上；加热电极层(3)，通过匀胶光刻工艺和磁控溅射工艺定义电极形状并沉积在所述绝缘隔热层(2)上；下导热层(4)，通过低压化学气相沉积工艺和光刻工艺覆盖在所述加热电极层(3)上；温度检测电极层(5)，通过匀胶光刻工艺和磁控溅射工艺定义电极形状并沉积在所述下导热层(4)上；上导热层(6)，通过低压化学气相沉积工艺和光刻工艺覆盖在所述温度检测电极层(5)上；叉指电极层(7)，通过匀胶光刻工艺和磁控溅射工艺定义电极形状并沉积在所述上导热层(6)上；所述单晶硅衬底(1)，通过湿法刻蚀工艺，腐蚀衬底并形成倒梯形的空腔。2.如权利要求1所述的一种带温度检测的层叠式mems气体传感器，其特征在于：所述绝缘隔热层(2)厚度为500nm的氧化硅。3.如权利要求1所述的一种带温度检测的层叠式mems气体传感器，其特征在于：所述加热电极层(3)为云雷纹式铜电极，厚度为200nm，下导热层仅覆盖在加热电极所围成的加热区表面。4.如权利要求1所述的一种带温度检测的层叠式mems气体传感器，其特征在于：所述下导热层(4)、上导热层(6)厚度为200nm的氮化铝薄膜。5.如权利要求1所述的一种带温度检测的层叠式mems气体传感器，其特征在于：所述温度检测电极层(5)厚度为200nm的钯银合金。6.如权利要求1所述的一种带温度检测的层叠式mems气体传感器，其特征在于：所述叉指电极层(7)为金电极，厚度为200nm。

技术总结
本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种带温度检测的层叠式MEMS气体传感器。包括单晶硅衬底、绝缘隔热层、加热电极层、下导热层、温度检测电极层、上导热层和叉指电极层。所述隔热层为覆盖在单晶硅表面的氧化硅，加热电极为云雷纹形铜电极，导热层为氮化铝薄膜，温度检测电极层为钯银合金，叉指电极为金电极。本实用新型采用强导电与强导热性能的铜电极，弱导电性能与较强导热性能的氮化铝，电阻温度系数低且电阻率稳定的钯银合金及强导电性能的金电极，通过带有微热板的温度传感器以满足微传感器和许多其他应用的温度控制要求,并且可以保持低功耗和快速热响应时间。可以保持低功耗和快速热响应时间。可以保持低功耗和快速热响应时间。


技术研发人员：汤杰 冯侨华 李涵
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2022.10.25
技术公布日：2023/3/23