[發明專利]一種氣敏傳感器

有效

• 申請號: 200710117612.9
• 申請日: 2007-06-20
• 公開（公告）號: CN101329291A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 黃欽文;景玉鵬;陳大鵬;歐毅;葉甜春
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及微機電系統(MEMS)技術領域，尤其涉及一種氣敏傳感 器。

背景技術

氣體傳感器技術有著關闊的應用前景，可用于工廠、車間和礦山的各 種易燃易爆或有害氣體的檢測、家庭可燃性氣體泄漏的監控檢測等。

二氧化錫氣敏傳感器由于結構簡單，制作方便，壽命長等特點而得到 廣泛應用。但是傳統結構的二氧化錫氣敏傳感器具有體積大、功耗大、響 應慢和一致性差等不可避免的弱點。

近年來，隨著硅加工技術的發展，特別是微機械加工技術帶來了制造 加工技術的根本性變革。采用微電子、微機械加工和薄膜加工技術制備的 微結構氣敏傳感器具有以下諸多獨特優點：

(1)微型化；(2)低功耗；(3)工作精度可精確測定和控制；(4) 批量生產，成本低，一致性、可靠性好；(5)易于與信號采集處理電路集 成。

已有報道的利用微加工技術制作的結構如圖1所示，圖1為目前利用 微加工技術制作的氣敏傳感器的結構示意圖。其中，(1)為叉指電極，(2) 為加熱電極，(3)為測溫電極。這種結構使用加熱電極(2)對叉指電極 上面的氣體敏感層進行加熱，由測溫電極(3)對溫度進行監控。

這種結構的最大問題是器件沒有與周圍熱絕緣，導致熱量通過電絕緣 層向四周擴散，增大了器件功耗。而且采用測溫電極和加熱電極分別制作 的方法，增加了器件引出線和制作的復雜度。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種氣敏傳感器，以提高器件 被加熱的工作區域部分與周圍的熱絕緣，降低器件功耗，簡化器件中加熱 和測溫部分的結構，進而有利于器件的大量生產以及和信號采集處理電路 的集成。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種氣敏傳感器，該氣敏傳感器包括 單晶硅襯底1，起支撐作用的二氧化硅/氮化硅層2，加熱測溫電極9、叉 指電極8，加熱測溫電極9和叉指電極8之間的電絕緣層，叉指電極引出 線壓焊點6、加熱測溫電極引出線壓焊點7和氣體敏感層10；

所述加熱測溫電極9由二氧化硅/氮化硅層2形成的支撐臂11固定在 單晶硅襯底1上，支撐臂11下方為空腔結構；

所述支撐臂11上淀積有金屬引線，加熱測溫電極9和叉指電極8通 過各自的金屬引線分別與加熱測溫電極引出線壓焊點7和叉指電極引出線 壓焊點6相連接；

所述電絕緣層在所述加熱測溫電極9形成后依次淀積在所述加熱測溫 電極9上，所述叉指電極8形成于所述電絕緣層上，所述氣體敏感層10 淀積在所述叉指電極8上。

上述方案中，所述加熱測溫電極9采用剝離法在支撐臂11形成，由 Pt/Ti構成，Pt厚度為Ti厚度為所述加熱測 溫電極的寬度為5～10μm，間隔為5～10μm。

上述方案中，所述支撐臂11的寬度為5～30μm，厚度為上述方案中，所述空腔結構用于增大器件與周圍的熱絕緣，是利用 KOH對硅進行各向異性腐蝕，將器件下方的硅腐蝕掉而形成的。

上述方案中，所述支撐臂11上的金屬引線寬度分別為所述加熱測溫 電極9和叉指電極8寬度的1.4～3倍。

上述方案中，所述電絕緣層為二氧化硅電絕緣層3，或為氮化硅電絕 緣層4，或為二氧化硅電絕緣層3和氮化硅電絕緣層4。

上述方案中，所述二氧化硅電絕緣層3或氮化硅電絕緣層4采用濺射 法淀積在所述加熱測溫電極9上，厚度分別為和

上述方案中，所述叉指電極8采用剝離法形成于所述電絕緣層上，由 Pt/Ti構成，Pt厚度為Ti厚度為，所述叉指電 極8的寬度為5～20μm，間隔為5～20μm。

上述方案中，所述氣體敏感層10采用濺射法淀積在所述叉指電極8 上，厚度為

上述方案中，所述氣體敏感層10為半導體氣體敏感材料，至少包括 二氧化錫、氧化鋅、三氧化二銦和三氧化鎢。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供的這種氣敏傳感器，與利用微加工技術制作的氣敏傳 感器相比，具有更好的熱絕緣效果，降低了器件功耗，而且采用Pt/Ti電 極同時作為加熱電極和測溫電極，簡化了器件設計和制作復雜度。