[發(fā)明專利]硅基共平面微型氣體傳感器芯片及制備微型氣體傳感器無效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201110241625.3 | 申請日： | 2011-08-23 |
| 公開（公告）號： | CN102358612A | 公開（公告）日： | 2012-02-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張彤;馬曉康;費騰;王麗杰;王蕊;賀媛 | 申請（專利權(quán)）人： | 吉林大學(xué) |
| 主分類號： | B81C1/00 | 分類號： | B81C1/00;G01N27/00;B81B3/00 |
| 代理公司： | 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201 | 代理人： | 張景林;劉喜生 |
| 地址： | 130012 吉*** | 國省代碼： | 吉林;22 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 硅基共 平面 微型 氣體 傳感器 芯片 制備 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微納電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種建立在硅基底上、加熱電 極和信號電極共居于同一介質(zhì)平面上的硅基共平面低功耗微型氣體傳感器芯片 及用于制備微型氣體傳感器，該結(jié)構(gòu)傳感器可實現(xiàn)在較低溫度下工作。
背景技術(shù)
微傳感器作為微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的一個重要功能組件，具有微型化、 功耗低、成本廉、易集成的特點。目前實用化的微氣體傳感器多采用懸臂梁結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)在一定程度上阻斷了芯片中心部分與襯底周邊的熱傳導(dǎo)，起到了降低傳感 器功耗的作用。
懸臂梁傳感器采用微加工技術(shù)或表面犧牲層技術(shù)獲得，由于其芯片尺寸小、 功耗低、易于集成而受到青睞。懸臂梁型氣體傳感器制備過程簡述如下：在硅片 上依次淀積多晶硅犧牲層和SiO2-Si3N4-SiO2介質(zhì)層；在介質(zhì)層上制作金屬電阻； 淀積鈍化層后，開孔去掉犧牲層得到懸空微熱板結(jié)構(gòu)，以降低熱量的傳導(dǎo)，因此， 由懸臂所支撐起的微熱板功耗較低且溫度分布均勻。但由于懸臂梁結(jié)構(gòu)傳感芯片 包含微懸臂、微橋、微熱板等結(jié)構(gòu)，小尺寸的微懸臂機械強度也大大降低，力學(xué) 性能較差，基于這種結(jié)構(gòu)的微氣體傳感器存在工藝復(fù)雜、可靠性差、成品率低等 缺點。
本發(fā)明提出一種簡單易行的共平面型微氣體傳感器結(jié)構(gòu)，將克服上述問題， 它是將微熱板和信號電極安置在硅基表面的的同一個介質(zhì)平面上，克服懸臂梁結(jié) 構(gòu)的力學(xué)不穩(wěn)定性，簡化工藝，提高成品率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服懸臂梁型微氣體傳感器可靠性差的缺點，提供一種由 傳統(tǒng)半導(dǎo)體加工工藝制備的硅基共平面型微傳感器芯片，在新型傳感器設(shè)計和微 傳感器應(yīng)用領(lǐng)域具有十分重要的價值和現(xiàn)實意義。
本發(fā)明所述的硅基共平面微型氣體傳感器芯片，由如下步驟制備：
(1)選用<100>晶向Si片，減薄處理至厚度為300～600μm，然后將減薄處 理后的Si片的一個側(cè)面采用混合氧化法氧化處理得到300～450nm厚的SiO2絕 緣層；
(2)采用半導(dǎo)體平面加工工藝，在SiO2絕緣層上濺射30～60nm厚的Ti粘 附層；
(3)在Ti粘附層上旋涂光刻膠，通過掩膜、紫外線曝光、顯影后制備得到與 需要制備的加熱電極和信號電極結(jié)構(gòu)互補的光刻膠圖形；
(4)在光刻膠圖形上濺射200～300nm厚的Pt電極層；
(5)剝離光刻膠及其上面的Pt電極層；
(6)進(jìn)行酸法腐蝕，從而得到彼此絕緣的、包含Ti粘附層和Pt電極層、具 有管腳的蛇形加熱電極和叉指狀信號電極，其中加熱電極由管腳101、管腳103 和連接兩個管腳的蛇形電阻103組成，叉指狀信號電極由管腳11和與其連接的 叉指狀電極12、管腳13和與其連接的叉指狀電極14組成；兩個叉指狀信號電 極構(gòu)成叉指狀信號電極對；
(7)劃片切割，即制備得到硅基共平面微型氣體傳感器芯片。
本發(fā)明所述的硅基共平面微型氣體傳感器芯片可用于制備微型氣體傳感器， 其備過程如下：
(1)利用金絲球焊機將Pt絲焊在各個電極的管腳上；
(2)取敏感材料(In2O3、SnO2、ZrO2、TiO2、Fe2O3等)加入去離子水研 磨均勻后，涂敷在傳感器芯片上，自然風(fēng)干，敏感材料層厚10～100μm；
(3)將傳感器芯片放入馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)2～4小時后取出；
(4)將傳感器芯片的加熱電極的兩管腳101、103間加1～10V電壓，信號電 極的兩個管腳11、13間通入20～100mA電流，老化12～24小時，即可制備得 到微型氣體傳感器。
本發(fā)明的優(yōu)點是制備步驟簡單，制作成本低，可靠性高。利用共平面型微傳 感器制成的氣體傳感器，在工作電壓為5V工作電流為53mA時，表面工作溫度 可達(dá)320℃，溫度分布均勻，功耗低，可滿足實際應(yīng)用的需求。
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