[發(fā)明專利]一種單片微瓦斯傳感器及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310445390.9 | 申請日： | 2013-09-26 |
| 公開（公告）號： | CN103499617A | 公開（公告）日： | 2014-01-08 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 馬洪宇;王文娟;丁恩杰;趙小虎;程婷婷 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國礦業(yè)大學(xué) |
| 主分類號： | G01N27/16 | 分類號： | G01N27/16 |
| 代理公司： | 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249 | 代理人： | 楊曉玲 |
| 地址： | 221116 江蘇省*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 單片 瓦斯 傳感器 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
????本發(fā)明涉及一種瓦斯傳感器及其制備方法，特別是一種單片微瓦斯傳感器及其制備方法。
背景技術(shù)
目前基于傳統(tǒng)鉑絲加熱的催化燃燒式瓦斯傳感器仍在煤礦井下廣泛應(yīng)用，但其功耗較大，不能很好的滿足物聯(lián)網(wǎng)對低功耗瓦斯傳感器的應(yīng)用需求。而其它的瓦斯傳感器則較難適應(yīng)煤礦井下高濕度的環(huán)境。以往報道的微瓦斯傳感器，多采用金屬鉑電阻作為加熱元件，該鉑電阻同時也作為測溫元件。由于加熱元件、測溫元件是同一個鉑電阻，這使得對溫度測量的諸多先進(jìn)技術(shù)受同時施加在鉑電阻上的加熱電壓或電流的制約而無法應(yīng)用，限制了瓦斯檢測技術(shù)的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種單片微瓦斯傳感器及其制備方法，解決現(xiàn)有催化燃燒式瓦斯傳感器的鉑絲電阻元件復(fù)用所帶來的問題，即同一個鉑絲電阻同時作為加熱元件及測溫元件在控制溫度與測量溫度時無法分別調(diào)控的問題。
技術(shù)方案：本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：該單片微瓦斯傳感器包括催化劑載體、加熱元件、測溫元件、固定端與硅框架支座；所述硅框架支座包括硅襯底與設(shè)在硅襯底上的埋層氧化硅；所述固定端包括支撐硅層、設(shè)在支撐硅層外的氧化硅層，設(shè)在氧化硅層上的用作電引出焊盤Pad的金屬層；所述固定端的支撐硅層內(nèi)設(shè)有摻雜硅層；所述電引出焊盤Pad的金屬層通過氧化硅層的窗口與固定端的摻雜硅層相接觸構(gòu)成歐姆接觸；所述固定端設(shè)在硅框架支座上的埋層氧化硅上；所述加熱元件、測溫元件均包括支撐硅層、設(shè)在支撐硅層外的氧化硅層；加熱元件設(shè)有硅加熱器、兩個對稱設(shè)置的硅懸臂；所述硅加熱器較佳為圓環(huán)形，圓環(huán)形硅加熱器中間較佳設(shè)有兩個對稱內(nèi)伸的散熱-支撐硅塊；所述硅懸臂的一端與硅加熱器相連，另一端與硅框架支座上的固定端相連；所述加熱元件的硅加熱器上設(shè)有催化劑載體，加熱元件的硅加熱器完全嵌入在催化劑載體中，并且催化劑載體貫穿于硅加熱器中，尤其是催化劑載體是一個整體結(jié)構(gòu)；所述測溫元件設(shè)有硅測溫環(huán)、兩個對稱設(shè)置的硅連接臂，兩個對稱設(shè)置的硅支撐臂；所述硅測溫環(huán)、硅連接臂、硅支撐臂、固定端依次相連；加熱元件、測溫元件分別與其各自的固定端構(gòu)成獨(dú)立的二端器件通路，并通過固定端固定在硅框架支座上的埋層氧化硅上；?
所述測溫元件的硅測溫環(huán)與加熱元件的硅加熱器的邊緣距離為3um至100um；與測溫元件相連的固定端以及與加熱元件相連的固定端較佳設(shè)置在硅框架支座的相同一側(cè)的位置；
加熱元件獨(dú)立加熱催化劑載體，測溫元件獨(dú)立檢測因瓦斯催化燃燒造成的溫升，測溫元件測量時不受加熱元件所施加的電壓或電流的影響。?
所述單片微瓦斯傳感器的制備方法，
包括分立的硅器件的制備方法、引線鍵合方法與催化劑載體包裹硅加熱器的方法：
分立的硅器件的制備方法的步驟為：
第一步，在SOI硅片上制備氧化硅層；圖形化SOI頂層硅之上的氧化硅層，所述的SOI頂層硅為支撐硅層；摻雜或離子注入；淀積金屬，圖形化金屬形成電引出焊盤的金屬圖形；
第二步，刻蝕SOI硅片頂層硅，即支撐硅層，刻蝕停止于埋層氧化硅，形成固定端、加熱元件、測溫元件的結(jié)構(gòu)；
第三步，濕法刻蝕或干法刻蝕SOI硅片底層硅，即硅襯底，刻蝕停止于埋層氧化硅，在SOI硅片背面形成硅杯；
第四步，濕法或干法刻蝕硅杯形成之后所暴露出的埋層氧化硅，釋放出加熱元件與測溫元件；
第五步，按照劃線槽路徑劃片，得到所述微瓦斯傳感器的分立的硅器件；
引線鍵合方法：
將分立的硅器件或負(fù)載有催化劑載體及催化劑的分立的硅器件固定于支撐板上；支撐板有2種，一種其內(nèi)部設(shè)有通孔，另一種不設(shè)通孔，支撐板上設(shè)有金屬電極；固定所述分立的硅器件或負(fù)載有催化劑載體及催化劑的分立的硅器件于支撐板時，如果加熱元件、測溫元件的固定端在同一側(cè)，則將加熱元件、測溫元件定位伸出支撐板外；如果固定加熱元件、測溫元件的固定端不在同一側(cè)，則選用有通孔的支撐板，并將加熱元件、測溫元件定位于支撐板的通孔上方；用金屬引線連接支撐板上的金屬電極與所述分立的硅器件或負(fù)載有催化劑載體及催化劑的分立的硅器件的電引出焊盤Pad的金屬層；
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