[發明專利]一種MEMS半導體氣體傳感器及其制造方法、及氣體檢測方法

有效

• 申請號: 201410244751.8
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN104034759A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 祁明鋒;張珽;劉瑞;沈方平;丁海燕;谷文
• 申請（專利權）人: 蘇州能斯達電子科技有限公司
• 主分類號: G01N27/14
• 分類號: G01N27/14;B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫

1.一種MEMS半導體氣體傳感器，包括具有中空部(9)的襯底(1)和形成于所述襯底(1)上的感測模塊，所述感測模塊包括依次層疊設置的第一絕緣層(2)、加熱電阻(3)、第二絕緣層(4)、測試電極(5)和氣體敏感層(6)，其中，所述第一絕緣層(2)以遮蓋所述中空部(9)的狀態設置在所述襯底(1)上，所述氣體敏感層(6)的上表面暴露于待測氣體中，其特征在于，

所述傳感器還包括控制模塊和溫度檢測模塊，所述溫度檢測模塊、加熱電阻(3)和測試電極(5)分別與所述控制模塊連接；所述溫度檢測模塊用于檢測環境溫度并將所述環境溫度反饋至控制模塊，所述控制模塊根據所述環境溫度調整加熱電阻(3)的加熱功率，進而控制所述氣體敏感層(6)的溫度至所需的工作溫度。

2.如權利要求1所述的MEMS半導體氣體傳感器，其特征在于，所述控制模塊為ASIC電路(8)，所述溫度檢測模塊為測溫電阻(7)；所述ASIC電路(8)和測溫電阻(7)形成于所述襯底(1)上。

3.如權利要求1或2所述的MEMS半導體氣體傳感器，其特征在于，所述襯底(1)采用雙面拋光雙面氧化的硅片制成；

所述氣體敏感層(6)采用金屬氧化物半導體材料制成，所述金屬氧化物半導體材料選自SnO₂、WO₃、In₂O₃和ZnO中的一種；

所述加熱電阻(3)和測溫電阻(7)均采用鉑；所述測試電極(5)采用金；所述第一絕緣層(2)、第二絕緣層(4)采用氧化硅或氮化硅。

4.一種如權利要求1-3所述的MEMS半導體氣體傳感器的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在襯底上加工形成中空部；

S2、在所述中空部上覆蓋第一絕緣層，然后在第一絕緣層上依次向上制作加熱電阻、第二絕緣層、測試電極和氣體敏感層，制得感測模塊；

S3、在襯底上制作測溫電阻，制得溫度檢測模塊；

S4、在襯底上制作ASIC電路，并預留出信號接口，制得控制模塊；

S5、將所述加熱電阻、測試電極和測溫電阻通過橋接的方式或引線綁定的方式分別與ASIC電路連接。

5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述襯底采用雙面拋光雙面氧化的硅片制成。

6.如權利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述中空部通過深槽工藝加工形成于所述襯底上。

所述溫度檢測模塊和控制模塊均采用MEMS工藝制作形成于所述襯底上；

所述感測模塊中，除氣體敏感層采用絲網印刷方式形成于所述測試電極上外，感測模塊其他部分均采用MEMS工藝制作。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中在制作測試電極前，先在第二絕緣層上制作一層鈦或鉻。

8.一種基于權利要求1-3所述的MEMS半導體氣體傳感器的氣體檢測方法，包括以下步驟：

1)溫度檢測模塊檢測環境溫度并將所測得的環境溫度反饋至控制模塊；

2)所述控制模塊根據所述環境溫度調整加熱電阻(3)兩端的電壓，進而自動調整加熱電阻(3)的加熱功率，從而控制氣體敏感層(6)的溫度至所需的工作溫度。

9.如權利要求8所述的檢測方法，其特征在于，所述控制模塊根據所述環境溫度調整加熱電阻(3)兩端的電壓，具體為當所述環境溫度上升時，下調所述加熱電阻(3)兩端的電壓，當所述環境溫度下降時，上調所述加熱電阻(3)兩端的電壓。

10.如權利要求8或9所述的檢測方法，其特征在于，所述控制模塊為ASIC電路(8)，所述溫度檢測模塊為測溫電阻(7)。