[實(shí)用新型]氣體傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520113958.1
• 申請(qǐng)日: 2015-02-17
• 公開（公告）號(hào): CN204495713U
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅雯雯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州諾聯(lián)芯電子科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/3504
• 分類號(hào): G01N21/3504
• 代理公司: 蘇州威世朋知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種氣體傳感器，尤其涉及一種非色散紅外（NDIR）氣體傳感器。

背景技術(shù)

非色散紅外（NDIR）氣體傳感器作為一種快速、準(zhǔn)確的氣體分析技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中十分普遍，具有可靠性高、選擇性好、精度高、無毒、受環(huán)境干擾小、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

NDIR氣體傳感器的基本原理是當(dāng)紅外光通過待測(cè)氣體時(shí)，氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外光有吸收，其吸收關(guān)系服從郎伯-比爾吸收定律，即光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨氣體濃度及光程按指數(shù)規(guī)律衰減，吸收系數(shù)取決于氣體特性，常用的計(jì)算公式為：

其中，I為有氣體吸收時(shí)到達(dá)探測(cè)器的紅外光強(qiáng)，I₀為沒有氣體吸收時(shí)的光強(qiáng)，C為腔室內(nèi)氣體濃度，L為腔室長(zhǎng)度或紅外光光程，μ為氣體的吸收系數(shù)。一般而言，為了提高探測(cè)靈敏度，需要增加一個(gè)濾光片，使對(duì)應(yīng)待測(cè)氣體最大吸收系數(shù)的單色光到達(dá)探測(cè)器。

???傳統(tǒng)的NDIR氣體傳感器是由分立的紅外光源、濾光鏡、氣體腔室、紅外探測(cè)器等分立部件組成。其中，紅外光源、濾光鏡、紅外探測(cè)器都是單獨(dú)封裝的器件，封裝體積較大；根據(jù)（1）式，光強(qiáng)衰減程度隨著氣體腔室長(zhǎng)度的增大而增大，因此傳統(tǒng)的直線形氣體腔室一般具有很大的體積。因此，由這些分立器件組合而成的NDIR氣體傳感器一方面具有較高的封裝成本，另一方面也具有較大的體積，使得其大規(guī)模推廣和微型化應(yīng)用受到很大的限制。

???隨著微加工技術(shù)的深入發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)了利用微加工技術(shù)制備的廣譜紅外光源、可調(diào)諧濾光鏡、非制冷紅外探測(cè)器等具有小體積、低成本、高性能優(yōu)點(diǎn)的產(chǎn)品，使NDIR氣體傳感器完全由微加工技術(shù)單片式集成成為了可能。

近年來，可穿戴式智能設(shè)備的興起也越來越多的要求傳感器模塊微型化、多功能化，而NDIR紅外氣體傳感器雖然具有探測(cè)精度高、使用壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但其相對(duì)龐大的體積一直制約著這種傳感器在可穿戴式只能設(shè)備中的應(yīng)用。

有鑒于此，有必要對(duì)現(xiàn)有的紅外氣體傳感器予以改進(jìn)，以解決上述問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供器件體積小和封裝成本低的紅外氣體傳感器。

為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供了一種紅外氣體傳感器包括：第一硅基晶圓，所述第一硅基晶圓間隔設(shè)有位于同一側(cè)的紅外光源和紅外探測(cè)器；與所述第一硅基晶圓鍵合的雙拋的第二硅基晶圓，所述第二硅基晶圓上具有濾光鏡、分別與所述紅外光源和所述紅外探測(cè)器相對(duì)應(yīng)的第一氣體通道和第二氣體通道，所述濾光鏡位于第二氣體通道的開口處或內(nèi)部；與所述第二硅基晶圓背離所述第一硅基晶圓的一側(cè)鍵合的第三硅基晶圓，所述第三硅基晶圓朝向所述第二硅基晶圓的一側(cè)設(shè)有氣體腔室，所述氣體腔室具有分別與兩個(gè)所述氣體通道相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)端部、與外界連通的兩個(gè)氣體通孔。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣體腔室具有分別與兩個(gè)所述氣體通道相對(duì)應(yīng)以改變紅外光傳播方向的傾斜面。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述傾斜面與所述第三硅基晶圓的表面的夾角介于40°~?58°之間。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣體腔室的內(nèi)壁設(shè)有反射薄膜。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣體腔室在平行于所述第三硅基晶圓表面的平面內(nèi)的形狀為直線形、折線形或者曲線形。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述紅外光源采用微加工技術(shù)制作的基于微加熱器結(jié)構(gòu)的廣譜光源或窄譜光源，所述濾光鏡為采用微加工技術(shù)制作的濾光鏡。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述紅外光源的發(fā)射面、所述紅外探測(cè)器的吸收面均平行于所述第一硅基晶圓的表面；所述濾光鏡的透射面平行于所述第二硅基晶圓的表面。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一硅基晶圓設(shè)有所述紅外光源和所述紅外探測(cè)器的表面、所述第二硅基晶圓的兩個(gè)表面、所述第三硅基晶圓設(shè)有所述氣體腔室的表面上均具有用于鍵合的介質(zhì)層。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的紅外氣體傳感器將紅外光源、氣體腔室、濾光鏡、紅外探測(cè)器采用晶圓級(jí)鍵合的方式集成在一個(gè)芯片上，大大降低了封裝成本和器件體積，在微型紅外氣體傳感器領(lǐng)域中具有應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的氣體傳感器整體結(jié)構(gòu)的截面示意圖；

圖2a~2f為本實(shí)用新型的氣體傳感器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及制作方法流程圖；

圖2a是第一硅基晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2b是第二硅基晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2c是第三硅基晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖；