[發(fā)明專利]MEMS氣體傳感器芯片、傳感器及傳感器的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810400193.8
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108844652B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 劉宇航;劉立濱;李平;許諾
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: G01K7/18
• 分類號: G01K7/18;G01N27/333;G05D23/22
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 龐許倩;胡時冶

本發(fā)明涉及一種MEMS氣體傳感器芯片、傳感器及傳感器的制備方法，屬于氣體檢測技術領域，解決了現(xiàn)有技術價格昂貴、響應時間長、環(huán)境穩(wěn)定性差的問題。MEMS氣體傳感器芯片包括氣體敏感單元、溫度敏感單元、敏感結構襯底和溫度控制單元。MEMS氣體傳感器，包括MEMS氣體傳感器芯片和控制電路；控制電路又包括微控制器、N型MOSFET、P型MOSFET、正負電源。微控制器對溫度敏感單元采集的實際溫度與預設溫度進行比較，根據比較結果輸出控制信號，控制N型MOSFET和P型MOSFET的通斷，進而控制流經溫度控制單元的電流方向和大小，改變敏感結構襯底表面的溫度。本發(fā)明MEMS氣體傳感器操作簡單、通用性強，可同時測量多種氣體的濃度，節(jié)省了成本，而且響應時間短、環(huán)境穩(wěn)定性好。

技術領域

本發(fā)明涉及氣體檢測技術領域，尤其涉及一種MEMS氣體傳感器芯片、傳感器及傳感器的制備方法。

背景技術

氣體檢測作為一種重要的環(huán)境參數獲取手段，在大氣污染物防治、工業(yè)有害氣體監(jiān)測、物聯(lián)網等領域具有較高的應用價值。當前針對氣體的檢測主要通過氣體傳感器實現(xiàn)，常用的氣體傳感器按照工作原理和自身結構可分為電化學型、金屬氧化物型、接觸燃燒型、半導體型和MEMS氣體傳感器等。

MEMS氣體傳感器由于體積小、成本低、結構簡單，近些年來受到了廣泛的關注。但現(xiàn)有MEMS氣體傳感器的敏感結構受環(huán)境應力的影響較大，性能較低，且長期使用中穩(wěn)定性(尤其是對溫度的適應性，其是傳感器穩(wěn)定性中一個最重要的指標)較差，因此無法完全滿足惡劣環(huán)境中氣體檢測的相關需求。

國內外研究中，采用的提高MEMS氣體傳感器性能的主要途徑是改善氣體敏感材料的特異性和增加氣體敏感結構與氣體的接觸面積等，但提高氣體敏感材料的特異性只適用于部分氣體的檢測，而增加敏感結構與氣體的接觸面積則會帶來自身復雜性、成本和微加工實現(xiàn)難度的提高。當前缺少一種在不增加結構復雜度的前提下，改善MEMS氣體敏感結構性能的技術途徑。

發(fā)明內容

鑒于上述的分析，本發(fā)明實施例旨在提供一種MEMS氣體傳感器芯片、傳感器及傳感器的制備方法，用以解決現(xiàn)有技術價格昂貴、響應時間長、環(huán)境穩(wěn)定性差的問題。

本發(fā)明實施例提供了一種MEMS氣體傳感器芯片，包括氣體敏感單元、溫度敏感單元、敏感結構襯底和溫度控制單元；

所述氣體敏感單元和溫度敏感單元處于同層，二者分別設置于所述敏感結構襯底的上方，且二者底面與所述敏感結構襯底的上表面直接接觸；

所述溫度控制單元設置于所述敏感結構襯底的下方，用于控制敏感結構襯底表面的溫度。

上述技術方案的有益效果如下：本發(fā)明的敏感結構襯底具有良好的導熱性能，溫度敏感單元用來采集MEMS氣體傳感器芯片所處的環(huán)境溫度，當測得環(huán)境溫度高于預設溫度時，溫度控制單元對敏感結構襯底進行降溫，反之進行升溫。溫度控制單元基于帕爾貼效應，能夠實現(xiàn)熱量的快速傳遞以及較低的穩(wěn)態(tài)溫差，使氣體敏感單元始終工作在恒溫環(huán)境中，消除或減弱了了環(huán)境溫度對MEMS氣體傳感器芯片的影響，因此響應時間短、環(huán)境穩(wěn)定性好。而且，本發(fā)明可以通過在敏感結構襯底或者封裝內設置多個氣體敏感單元實現(xiàn)同時對多種氣體濃度的檢測，與直接采用多種針對不同氣體的現(xiàn)有分立式氣體傳感器相比，降低了成本。

基于上述方法的另一個實施例中，MEMS氣體傳感器芯片中，所述氣體敏感單元包括金屬電極和氣體敏感薄膜；所述氣體敏感薄膜覆蓋在所述金屬電極表面；

所述氣體敏感單元，用于將所處環(huán)境氛圍中特定氣體成分的的濃度變化轉換成自身電阻的變化；

所述溫度敏感單元，包括至少一組金屬折線型結構，用于將所處環(huán)境溫度的變化轉換成自身電阻的變化。