[發(fā)明專利]一種具有卷曲結(jié)構(gòu)的單懸梁式氣體傳感器及傳感器陣列

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810447480.4
• 申請(qǐng)日: 2018-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN108318547A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許磊;彭書峰;謝東成;周睿穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥微納傳感技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01N27/12
• 分類號(hào): G01N27/12
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 王亞洲

本發(fā)明公開了一種具有卷曲結(jié)構(gòu)的單懸梁式氣體傳感器，包括依次層疊設(shè)置的硅襯底、支撐膜、加熱電阻、隔離膜和檢測(cè)電極，所述支撐膜用以提供整體支撐作用，加熱電阻用以提供工作所需的溫度，隔離膜將加熱電阻及檢測(cè)電極進(jìn)行電隔離，檢測(cè)電極用以檢測(cè)電阻變化；該傳感器具有基體結(jié)構(gòu)和懸臂結(jié)構(gòu)，該懸臂結(jié)構(gòu)的端部為卷曲狀，且其上設(shè)有氣敏材料。本發(fā)明還提供了一種由具有卷曲結(jié)構(gòu)的單懸梁式氣體傳感器組成的傳感器陣列。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，該傳感器功耗低、尺寸小、集成度高，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易于定位，有效提高了生產(chǎn)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)和氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有卷曲結(jié)構(gòu)的單懸梁式氣體傳感器及傳感器陣列。

背景技術(shù)

基于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的氣體傳感器，由于其小尺寸、低功耗、高靈敏度和快速響應(yīng)等特點(diǎn)，逐步顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，將有望取代基于傳統(tǒng)技術(shù)的氣體傳感器，在物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)端和人工智能等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。而在MEMS氣體傳感器中，又因采用金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)材料的傳感器具有廣泛的檢測(cè)范圍，在未來(lái)的大規(guī)模應(yīng)用中具有更為廣闊的市場(chǎng)空間。

目前MEMS MOS氣體傳感器中，主要以基于懸膜式微型加熱器的研究居多，該結(jié)構(gòu)的傳感器具有較低的功耗，一般可低至20毫瓦，如專利號(hào)為201520759054.6的實(shí)用新型專利提供了一種具有四支撐懸梁四層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器，其具有自下而上依次設(shè)置的硅襯底框架、加熱膜層、加熱電極層和敏感膜層，其中加熱膜層包括加熱膜區(qū)，該加熱膜區(qū)通過(guò)四根懸梁與硅襯底框架連接。又如專利號(hào)為CN201520759055.0的實(shí)用新型專利提供了一種具有兩支撐懸梁四層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器，該傳感器也包括自下而上依次設(shè)置的硅襯底框架、加熱膜層、加熱電極層和敏感膜層，其中加熱膜層包括加熱膜區(qū)，該加熱膜區(qū)通過(guò)兩根懸梁與硅襯底框架連接。這些多懸梁式氣體傳感器功耗雖然較低，但隨著移動(dòng)端和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高速發(fā)展，其已不能滿足需要。同時(shí)多懸梁式氣體傳感器在制備時(shí)，存在工藝復(fù)雜、定位困難、效率低下的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于：如何進(jìn)一步降低懸梁式氣體傳感器的功耗。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

一種具有卷曲結(jié)構(gòu)的單懸梁氣體傳感器，具有基體結(jié)構(gòu)和懸梁結(jié)構(gòu)，其包括自下而上依次層疊設(shè)置的如下部分

硅襯底；

支撐膜，為氮化硅膜，包括第一基部，所述第一基部的一側(cè)邊設(shè)有向上翹曲的第一懸臂，所述第一懸臂遠(yuǎn)離第一基部的端部設(shè)有第一卷曲部；

加熱電阻，包括第二基部，所述第二基部的一側(cè)邊設(shè)有向上翹曲的第二懸臂，所述第二懸臂遠(yuǎn)離第二基部的端部設(shè)有第二卷曲部；第二基部相對(duì)于第二懸臂的一側(cè)開設(shè)有第一窗口，所述第二懸臂上設(shè)有沿第二懸臂長(zhǎng)度方向延伸至第二卷曲部的第二窗口，所述第二窗口與第一窗口連通；第二基部位于第二窗口兩側(cè)的位置上分別設(shè)有第一引線；

隔離膜，為氮化硅膜，包括第三基部，所述第三基部的一側(cè)邊設(shè)有向上翹曲的第三懸臂，所述第三懸臂遠(yuǎn)離第三基部的端部設(shè)有第三卷曲部；所述第三基部上對(duì)應(yīng)于第一引線的位置設(shè)有透過(guò)孔，所述第一引線穿過(guò)相應(yīng)透過(guò)孔暴露在外；所述隔離膜的厚度大于加熱電阻的厚度；

檢測(cè)電極，包括第四基部，所述第四基部的一側(cè)邊設(shè)有向上翹曲的第四懸臂，所述第四懸臂遠(yuǎn)離第四基部的端部設(shè)有第四卷曲部；第四基部背離第四懸臂的一側(cè)設(shè)有第三窗口，第四懸臂上設(shè)有沿第四懸臂長(zhǎng)度方向延伸至第四卷曲部、并將第四卷曲部分割的第四窗口，所述第四窗口與第三窗口連通，并將檢測(cè)電極分割為兩部分；所述第四基部不覆蓋所述透過(guò)孔，且其位于第三窗口兩側(cè)的位置上均設(shè)有第二引線；

所述硅襯底、第一基部、第二基部、第三基部和第四基部對(duì)應(yīng)設(shè)置形成所述基體結(jié)構(gòu)；所述第一懸臂、第二懸臂、第三懸臂和第四懸臂對(duì)應(yīng)設(shè)置，且所述第四卷曲部、第三卷曲部、第二卷曲部及第一卷曲部由內(nèi)向外依次設(shè)置形成所述懸梁結(jié)構(gòu)；