[發明專利]一種單懸梁氣體傳感器、傳感器陣列及傳感器的制備方法

在審

• 申請號: 201810447798.2
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108318548A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 許磊;謝東成;彭書峰
• 申請（專利權）人: 合肥微納傳感技術有限公司
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 王亞洲

1.一種單懸梁氣體傳感器，其特征在于，具有基體結構和懸梁結構，其包括依次層疊設置的如下部分：

硅襯底；

支撐膜，包括第一基部和第一懸臂，所述第一懸臂與第一基部的一側連接；

加熱電阻，包括第二基部和第二懸臂，所述第二懸臂與第二基部的一側連接；第二基部相對于第二懸臂的一側開設有第一窗口，所述第二懸臂上設有沿第二懸臂長度方向延伸的第二窗口，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的位置上分別設有第一引線；

隔離膜，包括第三基部和第三懸臂，所述第三懸臂與第三基部的一側連接；所述第三基部上對應于第一引線的位置設有透過孔，所述第一引線穿過相應透過孔暴露在外；所述隔離膜的厚度大于加熱電阻的厚度；

檢測電極，包括第四基部和第四懸臂，所述第四懸臂與第四基部的一側連接；第四基部背離第四懸臂的一側設有第三窗口，第四懸臂上設有沿第四懸臂長度方向延伸，并將第四懸臂分割的第四窗口，所述第四窗口與第三窗口連通，并將檢測電極分割為兩部分；檢測電極不覆蓋所述透過孔；所述檢測電極位于第三窗口兩側的位置上設有第二引線；

所述硅襯底、第一基部、第二基部、第三基部和第四基部對應設置形成所述基體結構；所述第一懸臂、第二懸臂、第三懸臂和第四懸臂對應設置形成所述懸梁結構；

所述第四懸臂遠離基體結構的一端上設有氣敏材料。

2.根據權利要求1所述的一種單懸梁氣體傳感器，其特征在于，所述第一懸臂、第二懸臂、第三懸臂及第四懸臂的外形均呈矩形。

3.根據權利要求1所述的一種單懸梁氣體傳感器，其特征在于，所述第一懸臂、第二懸臂、第三懸臂及第四懸臂的外形均呈等腰梯形，且沿遠離基體結構的方向，所述第一懸臂、第二懸臂、第三懸臂及第四懸臂的寬度均逐漸增大。

4.根據權利要求1-3任一項所述的一種單懸梁氣體傳感器，其特征在于，所述第一懸臂上設有沿第一懸臂長度方向延伸的第一孔。

5.根據權利要求4所述的一種單懸梁氣體傳感器，其特征在于，所述第三懸臂上設有第二孔，所述第二孔沿第三懸臂的長度方向延伸，并與第一孔對應設置。

6.根據權利要求4所述的一種單懸梁氣體傳感器，其特征在于，所述硅襯底、第一基部、第二基部、第三基部及第四基部均為矩形；所述第四基部設有第四懸臂的側邊的長度短于第一窗口遠離第二懸臂的側邊的長度；或第三窗口遠離第四懸臂的側邊的長度長于第二基部設有第二懸臂的側邊的長度。

7.根據權利要求1所述的一種單懸梁氣體傳感器，其特征在于，所述支撐膜為單層氧化硅層與單層氮化硅層形成的復合膜，氧化硅層與氮化硅層依次設置在硅襯底上，且氮化硅層的厚度大于氧化硅層的厚度；所述隔離膜為氧化硅膜或氮化硅膜。

8.一種傳感器陣列，其特征在于，由多個如權利要求1-7任一項所述的單懸梁氣體傳感器組成。

9.一種傳感器的制備方法，其用以制備如權利要求1-7任一項所述的一種單懸梁氣體傳感器，包括以下步驟：

(1)選擇硅襯底：當釋放薄膜采用各向同性的干法刻蝕或濕法腐蝕時，對硅襯底的金相無要求；當釋放薄膜采用各向異性濕法腐蝕時，選擇<100>晶向的硅片；

(2)制作支撐膜：在硅襯底上采用熱氧化和低壓化學氣相沉積法制備；

(3)制作加熱電阻：采用剝離工藝制備；

(4)制作隔離膜：先采用等離子增強化學氣相沉積制備，再利用反應離子刻蝕或離子束刻蝕該隔離膜，形成透過孔露出加熱電阻；

(5)制作檢測電極：采用剝離工藝制備；

(6)釋放薄膜：首先利用反應離子刻蝕或離子束刻蝕徹底刻蝕暴露支撐膜，露出硅襯底形成薄膜釋放窗口，然后采用四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀各向異性濕法腐蝕液，或采用各向同性濕法腐蝕液，或XeF₂各向同性干法腐蝕氣體來掏空支撐膜下面的硅襯底即可釋放出薄膜結構；

(7)氣敏材料的加載：在所述懸梁結構的端部沾取氣敏材料，經燒結完成氣敏材料的加載。

10.根據權利要求8所述的一種傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中加熱電阻為鉑電阻，厚度為所述步驟(4)中隔離膜的厚度為所述步驟(6)中檢測電極為鉑電極或金電極，其厚度為