[發明專利]一種微型甲烷傳感器及甲烷檢測方法

有效

• 申請號: 201811084814.2
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109239137B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 馬洪宇;孔祥林;陳鵬;杜亞娜;丁恩杰;趙小虎;王剛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N27/14
• 分類號: G01N27/14
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 李悅聲<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種微型甲烷傳感器的甲烷檢測方法，使用的微型甲烷傳感器包括支座（100）、加熱元件（101）以及一個或多個相互獨立的測量元件（102）；

所述支座（100）包括襯底（11）與設在襯底（11）上的隔離氧化硅層（12），隔離氧化硅層（12）上方設有單晶硅層（13）；

所述加熱元件（101）和每個測量元件（102）均包括并排設置在支座（100）上的U形懸臂和兩個固定端（1001）；所述加熱元件（101）的固定端（1001）與測量元件（102）的固定端（1001）相互獨立的設在支座（100）上，互不接觸；所述加熱元件（101）及測量元件（102）均通過各自的兩個固定端（1001）設在支座（100）上，加熱元件（101）的U形懸臂Ⅰ（1012）和測量元件（102）的U形懸臂Ⅱ（1022）的兩端分別與兩個固定端（1001）形成二端子器件，加熱元件（101）的U形懸臂Ⅰ（1012）和測量元件（102）的U形懸臂Ⅱ（1022）懸置在空氣中；所述固定端（1001）的單晶硅層（13）由支座（100）上的單晶硅層（13）加工而成，并與固定端之外支座（100）上其余部分的單晶硅層（13）不相連接，固定端（1001）的單晶硅層（13）中間設有摻雜硅層（24），固定端（1001）的單晶硅層（13）上可設有氧化硅層（23），電引出焊盤金屬（22）通過氧化硅層（23）的窗口與固定端（1001）的摻雜硅層（24）相接觸構成歐姆接觸；

所述加熱元件（101）的U形懸臂Ⅰ（1012）為單晶硅層（13）構成，由支座（100）上的單晶硅層（13）加工而成并與加熱元件（101）的兩個固定端（1001）的單晶硅層（13）連接，所述焊盤金屬（22）從固定端（1001）引出直至U形懸臂Ⅰ（1012）上；

所述加熱元件（101）與測量元件（102）的硅結構以及各個測量元件（102）的硅結構之間均相互隔離，加熱元件（101）、測量元件（102）的硅結構也都與隔離氧化硅層（12）上的其它的頂層單晶硅層（13）隔離不相連接；所述襯底（11）為硅或其它可采用MEMS工藝加工的材料；

所述加熱元件（101）的U形懸臂Ⅰ（1012）的兩條支撐臂上都設有由電引出焊盤金屬（22）延伸出的金屬層，兩條支撐臂上的金屬層延伸長度相同、且均不超過支撐臂長度的一半，加熱元件（101）的U形懸臂Ⅰ（1012）的兩支撐臂的寬度相同，其上由電引出焊盤金屬（22）延伸出的金屬層寬度相同且都窄于支撐臂的寬度；所述U形懸臂Ⅱ（1022）的兩個并排支撐臂寬度相同；在所述U形懸臂Ⅱ（1022）的一條支撐臂上設有由電引出焊盤金屬（22）延伸出的金屬層，長度不超過所在支撐臂的長度，寬度窄于所在支撐臂的寬度；

所述固定端（1001）由頂層單晶硅層（13）加工形成；頂層單晶硅層（13）上根據需要設有氧化硅層（23），設有氧化硅層（23）時，在氧化硅層（23）上設有電引出焊盤金屬（22），電引出焊盤金屬（22），通過所述氧化硅層（23）的窗口與其下單晶硅層（13）接觸，不設氧化硅層（23）時，在固定端（1001）上的單晶硅層（13）上直接設置電引出焊盤金屬（22）；電引出焊盤金屬（22）的外形面積小于固定端（1001）外形面積；

所述測量元件（102）垂直設置在加熱元件（101）兩側，測量元件（102）的U形懸臂Ⅱ（1022）放置于加熱元件（101）兩支撐臂的上下兩側，所述測量元件（102）的U形懸臂Ⅱ（1022）末端外側與對應的加熱元件（101）支撐臂外側之間的距離為2um至10um，所述測量元件（102）的U形懸臂Ⅱ（1022）末端的中點與加熱元件（101）的支撐臂上的金屬層盡頭相對齊；

其特征在于步驟為：

對加熱元件（101）通以直流電流或施加直流電壓，所施加的電流或電壓較大且使加熱元件（101）的U形懸臂Ⅰ（1012）末端加熱到550℃以上的高溫，測量元件（102）則不通電流亦不施加電壓而直接測量其兩端電壓；

以測量元件（102）在無甲烷氣體的正常環境中的兩個固定端（1001）兩端電壓作為參考電壓；當甲烷氣體濃度改變時，測量元件（102）的兩個固定端（1001）端電壓發生改變；根據測量元件（102）的兩個固定端（1001）的端電壓實現甲烷濃度的檢測。