[發(fā)明專利]一種基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011193402.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN112415054A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宇航;汪震海;張晨生;彭渤;許諾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京機(jī)械設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G01N27/00
• 分類號(hào): G01N27/00;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 梁田

1.一種基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)包括襯底、金屬電極層和氣敏層，其特征在于，所述襯底為硅晶圓的表面氧化層或基于柔性的絕緣材料，所述金屬電極為在所述襯底上經(jīng)過濺射-圖形化-腐蝕工藝后形成，所述金屬電極包括正電極和負(fù)電極，所述正電極和負(fù)電極相對(duì)設(shè)置，并且在電極的端部位置部分交疊，所述金屬電極由導(dǎo)電性能優(yōu)異的金屬材料制成，優(yōu)選的，所述金屬電極由金、銀或鋁制成，所述氣敏層為在所述襯底上連接所述各金屬電極交疊處的金屬電極端部的線狀結(jié)構(gòu)，通過將氣敏材料溶液化，并通過精密打印噴頭在所述正電極和負(fù)電極交疊區(qū)域以確定的步長滴涂而形成氣敏材料薄膜，所述氣敏材料薄膜與所述金屬電極和襯底均發(fā)生物理接觸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)，所述金屬電極為金屬梳齒電極，正電極和負(fù)電極均呈梳齒狀且在端部位置部分交疊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)，所述襯底為SiO₂或其他絕緣材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)，所述金屬電極的厚度約為50nm-100nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)，所述氣敏材料溶液化后成為墨滴。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)，所述確定的步長為用于精確控制噴頭移動(dòng)的最小步長。

7.一種基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

第一步，在襯底上制備金屬電極層，配合掩膜版，通過勻膠光刻顯影剝離工藝加工成型，所述金屬電極包括正電極和負(fù)電極，所述正電極和負(fù)電極相對(duì)設(shè)置，并且在電極的端部位置部分交疊；

第二步，在所述金屬電極層上制備氣敏層，首先制備氣敏材料溶液，將氣敏材料按確定的配比溶解于溶劑中，并通過超聲振蕩使之充分溶解，溶解后的氣敏材料即為墨水，然后將配制好的墨水放入精密打印設(shè)備的墨水腔體中，所述打印設(shè)備可精密控制每次噴出的墨水量，通過打印工藝加工所述氣敏層；

第三步，測試每個(gè)相鄰金屬電極之間的導(dǎo)電性，若存在某兩個(gè)相鄰金屬電極間不連通的情況，則在這兩個(gè)金屬電極間重復(fù)打印過程，直至電氣連通，最終形成完整的氣體敏感結(jié)構(gòu)；

第四步，氣體敏感結(jié)構(gòu)干燥與老化，通過溶劑溶解、去除多余的氣敏材料。向MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)表面通干燥氮?dú)?，并加熱?0-150℃，保持兩個(gè)小時(shí)，完成此步驟后，即完成了MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)的制備。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)的制備方法，所述金屬電極為金屬梳齒電極，正電極和負(fù)電極均呈梳齒狀且在端部位置部分交疊。

9.根據(jù)權(quán)利要求7和8所述的基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)的制備方法，在所述第二步中，通過打印工藝加工氣敏層的具體方法為，以金屬電極交疊區(qū)域邊緣為起點(diǎn)，將噴頭對(duì)準(zhǔn)該區(qū)域，開始打印，噴頭運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榇怪庇诮饘匐姌O延伸的方向，移動(dòng)步長約為墨滴擴(kuò)散半徑，重復(fù)打印過程直至墨滴覆蓋全部金屬電極，在所述襯底上形成連接所述正電極和負(fù)電極的近似線狀的氣敏薄層。

10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的基于墨滴打印的MEMS氣體敏感結(jié)構(gòu)的制備方法，所述第四步中的加熱步驟在溫度控制箱中進(jìn)行。