[发明专利]基于导电聚合物-碳黑颗粒的气敏微传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域的微传感器，特别涉及一种基于导电聚合物-碳黑颗粒的气敏微传感器。

背景技术

自1977年导电聚合物被发现以来，世界各国掀起了研究导电聚合物的热潮。大量研究表明，各种共轭聚合物经掺杂后都能变为具有不同导电性能的导电聚合物。在导电聚合物中掺入碳黑并制成敏感膜，当敏感膜吸收了某些气体后，体积膨胀，使得碳黑颗粒间距增大，敏感膜电阻随之增加，基于此原理的传感器对大多数有机类气体都有广泛的响应。

经对现有技术的文献检索发现，杨秋冬等在《传感技术学报》2005年9月第18卷第3期504-513页上发表的“基于聚合物碳黑混合物气敏微传感器的研究”，该文中提出了一种采用聚合物-碳黑敏感材料的气敏微传感器。具体结构如下：传感器为层状结构，从底层到顶层分别为硅衬底、二氧化硅层、氮化硅膜、肽层、铂金梳状叉指电极和聚合物-碳黑混合物敏感膜。具体工作原理如下：通入待检测气体，由于聚合物在吸附了待检测气体之后，体积发生膨胀，搀杂在其中起导电作用的碳黑之间的平均距离也随之增加，那么聚合物-碳黑敏感膜的电阻率就会增加。通过多次通入待测气体得到敏感膜的电阻率的平均增加值，从而可以计算出待测气体的浓度。这种装置的缺点是在每一次检测气体前必须通入5分钟的氮气使得敏感膜中的吸附气体解吸附，电阻恢复到初始状态。这使得检测一次气体周期较长，多次检测很耗费时间，微气敏传感器的工作效率较低。

发明内容

本发明针对现有的技术的不足，提供一种基于导电聚合物-碳黑颗粒的气敏微传感器，通过辅以加热电阻丝，大大加快吸附在聚合物-碳黑混合物敏感膜上的气体和可能存在的水汽解吸附，将原来通入氮气5分钟的时间减少到2分钟。这可以有效地克服检测一次气体周期长的缺点，显著提高气敏微传感器的工作效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所述的基于导电聚合物-碳黑颗粒的气敏微传感器为层状结构，从底层到顶层包括硅衬底、二氧化硅层、氮化硅膜、钛层、加热电阻丝与梳状叉指电极、聚合物-碳黑混合物敏感膜，其中每一层直接覆盖在下一层的上面。

所述硅衬底、二氧化硅层、氮化硅膜、钛层自下而上构成传感器的支撑结构。

所述聚合物-碳黑混合物敏感膜，其中导电聚合物与碳黑颗粒混合质量比为4：1。

所述加热电阻丝与梳状叉指电极，其材料为铂金材料。

所述硅衬底，其厚度为450μm。

所述二氧化硅层，其厚度为50μm。

所述氮化硅，其厚度为20μm。

所述钛层，其厚度为2μm。

所述加热电阻丝与梳状叉指电极，其厚度分别为1μm。

所述聚合物-碳黑混合物敏感膜，其厚度为30μm。

所述导电聚合物，可以是PEDT(聚3，4一乙烯二氧噻吩)等常用导电聚合物。

本发明工作时，每次检测气体之前，通入氮气的过程中，给加热电阻丝通电，加速吸附在聚合物-碳黑混合物敏感膜及梳状叉指电极的水汽和气体的解吸附。每次检测气体之后，通入氮气的过程中，给加热电阻丝通电，加速待检测气体的解吸附。通过分别测量气体通入后的稳定值和排空后的稳定值，可以计算出待检测气体的浓度。

本发明和现有的基于导电聚合物-碳黑混合物的气敏微传感器相比，提供了一种检测时间大大缩短的基于导电聚合物-碳黑颗粒的气敏微传感器，它能有效地克服检测一次气体周期长的缺点，显著提高气敏微传感器的工作效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明加热电阻丝与梳状叉指电极示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例包括硅衬底、二氧化硅层、氮化硅膜、钛层、加热电阻丝与梳状叉指电极、聚合物-碳黑混合物敏感膜，这些部分从底层到顶层依次排列，采用微细加工技术，每一层直接制造覆盖在下一层的上面。

如图1所示，其中：1为聚合物-碳黑混合物敏感膜，其中导电聚合物与碳黑颗粒混合质量比为4：1。

2为加热电阻丝与梳状叉指电极。

3为支撑结构，由硅衬底，二氧化硅层，氮化硅膜，钛层自下而上构成。

所述硅衬底，其厚度为450μm。

所述二氧化硅层，其厚度为50μm。

所述氮化硅，其厚度为20μm。

所述钛层，其厚度为2μm。