[发明专利]一种多端输出薄膜气敏传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别涉及一种多端输出薄膜气敏传感器。

背景技术

气敏传感器，又称气体传感器，是指利用各种化学、物理效应将气体成分、浓度按照一定的规律转换成电信号输出的传感器件，是化学传感器中最活跃的一种，广泛应用于环保、医疗、卫生、煤矿安全、工业、军事等领域，用来检测和鉴别易燃、易爆、有毒气体、工业废气、汽车尾气和环境保护气体等。

常见的薄膜气敏传感器，输出为某一种电参量输出，比如电导或者电容等。有些气体在气敏材料吸附后引起材料的电导发生明显变化，而有些气体则引起材料的电容有很大变化。因此在进行器件设计时，常常需要考虑被测气体和材料特性。本发明在同一个器件结构上同时设计两种电参量输出，对于电导型气体和材料可以提取其主要电导参量，同时提取其次要电容参量作为补充。而对于电容型气体和材料可以提取其主要电容参量，同时提取其次要电导参量作为补充。在后端数据辨识系统中，可以通过两种主要参量和次要参量，来准确识别气体种类和浓度值。

本发明的意义在于通过多数据获取来确定唯一变量，可以实现高精度、高可靠性测量。

发明内容

本发明实现一种多端输出薄膜气敏传感器，采用该结构的气敏传感器具有灵敏度高、选择性好、室温下工作、易于操作等优点。

本发明的技术方案是这样实现的：包括传感器的绝缘衬底，气体敏感膜，薄膜电极层。以绝缘材料(刚性和柔性)作为衬底，通过直流磁控溅射在衬底上淀积金属薄膜，接着采用光刻工艺形成复合电极，在复合电极上面设置气体敏感膜。

所述的绝缘衬底材料是钙钠玻璃、二氧化硅等其他刚性绝缘材料，或者是柔性聚合物绝缘材料。

薄膜电极、气体敏感膜位于传感器的绝缘衬底同侧。

所述的薄膜电极包括电导信号拾取电极和电容信号拾取电极，电导信号拾取电极和电容信号拾取电极之间是相互独立的，电容信号拾取电极采用环形叉指结构，同时可作为加热丝。

所述的薄膜电极材料采用镍、铬、不锈钢及其它二元或者多元合金混合物。

所述的气体敏感膜材料采用金属氧化物，或者是碳纳米管，或者是有机聚合层，或者是金属氧化物、碳纳米管和有机聚合层的复合材料。

同现有的技术相比较，本设计结构的多端输出薄膜气敏传感器有以下优点：(1)同一个器件结构上同时设计两种电参量输出，对于电导型气体和材料可以提取其主要电导参量，同时提取其次要电容参量作为补充。而对于电容型气体和材料可以提取其主要电容参量，同时提取其次要电导参量作为补充。在后端数据辨识系统中，可以通过两种主要参量和次要参量，来准确识别气体种类和浓度值。(2)采用环形叉指电极，不仅拾取信号，而且可对气体敏感膜进行加热，将吸附到气体敏感膜上的测试气体迅速解吸，传感器快速恢复到初始状态，提高传感器的稳定性和重复性。(3)通过多数据获取来确定唯一变量，可以实现高精度、高可靠性测量。(4)制造工艺简单，重复性好，可批量制备。

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图。

图中，1、4、5、8表示电导信号拾取电极引出端；2、3、6、7表示电容信号拾取电极引出端；9表示传感器的绝缘衬底；10表示气体敏感膜；a、b、c、d、e分别为五个间距。

图2本发明采用的传感器新结构的剖面结构示意图。

图中，9表示传感器的绝缘衬底；10表示气体敏感膜；11表示薄膜电极层。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

参照图1～2进行制作本发明传感器，图1为本发明的俯视结构示意图。1、4、5、8为电导信号拾取电极引出端，具有拾取气体敏感膜上的电导信号的功能。2、3、6、7为叉指环形电容信号拾取电极的引出端，具有拾取气体敏感膜上的电容信号和加热电极功能。9为传感器的绝缘衬底。10为气体敏感膜。a、b、c、d、e为五个间距尺寸，a的取值范围为50um到300um，b的取值范围为50um到300um，c的取值范围为250um到1000um，d的取值范围为1mm到1.5mm，e的取值范围为2mm到14mm。图2为本发明的剖面结构示意图。9为传感器的绝缘衬底。11为薄膜电极层。10为气体敏感膜。