[发明专利]一种气体传感器及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及生产、储备、运输有毒有害气体过程中气体的安全检测领域，特别是一种气体传感器及其制造工艺。

背景技术

随着社会的飞速发展和科技的突飞猛进，人们的生活呈现出与以往孑然不同的变化，这种变化一方面极大地提高了人们的生活水平和质量；但另一方面也给自己的生活空间和环境造成了不可估量的影响，环境污染日趋严重。工业生产规模逐渐扩大，产品种类不断增多，尤其是石油、化工、煤矿、汽车等工业的飞速发展导致火灾事故的不断发生，大气环境遭到严重破坏。例如，化工生产中经常使用和产生一些易燃易爆、有毒有害气体，这些气体一旦超标、泄漏，将严重影响生产人员及周围生活居民的身体健康，如果引起爆炸，将造成人员伤亡、生产停产和财产损失，其中煤矿瓦斯爆炸就是最熟悉的例子。再如，汽车产业的发展虽然给人们生活带来极大的便利，但其产生尾气造成的大气污染问题不容忽视，尾气中的NO_x、SOx等有毒气体可引起酸雨，CO₂等更是造成温室效应的罪魁祸首；另外，近年来，随着人们生活水平的提高以及人们对家居环境装饰要求的转变，大量新型装修和装饰材料悄然走进住宅和公共建筑物，走近人们的生活，加之现代建筑密闭化的特点，使得室内空气质量问题日益突出，而由于装修后甲醛超标造成的恶性病例更是时有报道。这些气体污染不仅危害人体健康，而且某种意义上阻碍了社会发展，更严重的将关系到生命的存亡。人类对这些气体的感知和承受能力是有限的，为了确保安全，防患于未然，人们研制了各种检测方法和测试仪器，以便及时准确地检测并控制环境中的各种有毒有害气体气体。传感器经过多年的发展，已广泛应用于各行业的生产、国防、医疗、生活和监测机构等领域。而研究和开发这些用于环境监测的气体传感器，更成为人们日益关心的问题。金属氧化物半导体(MOS)纳米薄膜气体传感器便是众多气体传感器中应用最广泛的一种。

金属氧化物半导体纳米薄膜的气敏性能往往需要被加热到一定温度才能发挥效果，因此需要在薄膜下制作微加热板，以提供给气敏薄膜足够的温度，这就带来了一定的功率损耗。而功耗过大的问题一直制约着MOS气体传感器的进一步发展。为降低功耗，往往将硅基底的底部掏空，但传统的绝热层依然会将大量热量传导至硅基底形成不必要的功率损耗。改变绝热层的形貌，近一步降低绝热层的可以大幅度降低绝热层传热能力，利用这种方式，设计出一种既制作工艺简单，功耗低的的气体传感器很有工程应用意义。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种气体传感器及其制造工艺。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种气体传感器，由下至上依次为铝层、第一二氧化硅层、硅基底、第二二氧化硅层、电极组层以及二氧化锡层；

其中，铝层、第一二氧化硅层以及硅基底为环形中空结构；

所述电极组层分为中心区和外围区；中心区包括叉指信号电极，位于叉指信号电极外围的测温电极以及位于测温电极外围的加热电极；外围区包括叉指信号电极引出叉指信号电极触脚，测温电极引出测温电极触脚以及加热电极引出加热电极触脚；

所述第二二氧化硅层位于相邻电极触脚之间的部分设置有窗口，第二二氧化硅层上相邻的窗口之间的部分构成悬臂结构；二氧化锡层位于电极组层中心区上方。

本发明中，所述叉指信号电极触脚和测温电极触脚各有一对，加热电极触脚为两对，两对加热电极触脚对向设置；叉指信号电极触脚和测温电极触脚对向设置，从而将两对加热电极触脚间隔开，所述窗口设置有四个，分别设置在相邻的两对电极之间。

本发明中，所述叉指信号电极的宽度为10μm，测温电极的宽度为10μm，加热电极的宽度为20μm，电极组的厚度为180nm～220nm。

本发明中，所述第二二氧化硅层的悬臂结构的宽为50μm，长为100μm。

本发明中，所述二氧化锡层的厚度为180nm～220nm。

本发明还公开了一种气体传感器的制造工艺，包括以下步骤：

步骤(1)，在硅基底上下表面生成二氧化硅层；

步骤(2)，在硅基底上表面的二氧化硅层上涂光刻胶，将电极组形状的掩模版盖在光刻胶上曝光，溶解被光照部分的光刻胶；

步骤(3)，在步骤(2)得到的产物的上表面生成铂薄膜层；

步骤(4)，剥离步骤(3)得到的产物上的光刻胶并去除光刻胶上的铂薄膜层，得到铂电极组；

步骤(5)，在铂电极组上制备、烧结二氧化锡层；在二氧化锡层上涂光刻胶、曝光并用氢碘酸将电极组中心区以及外围区以外部分的二氧化锡刻蚀掉；