[发明专利]一种基于MEMS的金属氧化物气体传感器及制备工艺

权利要求书

1.一种基于MEMS的金属氧化物气体传感器，自下而上分别为掩蔽层、Si基底、绝缘层,其中Si基底背部开有绝热槽，其特征在于，所述绝缘层上设置有一对加热元件及引线盘、一对敏感电极及引线盘、矩形微阵列，所述矩形微阵列位于绝缘层上的中心区域，该矩形微阵列上生长有金属氧化物三维多级纳米结构，该结构通过相互交叉的枝状搭接实现电学连接。

2.如权利要求1所述的基于MEMS的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述一对加热元件按照中心对称、螺旋方式布置，二者相对的中心位置被空出一矩形区域；在该矩形区域中及加热元件内侧，按照中心对称、螺旋方式布有一对敏感电极，二者相对的中心位置形成内矩形区，其中布置矩形微阵列；所述两个加热元件各含一对独立引线盘，分布于绝缘层上表面靠近四角的位置；每个敏感电极各自有一个引线盘，对称分布于绝缘层上表面靠近一对边的位置。

3.如权利要求1所述的基于MEMS的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述的加热元件、敏感电极和矩形微阵列均采用Ti-Pt薄膜制成；所述的金属氧化物为TiO₂。

4.如权利要求1所述的基于MEMS的金属氧化物气体传感器，其特征在于，所述的掩蔽层、绝缘层均由SiO₂-Si₃N₄复合而成。

5.一种权利要求1所述的基于MEMS的金属氧化物气体传感器的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤：

（1）在Si基底背面、正面分别采用热氧化、LPCVD沉积工艺制备掩蔽层和绝缘层；

（2）在正面绝缘层上，通过光刻、磁控溅射工艺加工制得厚度不小于300nm的加热元件及其引线盘、敏感电极及其引线盘；

（3）通过光刻、磁控溅射工艺在绝缘层上中心区域加工出厚度不小于300nm矩形微阵列；重复光刻工艺，定义出金属氧化物三维多级纳米结构的生长阵列；

（4）通过光刻、湿法刻蚀工艺去掉Si基底背面的掩蔽层及Si基底本身，形成带有绝热槽的硅片；

（5）在步骤（3）定义的生长阵列上，利用水热合成法生长出通过相互交叉的枝状搭接实现电学连接的金属氧化物三维多级纳米结构。

6.如权利要求5所述的基于MEMS的金属氧化物气体传感器的制备工艺，其特征在于，所述的盐酸的质量浓度为37%。

7.如权利要求5所述的基于MEMS的金属氧化物气体传感器的制备工艺，其特征在于，所述利用水热合成法生长出通过相互交叉的枝状搭接实现电学连接的金属氧化物三维多级纳米结构的具体工艺是：

a、将钛酸丁酯、盐酸、油酸按体积比1:1:5混合，磁力搅拌后放入高压水热反应釜中；

b、将去掉Si基底背面掩蔽层及Si基底本身，形成带有绝热槽的硅片放入步骤a所述的反应釜中，于200摄氏度以下保温至少4小时后取出，用无水乙醇清洗数次除去多余有机物，用丙酮洗去多余光刻胶，干燥后得到TiO₂纳米气体传感器。

8.如权利要求7所述的基于MEMS的金属氧化物气体传感器的制备工艺，其特征在于，所述的干燥是在80摄氏度、空气环境下烘培4小时。