[发明专利]半导体气体传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子器件制造技术领域，具体涉及一种半导体气体传感器、以及该半导体气体传感器的制备方法。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，工业生产规模逐渐扩大，但是由此导致的事故也不断发生，比如石油化工和煤矿行业所产生的易燃易爆、有毒有害的气体，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和财产损失。另外，随着人们生活水平的提高及人们对家居环境装饰要求的转变，使得室内空气质量问题日益突出，由于装修后有毒超标造成的恶性病例更是时有报道。为了确保安全和防患于未然，人们研制了各种检测方法和检测仪器，其中气体传感器已经广泛应用于各行业的生产和生活领域。

气体传感器主要分为电化学式、半导体式、热传导式和光学式等。其中半导体传感器因为检测灵敏度高、响应恢复时间短、元件尺寸微小、寿命长、价格低廉而越来越受到人们的重视。尤其是近年来随着微机械加工技术的发展，借助于微电子工艺半导体气体传感器更是向着集成化、智能化方向发展。由于作为气体敏感材料的金属氧化物半导体需要加热到较高温度时才显现出较好的敏感特性，因此在制备半导体气敏传感器时必须先制备气敏材料的加热电极，然后再制备信号感测电极。

目前，用微电子工艺制备的半导体气体传感器一般具有两种结构，第一种将加热电极和信号感测电极设置于基底的两侧，加热电极隔着基底为信号感测电极加热，所需要的功耗较大；第二种将加热电极和信号感测电极设置于基底的同侧，此种结构中，同侧需要用一层绝缘介质层将加热电极和信号感测电极隔开，这层绝缘介质层采用物理气相沉积的方式制备，需要昂贵的物理气相沉积设备和掌握复杂的刻蚀工艺，提高了传感器的生产成本。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种半导体气体传感器，其生产成本较低。

本发明的目的还在于提供提供一种半导体气体传感器的制备方法。

为实现上述发明目的之一，本发明提供一种半导体气体传感器，包括：

基底，所述基底具有表面；

设置在所述表面的加热电极；

位于所述加热电极形成的热场内的信号感测电极，所述信号感测电极包括导电电极以及电性连接所述导电电极的气敏材料；其中，

所述加热电极和所述信号感测电极之间设置有绝缘介质层。

作为本发明的进一步改进，所述绝缘介质层的材质选自氧化铝、二氧化硅、二氧化铪中的一种或几种。

作为本发明的进一步改进，所述基底、加热电极、以及信号感测电极之间分别设置有粘结层。

作为本发明的进一步改进，所述粘结层为Ti金属薄膜、或Cr金属薄膜、或Ti/Cr合金薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述基底选自表面氧化的硅片、玻璃片、石英片、氧化铝陶瓷片、氮化铝陶瓷片、氧化锆陶瓷片、聚酰亚胺薄膜中的一种，所述基底的厚度为100um~1000um。

作为本发明的进一步改进，所述加热电极的材质选自金、银、铂、铜、钨、铂金合金、银钯合金、镍铬合金、钼锰合金、氮化钛、氧化钌中的一种，所述导电电极的材质选自金、银、铂、铜、钨中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述加热电极呈方波、或锯齿波、或三角波、或正弦波、或蛇形。

作为本发明的进一步改进，所述绝缘介质层通过喷墨印刷的方式制得。

为实现上述另一发明目的，本发明提供一种半导体气体传感器的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、在基底上制作加热电极；

S2、在基底上喷墨印刷一层绝缘介质层的前驱体墨水；

S3、将经过步骤S2处理的基底进行退火，得到形成在基底上的绝缘介质层；

S4、在所述绝缘介质层上制作导电电极，并在所述导电电极上沉积气敏材料，得到半导体气体传感器。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中的退火温度为500℃~1000℃，退火处理的时间为10min~24h。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中形成的绝缘介质层的厚度为200nm~2um。

与现有技术相比，本发明提供的半导体气体传感器通过采用喷墨印刷的方式制备绝缘介质层，可以大大减少传感器的生产成本，并且，喷墨印刷的分辨率高，可以精确定位印刷设计好的图案，工艺流程简单。

附图说明

图1是本发明半导体气体传感器一实施方式的结构示意图；

图2图1所示的半导体气体传感器未制作信号感测电极时的结构示意图；