[发明专利]红外气体浓度计、微流传感器、温敏电阻结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体传感器，特别是涉及一种微流传感器和一种微流传感器的温敏电阻结构。

背景技术

非分光红外（NDIR）气体检测系统具有灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于环境气体检测、工业废气以及尾气排放监测等领域。NDIR气体检测技术的原理是朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律。当脉冲红外光入射到样品气室，经待测气体吸收后，由探测器检测因吸收引起的特定波长光强变化，进而确定待测气体浓度。

探测器是NDIR气体检测系统的核心。检测密封腔室内的气体在吸收调制的红外光后产生的压力变化或微小气体流动的探测器称为光气动探测器，包括光声探测器和微流探测器。微流探测器检测精度高、检测限低、受震动影响小，是常用的光气动探测器。微流量传感器是微流探测器的核心器件。由于传统的微流传感器产品检测精度较低，无法用于NDIR气体检测。

发明内容

基于此，有必要提供一种检测精度和灵敏度较高的微流传感器。

为此，还提供一种可构成该微流传感器的温敏电阻结构。

以及，一种温敏电阻结构的制造方法。

最后，还提供一种基于该微流传感器的红外气体浓度计。

一种微流传感器的温敏电阻结构，包括：

硅基座，设有气流窗口；

薄膜电阻器，包括设于所述硅基座实体部分的片状电阻和悬于所述气流窗口部分的多条平行并均匀间隔排列的条状电阻；所述片状电阻和多条条状电阻之间串联；

悬梁，连接所述薄膜电阻器和硅基座，并支撑所述薄膜电阻器；所述悬梁采用氮化硅材料制成。

在其中一个实施例中，所述薄膜电阻器采用金属铂制成。

在其中一个实施例中，所述气流窗口的尺寸为1×1mm²，所述条状电阻为1000μm长、20μm宽，数量为20条且相互之间间隔30μm。

在其中一个实施例中，所述气流窗口自面向所述薄膜电阻器一侧向另一侧扩大。

一种微流传感器，包括上述的温敏电阻结构和所述温敏电阻结构的处理电路，所述温敏电阻结构的数量为两个且尺寸一致，所述两个温敏电阻结构以薄膜电阻器相互面对靠近的方式通过硅框粘接在一起，所述硅框的厚度决定所述两个温敏电阻结构之间的距离。

一种红外气体浓度计，包括：

红外光源，用于发射平行红外光；

样品气室，具有透光侧壁，且所述透光侧壁与所述红外光源相对设置；所述样品气室内部可通入待测浓度的样品气体；

微流探测器，具有通过微流管道连通的第一吸收腔室和第二吸收腔室，和设于所述微流管道内的上述的微流传感器；所述微流探测器连接所述样品气室，使所述红外光穿透所述样品气室后依次射入所述微流探测器的第一吸收腔室和第二吸收腔室。

一种微流传感器的温敏电阻结构的制造方法，包括如下步骤：

提供硅片，包括准备硅片和清洗硅片的步骤；

通过热氧化法在所述硅片表面生长二氧化硅层；

通过低压化学气相沉积法在所述二氧化硅层上形成氮化硅层；

在所述硅片正面的氮化硅层上通过磁控溅射形成铂铬合金层，并光刻所述铂铬合金层形成薄膜电阻器；所述薄膜电阻器包括片状电阻和多条平行并均匀间隔排列的条状电阻；所述片状电阻和多条条状电阻之间串联；

在所述铂铬合金层上蒸铝并光刻形成第一掩膜层；

蚀刻掉所述第一掩膜层外的氮化硅层和二氧化硅层；

在所述硅片背面的氮化硅层上蒸铝并光刻形成第二掩膜层；

蚀刻掉所述第二掩膜层外的氮化硅层和二氧化硅层，形成释放窗口；

采用湿法腐蚀所述释放窗口下的硅片形成气流窗口。

在其中一个实施例中，所述二氧化硅层的厚度为2700～3300埃。

在其中一个实施例中，所述氮化硅层的厚度为3.6～4.4微米。

在其中一个实施例中，所述铂铬合金层包括形成于氮化硅层上的铬层和形成于所述铬层上的铂层，所述铬层的厚度为180～220埃，所述铂层的厚度为1350～1650埃。

上述温敏电阻结构采用具有气流窗口的硅基底作为温敏电阻的支撑结构，在气流窗口处形成栅状的薄膜电阻器能感应、探测极低速气流，实现低流速的气流检测。同时采用氮化硅作为连接硅基底和温敏电阻的悬梁材料，不仅可以减小传导热损失，提高检测的精确度，也可以保证机械强度。

采用上述温敏电阻结构的微流传感器具有较高的检测精度，能够检测较低流速的气流。