[发明专利]丙酮气敏传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统领域，特别涉及一种丙酮气敏传感器及其制备方法。

背景技术

丙酮气敏传感器可在医学诊断、食品检测、公共安全等领域发挥重要的作用。现有的丙酮气敏传感器主要有催化燃烧式传感器、电化学传感器以及半导体传感器三类。其中，半导体传感器因具有灵敏度高、相应快、操作简单等优点受到广泛关注。

半导体传感器是利用氧化物半导体在高温时与丙酮气体相互作用，发生物理吸附、扩散、化学吸附、解吸附、逆扩散从而引起载流子数量增加，氧化物半导体电阻减少，外部电信号相应变化。目前关于丙酮半导体传感器的研究主要分为两个方向：采用旁热式结构对敏感材料进行研究，以及采用微机电系统工艺对内热式结构进行研究。现有的内热式结构受加工工艺的影响，保留有体硅结构，由于硅具有较好的热导性，会导致器件功耗增加。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种集成度高、低功耗的丙酮气敏传感器及其制备方法。

本发明提供了一种丙酮气敏传感器，包括：底座，底座包括镂空结构；支撑层，一侧与底座的正面复合，且支撑层悬空地架设在镂空结构上；加热电阻，设置在支撑层的另一侧；绝缘层，复合在加热电阻及支撑层的另一侧；两个电极，间隔地设置在绝缘层的远离支撑层一侧的表面上；对丙酮气体敏感的敏感层，设置在绝缘层的外侧，且两个电极分别与敏感层的两侧连接。

优选地，敏感层是氧化物半导体，优选地，可以是氧化锌、氧化锡、或氧化钨等材料、或在这些材料基础上掺杂得到的材料，优选地敏感层的厚度为0.1微米至1微米。

优选地，支撑层是半导体介质，优选地可以是氮化硅、或氧化硅等，优选地支撑层的厚度在0.1微米至1微米。

优选地，加热电阻是导体，优选地可以是铂、金、多晶硅等，优选地加热电阻的厚度在0.05微米至0.5微米。

优选地，绝缘层是半导体介质，优选地可以是氮化硅、或氧化硅等，优选地绝缘层的厚度在0.1微米至1微米。

优选地，电极是金属，优选地可以是金、铂等，优选地电极的厚度在0.1微米至0.5微米。

优选地，底座是指硅衬底。

本发明还提供了一种丙酮气敏传感器的制备方法，包括：在底座的正面淀积半导体介质从而形成支撑层；在支撑层上淀积导体以形成加热电阻；优选地，将导体经过光刻、刻蚀后形成多个线条形的加热电阻；在加热电阻上淀积半导体介质以形成绝缘层；在绝缘层上淀积金属以形成两个电极；优选地，电极是金属，优选地可以是金、铂等，优选地电极的厚度在0.1微米至0.5微米；在电极上淀积对丙酮气体敏感的氧化物半导体以形成敏感层；优选地，敏感层是氧化物半导体，优选地，可以是氧化锌、氧化锡、或氧化钨等材料、或在这些材料基础上掺杂得到的材料，优选地敏感层的厚度为0.1微米至1微米；在底座的背面通过淀积、光刻、刻蚀形成腐蚀窗口，通过腐蚀窗口背面腐蚀底座的体硅，以在底座上形成镂空结构，最终释放得到悬空的不含体硅的多层膜结构。

优选地，背面腐蚀是通过KOH湿法腐蚀或TMAH湿法腐蚀与XeF2干法刻蚀共同实现的。

优选地，支撑层的淀积和绝缘层的淀积是通过化学气相沉积实现；优选地，加热电阻的淀积和电极的淀积是通过溅射、蒸发、电镀中的一种或几种实现的；优选地，敏感层的淀积是通过溅射、蒸发、溶胶凝胶、等离子体增强化学气相沉积、喷雾热解、激光烧结中的一种实现的。

由于采用了KOH湿法腐蚀或TMAH湿法腐蚀与XeF2干法刻蚀相结合的背面腐蚀工艺，支撑层可悬空地架设在镂空结构上，因此构成了不含体硅的多层膜结构，有效降低了结构热导，加热电阻在低功率的情况下就能使敏感层温度升至工作温度，从而进一步降低了丙酮气敏传感器功耗，使器件具有高集成度、低功耗的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是底座及支撑层的仰视图。

图中，1、底座；2、支撑层；3、加热电阻；4、绝缘层；5、电极；6、敏感层；7、镂空结构。

具体实施方式

本发明针对现有技术的不足，提供一种丙酮气敏传感器及其制备方法，利用不含体硅的多层膜结构降低器件功耗，使器件具有高集成度、低功耗的特点。