[发明专利]补偿型电阻式集成气体传感器阵列及其制备方法

权利要求书

1.一种补偿型电阻式集成气体传感器阵列，该气体传感器阵列包括2n个叉指电极和n个转换电路，每两个叉指电极构成一组，共n组，每一组叉指电极中一个作为补偿电阻的基本结构，另一个作为探测电阻的基本结构,叉指电极与转换电路集成在同一个芯片上，每个转换电路包括产生补偿电流I_b的补偿偏置电路、产生探测信号I_s的探测偏置电路、跨阻放大电路和输出缓冲电路，其中2≤n≤10；所述2n个叉指电极分成四行排列，如果n为偶数，则每行n/2个叉指电极，若n为奇数，则第1,2行每行(n+1)/2个叉指电极，第3,4行每行(n-1)/2个叉指电极，第2,3行的叉指电极作为补偿电阻的基本结构，第1,4行的叉指电极作为探测电阻的基本结构,相邻的第1,2行中上下处于同列的每两个叉指电极组成一组，相邻的第3,4行中上下处于同列的每两个叉指电极也组成一组，共n组，同一组叉指电极同时喷涂同种薄膜制备得到一对探测电阻和补偿电阻，不同组叉指电极喷涂不同薄膜，所有的补偿电阻都集中分布在叉指电极阵列的中央；

所述探测偏置电路连接到探测电阻，用于产生探测信号I_s，探测偏置电路由NMOS管和探测电阻R_S组成，探测电阻R_S一端接NMOS管的漏极，另一端接地，NMOS管的栅极接入偏压Vfid，源极与补偿偏置电路的输出信号相连接，电压Vfid通过一个NMOS管对探测电阻R_S进行偏置，产生探测信号I_s，

其中，R_S为探测电阻；C_OX为单位面积的氧化层电容；V_thn为NMOS管的阈值电压，(W/L)_n为NMOS管栅极长宽比；μ_n为NMOS管的电子迁移率；Vfid为NMOS管栅极的输入偏压，t表示时间。

2.如权利要求1所述的补偿型电阻式集成气体传感器阵列，其特征在于：所述补偿偏置电路连接到补偿电阻，用于产生补偿电流I_b，补偿偏置电路由PMOS管和补偿电阻R_b组成，补偿电阻R_b一端接PMOS管的漏极，另一端接输入电压V_SK，PMOS管的栅极接入偏压Veb，源极与探测偏置电路的输出信号相连接，电压Veb通过一个PMOS管与Vsk共同偏置补偿电阻R_b,产生补偿电流I_b，调节输入电压Veb，Vfid值，使初始电流I_s(0)＝I_b(0)。

3.如权利要求1所述的补偿型电阻式集成气体传感器阵列，其特征在于：所述跨阻放大电路由一个运算放大器和一个阻值较大的跨阻Rm组成，跨阻两端连接运算放大器的反向输入端和输出端，探测偏置电路和补偿偏置电路的输出端连接到运算放大器的反向输入端，运算放大器的正向输入端输入参考电压Vref，跨阻放大电路将探测输出信号和补偿输出信号做差，并将探测输出信号和补偿输出信号的差放大，产生放大的输出信号V_out；V_out＝Vref-R_mdi(t)，其中di(t)＝I_s(t)-I_b(t)；当初始电流I_s(0)＝I_b(0)时，输出信号大小为Vref值。

4.如权利要求1所述的补偿型电阻式集成气体传感器阵列，其特征在于：所述输出缓冲电路由一个差动运算放大器组成，运算放大器的正向输入端接跨阻放大电路的输出端，运算放大器的反向输入端连接运算放大器的输出端，跨阻放大电路的输出信号经过输出缓冲电路后输出，输出信号与探测电阻阻值呈线性关系。

5.如权利要求1至4任意一项所述的补偿型电阻式集成气体传感器阵列的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)利用CMOS集成电路制造工艺，将传感器的叉指电极和转换电路集成到同一个硅基芯片上，其中叉指电极由顶层金属实现，通过集成电路中加工接口焊盘的工艺方法，将顶层金属暴露，实现叉指电极的裸露；

(2)用气喷成膜的方法将敏感薄膜沉积在同一组叉指电极制备探测电阻和补偿电阻，所述2n个叉指电极分成四行排列，第1,2行中上下处于同列的每两个叉指电极组成一组，第3,4行中上下处于同列的每两个叉指电极组成一组，同一组的叉指电极同时喷涂同一种薄膜材料得到一对探测电阻和补偿电阻，不同组的叉指电极喷涂不同种类的薄膜材料；

(3)镀膜完毕后，将第2,3行的所有补偿电阻用绝缘的涂覆胶覆盖。