[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

说明书

本发明提供一种补偿型电阻式集成气体传感器阵列及其制备方法，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；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，同一组的叉指电极同时喷涂同种薄膜，不同组叉指电极喷涂不同薄膜；本发明有效减小了传感器系统的体积，有效地提高了传感器对待测气体或蒸汽分子的响应灵敏度，避免了外界环境温湿度和电路本身漂移等影响，电路结构简单，体积小，重量轻，功耗低，可以用于对混合气体检测的各种电子鼻系统中。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种补偿型电阻式集成气体传感器阵列及其制备方法。

背景技术

随着科技进步和工业生产的发展，大气中的有毒有害气体也越来越多，因此实现多种混合气体的定量和定性检测，在能源、化工、医疗、食品、环境监测和战争毒气检测等领域有着重要的意义。但是现在的检测手段越来越不满足检测需求，因此发展高性能的电子鼻系统已经成为新的发展趋势。

由于叉指电极对涂覆在其上的薄膜电阻、电解质变化响应极其灵敏，因此基于叉指电极的电阻型、电容型气体传感器如雨后春笋般涌现。但传统的气体传感器技术已经到其技术极限。它的性价比不可能再有大幅度的提高。而且它存在以下几方面严重的不足：因结构尺寸大，而时间(频率)响应差；输入-输出存在非线性，且随时间漂移；参数易受环境条件变化的影响而漂移；信噪比低，易受噪声干扰；交叉灵敏度、选择性、分辨率不高。以上不足是传统传感器性能不稳定、精度低、可靠性差的主要原因。因此发展准确度高，稳定性好，可靠性高，而且具备一定的数据处理能力，并能够自校，自检，自补偿的传感器系统尤为重要。

发明内容

针对上述内容，本发明所要解决的技术问题是：提供一种补偿型电阻式集成气体传感器阵列及其制备方法。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

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、产生探测偏置电流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。

由于CMOS集成电路的设计规则要求，利用接口焊盘工艺实现的叉指电极尺寸应较大，所以若n值过大，则造成芯片面积相应过大，因此通常情况下取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。

相邻两行中上下处于同列的探测电阻和补偿电阻构成一组，这样既方便补偿电阻和探测电阻接入到电路系统时，金属连接走线等长，避免金属线的电阻值不同造成误差，又方便同一组探测电阻和补偿电阻沉积相同的敏感薄膜，实现集成传感器阵列对环境温湿度的补偿。补偿电阻分布在第2,3行，属于集中分布在阵列的中央位置，这样方便镀膜完毕后，将所有补偿电阻一起用绝缘胶覆盖，保证补偿电阻免受被测气体的影响。