[实用新型]一种具有两支撑悬梁六层结构的电阻式气体传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及气体传感器领域，尤其涉及一种具有两支撑悬梁六层结构的电阻式气体 传感器。

背景技术

气体传感器已经在工业、民用和环境监测三大主要领域内取得了广泛的应用。目前检测 气体的方法和手段已经非常多，主要包括催化燃烧式、电化学式、热导式、红外吸收式和半 导体式气体传感器等。半导体式气体传感器包括电阻式半导体气体传感器和非电阻式半导体 气体传感器，电阻式气体传感器是利用阻值变化来检测气体浓度。由于电阻式半导体传感器 具有灵敏度高、操作方便、体积小、成本低廉、响应时间和恢复时间短等优点，因此应用最 为广泛，特别在对易燃易爆气体(如CH4，H2等)和有毒有害气体(如CO，NOx等)的探测 中起着重要的作用。

半导体气体传感器通常使用金属氧化物作为气敏材料，通过在其表面吸附气体及表面反 应而引起自身电阻的变化，从而监测到目标气体。气敏材料的比表面积越大灵敏度越高，越 容易吸附目标气体。现有的制备气敏材料的方法很多，比如化学气相沉积法、化学水浴沉积 法等，其制得的气敏材料比表面积大，化学活性高，可以监测到浓度较低的目标气体。但是， 由于制备气敏材料的过程中引入了气体杂质，气敏材料会存在缺陷，这些缺陷会导致传感器 在长期使用过程中灵敏度和选择性降低。

目前，如何提高传感器的灵敏度和选择性，是本领域技术人员渴望解决的技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有两悬梁六层结构的电阻式气 体传感器，其具有较高的灵敏度和选择性。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种具有两支撑悬梁六层结构的电阻式气体传 感器，所述电阻式气体传感器的六层结构自下而上依次为：

硅衬底框架，其内凹形成隔热腔体，硅衬底框架上分布有供电电极、探测电极；

加热膜层，其包括加热膜区、过渡区和支撑悬梁，加热膜层悬浮于隔热腔体的上方，加 热膜区的两端分别与过渡区连接，过渡区的两端分别与支撑悬梁的一端连接，支撑悬梁的另 一端与硅衬底框架连接；

加热层，其包括加热电阻丝和供电引线，加热电阻丝以折线形式排布在加热膜区上，供 电引线排布在支撑悬梁上；

隔离层，其包裹所述加热层，起电绝缘的作用，有效防止相互干扰；

电极层，其包括叉指电极和探测引线，叉指电极位于隔离层上；

敏感膜层，其覆盖在所述电极层上，并且与所述叉指电极电性连接；

敏感膜层包括两层以上敏感膜，各层敏感膜逐层电性连接，所述各层敏感膜自下而上， 其比表面积逐渐减小、孔隙尺寸逐渐增大。

作为对上述方案的进一步改进，该孔隙为球形结构，最内层孔隙的内径大于10纳米，最 外层孔隙的内径小于10微米。

通常情况下，敏感膜层的比表面积越大，灵敏度越高，因此可以通过改变敏感膜的孔隙 大小和密度来调控气体传感器的灵敏度。在比表面积大的敏感膜上覆盖比表面积较小的膜， 可以用于提高传感器的选择性，通过改变其材料和结构，可以改变不同气体分子在其表面的 吸附能力，吸附能力越高的分子，检测灵敏度越高；吸附能力越低的分子，检测灵敏度越低， 从而实现提高选择性的目的。

作为对上述方案的进一步改进，隔热腔体的形状为横截面呈倒梯形结构、V字型结构或 圆弧形结构。

作为对上述方案的进一步改进，加热层的加热电阻丝通过供电引线与硅衬底框架上的供 电电极相连。

作为对上述方案的进一步改进，电极层的叉指电极通过探测引线与硅衬底框架上的探测 电极相连。

作为对上述方案的进一步改进，加热膜区的形状为矩形结构，过渡区的形状为等腰梯形 结构，且等腰梯形的下底边与矩形加热膜区的短边相连，等腰梯形的上底边与支持悬梁相连。