[发明专利]气体浓缩传感一体器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种气体浓缩传感一体器件及其制备方法。一体器件为表面覆有介孔隔热层的硅片上依次置有的连接电极的金属氧化物气体传感器、环形绝缘层、环形铂微加热器、环形绝缘层和环形气体浓缩器，其中，环形铂微加热器的宽度≤1μm、厚200‑500nm，电极分别与铂微加热器和电源电连接；方法为多次于表面覆有介孔隔热层的硅片上涂敷电子束抗蚀剂、通过电子束曝光法在电子束抗蚀剂上刻画出相应器件的图形、于图形上溅射或蒸镀出相应的器件后，于环形绝缘层上生长气体浓缩器，制得目的产物。它有着结构紧凑、功耗小，检测极限高、实时和便捷的优点，极易于广泛地应用于对气体的高灵敏度检测，使其在可穿戴或可嵌入智能终端等领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种一体器件及制备方法，尤其是一种气体浓缩传感一体器件及其制备方法。

背景技术

室内外环境中的痕量气体携带了环境与健康相关的重要信息，研发可穿戴或可嵌入智能终端的微型半导体气体传感器，将处于物联网时代的发展前沿，有着广阔的市场应用前景。近期，人们为了进一步地提升氧化物半导体气体传感器的检测限，以有力地推进其在痕量污染气体、呼吸气体检测等领域中的应用，作了一些有益的尝试和努力，如题为“UItratrace Measurement of Acetone from Skin Using Zeol ite:TowardDevelopment of a Wearable Monitor of Fat Metabol ism”，Analytical Chemistry，87(2015)7588-7594(“使用沸石检测皮肤释放的痕量丙酮：开发可穿戴式脂肪代谢监测传感器”，《分析化学》2015年第87卷第7588-7594页)的文章。该文中提及的监测传感器为玻璃瓶中置有丙酮传感器和其旁边设置的外缠铂电热丝的气体浓缩器，其中，丙酮传感器和铂电热丝的两端均连接有电极，气体浓缩器为沸石，电极与瓶外的电源连接；测量时，先使玻璃瓶口罩住皮肤待测区一段时间，以使沸石充分地吸附待测区内的丙酮分子，再通过铂电热丝加热沸石，使沸石上富集的丙酮分子快速地脱附，并扩散于丙酮传感器的表面，达到提升丙酮传感器检测限之目的。这种监测传感器虽可用于痕量丙酮气体的检测，却也存在着不足之处，首先，体积庞大，放置整套浓缩测量器件的玻璃瓶的容积高达16.9ml，无法集成到手机等智能终端；其次，丙酮传感器与气体浓缩器的距离较远，为厘米量级，严重地削弱了气体浓缩器的浓缩效果；再次，加热沸石气体浓缩器的铂电热丝的体积过大——300×300×500μm³，不仅导致铂电热丝的功耗较大，还致使丙酮传感器与气体浓缩器的热驰豫时间较长，不利于进行快速采样测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、功耗小，检测便捷的气体浓缩传感一体器件。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述气体浓缩传感一体器件的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为，气体浓缩传感一体器件由定位壳中的气体传感器、气体浓缩器、电热器和电极组成，以及与电极连接的电源，特别是：

所述定位壳为表面覆有介孔隔热层的硅片；

所述气体传感器为金属氧化物气体传感器，所述金属氧化物气体传感器附于所述表面覆有介孔隔热层的硅片上；

所述气体浓缩器为环形，所述环形气体浓缩器附于所述金属氧化物气体传感器的周边；

所述电热器为宽≤1μm、厚200-500nm的铂(Pt)微加热器，所述铂微加热器位于所述环形气体浓缩器之下；

所述铂微加热器与金属氧化物气体传感器的周边之间、与环形气体浓缩器之间均置有环形绝缘层；

所述电极分别与金属氧化物气体传感器、铂微加热器电连接。

作为气体浓缩传感一体器件的进一步改进：