[发明专利]微传感芯片及其制备方法、气体检测方法和应用

说明书

本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种微传感芯片及其制备方法、气体检测方法和应用。该微传感芯片上设置有一个以上传感单元，所述传感单元包括依次层叠的传感层、电极层、绝缘层、加热层、支撑层、悬空层和衬底层，其中，所述传感层由响应一种以上气体信号的气敏传感材料构成；所述加热层用于加热所述电极层和所述传感层；在所述悬空层和所述衬底层上的与所述加热层对应的区域具有通孔。本发明提供的低功耗微悬加热板和过渡金属氧化物气敏材料阵列的微传感芯片具有低功耗、高可靠性、高响应灵敏性、响应时间短等优点，可用于测试苯类、NO_X、CO、H₂S等多种气体浓度，有利于改善气体传感器的选择性。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种微传感芯片及其制备方法、气体检测方法和应用。

背景技术

近年来，国内外石化行业发生了多起重大火灾爆炸事故，如邦斯菲尔德油库火灾爆炸、腾龙芳烃储罐区火灾事故等，这些事故的发生，都是第一时间没有监测到可燃物料的泄漏导致事故的进一步扩大。随着国家和企业对各种有毒、有害气体的探测重视，对气体传感器的探测广度和精度都提出了更高的要求。目前，在石油、化工等领域普遍使用的传统气体检测仪的核心传感元件，主要存在便携性差、集成扩展能力弱、灵敏度不佳、稳定性差、检测气体种类单一以及响应迟滞等问题，由此造成复杂工况环境中气体泄漏事件不能及时发现，容易导致重大事故，如腾龙芳烃“4·6”爆炸着火事故，就是因为输送物料管线焊口开裂造成物料泄漏，但现场气体报警器却没有及时报警，泄漏出的物料扩散后被引风机吸入加热炉炉膛，遇明火引爆，爆炸冲击波撕裂储罐并引燃罐内物料，造成群罐火灾事故。

针对上述问题，中国实用新型专利CN104931540A公开了一种气体传感器阵列及其制备方法，它采用了单种半导体金属氧化物纳米材料构建的气体传感器阵列，来提高气体传感器的选择性。但其采用的仍为传统的陶瓷管为主体的旁热式气敏元件，体积较大，功耗较大。此外，中国实用新型专利CN105223237A公开了一种气敏传感器制备方法，它提供了一种电子聚合物气体传感器阵列及其制备方法，它是将电子聚合物气体传感器阵列单元组成阵列，并设计制作在同一个芯片上，利用电子聚合物气体传感器阵列单元对含氮氧化物进行气敏检测。但其只可检测氮氧化物气体，适用范围较窄。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的传统危险/可燃气体传感设备功能单一、信息分散、便携性不佳等问题，提供一种微传感芯片及其制备方法、气体检测方法和应用，该微传感芯片具有功率小、体积小、响应快、制备方法简便、准确性与可靠性高等优点，弥补了传统气体检测仪器在即时探测、交叉校准等功能方面的缺失，同时可以实现罐区、危化品仓库等密闭空间场所有毒有害气体浓度、环境温湿度多维参数的稳定灵敏响应。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种气体基于低功耗微悬加热板和过渡金属氧化物气敏材料阵列的微传感芯片，该种气体传感芯片不仅能克服传统气敏传感器检测气体单一的缺点，还具有低功耗、高可靠性、高响应灵敏性、响应时间短等优点。

本发明一方面提供一种微传感芯片，该微传感芯片上设置有一个以上传感单元，所述传感单元包括依次层叠的传感层、电极层、绝缘层、加热层、支撑层、悬空层和衬底层，其中，所述传感层由响应一种以上气体信号的气敏传感材料构成；所述加热层用于加热所述电极层和所述传感层；在所述悬空层和所述衬底层上的与所述加热层对应的区域具有通孔。

优选地，所述支撑层为二氧化硅层，所述悬空层为硅层，所述衬底层为二氧化硅层；

优选地，所述支撑层的厚度为300-700nm，所述悬空层的厚度为300-700μm，所述衬底层的厚度为300-700nm；

优选地，所述支撑层、所述悬空层和所述衬底层由两面均为二氧化硅的硅片形成；

优选地，所述硅片为P型单晶硅片。

优选地，所述加热层包括加热电极和加热丝；