[发明专利]一种基于椭圆形气室结构的全集成式红外气体传感器

权利要求书

1.一种基于椭圆形气室结构的全集成式红外气体传感器，其特征在于：包括椭圆形集成气室和集成电路模块；所述椭圆形集成气室和集成电路模块通过键合或粘接方式层叠组装；

其中，椭圆形集成气室包含气孔层硅基晶圆和光孔层硅基晶圆；气孔层硅基晶圆和光孔层硅基晶圆通过键合或粘接方式组合形成气室；

光孔层硅基晶圆内蚀刻有椭圆形凹槽，且开设有与内部椭圆形凹槽连通的入光孔和出光孔，入光孔和出光孔处于椭圆形凹槽的两个焦点位置，椭圆形凹槽表面镀有对红外光反射系数大于0.5的反射薄膜；

气孔层硅基晶圆内蚀刻有椭圆形凹槽，且开设有与内部椭圆形凹槽连通的气孔；椭圆形凹槽区域有多个与凹槽连通的气孔，椭圆形凹槽表面镀有对红外光反射系数大于0.5的反射薄膜；

光孔层硅基晶圆的椭圆形凹槽与气孔层硅基晶圆的椭圆形凹槽的长、宽尺寸相同；

集成电路模块是通过SoC形式或SiP形式集成红外光源、滤光片、红外探测器和信号处理电路的硅基片或陶瓷基片，红外光源、红外探测器分别对准光孔层硅基晶圆的入光孔和出光孔；

所述椭圆形凹槽通过干法腐蚀或湿法腐蚀的刻蚀方法加工出来；

所述气孔呈井字形或梅花形或椭圆形排布；

所述气孔层硅基晶圆设有反光锥结构，包括圆锥形入光孔反光锥和圆锥形出光孔反光锥；所述圆锥形入光孔反光锥和圆锥形出光孔反光锥镀有对红外光反射系数大于0.5的反射薄膜；

所述圆锥形入光孔反光锥的几何中心位于光孔层硅基晶圆入光孔正上方，气孔层硅基晶圆的圆锥形出光孔反光锥的几何中心位于光孔层硅基晶圆出光孔正上方；

所述反光锥结构的制备过程是利用硅的各向异性腐蚀技术，首先在特定的取向的单晶硅衬底上进行光刻，光刻过程图形化处理中，在入光孔和出光孔对应位置上预留出圆形图案，并利用各向异性腐蚀技术加工出圆锥形入光孔反光锥和圆锥形出光孔反光锥；

基于所述红外气体传感器的气体浓度探测方法为：红外光由红外光源发出，从集成气室的入光孔进入气室内部，与从气孔进入气室内部的待测气体进行作用，后由出光孔射出且经过滤光片后被红外探测器接收，实现特定气体的不同浓度检测。