[发明专利]MEMS气体传感器芯片、传感器及传感器的制备方法

权利要求书

1.一种MEMS气体传感器芯片，其特征在于，包括气体敏感单元、温度敏感单元、敏感结构衬底和温度控制单元；

所述气体敏感单元和温度敏感单元处于同层，二者分别设置于所述敏感结构衬底的上方，且二者底面与所述敏感结构衬底的上表面直接接触；

所述温度控制单元设置于所述敏感结构衬底的下方，用于控制敏感结构衬底表面的温度；

所述温度控制单元的长度和宽度大于所述敏感结构衬底的长度和宽度。

2.根据权利要求1所述的MEMS气体传感器芯片，其特征在于，所述气体敏感单元，包括金属电极和气体敏感薄膜；所述气体敏感薄膜覆盖在所述金属电极表面；

所述气体敏感单元，用于将所处环境氛围中特定气体成分的浓度变化转换成自身电阻的变化；

所述温度敏感单元，包括至少一组金属折线型结构，用于将所处环境温度的变化转换成自身电阻的变化。

3.根据权利要求2所述的MEMS气体传感器芯片，其特征在于，所述金属电极为互补对称的梳齿型结构，所述梳齿型结构的叉指宽度为5-30μm，叉指间距为5-30μm，金属电极厚度为1000-2000A；

所述温度敏感单元采用铂材料，其电阻与金属折线型结构的折线长度成正比，与折线截面宽度和厚度成反比。

4.根据权利要求1-3之一所述的MEMS气体传感器芯片，其特征在于，所述温度控制单元为由半导体材料制成的基于帕尔贴效应的平板型结构，包括上层N型半导体和下层P型半导体，所述上层N型半导体和下层P型半导体直接连接；所述温度控制单元的厚度为1000μm左右；

所述上层N型半导体的上表面通过胶状硅脂与敏感结构衬底的底面进行连接。

5.根据权利要求4所述的MEMS气体传感器芯片，其特征在于，所述敏感结构衬底的厚度为200μm左右，所述气体敏感单元和温度敏感单元的距离为100μm左右。

6.一种MEMS气体传感器，其特征在于，包括权利要求1-5之一所述MEMS气体传感器芯片，以及控制电路；

所述控制电路的输入端接收两路输入信号，一路为温度敏感单元输出的测量温度，另一路为预设温度；所述控制电路对所述两路输入信号进行比较，根据比较结果输出控制信号；所述控制信号通过控制流经所述温度控制单元的电流方向和大小，改变敏感结构衬底表面的温度。

7.根据权利要求6所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述控制电路包括微控制器、N型MOSFET、P型MOSFET、正负电源；

所述微控制器的输入端接收所述两路输入信号，所述微控制器的输出端分别与所述N型MOSFET和P型MOSFET的栅极相连，利用所述两路输入信号的温度偏差结果控制所述N型MOSFET和P型MOSFET的通断；

所述N型MOSFET的源极与所述P型MOSFET的源极相连；所述N型MOSFET的漏极接正电源，所述P型MOSFET的漏极接负电源；

所述温度控制单元的一个电气接口分别与所述N型MOSFET的源极和所述P型MOSFET的漏极相连，另一个电气接口直接接地。

8.一种制备权利要求6或7所述的MEMS气体传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：

对半导体晶圆进行清洗后，通过热氧化工艺在半导体晶圆表面生长一层氧化层；

在所述氧化层表面制备气体敏感单元；

在所述氧化层表面制备温度敏感单元；

对所述半导体晶圆进行减薄；

对所述半导体晶圆进行划片，形成敏感结构衬底，所述敏感结构衬底上包括气体敏感单元和温度敏感单元的完整结构；

制备平板形态的温度控制单元；

将所述敏感结构衬底和所述温度控制单元通过导热硅脂进行接合，得到MEMS气体传感器芯片；

搭建控制电路，将所述MEMS气体传感器芯片接入所述控制电路，得到所述MEMS气体传感器。