[发明专利]MEMS气体传感器芯片、传感器及传感器的制备方法

说明书

本发明涉及一种MEMS气体传感器芯片、传感器及传感器的制备方法，属于气体检测技术领域，解决了现有技术价格昂贵、响应时间长、环境稳定性差的问题。MEMS气体传感器芯片包括气体敏感单元、温度敏感单元、敏感结构衬底和温度控制单元。MEMS气体传感器，包括MEMS气体传感器芯片和控制电路；控制电路又包括微控制器、N型MOSFET、P型MOSFET、正负电源。微控制器对温度敏感单元采集的实际温度与预设温度进行比较，根据比较结果输出控制信号，控制N型MOSFET和P型MOSFET的通断，进而控制流经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。本发明MEMS气体传感器操作简单、通用性强，可同时测量多种气体的浓度，节省了成本，而且响应时间短、环境稳定性好。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种MEMS气体传感器芯片、传感器及传感器的制备方法。

背景技术

气体检测作为一种重要的环境参数获取手段，在大气污染物防治、工业有害气体监测、物联网等领域具有较高的应用价值。当前针对气体的检测主要通过气体传感器实现，常用的气体传感器按照工作原理和自身结构可分为电化学型、金属氧化物型、接触燃烧型、半导体型和MEMS气体传感器等。

MEMS气体传感器由于体积小、成本低、结构简单，近些年来受到了广泛的关注。但现有MEMS气体传感器的敏感结构受环境应力的影响较大，性能较低，且长期使用中稳定性(尤其是对温度的适应性，其是传感器稳定性中一个最重要的指标)较差，因此无法完全满足恶劣环境中气体检测的相关需求。

国内外研究中，采用的提高MEMS气体传感器性能的主要途径是改善气体敏感材料的特异性和增加气体敏感结构与气体的接触面积等，但提高气体敏感材料的特异性只适用于部分气体的检测，而增加敏感结构与气体的接触面积则会带来自身复杂性、成本和微加工实现难度的提高。当前缺少一种在不增加结构复杂度的前提下，改善MEMS气体敏感结构性能的技术途径。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种MEMS气体传感器芯片、传感器及传感器的制备方法，用以解决现有技术价格昂贵、响应时间长、环境稳定性差的问题。

本发明实施例提供了一种MEMS气体传感器芯片，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。

上述技术方案的有益效果如下：本发明的敏感结构衬底具有良好的导热性能，温度敏感单元用来采集MEMS气体传感器芯片所处的环境温度，当测得环境温度高于预设温度时，温度控制单元对敏感结构衬底进行降温，反之进行升温。温度控制单元基于帕尔贴效应，能够实现热量的快速传递以及较低的稳态温差，使气体敏感单元始终工作在恒温环境中，消除或减弱了了环境温度对MEMS气体传感器芯片的影响，因此响应时间短、环境稳定性好。而且，本发明可以通过在敏感结构衬底或者封装内设置多个气体敏感单元实现同时对多种气体浓度的检测，与直接采用多种针对不同气体的现有分立式气体传感器相比，降低了成本。

基于上述方法的另一个实施例中，MEMS气体传感器芯片中，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。