[发明专利]一种具有卷曲结构的单悬梁式气体传感器及传感器阵列

说明书

本发明公开了一种具有卷曲结构的单悬梁式气体传感器，包括依次层叠设置的硅衬底、支撑膜、加热电阻、隔离膜和检测电极，所述支撑膜用以提供整体支撑作用，加热电阻用以提供工作所需的温度，隔离膜将加热电阻及检测电极进行电隔离，检测电极用以检测电阻变化；该传感器具有基体结构和悬臂结构，该悬臂结构的端部为卷曲状，且其上设有气敏材料。本发明还提供了一种由具有卷曲结构的单悬梁式气体传感器组成的传感器阵列。本发明的优点在于，该传感器功耗低、尺寸小、集成度高，生产工艺简单，易于定位，有效提高了生产效率。

技术领域

本发明属于本发明属于微电子机械系统和气体检测技术领域，具体涉及一种具有卷曲结构的单悬梁式气体传感器及传感器阵列。

背景技术

基于微电子机械系统(MEMS)技术的气体传感器，由于其小尺寸、低功耗、高灵敏度和快速响应等特点，逐步显现出巨大的应用潜力，将有望取代基于传统技术的气体传感器，在物联网、移动端和人工智能等领域广泛应用。而在MEMS气体传感器中，又因采用金属氧化物半导体(MOS)材料的传感器具有广泛的检测范围，在未来的大规模应用中具有更为广阔的市场空间。

目前MEMS MOS气体传感器中，主要以基于悬膜式微型加热器的研究居多，该结构的传感器具有较低的功耗，一般可低至20毫瓦，如专利号为201520759054.6的实用新型专利提供了一种具有四支撑悬梁四层结构的电阻式气体传感器，其具有自下而上依次设置的硅衬底框架、加热膜层、加热电极层和敏感膜层，其中加热膜层包括加热膜区，该加热膜区通过四根悬梁与硅衬底框架连接。又如专利号为CN201520759055.0的实用新型专利提供了一种具有两支撑悬梁四层结构的电阻式气体传感器，该传感器也包括自下而上依次设置的硅衬底框架、加热膜层、加热电极层和敏感膜层，其中加热膜层包括加热膜区，该加热膜区通过两根悬梁与硅衬底框架连接。这些多悬梁式气体传感器功耗虽然较低，但随着移动端和物联网应用的高速发展，其已不能满足需要。同时多悬梁式气体传感器在制备时，存在工艺复杂、定位困难、效率低下的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何进一步降低悬梁式气体传感器的功耗。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种具有卷曲结构的单悬梁气体传感器，具有基体结构和悬梁结构，其包括自下而上依次层叠设置的如下部分

硅衬底；

支撑膜，为氮化硅膜，包括第一基部，所述第一基部的一侧边设有向上翘曲的第一悬臂，所述第一悬臂远离第一基部的端部设有第一卷曲部；

加热电阻，包括第二基部，所述第二基部的一侧边设有向上翘曲的第二悬臂，所述第二悬臂远离第二基部的端部设有第二卷曲部；第二基部相对于第二悬臂的一侧开设有第一窗口，所述第二悬臂上设有沿第二悬臂长度方向延伸至第二卷曲部的第二窗口，所述第二窗口与第一窗口连通；第二基部位于第二窗口两侧的位置上分别设有第一引线；

隔离膜，为氮化硅膜，包括第三基部，所述第三基部的一侧边设有向上翘曲的第三悬臂，所述第三悬臂远离第三基部的端部设有第三卷曲部；所述第三基部上对应于第一引线的位置设有透过孔，所述第一引线穿过相应透过孔暴露在外；所述隔离膜的厚度大于加热电阻的厚度；

检测电极，包括第四基部，所述第四基部的一侧边设有向上翘曲的第四悬臂，所述第四悬臂远离第四基部的端部设有第四卷曲部；第四基部背离第四悬臂的一侧设有第三窗口，第四悬臂上设有沿第四悬臂长度方向延伸至第四卷曲部、并将第四卷曲部分割的第四窗口，所述第四窗口与第三窗口连通，并将检测电极分割为两部分；所述第四基部不覆盖所述透过孔，且其位于第三窗口两侧的位置上均设有第二引线；

所述硅衬底、第一基部、第二基部、第三基部和第四基部对应设置形成所述基体结构；所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂对应设置，且所述第四卷曲部、第三卷曲部、第二卷曲部及第一卷曲部由内向外依次设置形成所述悬梁结构；