[发明专利]一种气敏探测模块、制造方法及系统

权利要求书

1.一种气敏探测模块，其特征在于，包括半导体基底，在所述半导体基底上集成有若干个气敏传感器阵列单元和外部电路；

所述外部电路，用于对外部电压进行分压；

所述若干个气敏传感器阵列单元均包括电极阵列和气体探测薄膜阵列；所述气体探测薄膜阵列用于探测环境中的气体种类和浓度；所述电极阵列和所述外部电路相连接，所述气体探测薄膜阵列覆盖在电极阵列上，当气体探测薄膜阵列在遇到敏感气体时，在电极阵列的作用下能够提升对薄膜阵列电阻变化检测的精度。

2.如权利要求1所述的气敏探测模块，其特征在于，在所述半导体基底上、每一气敏传感器阵列单元的一旁还集成有加热电阻，以采用旁热式加温的方式，使气体探测薄膜阵列能够工作在适合的工作温度下。

3.如权利要求1所述的气敏探测模块，其特征在于，所述电极阵列采用多个电极组合的形式而组成，单个电极采用的是叉指电极的形式。

4.一种气敏探测模块的制造方法，其特征在于，包括：

步骤1：采用基本的半导体制造工艺，首先在半导体基底上制备外部电路和电极阵列；

步骤2：在半导体基底的表面涂上光刻胶，用来保护外部电路；在电极阵列所在区域，首先溅射一层氧化锌种子层，然后水热生长氧化锌纳米棒作为牺牲层，最后通过置换反应腐蚀氧化锌纳米棒，得到氧化铁纳米柱阵列；

步骤3：对在步骤2中制得的薄膜进行掺杂，使用磁控溅射对各个薄膜部分进行不同的掺杂；

步骤4：去除光刻胶，老化处理后得到气敏探测模块。

5.一种气体探测系统，其特征在于，包括电源模块、气敏探测模块、数据采集模块以及模式识别和显示模块；

所述电源模块用于为气敏探测模块、数据采集模块以及模式识别和显示模块的工作提供电量；

所述气敏探测模块用于探测环境中的敏感气体，包括半导体基底，在所述半导体基底上集成有若干个气敏传感器阵列单元和外部电路；所述外部电路，用于对电源模块的电压进行分压；所述若干个气敏传感器阵列单元均包括电极阵列和气体探测薄膜阵列；所述气体探测薄膜阵列用于探测环境中的气体种类和浓度，并以电压信号的方式输出；所述电极阵列和所述外部电路相连接，所述气体探测薄膜阵列覆盖在电极阵列上，当气体探测薄膜阵列在遇到敏感气体时，电极阵列用于调整气体探测薄膜阵列的薄膜电阻；

所述数据采集模块用于采集气敏探测模块中实时输出的电压信号，并转换为数字信号输入到模式识别和显示模块；

所述模式识别和显示模块用于分析数据采集模块所输送来的数字信号，以输出识别到的气体种类和浓度并显示。

6.如权利要求5所述的气体探测系统，其特征在于，所述模式识别和显示模块用于分析数据采集模块所输送来的数字信号，以输出识别到的气体种类和浓度并显示包括：

前期数据处理和模式识别；

所述前期数据处理包括：通过重复的气敏探测模块制造，确定最佳尺寸；在最佳尺寸下多次测量温度响应，以确定最佳工作温度；在最佳工作温度下，测量气敏探测模块在不同气体，不同浓度下的气敏响应值，反复多次测量得到气敏响应曲线数据；

所述模式识别包括：

A:初始化过程，读入初始化参数，包括初始电阻值，电压值信息，气体的响应特性曲线数据。

B：读取测量数据，在FPGA的控制信号下，读取数据采集部分中的数字信号到FPGA中；

C：计算响应度并处理，根据B步骤中读取的数据与初始数据进行计算得到响应度值，并处理为设定的精度值。

D：查找气敏探测模块中气体类别，根据气体响应度查找气体响应曲线中对应的值点；

E：根据气体的分类信息，查找浓度信息；

F：输出显示。