[实用新型]一种具有四支撑悬梁结构的电阻式半导体气体传感器

说明书

本实用新型公开了一种具有四支撑悬梁结构的电阻式半导体气体传感器。该传感器结构自下而上依次包括：硅衬底层，其中部有凹槽作为隔热腔体；支撑层，其包括支撑悬梁和绝缘区，绝缘区位于硅衬底层隔热腔体上方，绝缘区通过四根支撑悬梁与硅衬底层相连；电极层，其包括加热电极、叉指电极、供电引线和测试引线，加热电极呈折线形分布于绝缘区两侧，并通过供电引线与供电电极相连；叉指电极分布于绝缘区中心，并通过测试引线与测试电极相连；气敏层，其覆盖于叉指电极上，并与所述叉指电极电连接。本实用新型功耗较小、绝热性良好。同时，温度控制更加合理，避免了叉指电极与加热电极因低阻气敏材料加载导致的短路现象。

技术领域

本实用新型涉及一种电阻式半导体气体传感器，尤其涉及一种具有四支撑悬梁结构的电阻式半导体气体传感器，属于气体传感器领域。

背景技术

气体传感器，尤其是电阻式半导体气体传感器，是一类有效检测气体的手段。但是，传统电阻式半导体气体传感器体积大，功耗高，难以满足日益严格的检测环境。因此开发低成本、高效的气体传感器意义重大。

随着MEMS技术的发展，加速了电阻式半导体气体传感器的微型化进程。通过微机械加工技术，半导体气体传感器结构尺寸显著减小，甚至低达1×1mm尺度。尺寸的减小可有效减小热量的损耗，能耗的降低也更加符合低耗、高效的趋势。此外，MEMS技术制备的微热盘是平面状结构，有利于粉末材料、薄膜材料的均匀涂敷加载。但是，目前常见的封闭膜型微热盘结构热耗依然较大，同时基底材料通孔的制备损耗也极大。

因此，提高传感器的能量利用率，减小制备过程的工艺复杂性依然是本领域研究人员的技术难点。

专利文献CN102288644A公开了一种具有四支撑梁四层结构的电阻式气体传感器。该电阻式气体传感器是一个下而上可以分为四层具有不同功能结构，其中最下层(100)面硅衬底制成的硅框架，其中包含一个隔热腔体；第二层是位于隔热腔体上方的加热膜区和支撑悬梁，由氧化硅和氮化硅的多层复合膜组成；加热膜区通过四根支撑梁与衬底框架相连；第三层是加热电阻丝、供电引线、叉指电极和探测引线，加热电阻丝以折线形式排布在加热膜区上，叉指电极与加热电阻丝位于同一层上，且排布在加热电阻丝的间隙中，并与最上面第四层用于气体探测的敏感膜连接，敏感膜位于加热膜区上，覆盖整个加热电阻丝和叉指电极，并和叉指电极有良好的电连接。该电阻式传感器在降低成本和功耗的同时，叉能提高传感器的灵敏度和选择性。

在专利文献CN102288644A的电阻式气体传感器中，加热电阻丝以折线形式排布在加热膜区上，叉指电极排布在加热电阻丝的间隙中，这种方式容易导致叉指电极的短路。此外，专利文献CN102288644A中所述加热电极与叉指电极排布紧密，制备所需工艺流程精度要求高。当专利文献CN102288644A所述叉指电极区域加载敏感膜，当敏感膜为低阻材料时，测试过程叉指电极与加热电极容易通过敏感膜导通，造成结构失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有四支撑悬梁结构的电阻式半导体气体传感器。该电阻式半导体气体传感器能够降低功耗，提升传感器响应度，降低制作成本；能够避免短路现象，温度控制更加合理。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种具有四支撑悬梁结构的电阻式半导体气体传感器，其中，该传感器结构自下而上依次包括：

硅衬底层，其中部有凹槽作为隔热腔体；

支撑层，其包括支撑悬梁和绝缘区，绝缘区位于硅衬底层隔热腔体上方，绝缘区通过四根支撑悬梁与硅衬底层相连；

电极层，其包括加热电极、叉指电极、供电引线和测试引线，加热电极呈折线形分布于绝缘区两侧，并通过供电引线与供电电极相连；叉指电极分布于绝缘区中心，并通过测试引线与测试电极相连；

气敏层，其覆盖于叉指电极上，并与所述叉指电极电连接。