[发明专利]共片加热阵列式气体检测微芯片及制备方法

说明书

本发明涉及气体传感器技术领域，公开一种共片加热阵列式气体检测微芯片及其制备方法，所述微芯片包括微加热结构和传感结构，所述微加热结构包括硅基衬底以及设置于硅基衬底的加热层，所述加热层包括加热电极；所述传感结构包括测量电极阵列以及生长于所述测量电极阵列上的至少一种气体敏感膜；所述测量电极阵列设置于所述加热层，所述测量电极阵列与所述加热电极位于同一平面，通过所述加热电极进行共片加热。本发明的测量电极阵列和加热电极设置于同一平面，通过加热电极对测量电极阵列进行共片加热，即传感结构的多个气体敏感膜均由同一加热电极进行一体化加热，实现复杂气氛检测功能，同时缩小微芯片整体的体积，降低功耗。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，具体而言，涉及一种共片加热阵列式气体检测微芯片、一种共片加热阵列式气体检测微芯片的制备方法、以及一种气体传感器。

背景技术

随着人们对生产过程监控需求的不断提高，传感器作为信息采集终端元件的市场需求与日俱增。其中气体传感器与人们的生活密切相关，近年来由于微机电加工技术的蓬勃发展为传感器件微型化提供了有力的技术支持。MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)器件以硅为主要材料，采用微加工工艺在一片硅晶元上可同时制造成百上千个微型机电装置，批量生产可大大降低生产成本。MEMS器件集成化程度高，可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。MEMS器件具有体积小、重量轻、耗能低、响应时间短等优势，推动了气体传感器微型化、智能化、低功耗和集成化的发展，微结构气体传感器在此基础上应运而生。

MEMS气敏微加热芯片的原理是采用MEMS工艺技术在衬底材料上制作一种微型平面式多层结构加热器，使半导体氧化物敏感材料加热到一定的温度，其化学活性被有效地激发，与待测目标气体分子发生反应，从而引起气敏材料电导率的变化来实现检测目的。现有技术中用于气敏检测的单个芯片性能单一，使用的微加热器件也多以单一加热结构单元为主，而实际上，在复杂气体环境中单一的气敏传感器对不同气体的响应存在误报的缺点。由于现场检测的目标物往往不止一个，多参数、多目标物同时检测成为重大需求。目前，用于混合气体检测的气体传感器通常采用多个相同的微加热芯片单元独立排列形成传感器阵列，多个微加热芯片单元分别为对应的气敏传感材料加热，以实现对混合气体的检测。由于传感器阵列的每个微加热芯片都需单独加热，多个微加热芯片需多个加热结构，因此，器件整体的体积较大、功耗较高，无法体现MEMS器件体积小、耗能低的优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种共片加热阵列式气体检测微芯片及制备方法，以解决混合气体检测传感器体积较大、功耗较高的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种共片加热阵列式气体检测微芯片，包括微加热结构和传感结构，所述微加热结构包括硅基衬底以及设置于硅基衬底的加热层，所述加热层包括加热电极；

所述传感结构包括测量电极阵列以及生长于所述测量电极阵列上的至少一种气体敏感膜；

所述测量电极阵列设置于所述加热层，所述测量电极阵列与所述加热电极位于同一平面，通过所述加热电极进行共片加热。

进一步地，所述加热电极分布于所述加热层的中心，所述测量电极阵列分布于所述加热电极的四周。

进一步地，所述加热层的几何形状长度优选为所述加热电极所分布区域的几何形状长度的1-6倍，所述加热层的几何形状长度优选为500μm-3000μm。

进一步地，所述加热电极所分布区域的几何形状长度优选为85μm-3000μm。

进一步地，所述加热电极由加热电阻丝环绕而成，所述加热电阻丝的厚度优选为300nm-500nm，所述加热电阻丝的宽度优选为10μm-100μm。

进一步地，所述加热电阻丝之间的间距小于其宽度的两倍。