[发明专利]制造属于气敏传感器的检测器的方法和根据该方法制造的检测器

说明书

本发明涉及制造检测器的方法，所述检测器属于气敏传感器或与气敏传感器相关联，用于检测穿过气室的电磁波，例如红外线。

下述说明书中，气敏传感器包含：包括具有空腔的气室的设备，将被检测的气体包围在空腔内或能在其中通过；产生电磁波的设备，例如适于发射红外线的光源；检测器，适于在所述光线在气室空腔内沿适合的测量路径传播之后接收由所述光源产生的电磁波；以及与检测器耦合的电气或电子电路，用于估算进入检测器的电磁波强度和/或对所述电磁波进行光谱分析，以及用其确定所述气体的结构、浓度和/或成分。

本发明是以使用气室为基础的，气室限定了能包围将被测量或估算的气体容积的空腔，气室中空腔限定壁的表面或部分表面涂有一层或多层不同的金属层，以便形成可高度反射电磁波的表面。

更具体地，本发明涉及一种制造属于气敏传感器且具有与热电偶特性相关的特性的检测器的方法。

本发明还涉及一种根据该方法制造且适于直接或间接结合气室的检测器。

长久以来，人们知道结合吸收光谱法使用电磁波，特别是红外线范围内的光线，也知道用热敏元件作为检测器，例如一个热电偶或多个串联连接的热电偶，其中用两种不同金属之间的热电效应在属于所述热电偶的热焊点和冷焊点之间产生电压差。这个热焊点或这些热焊点的放置是使其被入射光照射，而相应冷焊点的定位是使其不受入射光的照射。

以测辐射热计的形式利用热敏元件也是已知的，用测辐射热计接收到的电磁波使电阻相对于温度的变化而改变，其中利用多个串联耦合的电阻的变化获得准确的测量结果。

根据吸收技术构造气敏传感器也是已知的。在这种特性的气敏传感器中，使光线通过在气室空腔中包含的气样，频率相关的特定量的光线被空腔内存在的气体吸收。在这种情况下，检测器适于检测光线，通过估算与所选入射光密度和对所涉及的光的吸收系数有关的被测光线密度，或者气体中的电磁波长能确定空腔内的气体或所述气体浓度。

压缩气室或者使气室相对于其物理尺寸做得更紧凑也是已知的，通过使光线在空腔内反复被反射，从而与气室或空腔的内部尺寸相比获得相对长的测量路径(路径长度)或吸收路径。

专利公开US-A-5,009,493示出了一个吸收气室的例子，所述吸收气室设计成能在空腔内提供吸收路径或适当长度的测量路径，在空腔中，入射光在射出所述空腔并落在检测器上之前在空腔内被反复反射。

用这种特征的气室，通常允许入射光穿过第一开口进入空腔，通过第二开口离开空腔，其中检测器包括一个单独的部分，该单独的部分最好在第二开口附近安装在气室上。

气室空腔通常借助于至少一个第一和一个第二部分形成，可以对其内表面进行单独处理，从而提供能反射入射光的表面。第一和第二部分的这些内表面通常涂有一层或多层金属层，其中最后施加的金属层形成反射表面或镜面。所用金属及其施用方法取决于所期望的表面光学特性，也取决于表面将反射的光的波长。对气室实体材料的选择也要考虑。

根据本发明的总体特征，应当指出，通过所谓的微机械或微技术方法构造小型机械结构是已知的，其中借助于不同的技术在基片上或基片内形成机械部件，基片例如硅片。

在瑞士CH-6301 Zug由Tsing Cheng,Landis&Gyr公司，中心研究及发展实验室出版的“用3D-微技术制造的易燃气体传感器”示出了如何用微技术方法形成紧凑的三维热电偶堆。

在该例中使用的基片是涂有一层氮化硅的硅盘或硅片，它提供有效的热传导和有效的电绝缘(图5a)。在该表面上形成光栅或若干脊(图5b)。光栅涂有金属层，以便在两个不同的斜角上形成两个不同的电导体(图5c)，从而从一个导体到另一个导体形成多个导体的相互顺序连接。这导致热电偶的层叠。上述出版物还公开了用聚酰亚胺构造三维结构的可能性(图5b)。

与本文有关的还有结合国家会议“微结构专题讨论会1996”而出版的一篇论文，该会议是由瑞典斯德哥尔摩的工业微电子中心(IMC)的Olle Larsson于1996年3月26-27在瑞典的乌普萨拉召开的，所述论文的题目是“聚合物微结构和复制技术”，文中描述了微机械制造的模型是如何被复制的，首先借助于微机械加工制造一个刚好与期望的复制品相应的模型，然后用该模型制造一个模子，模子与所述模型和期望的复制品是互补的，此后，借助于该模子制造若干复制品。描述了完成该工序的若干途径。