[发明专利]全硅MEMS甲烷传感器及瓦斯检测应用和制备方法

摘要

一种全硅MEMS甲烷传感器及瓦斯检测应用和制备方法，适用于工矿环境下使用，属于甲烷传感器及其制备方法与检测方法，特别属于采用微电子机械系统加工技术的甲烷传感器及其甲烷检测方法。该全硅MEMS传感器采用单晶硅作为加热元件的加热材料，加热元件同时作为甲烷敏感元件，且不需催化剂载体及催化剂材料即可实现低浓度甲烷的检测。该全硅MEMS甲烷传感器以SOI硅片为基片采用MEMS工艺加工，加工工艺与CMOS工艺兼容。该全硅MEMS传感器具有功耗低、灵敏度高、不受缺氧的影响、不受积碳、中毒等因催化剂所带来影响的特点。

主权项

一种全硅MEMS甲烷传感器，其特征在于：其包括硅元件（101）、固定端（102）与硅框架支座（103）；所述硅框架支座（103）为SOI基片，包括硅衬底（31）、设在硅衬底（31）上的埋层氧化硅（32）及埋层氧化硅（32）之上的顶层硅（33），顶层硅（33）为单晶硅；所述固定端（102）设在硅框架支座（103）上的埋层氧化硅（32）上；所述固定端（102）包括硅层（21）、硅层（21）外的氧化硅层（23）及用作电引出焊盘的金属Pad（22）；固定端（102）的硅层（21）设在埋层氧化硅（12）之上；所述固定端（102）的硅层（21）内设有掺杂硅层（24）；所述电引出焊盘的金属Pad（22）设在硅层（21）之上的氧化硅层（23）上；金属层（22）与固定端（102）的掺杂硅层（24）直接接触并构成欧姆接触，二者接触部分没有氧化硅层（23）； 所述硅元件（101）包括硅层（21）、硅层（21）外的氧化硅层（23）及钝化保护层（25），所述硅元件（101）设有硅加热器（1011）、两个对称设置的用于支撑硅加热器（1011）并为硅加热器（1011）提供电连接的硅悬臂（1012），所述硅悬臂（1012）的长度至少300um；所述单个的硅悬臂（1012）的一端与硅加热器（1011）相连，另一端与硅框架支座（103）上的固定端（102）相连，两个硅悬臂（1012）将硅加热器（1011）悬于空气中；两个硅悬臂（1012）较佳为平行并排、与硅加热器（1011）整体构成U形悬臂结构；所述钝化保护层（25）为氧化硅，或氧化铪，或氧化硅/氧化铝复合层，或氧化铪/氧化铝复合层，或氧化铪/氮化硅复合层，或氧化铝/氮化硅复合层，或氧化硅/氮化硅复合层，或氧化硅、氧化铪、氧化铝、氮化硅几种材料组合形成的复合层；其中氧化硅的厚度至少10nm，氧化铪的厚度至少为5um，氧化铝厚度至少6nm，氮化硅厚度至少10nm，整个钝化保护层的厚度不超过1um；所述硅元件（101）的硅层（21）与固定端（102）的硅层（21）同是SOI基片的顶层硅（33）的一部分，即同是硅框架支座（103）的顶层硅（33）的一部分，是由顶层硅（33）加工成形的，厚度相同；但不与硅框架支座（103）的其它顶层硅（33）相连通；两个固定端（102）的硅层（21）之间只与硅元件的硅层（21）相连通。