一種具有兩支撐懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及氣體傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種具有兩支撐懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體傳感器已經(jīng)在工業(yè)、民用和環(huán)境監(jiān)測(cè)三大主要領(lǐng)域內(nèi)取得了廣泛的應(yīng)用。目前檢測(cè)氣體的方法和手段已經(jīng)非常多，主要包括催化燃燒式、電化學(xué)式、熱導(dǎo)式、紅外吸收式和半導(dǎo)體式氣體傳感器等。半導(dǎo)體式氣體傳感器包括電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器和非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器，電阻式氣體傳感器是利用阻值變化來(lái)檢測(cè)氣體濃度。由于電阻式半導(dǎo)體傳感器具有靈敏度高、操作方便、體積小、成本低廉、響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用最為廣泛，特別在對(duì)易燃易爆氣體(如CH4，H2等)和有毒有害氣體(如C0，N0x等)的探測(cè)中起著重要的作用。
[0003]半導(dǎo)體氣體傳感器通常使用金屬氧化物作為氣敏材料，通過(guò)在其表面吸附氣體及表面反應(yīng)而引起自身電阻的變化，從而監(jiān)測(cè)到目標(biāo)氣體。氣敏材料的比表面積越大靈敏度越高，越容易吸附目標(biāo)氣體?，F(xiàn)有的制備氣敏材料的方法很多，比如化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)水浴沉積法等，其制得的氣敏材料比表面積大，化學(xué)活性高，可以監(jiān)測(cè)到濃度較低的目標(biāo)氣體。但是，由于制備氣敏材料的過(guò)程中引入了氣體雜質(zhì)，氣敏材料會(huì)存在缺陷，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致傳感器在長(zhǎng)期使用過(guò)程中靈敏度和選擇性降低。
[0004]目前，如何提高傳感器的靈敏度和選擇性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員渴望解決的技術(shù)難題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有兩懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器，其具有較高的靈敏度和選擇性。
[0006]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種具有兩支撐懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器，所述電阻式氣體傳感器的六層結(jié)構(gòu)自下而上依次為:
[0007]硅襯底框架，其內(nèi)凹形成隔熱腔體，硅襯底框架上分布有供電電極、探測(cè)電極；
[0008]加熱膜層，其包括加熱膜區(qū)、過(guò)渡區(qū)和支撐懸梁，加熱膜層懸浮于隔熱腔體的上方，加熱膜區(qū)的兩端分別與過(guò)渡區(qū)連接，過(guò)渡區(qū)的兩端分別與支撐懸梁的一端連接，支撐懸梁的另一端與硅襯底框架連接；
[0009]加熱層，其包括加熱電阻絲和供電引線(xiàn)，加熱電阻絲以折線(xiàn)形式排布在加熱膜區(qū)上，供電引線(xiàn)排布在支撐懸梁上；
[0010]隔離層，其包裹所述加熱層，起電絕緣的作用，有效防止相互干擾；
[0011]電極層，其包括叉指電極和探測(cè)引線(xiàn)，叉指電極位于隔離層上；
[0012]敏感膜層，其覆蓋在所述電極層上，并且與所述叉指電極電性連接；
[0013]敏感膜層包括兩層以上敏感膜，各層敏感膜逐層電性連接，所述各層敏感膜自下而上，其比表面積逐漸減小、孔隙尺寸逐漸增大。
[0014]作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該孔隙為球形結(jié)構(gòu)，最內(nèi)層孔隙的內(nèi)徑大于10納米，最外層孔隙的內(nèi)徑小于10微米。
[0015]通常情況下，敏感膜層的比表面積越大，靈敏度越高，因此可以通過(guò)改變敏感膜的孔隙大小和密度來(lái)調(diào)控氣體傳感器的靈敏度。在比表面積大的敏感膜上覆蓋比表面積較小的膜，可以用于提高傳感器的選擇性，通過(guò)改變其材料和結(jié)構(gòu)，可以改變不同氣體分子在其表面的吸附能力，吸附能力越高的分子，檢測(cè)靈敏度越高；吸附能力越低的分子，檢測(cè)靈敏度越低，從而實(shí)現(xiàn)提高選擇性的目的。
[0016]作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，隔熱腔體的形狀為橫截面呈倒梯形結(jié)構(gòu)、V字型結(jié)構(gòu)或圓弧形結(jié)構(gòu)。
[0017]作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，加熱層的加熱電阻絲通過(guò)供電引線(xiàn)與硅襯底框架上的供電電極相連。
[0018]作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，電極層的叉指電極通過(guò)探測(cè)引線(xiàn)與硅襯底框架上的探測(cè)電極相連。
[0019]作為對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，加熱膜區(qū)的形狀為矩形結(jié)構(gòu)，過(guò)渡區(qū)的形狀為等腰梯形結(jié)構(gòu)，且等腰梯形的下底邊與矩形加熱膜區(qū)的短邊相連，等腰梯形的上底邊與支持懸梁相連。
[0020]采用兩支撐懸梁的結(jié)構(gòu)為傳感器提供工作所需的高溫，利于提高溫度的均勻性，易于通過(guò)調(diào)節(jié)和控制工作溫度來(lái)提高傳感器的性能，并且這種結(jié)構(gòu)在高溫下的機(jī)械強(qiáng)度較高；叉指電極位于加熱膜區(qū)相對(duì)應(yīng)處，用于連接敏感膜，當(dāng)目標(biāo)氣體與氣敏材料接觸時(shí)，氣敏材料的電阻會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量探測(cè)電極間的電阻變化就能實(shí)現(xiàn)氣體探測(cè)。采用兩層以上敏感膜作為敏感膜層檢測(cè)氣體時(shí)，由于各層敏感膜的比表面積自下而上逐漸增大，其敏感度也逐漸增大；最外層的敏感膜可具有不同的材料和結(jié)構(gòu)，其直接與氣體接觸，可以提尚氣體傳感器對(duì)氣體的選擇性，進(jìn)而提尚相對(duì)靈敏度。
[0021]本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型提供的一種具有兩懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器，其具有兩支撐懸梁的結(jié)構(gòu)易于通過(guò)調(diào)節(jié)和控制工作溫度來(lái)提高傳感器的性能；并且其采用不同比表面積和不同結(jié)構(gòu)的兩層以上的敏感膜，比表面積較大、孔隙尺寸較小的敏感膜在底層，比表面積較小、孔隙尺寸較大的敏感膜層在上層，提高了氣體傳感器的靈敏度和選擇性。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型的具有兩懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本實(shí)用新型的氣體傳感器的第二至第六層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是氣體傳感器的具有兩層氣敏膜的第六層結(jié)構(gòu)的分解示意圖；
[0025]圖4是氣體傳感器的具有三層氣敏膜的第六層結(jié)構(gòu)的分解示意圖；
[0026]圖5是本實(shí)用新型的具有兩懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器的俯視圖；
[0027]圖6是本實(shí)用新型的具有兩懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器的側(cè)視圖；
[0028]圖7是本實(shí)用新型的另一具有兩懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器的俯視圖；
[0029]圖8是本實(shí)用新型的另一具有兩懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0031]根據(jù)圖1至圖2所示，一種具有兩懸梁六層結(jié)構(gòu)的電阻式氣體傳感器，所述六層結(jié)構(gòu)