[发明专利]一种基于微井的气体传感器阵列及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子机械系统气体传感器和电子聚合物敏感材料领域，具体涉及一种基于“微井”的气体传感器阵列及其制作方法。 

背景技术

对混合气体的分析是科学研究、生产过程和环境检测的一个重要环节。由于气体传感器存在着交叉敏感、选择性差等缺点，因此在混合气体中很难有选择地测量出某种气体的成分和含量。基于气体传感器阵列和模式识别的电子鼻系统是解决气体传感器交叉敏感性的重要途径，其中气体传感器阵列是电子鼻技术中最为核心的器件。利用MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）技术，该技术制作的微结构气体传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高、重复性好、易批量生产、成本低、加工工艺稳定等优点，并且对于电子鼻的集成化、智能化、多功能化，以及提高其选择性、可靠性和稳定性都有重要的意义。目前，微结构气体传感器已逐渐成为气体传感器领域的一种主要结构形式。 

气体传感器阵列主要是利用不同传感器对不同气体的交叉敏感性来检测提高选择性，气敏单元的敏感特性受到多方面因素的影响，其中敏感单元的材料特征和工作温度是两个主要的因素。为了提高传感器阵列的选择性和灵敏度，在采用不同敏感材料的基础上，还要精确控制其工作温度。 

由于聚合物材料的气体传感器可以在室温下工作，因此国内外广泛开展了聚合物气体传感器阵列方面的研究。在MEMS电子聚合物气体传感器阵列领域，目前国内外已广泛开展了OTFT传感器阵列、SAW传感器阵列等方面的研究；但对基于微井的加热型气体传感器阵列的研究，目前在国内尚未见报道，也没有相关发明专利的申请，即使是国外也鲜有报道。2001年美国Zee Frank等人采用微加工工艺制备了基于聚合物的化学气体传感器阵列，该阵列采用了体微加工结构和表面微加工结构两种微井结构；采用滴涂法制备了六种聚合物-炭黑复合敏感膜，在常温下对多种有机小分子进行了检测；但该阵列是将单个微井单元简单排列在一起，而非片上集成阵列；且没有加热电极，影响传感器的灵敏度和响应恢复时间。2005年，韩国Seung-Chul Ha等人制作出了具有16个独立加热单元的片上集成微井结构传感器阵列，他们把八种不同的敏感材料滴涂到不同的微井中，对八种有机气体进行了检测，并比较了温度对传感器阵列灵敏度的影响；但该传感器阵列每个微井单元为2╳2 mm²，尺寸较大，不利于系统的微型化和集成化。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种基于“微井”的气体传感器阵列及其制作方法，该气体传感器阵列加工工艺步骤简单，加工成本较低，加工周期短，可批量生产。 

本发明所提出的技术问题是这样解决的： 

一种基于“微井”的气体传感器阵列，其特征在于：包括至少4个独立的微井单元，每个微井单元包括SOI晶片，所述SOI晶片顶部硅层面上从下到上依次设置有氧化硅层、加热电极层、氧化硅层、叉指电极，叉指电极上设置有矩形的微井隔离层，所述微井内设置有敏感膜，所述SOI晶片的硅基底成“凹面型”，且凹面的两脚上均设置有氧化硅层。

进一步的说所述，微井的长度、宽度和高度分别为600μm ~3000μm、600μm ~3000μm和900μm~1100μm。 

进一步的说，叉指电极的宽度、间距、长度和厚度分别为25μm~50μm、25μm~50μm、600μm ~3000μm和100nm ~200nm，每对叉指电极有一个独立的输出端，叉指电极阵列有一个共用输出端，所有的输出端排成一排。 

进一步的说，采用铝（Al）或金（Au）制备叉指电极。 

进一步的说，所述微井隔离层的宽为600~800μm，厚度为900μm~1100μm。 

进一步的说，加热电机采用铂(Pt)、钨(W)或铝(Al)制备，加热电极为蛇形结构，电极的宽度、间距和厚度分别为50μm~100μm、50μm~100μm和100nm ~200nm。 

一种基于“微井”的气体传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 

采用SOI晶片作为衬底，并对晶片进行标准清洗；

采用热氧化工艺在SOI晶片两面制备氧化硅层；

依次采用光刻、溅射和剥离工艺，在上面的氧化硅上得到蛇形的铂、钨或铝加热电极；

用蒸发工艺在加热电极上蒸镀氧化硅层；

在步骤所述的氧化硅层上依次采用光刻、溅射和剥离工艺，在氧化硅层上制作出叉指电极，所述叉指电极材料采用金（Au）或铝（Al）；