[发明专利]一种可回收重复制备的微瓦斯传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微瓦斯传感器及其制备方法，特别是一种可回收重复制备的微瓦斯传感器及其制备方法。 

背景技术

目前基于传统铂丝加热的催化燃烧式瓦斯传感器仍在煤矿井下广泛应用，但其功耗较大，不能很好的满足物联网对低功耗瓦斯传感器的应用需求。而其它的瓦斯传感器则无法适应煤矿井下高湿度的环境，尤其是井下便携装备的应用需求。 

现有报道的微瓦斯传感器，大多仍是采用金属铂作为加热材料，加热用的金属铂制作在硅支撑材料上，金属铂制作的加热电阻同时也是测温电阻，催化剂载体负载在支撑面上，由于制作的铂电阻是薄层电阻、淀积铂之前需要粘附性的材料，这些导致了铂电阻的寿命较短，从而直接影响到了传感器的寿命。传统的催化燃烧式瓦斯传感器，由于绕制使用的铂丝直径小、绕制后的铂丝长度有限，即使在溶解掉催化剂载体后也无法重新绕制，因此无法进行重新制备，因此使用过后的传感器只有被遗弃掉。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种可回收重复制备的微瓦斯传感器及其制备方法，解决现有技术的热催化燃烧式瓦斯传感器等气体传感器无法通过重新制备催化剂载体与催化剂而延长传感器加热元件使用时间、降低生产与使用成本的问题。 

技术方案：本发明的目的是这样实现的：该微瓦斯传感器包括硅支座、固定端、对称设置的硅悬臂、硅加热器及催化剂载体；所述的硅加热器较佳为圆环形，圆环形硅加热器的中间较佳设有两个对称内伸的散热-支撑硅块；所述的硅支座包括硅衬底与设在硅衬底上的埋层氧化硅；所述的硅悬臂、硅加热器均包括支撑硅层、设在支撑硅层外的氧化硅层；所述硅悬臂的一端与硅加热器一侧相连，另一端与硅支座上的固定端连接；所述固定端设在硅支座的埋层氧化硅上，固定端包括支撑硅层、设在支撑硅层外的氧化硅层、设在氧化硅层上的作为电引出焊盘Pad的金属层，固定端的支撑硅层内设有掺杂硅层，所述电引出焊盘Pad的金属层通过氧化硅层的窗口与固定端的掺杂硅层相接触以形成欧姆接触；所述硅加热器完全嵌入在催化剂载体中，尤其催化剂载体贯穿于硅加热器的中间，催化剂载体是一个完整的整体结构。 

制备方法包括：首次制备方法与重复制备方法； 

首次制备方法包括：分离硅器件制备方法、引线键合方法与催化剂载体包裹硅加热器的方法；分离硅器件制备方法的具体步骤为： 

第一步，在SOI硅片上制备氧化硅层；图形化顶层硅即支撑硅层之上的氧化硅层；开窗后掺杂或离子注入；淀积金属，图形化金属形成电引出焊盘Pad的金属； 

第二步，刻蚀SOI硅片顶层硅即支撑硅层，刻蚀停止于埋层氧化硅，形成固定端、硅悬臂与硅加热器的图形； 

第三步，湿法刻蚀或干法刻蚀SOI硅片底层硅，即硅衬底，刻蚀停止于埋层氧化硅，在SOI硅片背面形成硅杯结构； 

第四步，湿法或干法刻蚀上一步形成硅杯后所暴露出的埋层氧化硅，释放出硅悬臂与硅加热器结构； 

第五部，按照划线槽划片，得到微瓦斯传感器的分离硅器件，划片后仅保留与硅加热器相连的固定端一侧的硅支座材料； 

所述的引线键合方法为：将所述的微瓦斯传感器或其分离硅器件固定于支撑板上，固定时至少将硅加热器及硅悬臂定位伸出支撑板外，支撑板上设有金属电极；金属引线连接支撑板上的金属电极与所述微瓦斯传感器或分离硅器件上的电引出焊盘Pad的金属层； 

所述的催化剂载体包裹硅加热器的方法为：将微喷印设备的喷嘴对准硅加热器，先单面对准并喷印或滴注液态或胶态催化剂载体，硅加热器及其内伸的两个散热-支撑块支撑负担催化剂载体，且催化剂载体饱满得贯穿于硅加热器的圆环中；之后再对准翻转过来的硅加热器的另一面并喷印或滴注催化剂载体，使硅加热器正反两面上的催化剂载体形成一个整体并完整包裹硅加热器，得到整体式包裹硅加热器的催化剂载体的元件；干燥后根据需要在得到的催化剂载体上以喷印、滴注或浸渍的方式制作或不制作催化剂，然后干燥； 

所述的重复制备方法：将回收的负载有催化剂载体的硅加热器及部分硅悬臂浸入化学溶液中进行腐蚀，其余部分则保持在化学溶液的液面之上，待去除催化剂载体后，清洗并烘干；采用催化剂载体包裹硅加热器的方法重新制备催化剂载体及催化剂；采用重复制备方法可进行多次重复制备。