[发明专利]光学式气体感测装置及其感测系统

说明书

技术领域

本发明是涉及一种光学式气体感测装置及其感测系统，特别是涉及一种红外线气体感测装置及其感测系统。

背景技术

已知非色散红外线(Non-dispersive Infrared, NDIR)技术通常被视为测量气体浓度的最佳方法之一，其依照比尔定律(Beer’s Law)利用气体在红外线的吸收波段的特性来测量红外线通过待测气体前后的强度变化，进而藉由红外线的强度变化得到待测气体的浓度。

一般而言，非色散红外线技术中所使用的红外线传感器是属于热能式红外线传感器(如微热辐射传感器(Microbolometer))。当微热辐射传感器吸收红外线的辐射能后，会使得微热辐射传感器的温度产生变化而改变其电阻值，接着将电阻值转换成电压或电流的形式输出后，即可计算出待测气体的浓度。其中，微热辐射传感器的制造方法主要可分成面型微加工 (Surface Micromachining)技术及体型微加工(Bulk Micromachining)技术。这两种结构均会使传感器悬浮在空中以减少上层传感器与下层基板之间的接触，并且降低直接热传导所造成的能量损失。

然而，已知面型微加工技术的上下层电极皆设置于基板的同一侧或同一表面，使得当施加电压于上下层电极时，上层的传感器容易吸附或接触下层的下电极而使得热导值增加，进而令微热辐射传感器的整体响应度(Responsivity)下降。

发明内容

有鉴于上述已知技艺的问题，本发明的目的就是提供一种光学式气体感测装置及其感测系统，以提高光学式气体感测装置的响应度及波长调谐表现。

根据本发明的一个目的，提供一种光学式气体感测装置，包含：基板，具有第一表面及第二表面；反射层，位于基板的第一表面上；复数个电极垫，位于基板的第一表面上且邻接反射层；感测层，藉由复数个电极垫连接基板，以令感测层与基板的反射层之间形成间隙；吸收层，位于相对于间隙上部的感测层上；第一电极层，位于感测层上且邻接吸收层；以及第二电极层，位于基板的第二表面上。

前述的感测层的材料可选用例如锗(Ge)或其他高电阻温度系数(Temperature Coefficient of Resistance，TCR)的热敏材料。

前述的吸收层的材料可选用氮化硅。

前述的第一电极层更包含第一金属层及第二金属层，其中第一金属层及第二金属层的材料可分别为金(Au)及铬(Cr)。

前述的第二电极层更包含第三金属层及第四金属层，其中第三金属层及第四金属层的材料可分别为铝(Al)及金(Au)。

前述的复数个电极垫的材料可选用氮化硅。

前述的基板的材料可选用硅或其他半导体材料。

根据本发明的另一目的，提供一种光学式气体感测系统，包含：气室，具有提供气体流入的气体入口及提供气体流出的气体出口；光源，位于气室的一端，用以提供光线射入气室；光学式气体感测装置，位于气室的另一端，用以接收通过气室的光线，光学式气体感测装置依据所接收的光线的强度而改变光学式气体感测装置的电阻值，其中光学式气体感测装置包含：基板，具有第一表面及第二表面；复数个电极垫，位于基板的第一表面上；反射层，位于基板的第一表面上且邻接复数个电极垫；感测层，藉由复数个电极垫连接基板，以令感测层与基板的反射层之间形成间隙；吸收层，位于相对于间隙上部的感测层上；第一电极层，位于感测层上且邻接吸收层；以及第二电极层，位于基板的第二表面上；感测电路，电性连接光学式气体感测装置，以依据光学式气体感测装置的电阻值输出电压值或电流值，进而依据电压值或电流值得到气体的浓度。

承上所述，依本发明的光学式气体感测装置及其感测系统，其可具有一或多个下述优点：

(1) 本发明的光学式气体感测装置将第二电极设置于基板的第二表面，可令感测层不会吸附或接触第二电极，而使得施加电压所造成的间隙大小的改变不仅可减少能量损失以提高响应度，更可有效地令光学式气体感测装置的吸收波长具有调谐效果。

(2) 本发明的光学式气体感测装置的上层传感器使用锗作为感测层，由于其具有高电阻温度系数及对温度的灵敏度，因此相对于硅材料而言，更适合用于室温下。

(3) 本发明的光学式气体感测装置使用氮化硅作为红外线吸收层以达到高吸收率，因此可提供稳定的热源给锗感测层，进而提高光学式气体感测装置的灵敏度。

兹为使 贵审查委员对本发明的技术特征及所达到的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明如后。

附图说明