[发明专利]一种基于金属基片的微型填充式富集器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于金属基片的微型填充式富集器及制备方法，包括自上而下依次分布的封装片、钎焊层、基片层和介电层，其中基片层上表面开有微型通道，微型通道内填充有吸附剂材料，基片层的侧面开有进口和出口，并分别与微细管道进行连接；被测气体自基片层的进口透过吸附剂材料的缝隙从基片层的出口通过；所述介电层上设置有一对加热元件和一对敏感元件。本发明使得富集器实现微型化、高富集率、低功耗、材料稳定、易于集成；相比较硅微基具有更好的导热性能，且其具有死体积小、热容小、功耗低、升温快等优点；加热元件采用厚膜工艺，工艺简单、成本低。

技术领域

本发明涉及一种基于MEMS(Micro-Electro-Mechanic System微机电系统)工艺的金属基片式微型填充富集器结构及制备方法。

背景技术

对公共安全与健康而言，高效检测工业有毒气体、可燃易爆气体、化学武器中的成分以及与疾病相关的化学组分，显得十分重要。因此我们需要能够检测到极低浓度气氛的分析探测仪系统。为了能够精确分析检测并响应极低浓度有害气体，需要有一项技术能够帮助现有的这些分析探测仪器提高探测极限。因此对于许多的微量分析探测系统来说，富集器都是必不可少的重要组成部分；其通过富集和解吸附两个阶段，可以使这些分析探测系统的探测能力提升数倍至数百倍。

传统的富集器是管式结构，其结构为在吸附管的内壁或者外壁缠绕加热丝，吸附管内填充有吸附材料，通过吸附剂的吸附和加热解吸附达到富集的目的。此结构的优点是可以实现高的富集率，但其缺点是器件的死体积大、热容量大、热效率低，导致温升速率慢、气体解吸峰宽，因而不适用于需要快速解吸附的测量场合。

近年来，随着MEMS技术的发展，很多科学工作者将微细加工技术应用到气体检测领域中。气体富集器也逐渐从传统的管式结构向微型结构发展。基于MEMS工艺制备的微型富集器具有热容小、功耗低、升温快、易于集成等优点，其快速升温特点使得解吸气体的瞬态浓度有着明显的提升，但由于其器件的微型化，导致其吸附面积小，使部分结构的富集效果无法达到传统的管式结构。因此如何使微型富集器在小功率低功耗的情况下实现较大的富集率，体现微型结构的整体优势，是微型富集器研究的一个重要课题。随着相关研究的深入，微型富集器的优良性能和高性价比，将使其在气体分析检测系统里得到更多的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于为了克服背景技术中所述的传统富集器在微型气体检测系统中不匹配等缺陷，基于MEMS技术提出了一种新型的金属基片微型填充式富集器的结构设计及制备方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种基于金属基片的微型填充式富集器，包括自上而下依次分布的封装片、钎焊层、基片层和介电层，其中基片层上表面开有微型通道，微型通道内填充有吸附剂材料，基片层的侧面开有进口和出口，并分别与微细管道进行连接；被测气体自基片层的进口透过吸附剂材料的缝隙从基片层的出口通过；所述介电层上设置有一对加热元件和一对敏感元件。

上述方案中，所述封装片和基片层均采用金属材质制作。

进一步，所述微型通道为若干呈间隔分布并相互并联连通的管道，吸附剂材料填充在微型通道的进口至微型通道末端的筛柱端。

进一步，所述筛柱为分布在微型通道内的腰型结构，腰型筛柱设在微型通道末端的缩径口处。

进一步，所述介电层由SiO₂-Si₃N₄复合而成，包括SiO₂介电层和覆盖在SiO₂介电层上的Si₃N₄介电层。