[发明专利]一种金属氧化物半导体气体传感器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种金属氧化物半导体气体传感器及其制作方法，包括：由下往上依次层叠的微热盘、绝缘隔离层和敏感电极，以及覆盖在敏感电极上方的气体敏感材料，敏感电极位于微热盘表面的绝缘隔离层上方，包括：第一敏感电极、第二敏感电极和悬置敏感电极，悬置敏感电极位于第一敏感电极和第二敏感电极之间。本发明提供的一种金属氧化物半导体气体传感器，通过在两敏感电极之间引入悬置敏感电极，改善了电场强度分布、微热盘发热区的温度分布、气体传感器的灵敏度和气体传感器长期稳定性，该气体传感器可以长时间承受较高的工作电压，工作可靠性显著提高，适用于产品进一步小型化。

技术领域

本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种金属氧化物半导体气体传感器及其制作方法。

背景技术

近年来，人们对生存其间的环境越来越关注，空气的监测范围也从温度、湿度，逐渐扩展到颗粒物、有害气体浓度检测。金属氧化物气体传感器因其寿命长、成本低、应用电路简单而得到了广泛应用，MEMS(微电子系统)金属氧化物气体传感器进一步降低了产品功耗，产品尺寸小，非常适合便携式应用，产品灵敏度高，使得人们随时随地监控所处环境的空气质量成为可能。目前，金属氧化物半导体气体传感器敏感电极普遍采用叉指电极结构，气体敏感材料沉积于叉指电极上方，但随着产品尺寸的持续缩小，敏感材料的厚度受材料粒径限制难以按照比例微缩，叉指电极的间隙缩小到一定程度后，局部电场强度很高，也难以再进一步缩小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种金属氧化物半导体气体传感器及其制作方法。

如图1和图2所示，现有技术方案制造的一种常见敏感电极为叉指电极结构的气体传感器，微热盘1表面覆盖绝缘隔离层2，敏感电极3设于绝缘隔离层2上，由第一敏感电极31和第二敏感电极32组成，第一敏感电极31和第二敏感电极32的敏感端呈叉指电极结构，位于微热盘加热区域，气体敏感材料4覆盖在敏感电极3的敏感端上方。当气体传感器工作时，电流由第一敏感电极31流出(或流入)，由第二敏感电极32流入(或流出)。当两个敏感电极对应的叉指电极间隙太小时，正常工作电压下，第一敏感电极31与第二敏感电极32之间电场强度很大，气体敏感材料长期在强电场下工作后电导率和灵敏度容易发生变异；当叉指电极间隙太大时，叉指数量很少或简化为平行电极结构，微热盘1温度分布均匀性变差，同时叉指电极分布造成温度应力不均匀，从而造成气体传感器性能劣化，且正常工作电压下电场强度太小，测量容易受到干扰；如果采用太高、太低的测量电压或间歇式测量方式，又会造成应用电路设计的复杂度增加。在气体传感器持续微型化时，仅通过调整叉指电极间隙尺寸难以同时满足设计需求。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种金属氧化物半导体气体传感器，包括：由下往上依次层叠的微热盘、绝缘隔离层和敏感电极，以及覆盖在所述敏感电极的上方的气体敏感材料，所述敏感电极位于微热盘表面的绝缘隔离层上方，其特征在于，所述敏感电极包括：第一敏感电极、第二敏感电极和悬置敏感电极。

所述悬置敏感电极位于所述第一敏感电极和第二敏感电极之间。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种金属氧化物半导体气体传感器，通过在两敏感电极之间引入悬置敏感电极，改善了电场强度分布、微热盘发热区的温度分布、气体传感器的灵敏度和气体传感器长期稳定性，该气体传感器可以长时间承受较高的工作电压，工作可靠性显著提高，适用于产品进一步小型化。具体的，改善了电场强度分布、微热盘发热区的温度分布，避免了两个敏感电极之间因电场强度太大而造成敏感材料稳定性变差，电场强度太小而造成测试结果容易受到外界干扰，以及微热盘温度不均匀造成器件性能劣化；另外，悬置敏感电极具有催化作用和电流放大效应，可以改善气体传感器的灵敏度，同时具有电流导通方向的优化作用，可以改善气体传感器长期稳定性。因此，该气体传感器可以长时间承受较高的工作电压，改善了产品灵敏度和长期稳定性，工作可靠性显著提高，适用于产品进一步小型化。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：