[发明专利]一种对流量不敏感的微型热导检测器

说明书

一种对流量不敏感的微型热导检测器，属于微电子机械系统领域。在硅基底背面蚀刻“总分总”形式的微通道作为气流通道，在硅基底正面采用蚀刻技术将硅基底贯穿形成两个微长方体热导池，同时形成位于硅基底正面的网状支撑膜及其上的热敏电阻并悬挂于热导池上方，最后硅基底分别与玻璃盖板及玻璃衬底键合完成制作。该结构实现了气流通道与热敏电阻非共平面设计，并结合分支形式的微通道布置，实现气流通道与热导池的半扩散式设计，大大减小了气体流量波动对于热导检测器工作性能的影响，并同时兼顾了响应速度的要求。此外，非共平面设计避免了传统设计中通道对于电路集成的干扰，使得在硅基底正面直接集成电桥及相关电路变得简单易行。

技术领域

本发明涉及微电子机械系统领域，具体是一种对流量不敏感的微型热导检测器的设计，可广泛应用于各种混合气体的分析。

背景技术

热导检测法是最早应用于气体检测的一种方法，该方法是利用热导检测器中热敏电阻的温度随被测气体体积分数改变而发生相应变化这一特性，实现对不同气体体积分数检测的。热导检测器具有装置简单、价格便宜等优点，并且由于它对几乎所有气体都有响应，是一种通用型检测器，故广泛应用于气体分析领域。

传统热导检测器存在检测灵敏度低、误差大、体积大及重量大等诸多问题，严重限制了其应用范围，随着MEMS(Micro-electro-mechanical-system)技术的发展，采用MEMS加工技术设计制作的微型热导检测器使其体积、重量减小，功耗降低，工作性能也得到了极大改善。不过，在目前的热导检测器设计方案中，仍然存在以下问题：

1、目前的微型热导检测器设计中，几乎完全采用直通式结构，即气体直接流过热导池，这样的设计虽然保证了响应速度，但同时使得热导检测器对于流量十分敏感，流量波动会对其工作性能产生较大的不利影响，且由于气流对于已有设计中悬挂支撑膜的直接冲击，使得支撑膜稳定性变差，容易损坏。传统热导检测器设计中虽有扩散式结构出现，却由于加工工艺的局限性，较大地牺牲了响应速度，实际中应用较少。

2、目前的微型热导检测器设计中，采用直通式结构还使得气流通道完全贯穿与热敏电阻共同所在的硅基底表面，使得对于在硅基底表面进行惠斯通电桥及相关电路的连接变得较为困难，而一般只能选择将电路连接在硅基底之外。

为了获得电路布置更为简化同时兼顾响应速度要求与流量波动影响的性能更优异的微型热导检测器，上述问题应该为本领域研究人员解决或优化的关键技术问题。

发明内容

鉴于上述所提到的问题，本发明提出了一种对流量不敏感的微型热导检测器设计，目的在于实现微型热导检测器更加简化的电路布置、兼顾响应速度与流量波动影响的工作性能及其它有益效果。本发明的具体技术方案如下：

一种对流量不敏感的微型热导检测器，其特征在于，包括：硅基底(1)、上玻璃盖板(2)、下玻璃衬底(3)，下玻璃衬底(3)与硅基底(1)的背面即下端面键合在一起，上玻璃盖板(2)与硅基底(1)的正面即上端面键合在一起；

硅基底(1)设有两个长方体微型热导池(12)，两个长方体微型热导池(12)为腔体结构，上下贯通硅基底(1)上下端面，且两个长方体微型热导池(12)沿长度方向在同一直线上；

在硅基底(1)背面即下端面针对每个长方体微型热导池(12)蚀刻有一个气体入口通道、一个入口分流通道、多个分支通道、一个出口汇流通道、一个气体出口通道，形成“总分总”式的气体通道；一个入口通道与一个入口分流通道连通，入口分流通道长度方向与长方体微型热导池(12)长度方向平行，出口汇流通道与入口分流通道平行，分支通道为直线型分支通道，多个分支通道并行，分别与入口分流通道、出口汇流通道垂直且连通，多个分支通道均穿过所对应的长方体微型热导池(12)下部，并与长方体微型热导池(12)长度方向垂直；出口汇流通道与气体出口通道连接，在连接处出口汇流通道长度方向与气体出口通道长度方向垂直；