[发明专利]一种基于红外发射和探测集成芯片的红外气体传感器

说明书

本发明公开了一种基于红外发射和探测集成芯片的红外气体传感器，包括基板、盖板、红外发射和探测集成芯片和腔体；所述基板与所述盖板平行设置，所述腔体设置于所述基板与所述盖板之间，所述红外发射和探测集成芯片设置于所述基板上并位于所述腔体中；所述腔体的表面设置有红外反射膜，以使所述红外发射和探测集成芯片一侧发射红外辐射后，经所述腔体反射传播，由所述红外发射和探测集成芯片另一侧探测所述红外辐射。本发明通过采用了特定结构的红外发射和探测集成芯片以及独立的腔体结构，使传感器结构简单紧凑，光能损失较小，制造成本更低。

技术领域

本发明涉及气体传感技术领域，特别为一种基于红外发射和探测集成芯片的红外气体传感器。

背景技术

红外气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。目前，传统的红外气体传感器采用分离部件如红外光发射源、窄带滤光片、气室和红外光探测器等组成，导致传感器难以薄型化和微小型化，同时也难以降低功耗和成本，给便携式智能气体测量系统如智能手机等应用带来困难。采用微纳加工批量加工技术将上述分离部件部分或全部集成到同一衬底上有利于减小厚度和体积，同时还可能减少功耗和成本。专利CN105181621A公开了一种由微型气室及硅集成模块键合构成的全集成式红外气体传感器，其中集成模块包含硅衬底以及硅衬底上的红外光源和红外探测器，微型气室则是上下两个开有V型槽的硅片键合构成；但是该专利的红外光源和探测器仍然是分离的器件，难以微小型化或实现薄型化。专利CN103245634B公开了一种含有凹坑的上下硅片键合的集成式微型红外气体传感器，其中凹坑区域形成中空的气室；该专利虽然具有紧凑的结构和比较薄的厚度，但是当光源、探测器和气室均在硅片上集成时，工艺集成难度大，同时凹坑区域占用大量的硅片表面面积，使得光源和探测器的集成密度低，导致器件成本上升。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于红外发射和探测集成芯片的红外气体传感器用于解决现有技术中红外气体传感器结构复杂，集成难度大，光能损失大，成本较高等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于红外发射和探测集成芯片的红外气体传感器，其特征在于，包括基板、盖板、红外发射和探测集成芯片和腔体；基板与盖板平行设置，腔体设置于基板与盖板之间，红外发射和探测集成芯片设置于基板上并位于腔体中；腔体的表面设置有红外反射膜，以使红外发射和探测集成芯片一侧发射红外辐射后，经腔体反射传播，由红外发射和探测集成芯片另一侧探测红外辐射。

在本发明的第一实施方式中，基于红外发射和探测集成芯片的红外气体传感器还包括卡槽、凹槽和键合线；卡槽垂直设置于基板上，基板和盖板中设置有图形相同且位置相对应的凹槽，通过键合线将基板和盖板以凹槽位置相对应的方式配合固定并形成腔体。

其中，腔体为相互交叠的双环形闭合结构。

其中，卡槽设置于双环形闭合结构的交叠通道中，且红外发射和探测集成芯片设置于卡槽中。

在本发明的第二实施方式中，基于红外发射和探测集成芯片的红外气体传感器还包括第一圆柱筒和第二圆柱筒，且第一圆柱筒和第二圆柱筒为高度相同但半径不同的圆柱筒；第一圆柱筒和第二圆柱筒垂直设置于基板与盖板之间，第一圆柱筒与第二圆柱筒同轴嵌套，通过基板、盖板、第一圆柱筒和第二圆柱筒围合形成腔体。

在前述任一实施方式中，盖板上设置有与腔体相连通的通气孔，用于向腔体中导入气体或由腔体向外排出气体。

在前述任一实施方式中，红外发射和探测集成芯片包括透明衬底、红外发射芯片、红外探测芯片和微光学单元；透明衬底包括相对应的第一表面和第二表面，红外探测芯片包括第一探测芯片和第二探测芯片，微光学单元包括第一微光学单元和第二微光学单元；第一表面上设置有红外发射芯片和红外探测芯片，且第一探测芯片和第二探测芯片分别设置于红外发射芯片的两侧；第二表面上设置有微光学单元，且在垂直于透明衬底表面的方向上，第一微光学单元与第一探测芯片位置对应，第二微光学单元与第二探测芯片位置对应。