[发明专利]基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器及其制作方法

权利要求书

1.一种基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器，其特征在于包括敏感测试结构以及封装结构，其中，

所述封装结构包括玻璃盖板，所述玻璃盖板与所述敏感测试结构密封结合形成一气体腔室，所述气体腔室与设置在所述玻璃盖板上的至少一个气孔连通；

所述敏感测试结构包括玻璃基底以及依次叠层设置在玻璃基底第一面上的加热层、绝缘层以及气体敏感材料层，所述气体敏感材料层还与设置在所述绝缘层上的测试层电连接，所述气体敏感材料层被设置在所述气体腔室中，

其中，所述气体敏感材料层由多根多孔导电纤维交织形成，所述多根多孔导电纤维相互交织而形成三维多孔结构，其中，所述多孔导电纤维包括紧密堆积的多个半导体金属氧化物纳米颗粒，并且至少部分所述半导体金属氧化物纳米颗粒之间还分布有磺化石墨烯及噻吩低聚物，所述多孔导电纤维的直径为0.5μm-20μm，长度为10μm以上，孔隙率为60-85％，所含孔洞的孔径为20-100nm，

所述多孔导电纤维中半导体金属氧化物纳米颗粒、磺化石墨烯与噻吩低聚物的质量比为90-95：0.01-0.5：2-5，所述半导体金属氧化物纳米颗粒包括氧化铜纳米颗粒、氧化银纳米颗粒、氧化镍纳米颗粒中的任意一种，所述半导体金属氧化物纳米颗粒的粒径为10-100nm，所述噻吩低聚物含有2- 20 个单体单元，分子量为 800 - 3000g/mol；

所述测试层是由包含金属纳米粒子的导电墨水打印形成，所述金属纳米粒子所含金属元素与形成气体敏感材料层的半导体金属氧化物纳米颗粒所含金属元素相同，所述金属纳米粒子为Au、Ag、Cu或Ni纳米粒子；

所述加热层的材质包括Pt、Au、Ag、Cu中的任意一种或两种以上的组合，所述绝缘层的材质包括氧化硅和/或氮化硅；

以及，所述玻璃基底的第二面还设置有第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘经设置在所述玻璃基底内的第一导电通道与所述加热层电连接，所述第二焊盘经设置在所述玻璃基底内的第二导电通道与所述测试层电连接，所述第一导电通道包括沿厚度方向贯穿所述玻璃基底的第一通孔以及填充在所述第一通孔内的导电材料，所述第二导电通道包括沿厚度方向贯穿所述玻璃基底的第二通孔以及填充在所述第二通孔内的导电材料；

所述玻璃基底的第二面还设置有背腔，所述第一面与所述第二面背对设置，所述背腔的顶部具有第一区域和第二区域，所述第一区域的玻璃基底的厚度小于所述第二区域的玻璃基底的厚度而形成悬臂结构，所述气体敏感材料层对应设置在位于所述玻璃基底第二区域的上方。

2.根据权利要求1所述基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器，其特征在于：所述玻璃基底的厚度为100-1000μm，所述悬臂结构的厚度为10-100μm，宽度为10-100μm。

3.根据权利要求1所述基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器，其特征在于：所述气孔的直径为10-500μm。

4.根据权利要求1所述基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器，其特征在于：所述加热层的厚度为100-5000nm。

5.根据权利要求1所述基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器，其特征在于：所述绝缘层的厚度为10-5000nm。

6.根据权利要求1所述基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器，其特征在于：所述气体敏感材料层的厚度为100-5000nm。

7.根据权利要求1所述基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器，其特征在于：所述测试层的厚度为100-5000nm。

8.根据权利要求1所述基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器，其特征在于：所述第一通孔和第二通孔的深度为50-1000μm。

9.根据权利要求1所述基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器，其特征在于：所述导电材料包括导电金属材料。

10.一种制作如权利要求1-9中任一项所述基于玻璃基底的MEMS半导体式气体传感器的方法，其特征在于：

提供玻璃基底，并在玻璃基底的第二面加工形成背腔，且使所述背腔的顶部第一区域的厚度小于第二区域的厚度而形成两个以上间隔设置的悬臂结构，其中所述第一区域环绕所述第二区域分布；

在所述玻璃基底的第一面依次制作叠层设置的加热层、绝缘层；

将噻吩低聚物溶解于有机溶剂中形成分散液，再向该分散液中依次加入磺化石墨烯、半导体金属氧化物纳米颗粒，均匀分散后，形成印刷墨水，再将该印刷墨水印刷到绝缘层上，并进行干燥、老化处理后形成气体敏感材料层；印刷墨水经干燥老化处理后形成多根相互交织的多孔导电纤维；其中，该印刷墨水中半导体金属氧化物纳米颗粒、磺化石墨烯与噻吩低聚物的质量比为90-95：0.01-0.5：2-5，所述半导体金属氧化物纳米颗粒包括氧化铜纳米颗粒、氧化亚铜纳米颗粒、氧化银纳米颗粒、氧化镍纳米颗粒中的任意一种，所述半导体金属氧化物纳米颗粒的粒径为10-100nm，噻吩低聚物含有2- 20 个单体单元，分子量为800 - 3000g/mol；

将包含金属纳米粒子的导电墨水印刷到绝缘层上，进而形成测试层，并使该测试层与气体敏感材料层电连接，该金属纳米粒子为Au、Ag、Cu或Ni纳米粒子；

提供一具有气孔的玻璃盖板，并将所述玻璃盖板与所述玻璃基底封装结合，进而在所述玻璃盖板与所述玻璃基底之间围合形成一气体腔室，至少所述气体敏感材料层被封装在所述气体腔室中，所述气体腔室与所述玻璃盖板上的气孔连通；

在所述玻璃基底的第二面制作第一焊盘和第二焊盘，并使所述第一焊盘经设置在所述玻璃基底内的第一导电通道与加热层电连接、所述第二焊盘经设置在所述玻璃基底内的第二导电通道与所述测试层电连接；其中，所述第一面与所述第二面背对设置。