[发明专利]一种基于硅酸钙基底的气体传感器芯片结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于硅酸钙基底的气体传感器芯片结构及制备方法，以硅酸钙材料作为基底，将加热丝溅射其上，使其中心与硅酸钙基底重合，呈三阶双曲螺旋形，然后将测温电阻、敏感材料和测试电极依次溅射到硅酸钙基底材料上。加热丝通电后，由于硅酸钙具有极低的导热系数，极大地溅射了热量通过热传导方式散失，使用更小的电压即可将气敏材料加热到指定的工作温度。本发明结构简单，在保持低功耗特性的同时极大地降低了制造工艺的复杂度，无需对基底背面进行加工，提高了成品率，局部高温，外围近于常温，易于封装。

技术领域

本发明涉及MEMS(Micro-Electro-Mechanic System微机电系统)加工技术，特别涉及一种以硅酸钙材料作为基底的气体传感器芯片结构及其制备方法。

背景技术

通常单一的气体传感器对不同气体的选择性较差，因此可以采用阵列化的气体传感器并结合适当的信号处理电路实现检测某些气体的目的，从而提高气体传感器的选择性。但是气体传感器数量的增多，导致整个检测系统的功耗增加，这将使其应用范围大幅度地减少。因此，降低气体传感器的功耗是种必然趋势。

目前气体传感器芯片结构都是以硅作为基底，因其导热系数大，使得热量损失大。现在常用的降低功耗的方法是在硅片背面去除大量的硅，形成的结构有两类，一类是基于硅片背面湿法腐蚀的悬膜结构，通过腐蚀背面大量的硅来降低热传导热量散失，即尽可能的避免硅与加热板接触；第二类是基于硅片正面湿法腐蚀的悬臂梁结构，通过腐蚀正面大量的硅来降低热传导热量散失。二者都是通过湿法腐蚀去除大量的硅来降低功耗，在硅的去除过程中需要使用干法刻蚀、正面保护和湿法腐蚀三项MEMS工艺，极大的增大了整体工艺的复杂度。由于湿法腐蚀过程中使用了大量的化学试剂，产生的刻蚀残留物不易清理，另外刻蚀速率不易控制，很容易造成图形失真，成品率低。另一方面，因为正面结构硅基底的大量去除使得加热板仅仅依靠四条悬空梁支撑，腐蚀速率不可控和热变形使得其结构极不稳定。

经查阅，目前未见有利用硅酸钙作为基底的气体传感器芯片的报道。因此提供一种以硅酸钙作为陶瓷材料、具有导热系数小、热扩散系数小、耐热性好，在其接触高温时，能够进行封装的硅酸钙基底的气体传感器芯片结构成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于硅酸钙基底的气体传感器芯片结构及制备方法，本发明解决了气体传感器芯片低功耗与低工艺复杂度不可兼得的问题，结构简单，在保持低功耗特性的同时极大地降低了制造工艺的复杂度，无需对基底背面进行加工，提高了成品率，局部高温，外围近于常温，易于封装。可以在工业生产中进行大批量的精确控温低功耗气体传感器芯片制备。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明基于硅酸钙基底的气体传感器芯片结构的制备方法，包括以下步骤：

1)制备硅酸钙基底；

2)将制得的硅酸钙基底分别采用低速500r/min、6s，高速1500r/min、40s匀涂光刻胶；

3)将涂有光刻胶的硅酸钙薄片烘干，然后进行光刻，曝光7s，得到设计好的加热丝及其引线盘的图形；

4)利用NaOH溶液对刻蚀有图形的硅酸钙薄片显影30s，然后烘干；

5)对显影后的硅酸钙基底正面溅射Cu，设置溅射功率为120KW，溅射时间为10s；

6)将溅射Cu的硅酸钙薄片依次放入丙酮、无水乙醇中分别超声，然后用去离子水冲洗，氮气吹干、高温烘干，并在300℃退火10min；

7)将步骤6)得到的硅酸钙薄片正面采用步骤2)的方法进行匀涂光刻胶；

8)将步骤7)得到的硅酸钙薄片烘干，然后进行光刻，曝光7s，得到设计好的测温电阻及其引线盘的图形；