[发明专利]一种基于热效应的微型气体传感器

权利要求书

1.一种基于热效应的微型气体传感器，其特征在于，包括由第一PCB、第二PCB和支撑体构成的腔体，所述腔体内位于第一PCB上设置红外探测器，所述腔体内位于第二PCB上设置微加热器，所述红外探测器与微加热器相对设置，且分别电连接到第一PCB和第二PCB上；所述微加热器上方设置气体敏感膜；所述支撑体上开设有进气口和出气口；

所述红外探测器采用MEMS工艺制作而成，其结构包括：

衬底一，设有沿上下向贯通的隔热腔体一；

支撑层一，形成于衬底一的上表面；

热电堆单元，形成于支撑层上，且局部位于隔热腔体的上方，从下至上依次包括第一热偶层、第一绝缘层和第二热偶层，且第一热偶层、第二热偶层通过第一绝缘层中的通孔一连接，以形成热电堆；

第二绝缘层，覆盖第二热偶层，且局部刻蚀出通孔二以暴露部分第二热偶层；

红外吸收层，形成于第二绝缘层的上表面；

所述微加热器采用MEMS工艺制作，其结构包括：

衬底二，设有沿上下向贯通的隔热腔体二；

支撑层二，形成于衬底二的上表面；

加热电阻和加热电极，形成于支撑层二的上表面，且加热电极位于隔热腔体二的上方；

第三绝缘层，覆盖加热电阻及加热电极，并局部刻蚀出通孔三以暴露部分加热电极。

2.根据权利要求1所述的一种基于热效应的微型气体传感器，其特征在于，所述衬底一和衬底二为半导体衬底，选自硅衬底、锗衬底、SOI衬底、GeOI衬底中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种基于热效应的微型气体传感器，其特征在于，所述隔热腔体一和隔热腔体二的截面形状包括矩形或梯形，采用干法刻蚀和各向异性湿法腐蚀的方法形成。

4.根据权利要求1所述的一种基于热效应的微型气体传感器，其特征在于，所述支撑层一和支撑层二、第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层的材料选自氧化硅、氮化硅中的一种或两种组合，其中，氧化硅采用热氧化、低应力化学气相淀积或等离子体化学气相淀积的方法形成，氮化硅通过低压力化学气相沉积或等离子体化学气相沉积的方法形成。

5.根据权利要求1所述的一种基于热效应的微型气体传感器，其特征在于，所述第一热偶层、第二热偶层、加热电阻和加热电极的材料选自P型多晶硅、N型多晶硅、金属中的一种，其中，P型多晶硅和N型多晶硅通过低应力化学气相淀积、离子注入、退火、刻蚀工艺的组合形成，金属通过剥离工艺形成，或通过先溅射或蒸镀后刻蚀的方法形成。

6.根据权利要求1所述的一种基于热效应的微型气体传感器，其特征在于，所述红外吸收层的材料为氮化硅，或氮化硅与氧化硅的组合，其中，氧化硅和氮化硅均可通过低应力化学气相淀积或等离子体化学气相淀积的方法形成。

7.根据权利要求1所述的一种基于热效应的微型气体传感器，其特征在于，所述气体敏感膜的材料为金属氧化物，包括氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化镍、氧化钨中的一种，通过气相法、液相法或固相法的一种形成。

8.根据权利要求1所述的一种基于热效应的微型气体传感器，其特征在于，实现红外探测器与第一PCB、微加热器与第二PCB之间电连接的方法为球焊、楔焊的一种，采用的材料为金、铜、银、铝中的一种。