[发明专利]一种基于热效应的微型气体传感器

说明书

本发明公开了一种基于热效应的微型气体传感器，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；所述红外探测器和微加热器均采用MEMS工艺制作而成。本发明所公开的微型气体传感器具有体积小、成本低、制备简单、容易批量生产等优势，在气体敏感膜吸附气体分子并发生反应后，可通过红外探测器检测气体敏感膜表面的温度变化，实现更快的响应速度。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，特别涉及一种基于热效应的微型气体传感器。

背景技术

有毒、有害、易燃易爆气体严重影响着人们的健康生活和安全生产，因此，对气体的快速、准确检测有着极其重要的意义。目前，气体传感器已广泛应用于国民生产和日常生活的方方面面，大到工业生产中的有毒气体、易燃易爆气体的检测，小到家居环境中的有害气体的监测和预警等，都展现出气体传感器的独特优势和广阔前景。

传统的气体检测设备，如基于质谱、能谱和色谱的气体检测仪，体积较大且价格较高，相比之下，采用MEMS技术制造的气体传感器，尤其是采用金属氧化物气敏材料的半导体气体传感器，以其体积小、功耗低、灵敏度高、稳定性好、可批量生产等优点，成为国内外气体传感器领域的研究热点。金属氧化物半导体气体传感器的工作原理是：利用金属氧化物制作气体敏感膜，在一定的温度下，气体分子在膜表面与金属氧化物反应使其电阻率发生变化，并通过叉指电极探测到这种变化，从而实现对气体浓度及成分的检测。由于气体分子与金属氧化物反应需要较高的温度，需要在气体敏感薄膜下制作微加热器以提供一定的温度。

金属氧化物半导体气体传感器虽具有较高的灵敏度和较好的稳定性，但现有方案中通过叉指电极探测气体敏感膜材料内部的电阻率变化来检测气体，其响应时间通常需要几秒甚至几十秒，响应速度有待进一步提高。尤其是在石油勘测、矿井安全、燃气泄漏、化工过程控制等领域，多一秒等待便多一分危险。因此，有必要发展一种新型气体传感器以实现对气体的快速检测。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于热效应的微型气体传感器，通过探测气体敏感膜表面的温度变化，来实现对气体浓度和成分的快速、准确检测。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于热效应的微型气体传感器，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；