[发明专利]一种基于MEMS的电化学气体传感器及其制备方法

说明书

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种基于MEMS的电化学气体传感器及其制备方法。本发明采用硅片作为基底材料，根据待测气体种类在硅片上溅射相应的金属作为对电极和参比电极。在玻璃片上溅射一层金属用作工作电极，然后利用干法刻蚀的方法在玻璃上刻蚀出进电解液口、出电解液口和进气口阵列，进气口采用阵列的方法不但能够提高气体传感器的灵敏度还能够使传感器具有更低的检测下限。而且本发明所使用的工艺成熟、制得的器件体积小、集成度高、可兼容传统IC生产工艺、适用于大批量生产，可根据待测气体种类来选择电极的敏感材料，从而实现多种气体传感器的定制，因此具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域，具体涉及一种基于MEMS的电化学气体传感器及其制备方法。

背景技术

世界人口的持续增长会加剧资源的消耗，从而在能源和环境方面给人类带来巨大的挑战，还会对人类健康造成一定伤害。例如，许多VOC(包括甲苯和丙酮)都与某些疾病有关，它们会导致呼吸问题、头痛和眼睛刺激。从人类呼吸中获得的甲苯、氨、一氧化氮和丙酮生物标志物，分别表征肺部疾病、肾脏疾病、哮喘和糖尿病，因此高精度、有选择性的监测目标场合下的气体浓度，并利用智能设备输出可视化数据以供参考，有望打造一个智能且健康的智慧城市。所以，必须将包括气体传感器在内的传感器广泛部署和互连，以便收集和分析数据以做出正确的决策。目前，气体传感器已广泛应用于工业气体泄漏检测、室内外空气质量监测、食品和化妆品质量测定及医疗诊断方面。气体传感市场在过去几年中呈指数级增长，因此大规模部署就更需要小尺寸、低成本、低功耗和随器件老化漂移最小的卓越性能。

在各类气体传感器中，MEMS气体传感器因其具有良好的选择性、稳定性、灵敏度、兼容性、且易于微型化、集成化，同时还具有低功耗、低成本、可批量制备等优点，成为目前应用最为广泛的气体传感器之一。MEMS气体传感器利用电化学的工作原理，采用微电子技术在硅片上向下刻蚀出一定深度的凹槽用于容纳电解质溶液，在硅和玻璃上溅射相应的金属层分别作为对电极、参比电极和工作电极，当用作工作电极的敏感材料暴露于被测气体中，气体会与它们发生反应，引起电信号的变化，产生的电信号经过信号处理后，输出为可识别气体成分或气体浓度的信号。此外，通过制作阵列的方式增加气体、工作电极和电解液的接触面积，提高灵敏度。还可以根据待测气体的种类选择所需的工作电极，因此该MEMS电化学气体传感器具有更广泛的应用价值。

目前，受敏感材料与气体反应过程的限制，大多数电化学气体传感器对气体的响应-恢复时间较长，而MEMS电化学气体传感器有助于提高传感器的响应恢复速度，从而有助于人们实现对特定场合目标气体的实时检测，为及时预报环境中气体变化所带来的问题提供了时间上的保障。其次长期稳定性反映了气体传感器件保持敏感特性的能力，是衡量传感器受环境因素影响大小的一个重要参数。而目前的电化学气体传感器通常在实际环境中使用3个月后，器件的性能会受到环境温度、湿度以及其他因素的影响，需要重新标定。最后目前的电化学气体传感器体积较MEMS电化学气体传感器的体积更大，不易于集成。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于MEMS的电化学气体传感器及其制备方法。

本发明采用硅片作为基底材料，根据待测气体种类在硅片上溅射相应的金属作为对电极和参比电极。在玻璃片上溅射一层金属用作工作电极，然后利用干法刻蚀的方法在玻璃上刻蚀出进电解液口、出电解液口和进气口阵列，进气口采用阵列的方法不但能够提高气体传感器的灵敏度还能够使传感器具有更低的检测下限。而且本发明所使用的工艺成熟、制得的器件体积小、集成度高、可兼容传统IC生产工艺、适用于大批量生产，可根据待测气体种类来选择电极的敏感材料，从而实现多种气体传感器的定制，因此具有广泛的应用价值。

本发明的技术方案：