[发明专利]一种基于单个加热元件的甲烷传感器及制备方法和应用

摘要

一种基于单个加热元件的甲烷传感器及制备方法和应用，适用于工矿企业中使用。该甲烷传感器包括加热元件、测量元件、环境温度测量元件。该甲烷传感器的加热元件的加热器和测量元件的测量构件通过支撑臂悬置于空气中，加热元件单独加热到高温工作状态，测量元件单独用于检测瓦斯气体浓度，环境温度测量元件检测片上温度用于温度补偿。该甲烷传感器加工工艺与CMOS工艺兼容。该传感器的优点为结构简单、功耗低、灵敏度高、抗干扰性好、成本低。

主权项

一种基于单个加热元件的甲烷传感器，其特征在于：它包括加热元件(101)、测量元件(102)与环境温度测量元件(103)；所述环境温度测量元件(103)设在支座(100)上；所述加热元件(101)由两个固定端(1001)、两个并排设置的支撑臂A(1012)与加热器(1011)构成，两个支撑臂A(1012)的两端分别与固定端(1001)和加热器(1011)相连接，形成二端子器件；所述每个支撑臂A(1012)的长度至少300μm；所述测量元件(102)由两个固定端(1001)、测量构件(1021)和两个支撑臂B(1022)构成，两个支撑臂B(1022)分别与测量构件(1021)的两端相连接，两个支撑臂B(1022)的另一端分别与两个固定端(1001)相连，构成二端子器件；所述每个支撑臂B(1022)的长度至少100μm；所述加热元件(101)的固定端(1001)与测量元件(102)的固定端(1001)相互独立的设在支座(100)上，其余部分悬置在空气中；加热元件(101)和测量元件(102)在结构上都为悬臂梁结构；所述加热元件(101)的加热器(1011)与测量元件(102)的测量构件(1021)不接触，相距2μm至200μm；所述支座(100)包括衬底(11)与设在衬底(11)上的隔离氧化硅层(12)，及设在隔离氧化硅(12)上的顶层单晶硅层(13)；加热元件(101)、测量元件(102)与环境温度测量元件(103)采用设在隔离氧化硅(12)上的顶层单晶硅层(13)加工形成，加热元件(101)、测量元件(102)与环境温度测量元件(103)的硅结构分别与隔离氧化硅(12)上的其它的顶层单晶硅层(13)隔离不相连接；所述衬底(11)为硅或其它可采用MEMS工艺加工的材料；所述设在支座(100)上的环境温度测量元件(103)包括两个电极引出端(1031)及测量电阻(1032)；加热元件(101)与测量元件(102)的固定端(1001)及环境温度测量元件(103)的电极引出端(1031)由顶层单晶硅层(13)加工形成，在顶层单晶硅层(13)外有氧化硅层(23)，在氧化硅层(23)上设有电引出焊盘金属(22)；所述固定端(1001)与电极引出端(1031)的顶层单晶硅层(13)内设有掺杂硅层(24)；所述电引出焊盘金属(22)通过氧化硅层(23)的窗口与固定端(1001)的掺杂硅层(24)相接触构成欧姆接触；所述加热元件(101)的伸出在空气中的支撑臂A(1012)与加热器(1011)以及测量元件(102)的伸出在空气中的测量构件(1021)、支撑臂B(1022)的外表面设有钝化保护层(14)；所述环境温度测量元件(103)的测量电阻(1032)的外表面同样设有钝化保护层(14)；所述钝化保护层(14)为氧化硅，或氧化铪，或氧化硅/氧化铝复合层，或氧化铪/氧化铝复合层，或氧化铪/氮化硅复合层，或氧化铝/氮化硅复合层，或氧化硅/氮化硅复合层，或氧化硅、氧化铪、氧化铝、氮化硅四种材料组合形成的复合层；其中氧化硅的厚度至少10nm，氧化铪的厚度至少为5nm，氧化铝厚度至少6nm，氮化硅厚度至少10nm，整个钝化保护层的厚度不超过1μm。