一种多端输出薄膜气敏传感器制造技术

本发明专利技术公开一种多端输出薄膜气敏传感器，同时集成电导信号拾取电极和电容信号拾取电极来获取气体敏感膜上的信号。所述的电导信号拾取电极可以获取气体敏感膜上的电导信号，环形叉指电容信号拾取电极可以获取气体敏感膜上的电容信号。所述环形叉指电容信号拾取电极同时可以作为加热丝，电极上通过电流时产生的电导热可对气体敏感膜进行加热。该气敏传感器集成电导信号和电容信号拾取电极，可同时对电导敏感型和电容敏感型气体进行检测，气敏的选择性和检测精度得到极大的增强。环形叉指电容电极加热，使得吸附的气体短时间内脱附，传感器得以快速恢复到初态，提高传感器的稳定性。同时这种新结构的传感器制造工艺简单，重复性好，灵敏度高，功耗低，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器，特别涉及一种多端输出薄膜气敏传感器。
技术介绍
气敏传感器，又称气体传感器，是指利用各种化学、物理效应将气体成分、浓度按照一定的规律转换成电信号输出的传感器件，是化学传感器中最活跃的一种，广泛应用于 环保、医疗、卫生、煤矿安全、工业、军事等领域，用来检测和鉴别易燃、易爆、有毒气体、工业 废气、汽车尾气和环境保护气体等。常见的薄膜气敏传感器，输出为某一种电参量输出，比如电导或者电容等。有些气 体在气敏材料吸附后引起材料的电导发生明显变化，而有些气体则引起材料的电容有很大 变化。因此在进行器件设计时，常常需要考虑被测气体和材料特性。本专利技术在同一个器件 结构上同时设计两种电参量输出，对于电导型气体和材料可以提取其主要电导参量，同时 提取其次要电容参量作为补充。而对于电容型气体和材料可以提取其主要电容参量，同时 提取其次要电导参量作为补充。在后端数据辨识系统中，可以通过两种主要参量和次要参 量，来准确识别气体种类和浓度值。本专利技术的意义在于通过多数据获取来确定唯一变量，可以实现高精度、高可靠性测量。
技术实现思路
本专利技术实现一种多端输出薄膜气敏传感器，采用该结构的气敏传感器具有灵敏度 高、选择性好、室温下工作、易于操作等优点。本专利技术的技术方案是这样实现的包括传感器的绝缘衬底，气体敏感膜，薄膜电极 层。以绝缘材料(刚性和柔性)作为衬底，通过直流磁控溅射在衬底上淀积金属薄膜，接着 采用光刻工艺形成复合电极，在复合电极上面设置气体敏感膜。所述的绝缘衬底材料是钙钠玻璃、二氧化硅等其他刚性绝缘材料，或者是柔性聚 合物绝缘材料。薄膜电极、气体敏感膜位于传感器的绝缘衬底同侧。所述的薄膜电极包括电导信号拾取电极和电容信号拾取电极，电导信号拾取电极 和电容信号拾取电极之间是相互独立的，电容信号拾取电极采用环形叉指结构，同时可作 为加热丝。所述的薄膜电极材料采用镍、铬、不锈钢及其它二元或者多元合金混合物。所述的气体敏感膜材料采用金属氧化物，或者是碳纳米管，或者是有机聚合层，或 者是金属氧化物、碳纳米管和有机聚合层的复合材料。同现有的技术相比较，本设计结构的多端输出薄膜气敏传感器有以下优点(1) 同一个器件结构上同时设计两种电参量输出，对于电导型气体和材料可以提取其主要电导 参量，同时提取其次要电容参量作为补充。而对于电容型气体和材料可以提取其主要电容参量，同时提取其次要电导参量作为补充。在后端数据辨识系统中，可以通过两种主要参量 和次要参量，来准确识别气体种类和浓度值。(2)采用环形叉指电极，不仅拾取信号，而且可 对气体敏感膜进行加热，将吸附到气体敏感膜上的测试气体迅速解吸，传感器快速恢复到 初始状态，提高传感器的稳定性和重复性。(3)通过多数据获取来确定唯一变量，可以实现 高精度、高可靠性测量。(4)制造工艺简单，重复性好，可批量制备。附图说明图1为本专利技术的俯视结构示意图。图中，1、4、5、8表示电导信号拾取电极引出端；2、3、6、7表示电容信号拾取电极引 出端；9表示传感器的绝缘衬底；10表示气体敏感膜；a、b、c、d、e分别为五个间距。图2本专利技术采用的传感器新结构的剖面结构示意图。图中，9表示传感器的绝缘衬底；10表示气体敏感膜；11表示薄膜电极层。下面结合附图对本专利技术的内容作进一步详细说明。具体实施例方式参照图1 2进行制作本专利技术传感器，图1为本专利技术的俯视结构示意图。1、4、5、 8为电导信号拾取电极引出端，具有拾取气体敏感膜上的电导信号的功能。2、3、6、7为叉指 环形电容信号拾取电极的引出端，具有拾取气体敏感膜上的电容信号和加热电极功能。9为 传感器的绝缘衬底。10为气体敏感膜。a、b、C、d、e为五个间距尺寸，a的取值范围为50um 到300um, b的取值范围为50um到300um, c的取值范围为250um到IOOOum, d的取值范围 为Imm到1. 5mm，e的取值范围为2mm到14mm。图2为本专利技术的剖面结构示意图。9为传感 器的绝缘衬底。11为薄膜电极层。10为气体敏感膜。公开一种多端输出薄膜气敏传感器的新结构，同时集成电导信号拾取电极和电容 信号拾取电极来获取敏感膜信号。在电导模式下采用电导电极可以拾取气体敏感膜上的电 导信号，在电容模式下采用电容叉指环形电极可以拾取气体敏感膜上的电容信号，电容电 极同时可作为加热丝对气体敏感膜进行加热。这种复合电极不同的设置模式下可以同时检 测和鉴别电导敏感型和电容敏感型气体，从而增强薄膜气敏传感器的选择性。在加热模式 下让叉指环形电容电极通过电流，电极产生的电导热可加热气体敏感膜，可使薄膜气敏传 感器迅速恢复到初始状态，提高传感器的稳定性。同时这种新结构的传感器制造工艺简单， 重复性好，灵敏度高，功耗低，生产成本低。本专利技术所提供的多端输出薄膜气敏传感器的新结构，至少包括以下三各部分传 感器的绝缘衬底，薄膜电极层，气体敏感膜。其特征在于采用绝缘材料作为衬底。薄膜电 极是通过直流磁控溅射在衬底上沉积一层金属而后通过掩膜、曝光、显影、刻蚀一系列工艺 形成的，电极与衬底之间有良好的接触。电导信号拾取电极呈直线型，电容信号拾取电极呈 环形型叉指结构。通过一对电导信号拾取电极可以拾取气体敏感膜上的电导信号，一对电 容信号拾取电极可以拾取气体敏感膜上的电容信号，单根电容环形电极两端加上电压产生 的电导热可对气体敏感膜进行加热。由于电容信号拾取电极既要作为良好的导电电极又要 作为加热电导丝，这就要求电极材料既要有良好的导电性又要具有足够大的电导值，导电 性与电导之间需进行折中。气体敏感膜材料是金属氧化物、有机聚合层、碳纳米管复合材料等。本专利技术所提供的多端输出薄膜气敏传感器新结构的实现方法如下(1)取一片绝 缘材料作为衬底，比如钙钠玻璃、氧化硅等，先后用丙酮、乙醇、去离子水对衬底进行清洗，烘干(2)通过直流磁控溅射法在衬底表面淀积一层金属薄膜。(3)通过传统的掩膜、曝光、显影、刻蚀工艺加工出电极图形。(4)通过厚膜工艺如印刷、滴涂等，或者薄膜工艺在电极上制备一层气体敏感膜。采用钙钠玻璃作为传感器的绝缘衬底9。先后用丙酮、乙醇、去离子水对玻璃衬底 进行清洗，烘干。采用直流磁控溅射在衬底上淀积一层200纳米的不锈钢。通过常规的光 刻工艺，涂胶、掩膜、曝光、显影、刻蚀、去胶，将金属层刻成图1所示的电极形状，构成薄膜 电极层11。电极的线条宽50微米到80微米，间距a的取值范围为50微米到300微米，间 距b的取值范围为50微米到300微米，间距c的取值范围为250微米到1000微米。间距 d的取值为1毫米到1. 5毫米，间距e的取值范围是2毫米到14毫米。叉指环形指长9毫 米，共有十对叉指。在电极的引出端通过丝网印刷工艺印刷银浆形成电极引出端接线盘，完 成薄膜电极的制作。在图1中，1、4、5、8为电导信号拾取电极的引出端，在电导信号拾取电 极引出端1和电导信号拾取电极引出端5之间或者在电导信号拾取电极引出端4和电导信 号拾取电极引出端8之间加电压可获取气体敏感膜上的电导信号；2、3、6、7为电容信号拾 取电极的引出端，在电容信号拾取电极引出端2、6与电容信号拾取电极引出端3、7之间加 电压可获取气体敏感膜上的电容信号。当电容信号拾取电极作为加热丝时，在电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多端输出薄膜气敏传感器，包括传感器的绝缘衬底（９）、薄膜电极层（１１）、气体敏感膜（１０），其特征在于，以绝缘材料作为传感器的绝缘衬底（９），通过直流磁控溅射在绝缘衬底上淀积金属薄膜，接着采用光刻工艺形成薄膜电极层（１１），在薄膜电极层（１１）上面设置气体敏感膜（１０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕，左曙，刘卫华，贺永宁，朱长纯，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]