【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，具体涉及一种具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器及其制备方法。
技术介绍
1、随着社会发展，社会生活中越来越多的场景中需要实时地测量各种气体的浓度。mems微热板式气体传感器的原理是利用气体和气敏薄膜的反应来改变气敏薄膜的电学特性，从而获知待测气体的浓度，其中微热板用于气敏薄膜加热，提高反应的速度和转化率。此外，mems微热板式气体传感器因其小型化，低成本，高可靠性，易于集成等优点而逐渐得到青睐。
2、对于mems微热板式气体传感器而言，随着温度升高，气敏薄膜与待测气体的反应程度先增大后减小，为了实现较高的精度与灵敏度，微热板式气体传感器的气敏薄膜需要控制在适宜的温度，以达到最大的反应程度，因此需要检测、控制气体传感器的温度。微热板式气体传感器传统的测温方式是使用探针接触待测区域，利用热电偶或热电阻的原理进行测量，但是由于mems微热板式气体传感器尺寸小，甚至小于探针尺寸，导致温度测量不准。同时这些传统的接触式测量会带来传感器温度分布的改变、微热板的传热效率下降等问题。另外，由于气敏薄膜需要同待测气体接触，而现有测温结构需要触碰气敏薄膜进行测量，若长时间接触会占据气敏薄膜与待测气体反应界面的面积，导致反应效率的下降，短时间接触则无法对气体传感器反应温度进行动态的实时监测。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器及其制备方法，能够实现对待测气体与气敏薄膜反应温度的精确、实时测量，进一步提高
2、为达成上述目的，本专利技术提出如下技术方案：
3、第一方面，公开一种具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器，包括衬底和设置在所述衬底上方的膜片结构；
4、所述膜片结构包括自下而上层叠设置的钝化层、加热电极、永磁薄膜层、第一传热绝缘层、热检测电极、第二传热绝缘层、气体检测电极和气敏薄膜；所述加热电极用作热源，其产生的热流一路经所述钝化层向所述传感区传递，另一路热流经所述第一传热绝缘层、热检测电极、第二传热绝缘层向所述气敏薄膜传递；所述气敏薄膜接收热流升温至工作温度区间与待测气体发生化学反应后改变自身电阻，经所述气体检测电极检测并转换为所述待测气体的浓度；所述永磁薄膜层在所述mems微热板式气体传感器工作状态时产生磁场，所述热检测电极基于能斯托效应将所述气敏薄膜的反应温度变化转换为输出电压变化，进而实现实时监测所述气敏薄膜的反应温度。
5、进一步的，所述钝化层设置在所述衬底上，所述钝化层的中部水平设置为十字结构，所述钝化层的外沿周圈设置为用于支撑所述十字结构的框架；
6、所述加热电极固设在所述钝化层上表面，其平面结构对应于所述十字结构的横向两臂和中央位置；所述加热电极对应于所述十字结构中央的部分平面结构的形状设置为蛇形结构，所述蛇形结构的波峰和波谷向所述十字结构的纵向两臂方向延伸。
7、进一步的，所述膜片结构还包括第一隔热绝缘层；
8、所述第一隔热绝缘层位于所述钝化层的上表面和所述加热电极的周围，其上表面平齐于所述加热电极的上表面，并且其位于所述加热电极周围的部分充分填充所述蛇形结构的空隙。
9、进一步的，所述永磁薄膜层设置在所述加热电极与第一隔热绝缘层的上表面，其平面结构对应于所述十字结构的四条延伸臂上方；所述永磁薄膜层由fept、copt、conimnp或sr铁氧体构成，厚度为1～5um。
10、进一步的，所述第一传热绝缘层的上表面水平，其底部设置在所述加热电极、第一隔热绝缘层和永磁薄膜层的上表面；所述第一传热绝缘层的厚度为2.1～2.2um，其平面结构对应于所述十字结构；所述第一传热绝缘层用于在传递热量的同时，产生水平的热流。
11、进一步的，所述热检测电极设置所述第一传热绝缘层上表面；所述热检测电极其平面结构对应于所述十字结构；
12、所述热检测电极平面结构上四条延伸臂的末端分别预设有用于所述加热电极的电极引出空间；
13、所述永磁薄膜层用于产生垂直通过所述热检测电极的磁场，所述热检测电极上存在沿其中心向所述十字结构四臂传输的热流，进而基于所述能斯托效应，所述热检测电极上与热流方向垂直的两侧产生电动势；
14、所述第一传热绝缘层用于使所述加热电极和所述热检测电极之间形成电气隔离。
15、进一步的，所述第二传热绝缘层的上表面水平，其底部设置在所述第一传热绝缘层和热检测电极上表面；所述第二传热绝缘层的厚度为100～300nm，其平面结构对应于所述十字结构。
16、进一步的，所述气体检测电极固设在所述第二传热绝缘层上表面，其平面结构对应于所述十字结构的纵向两臂和中央位置；所述气体检测电极对应于所述十字结构中央的部分平面结构的形状设置为梳齿结构，所述梳齿结构沿所述十字结构的横向两臂方向相向交错，用于检测所述气敏薄膜不同区域的电学量；
17、所述气敏薄膜位于所述气体检测电极的上方，其平面结构对应于所述气体检测电极；
18、所述第二传热绝缘层用于使所述热检测电极和所述气体检测电极之间形成电气隔离。
19、进一步的，所述膜片结构还包括第二隔热绝缘层；
20、所述第二隔热绝缘层位于所述第一隔热绝缘层、所述第二传热绝缘层上，其上表面平齐于所述气敏薄膜的上表面，并且所述第二隔热绝缘层的平面结构对应于所述框架和所述十字结构；所述第二隔热绝缘层用于在所述加热电极、热检测电极、气体检测电极之间形成电气隔离，并用于所述同时形成所述第二传热绝缘层与外界的热量隔离。
21、进一步的，所述膜片结构还包括第一引线、第二引线和第三引线；
22、所述第一引线位于所述第一隔热绝缘层、第二隔热绝缘层内，与所述加热电极形成电气连接，其厚度为所述加热电极底面至所述膜片结构上表面的距离；
23、所述第二引线位于所述第二隔热绝缘层内，与所述热检测电极形成电气连接，其厚度为所述热检测电极底面至所述膜片结构上表面的距离；
24、所述第三引线位于所述第二隔热绝缘层内，与所述气体检测电极形成电气连接，其厚度为所述气体检测电极底面至所述膜片结构上表面的距离。
25、进一步的，所述钝化层包括第一钝化层和第二钝化层；
26、所述第一钝化层位于所述衬底上表面，其平面结构包括位于中部的所述十字结构和支撑所述十字结构的框架；所述第一钝化层的材料为氮化硅，厚度为100～500nm；
27、所述第二钝化层位于所述第一钝化层上表面，其平面结构对应于所述第一钝化层的平面结构；所述第二钝化层的材料为二氧化硅，厚度为100～500nm。
28、第二方面，公开上述具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器的制备方法，该方法包括如下步骤：
29、1)选用硅片作为衬底基材，衬底基材上表面水平，其中部划分为十字结构的传感区，所述传感区外围划分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，包括衬底和设置在所述衬底上方的膜片结构；
2.根据权利要求1所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述钝化层设置在所述衬底上，所述钝化层的中部水平设置为十字结构，所述钝化层的外沿周圈设置为用于支撑所述十字结构的框架；
3.根据权利要求2所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述膜片结构还包括第一隔热绝缘层；
4.根据权利要求3所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述永磁薄膜层设置在所述加热电极与第一隔热绝缘层的上表面，其平面结构对应于所述十字结构的四条延伸臂上方；所述永磁薄膜层由FePt、CoPt、CoNiMnP或Sr铁氧体构成，厚度为1～5um。
5.根据权利要求4所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述第一传热绝缘层的上表面水平，其底部设置在所述加热电极、第一隔热绝缘层和永磁薄膜层的上表面；所述第一传热绝缘层的厚度为2.1～2.2um，其平面结构对
6.根据权利要求5所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述热检测电极设置所述第一传热绝缘层上表面；所述热检测电极其平面结构对应于所述十字结构；
7.根据权利要求6所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述第二传热绝缘层的上表面水平，其底部设置在所述第一传热绝缘层和热检测电极上表面；所述第二传热绝缘层的厚度为100～300nm，其平面结构对应于所述十字结构。
8.根据权利要求7所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述气体检测电极固设在所述第二传热绝缘层上表面，其平面结构对应于所述十字结构的纵向两臂和中央位置；所述气体检测电极对应于所述十字结构中央的部分平面结构的形状设置为梳齿结构，所述梳齿结构沿所述十字结构的横向两臂方向相向交错，用于检测所述气敏薄膜不同区域的电学量；
9.根据权利要求8所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述膜片结构还包括第二隔热绝缘层；
10.根据权利要求9所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述膜片结构还包括第一引线、第二引线和第三引线；
11.根据权利要求2所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器，其特征在于，所述钝化层包括第一钝化层和第二钝化层；
12.根据权利要求1-11任一项所述的具有热磁式测温结构的MEMS微热板式气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器，其特征在于，包括衬底和设置在所述衬底上方的膜片结构；
2.根据权利要求1所述的具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器，其特征在于，所述钝化层设置在所述衬底上，所述钝化层的中部水平设置为十字结构，所述钝化层的外沿周圈设置为用于支撑所述十字结构的框架；
3.根据权利要求2所述的具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器，其特征在于，所述膜片结构还包括第一隔热绝缘层；
4.根据权利要求3所述的具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器，其特征在于，所述永磁薄膜层设置在所述加热电极与第一隔热绝缘层的上表面，其平面结构对应于所述十字结构的四条延伸臂上方；所述永磁薄膜层由fept、copt、conimnp或sr铁氧体构成，厚度为1～5um。
5.根据权利要求4所述的具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器，其特征在于，所述第一传热绝缘层的上表面水平，其底部设置在所述加热电极、第一隔热绝缘层和永磁薄膜层的上表面；所述第一传热绝缘层的厚度为2.1～2.2um，其平面结构对应于所述十字结构；所述第一传热绝缘层用于在传递热量的同时，产生水平的热流。
6.根据权利要求5所述的具有热磁式测温结构的mems微热板式气体传感器，其特征在于，所述热检测电极设置所述第一传热绝缘层上表面；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，杨蕴秀，蒋治国，董叶飞，
申请(专利权)人：南京高华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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