【技术实现步骤摘要】
本申请属于热导式传感，尤其是涉及一种基于mems二维热导式气体传感器及其制造方法。
技术介绍
1、近年随着半导体技术的发展，基于热导式的气体传感器应用越来越广泛。热导式的气体传感器是基于不同气体热导率的不同，测量气体浓度的一种器件。它能将与气体种类、浓度、流速有关的信息转换成电信号。
2、在文献《采用热导传感器检测气体浓度的新方法研究》(《传感技术学报》2006.黄为勇等)中提出了一种在检测过程中保持传感器工作温度不变的检测方法，来解决热导气体传感器因半导体结构的传感器本身温度漂移而导致的精度不高的缺陷。该方案使用三个桥臂电阻和热导传感器共同组成一个电桥，使用调节器、伺服电路、可变电流源与电桥共同组成一个闭环控制电路，当气体浓度为零时，调节桥臂电阻，使电桥处于平衡状态；当待检测气体通过传感器时，导致传感器温度发生变化，进而使传感器阻值发生变化，使电桥失去平衡，输出的不平衡电压经放大后送到控制伺服电路，进而控制电流源改变输出电流值将传感器的阻值重新恢复为初始状态，从而将电桥恢复至平衡状态，通过检测桥臂电压就可以检测出被测气体浓度值。这样就克服了传统检测方法中传感器温度随被测气体浓度变化所导致的缺陷。但该方案需要实时采集不平衡电压，并使用可变电流源，同时还需要专门设置控制电路控制电流源输出的电流大小，这个结构相对较为复杂，其最终的效果严重依赖于采集装置和控制装置的精度，成本较高。
3、热导式传感器加热周围环境中气体分子，通过其各异的热容特性，将气体的流速信息转化为电信号变化进行测量。由于使用了纯物理式的气敏机
技术实现思路
1、本申请提供了一种基于mems二维热导式气体传感器及其制造方法，解决了气体传感器无法用于检测多方向多元混合气各组分含量动态变化的问题。
2、本申请实施例提供了一种基于mems二维热导式气体传感器，包括硅基基底，所述硅基基底上覆盖有功能涂层，所述硅基基底上设有加热电阻组件，所述加热电阻组件周围设有热电堆，所述硅基基底上设有数据处理系统；所述热电堆上设有气体空穴。
3、在其中一实施例中，
4、所述硅基基底的厚度为0.25-0.5mm，优选的，硅基基底的厚度为0.48mm；所述功能涂层包括绝缘层，所述绝缘层外覆盖隔热层，所述隔热层外覆盖加热电阻层。
5、在其中一实施例中，
6、所述绝缘层材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝中的一种，厚度为1.5-3.7μm，优选的，绝缘层材料为氮化硅，厚度为3.6μm；所述隔热层材料氧化铝，所述加热电阻层包括底层，所述底层上覆盖粘附层，所述粘附层上覆盖金属薄膜。
7、在其中一实施例中，
8、所述底层材料为二氧化硅，所述粘附层材料为100-300nm钨与高导铜的混合金属，优选的，粘附层材料为210nm钨与高导铜的混合金属，所述钨与高导铜的混合比例为5:2。
9、在其中一实施例中，
10、所述金属薄膜的厚度为700-1200nm，优选的，金属薄膜的厚度为700nm；材料为钛与钨混合金属材料，混合比为5:4。
11、在其中一实施例中，
12、所述加热电阻组件包括蛇形加热电阻，所述蛇形加热电阻的数量至少为1个，优选的，数量为4个；所述蛇形加热电阻材料为铂、铜、镍、铁或镍铬合金中的一种，优选的，蛇形加热电阻材料为铂；所述多个蛇形加热电阻通过连接桥交叉连接形成十字形。
13、在其中一实施例中，
14、所述蛇形加热电阻电连接加热电极。
15、在其中一实施例中，
16、所述热电堆设置在十字形的四个象限内，所述热电堆的数量至少为1个，优选的，热电堆的数量为4个，所述热电堆电连接热电堆电极，所述热电堆电极的材料为金、银、钛、镍、铂、铝或铜中的一种，优选的，热电堆电极的材料为金。
17、本申请还提供了一种基于mems二维热导式气体传感器的制造方法，用于制备上述实施例提供的一种基于mems二维热导式气体传感器，具体包括以下步骤：
18、一、在硅基基底上通过低压气相沉积形成绝缘层；
19、二、通过剥离工艺蒸发并图案化加热电阻层；并且刻蚀所述隔热层上方的加热电极，形成加热电阻组件；
20、三、通过等离子增强气相沉积形成隔热层；
21、四、通过光刻和蚀刻工艺，刻蚀在绝缘层上形成气体空穴；
22、五、通过光刻和蚀刻工艺，刻蚀在绝缘层上形成热电堆；
23、六、采用晶片黏结薄膜滴涂工艺将所述热电堆键合于所述气体空穴中，干燥烧结黏结薄膜滴涂材料，使所述热电堆与所述绝缘层之间牢固结合，得到mems二维热导式气体传感器。
24、在其中一实施例中，
25、步骤二、四、五刻蚀的溶剂为四甲基氢氧化氨。
26、本申请提供了一种基于mems二维热导式气体传感器及其制造方法，用于检测对于多方向多元混合气体，通过热电堆加热周围环境中气体分子，其各异的热容特性，将气体的流速信息转化为电信号变化进行测量，解决了低端热导式传感器通常具有检测方向单一、功耗大、测量精度差、灵敏度低和温度漂移大等缺点，本申请采用热导传感器，利用各种气体的热导率不同测量混合气中各种气体含量，成本低且灵敏度高；硅基基底和加热电阻组件使传感器能够精确地感应不同热导率的气体，从而提供准确的气体检测；制造工艺确保了传感器结构的精确性和制造的一致性，传感器的设计和材料选择使其适用于各种环境，包括需要长时间稳定运行的工业应用。
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1.一种基于MEMS二维热导式气体传感器，其特征在于，包括硅基基底，所述硅基基底上覆盖有功能涂层，所述硅基基底上设有加热电阻组件，所述加热电阻组件周围设有热电堆，所述硅基基底上设有数据处理系统；所述热电堆上设有气体空穴。
2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS二维热导式气体传感器，其特征在于，所述硅基基底的厚度为0.25-0.5mm；所述功能涂层包括绝缘层，所述绝缘层外覆盖隔热层，所述隔热层外覆盖加热电阻层。
3.根据权利要求2所述的一种基于MEMS二维热导式气体传感器，其特征在于，所述绝缘层材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝中的一种，厚度为1.5-3.7μm；所述隔热层材料氧化铝，所述加热电阻层包括底层，所述底层上覆盖粘附层，所述粘附层上覆盖金属薄膜。
4.根据权利要求3所述的一种基于MEMS二维热导式气体传感器，其特征在于，所述底层材料为二氧化硅，所述粘附层材料为100-300nm钨与高导铜的混合金属，所述钨与高导铜的混合比例为5:2。
5.根据权利要求3所述的一种基于MEMS二维热导式气体传感器，其特征在于，所述金属薄膜的厚度为
6.根据权利要求1所述的一种基于MEMS二维热导式气体传感器，其特征在于，所述加热电阻组件包括蛇形加热电阻，所述蛇形加热电阻的数量至少为1个，所述蛇形加热电阻材料为铂、铜、镍、铁或镍铬合金中的一种，所述多个蛇形加热电阻通过连接桥交叉连接形成十字形。
7.根据权利要求6所述的一种基于MEMS二维热导式气体传感器，其特征在于，所述蛇形加热电阻电连接加热电极。
8.根据权利要求6所述的一种基于MEMS二维热导式气体传感器，其特征在于，所述热电堆设置在十字形的四个象限内，所述热电堆的数量至少为1个，所述热电堆电连接热电堆电极，所述热电堆电极的材料为金、银、钛、镍、铂、铝或铜中的一种。
9.一种基于MEMS二维热导式气体传感器的制造方法，用于制造权利要求1-8任一所述的一种基于MEMS二维热导式气体传感器，其特征在于，具体包括以下步骤：
10.根据权利要求1所述的一种基于MEMS二维热导式气体传感器的制造方法，其特征在于，步骤二、四、五刻蚀的溶剂为四甲基氢氧化氨。
...【技术特征摘要】
1.一种基于mems二维热导式气体传感器，其特征在于，包括硅基基底，所述硅基基底上覆盖有功能涂层，所述硅基基底上设有加热电阻组件，所述加热电阻组件周围设有热电堆，所述硅基基底上设有数据处理系统；所述热电堆上设有气体空穴。
2.根据权利要求1所述的一种基于mems二维热导式气体传感器，其特征在于，所述硅基基底的厚度为0.25-0.5mm；所述功能涂层包括绝缘层，所述绝缘层外覆盖隔热层，所述隔热层外覆盖加热电阻层。
3.根据权利要求2所述的一种基于mems二维热导式气体传感器，其特征在于，所述绝缘层材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝中的一种，厚度为1.5-3.7μm；所述隔热层材料氧化铝，所述加热电阻层包括底层，所述底层上覆盖粘附层，所述粘附层上覆盖金属薄膜。
4.根据权利要求3所述的一种基于mems二维热导式气体传感器，其特征在于，所述底层材料为二氧化硅，所述粘附层材料为100-300nm钨与高导铜的混合金属，所述钨与高导铜的混合比例为5:2。
5.根据权利要求3所述的一种基于mems二维热导式气体传感器，其特征在于，所述金属薄膜的厚度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：王相，王静怡，张宇，
申请(专利权)人：威海精讯畅通电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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