半导体气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种半导体气体传感器及其制备方法，其中该半导体气体传感器包括：基底，所述基底具有表面；设置在所述表面的加热电极；位于所述加热电极形成的热场内的信号感测电极，所述信号感测电极包括导电电极以及电性连接所述导电电极的气敏材料；其中，所述加热电极和所述信号感测电极之间设置有绝缘介质层。本发明专利技术提供的半导体气体传感器通过采用喷墨印刷的方式制备绝缘介质层，可以大大减少传感器的生产成本，并且，喷墨印刷的分辨率高，可以精确定位印刷设计好的图案，工艺流程简单。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术揭示了一种，其中该半导体气体传感器包括：基底，所述基底具有表面；设置在所述表面的加热电极；位于所述加热电极形成的热场内的信号感测电极，所述信号感测电极包括导电电极以及电性连接所述导电电极的气敏材料；其中，所述加热电极和所述信号感测电极之间设置有绝缘介质层。本专利技术提供的半导体气体传感器通过采用喷墨印刷的方式制备绝缘介质层，可以大大减少传感器的生产成本，并且，喷墨印刷的分辨率高，可以精确定位印刷设计好的图案，工艺流程简单。【专利说明】
本专利技术属于电子器件制造
，具体涉及一种半导体气体传感器、以及该半导体气体传感器的制备方法。
技术介绍
随着社会的发展和科技的进步，工业生产规模逐渐扩大，但是由此导致的事故也不断发生，比如石油化工和煤矿行业所产生的易燃易爆、有毒有害的气体，这些气体一旦超标、泄漏，将严重影响生产人员及周围生活居民的身体健康，如果引起爆炸将造成人员伤亡和财产损失。另外，随着人们生活水平的提高及人们对家居环境装饰要求的转变，使得室内空气质量问题日益突出，由于装修后有毒超标造成的恶性病例更是时有报道。为了确保安全和防患于未然，人们研制了各种检测方法和检测仪器，其中气体传感器已经广泛应用于各行业的生产和生活领域。气体传感器主要分为电化学式、半导体式、热传导式和光学式等。其中半导体传感器因为检测灵敏度高、响应恢复时间短、元件尺寸微小、寿命长、价格低廉而越来越受到人们的重视。尤其是近年来随着微机械加工技术的发展，借助于微电子工艺半导体气体传感器更是向着集成化、智能化方向发展。由于作为气体敏感材料的金属氧化物半导体需要加热到较高温度时才显现出较好的敏感特性，因此在制备半导体气敏传感器时必须先制备气敏材料的加热电极，然后再制备信号感测电极。目前，用微电子工艺制备的半导体气体传感器一般具有两种结构，第一种将加热电极和信号感测电极设置于基底的两侧，加热电极隔着基底为信号感测电极加热，所需要的功耗较大；第二种将加热电极和信号感测电极设置于基底的同侧，此种结构中，同侧需要用一层绝缘介质层将加热 电极和信号感测电极隔开，这层绝缘介质层采用物理气相沉积的方式制备，需要昂贵的物理气相沉积设备和掌握复杂的刻蚀工艺，提高了传感器的生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种半导体气体传感器，其生产成本较低。本专利技术的目的还在于提供提供一种半导体气体传感器的制备方法。为实现上述专利技术目的之一，本专利技术提供一种半导体气体传感器，包括: 基底，所述基底具有表面； 设置在所述表面的加热电极； 位于所述加热电极形成的热场内的信号感测电极，所述信号感测电极包括导电电极以及电性连接所述导电电极的气敏材料；其中， 所述加热电极和所述信号感测电极之间设置有绝缘介质层。作为本专利技术的进一步改进，所述绝缘介质层的材质选自氧化铝、二氧化硅、二氧化铪中的一种或几种。作为本专利技术的进一步改进，所述基底、加热电极、以及信号感测电极之间分别设置有粘结层。作为本专利技术的进一步改进，所述粘结层为Ti金属薄膜、或Cr金属薄膜、或Ti/Cr合金薄膜。作为本专利技术的进一步改进，所述基底选自表面氧化的硅片、玻璃片、石英片、氧化铝陶瓷片、氮化铝陶瓷片、氧化锆陶瓷片、聚酰亚胺薄膜中的一种，所述基底的厚度为lOOunTlOOOum。作为本专利技术的进一步改进，所述加热电极的材质选自金、银、钼、铜、钨、钼金合金、银钯合金、镍铬合金、钥锰合金、氮化钛、氧化钌中的一种，所述导电电极的材质选自金、银、钼、铜、钨中的一种。作为本专利技术的进一步改进，所述加热电极呈方波、或锯齿波、或三角波、或正弦波、或蛇形。作为本专利技术的进一步改进，所述绝缘介质层通过喷墨印刷的方式制得。为实现上述另一专利技术目的，本专利技术提供一种半导体气体传感器的制备方法，该方法包括以下步骤: 51、在基底上制作加热电极； 52、在基底上喷墨印刷一层绝缘介质层的如驱体墨水； 53、将经过步骤S2处理的基底进行退火，得到形成在基底上的绝缘介质层； 54、在所述绝缘介质层上制作导电电极，并在所述导电电极上沉积气敏材料，得到半导体气体传感器。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中的退火温度为500°C?1000°C，退火处理的时间为IOmin?24h。作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中形成的绝缘介质层的厚度为200nnT2um。与现有技术相比，本专利技术提供的半导体气体传感器通过采用喷墨印刷的方式制备绝缘介质层，可以大大减少传感器的生产成本，并且，喷墨印刷的分辨率高，可以精确定位印刷设计好的图案，工艺流程简单。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术半导体气体传感器一实施方式的结构示意图； 图2图1所示的半导体气体传感器未制作信号感测电极时的结构示意图； 图3是图1所示的半导体气体传感器中，基底上制作有加热电极的结构示意图； 图4是本专利技术半导体气体传感器又一实施方式的结构示意图； 图5是本专利技术半导体气体传感器又一实施方式的结构示意图； 图6是本专利技术半导体气体传感器又一实施方式的结构示意图； 图7是本专利技术半导体气体传感器又一实施方式的结构示意图； 图8是锯齿波状加热电极的形状示意图； 图9是二角波状加热电极的形状不意图； 图10和图11是正弦波状加热电极的形状示意图； 图12是本专利技术半导体气体传感器的制备方式的流程图。【具体实施方式】以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。参图1至图3，介绍本专利技术半导体气体传感器的【具体实施方式】，该半导体气体传感器100包括基底10、信号感测电极30、加热电极20、以及绝缘介质层40。基底10具有表面11，该表面11被相对确定以进行后续的电路布局，加热电极20被制作于该表面11上，信号感测电极30位于加热电极20形成的热场中，绝缘介质层40设置于加热电极20和信号感测电极30之间以将加热电极20和信号感测电极30彼此绝缘。基底10可以是选自表面氧化的硅片、玻璃片、石英片、氧化铝陶瓷片、氮化铝陶瓷片、氧化锆陶瓷片、聚酰亚胺薄膜中的一种，基底10的厚度为lOOunTlOOOum。加热电极20的材质选自金、银、钼、铜、鹤、钼金合金、银IE合金、镍铬合金、钥猛合金、氮化钛、氧化钌中的一种。信号感测电极30包括两个导电电极31、以及电性连接两个导电电极的气敏材料(图未示)。导电电极31可以采用金属，例如Pt、Au、Ag、Cu、Al、N1、W中的一种制得，一个半导体气体传感器100中至少包括两个信号感测电极30，依据传感器种类的不同，可以设置有更多个的信号感测电极。气敏材料为半导体气体传感器一关键构成部分，以提供一半导体气体传感器为例，其中选用的气敏材料为纳米金属氧化物功能化碳纳米管材料，该纳米金属氧化物功能化碳纳米管材料包括碳纳米管和氧化镍，碳纳米管和氧化镍的质量比为1:0.f 1:30。并且，进一步的优选为碳纳米管和氧化镍的质量比为1: f 1:20，乃至更进一步，碳纳米管和氧化镍的质量比为1:1.7?1:18。碳纳米管表面带有羟基键，以吸附氧化镍，并可更佳地对氧化镍产生保持作用。所提供的纳米金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体气体传感器，其特征在于，包括：基底，所述基底具有表面；设置在所述表面的加热电极；位于所述加热电极形成的热场内的信号感测电极，所述信号感测电极包括导电电极以及电性连接所述导电电极的气敏材料；其中，所述加热电极和所述信号感测电极之间设置有绝缘介质层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张克栋，徐红艳，崔铮，
申请(专利权)人：苏州纳格光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：