丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，包括：底座；支撐層，下表面與底座連接；金屬層，設(shè)置在支撐層的上表面，金屬層包括電隔離的加熱電阻和電極；絕緣層，下表面與加熱電阻連接；敏感層，設(shè)置在絕緣層上，且與電極電連接；應(yīng)力調(diào)節(jié)層，設(shè)置在支撐層的下表面上。由于本發(fā)明將加熱電阻與電極集成到了同一金屬層上，減少了支撐層正面的金屬膜層數(shù)量；同時(shí)，在支撐層的背面引入應(yīng)力調(diào)節(jié)層，通過(guò)應(yīng)力調(diào)節(jié)層有效調(diào)控了多層膜結(jié)構(gòu)的熱膨脹變形。通過(guò)以上兩個(gè)途徑，本發(fā)明可避免因材料熱膨脹系數(shù)不同而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，造成材料斷裂、器件失效，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、集成度高的特點(diǎn)，提高了器件的工作可靠性。
【專利說(shuō)明】丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是涉及一種丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]丙酮?dú)饷魝鞲衅骺稍卺t(yī)學(xué)診斷、食品檢測(cè)、公共安全等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用?，F(xiàn)有的丙酮?dú)饷魝鞲衅髦饕写呋紵絺鞲衅?、電化學(xué)傳感器以及半導(dǎo)體傳感器三類。其中，半導(dǎo)體傳感器因具有靈敏度高、相應(yīng)快、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。
[0003]丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器是利用氧化物半導(dǎo)體在高溫時(shí)與丙酮?dú)怏w相互作用，發(fā)生物理吸附、擴(kuò)散、化學(xué)吸附、解吸附、逆擴(kuò)散從而引起載流子數(shù)量增加，氧化物半導(dǎo)體電阻減少，外部電信號(hào)相應(yīng)變化。
[0004]目前關(guān)于丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器的研宄主要分為兩個(gè)方向:采用旁熱式結(jié)構(gòu)對(duì)敏感材料進(jìn)行研宄，以及采用微機(jī)電系統(tǒng)工藝對(duì)內(nèi)熱式結(jié)構(gòu)進(jìn)行研宄。內(nèi)熱式結(jié)構(gòu)采用不含體硅的多層膜結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)器件的高集成與低功耗，但由于多層膜材料熱膨脹系數(shù)的差異，將導(dǎo)致多層膜結(jié)構(gòu)在器件工作溫度下產(chǎn)生熱應(yīng)變，從而具有熱應(yīng)力。因器件工作溫度較高，大的熱應(yīng)力將使得膜材料具有斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可避免因材料熱膨脹系數(shù)不同而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，造成材料斷裂、器件失效的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，包括:底座?’支撐層，下表面與底座連接；金屬層，設(shè)置在支撐層的上表面，金屬層包括電隔離的加熱電阻和電極；絕緣層，下表面與加熱電阻連接；敏感層，設(shè)置在絕緣層上，且與電極電連接；應(yīng)力調(diào)節(jié)層，設(shè)置在支撐層的下表面上。
[0007]優(yōu)選地，加熱電阻由多個(gè)回折的加熱段組成。
[0008]優(yōu)選地，電極有兩根，平行設(shè)置，且與加熱電阻互不接觸。
[0009]優(yōu)選地，加熱段的寬度不小于5微米；優(yōu)選地，金屬層的厚度為0.05微米至0.5微米；優(yōu)選地，金屬層可以為鉬、金等。
[0010]優(yōu)選地，應(yīng)力調(diào)節(jié)層為金屬；優(yōu)選地，金屬可以為金、镲、鉬等；優(yōu)選地，應(yīng)力調(diào)節(jié)層的厚度為0.05微米至2微米。
[0011]優(yōu)選地，敏感層是對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的氧化物半導(dǎo)體；優(yōu)選地，氧化物半導(dǎo)體可以是氧化鋅、氧化錫、氧化鎢等材料或在此基礎(chǔ)上摻雜的材料；優(yōu)選地，敏感層的厚度為0.1微米至I微米。
[0012]優(yōu)選地，絕緣層是半導(dǎo)體介質(zhì)；優(yōu)選地，半導(dǎo)體介質(zhì)可以是氮化硅、氧化硅等；優(yōu)選地，絕緣層的厚度為0.1微米至I微米。
[0013]優(yōu)選地，支撐層是半導(dǎo)體介質(zhì)；優(yōu)選地，半導(dǎo)體介質(zhì)可以是氮化硅、氧化硅等；優(yōu)選地，支撐層的厚度在0.1微米至I微米。
[0014]優(yōu)選地，底座設(shè)置有鏤空部，支撐層懸空地設(shè)置在鏤空部上，應(yīng)力調(diào)節(jié)層對(duì)應(yīng)地設(shè)置在支撐層暴露在鏤空部的下表面處。
[0015]由于本發(fā)明將加熱電阻與電極集成到了同一金屬層上，減少了支撐層正面的金屬膜層數(shù)量；同時(shí)，在支撐層的背面引入應(yīng)力調(diào)節(jié)層，通過(guò)應(yīng)力調(diào)節(jié)層有效調(diào)控了多層膜結(jié)構(gòu)的熱膨脹變形。通過(guò)以上兩個(gè)途徑，本發(fā)明可避免因材料熱膨脹系數(shù)不同而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，造成材料斷裂、器件失效，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、集成度高的特點(diǎn)，提高了器件的工作可靠性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是金屬層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中，10、底座；20、支撐層；30、金屬層；40、絕緣層；50、敏感層；60、應(yīng)力調(diào)節(jié)層；301、加熱電阻;302、電極;303、加熱段。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提供的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器在具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、集成度高的特點(diǎn)的同時(shí)，具有高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用在化工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域。
[0020]請(qǐng)參考圖1和圖2，本發(fā)明提供了一種丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，包括:底座10 ;支撐層20，下表面與底座10連接；金屬層30，設(shè)置在支撐層20的上表面，金屬層30包括電隔離的加熱電阻301和電極302 ;絕緣層40，下表面與加熱電阻301連接；敏感層50，設(shè)置在絕緣層40上，且與電極302電連接；應(yīng)力調(diào)節(jié)層60，設(shè)置在支撐層20的下表面上。優(yōu)選地，底座10為硅襯底。
[0021]本發(fā)明的工作原理為:加熱電阻301與外部電源相連，敏感層50通過(guò)電極302與外部測(cè)試電路相連。當(dāng)加熱電阻301被通以電流后，加熱電阻301產(chǎn)生熱量，熱量由絕緣層40傳導(dǎo)給敏感層50，使敏感層50的溫度升高。當(dāng)敏感層50溫度達(dá)到工作溫度時(shí)，敏感層50敏感丙酮?dú)怏w，其電阻減小，于是，外部測(cè)試電路讀出電學(xué)信號(hào)變化量，并進(jìn)一步通過(guò)后續(xù)的信號(hào)處理，將電學(xué)信號(hào)變化量對(duì)應(yīng)為丙酮?dú)怏w濃度信息。
[0022]由于本發(fā)明將加熱電阻301與電極302集成到了同一金屬層30上，減少了支撐層20正面的金屬膜層數(shù)量；同時(shí)，在支撐層20的背面引入應(yīng)力調(diào)節(jié)層60，通過(guò)應(yīng)力調(diào)節(jié)層60有效調(diào)控了多層膜結(jié)構(gòu)的熱膨脹變形。通過(guò)以上兩個(gè)途徑，本發(fā)明可避免因材料熱膨脹系數(shù)不同而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的熱應(yīng)力，造成材料斷裂、器件失效，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、集成度高的特點(diǎn)，提高了器件的工作可靠性。
[0023]優(yōu)選地，加熱電阻301由多個(gè)回折的加熱段303組成。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)加熱段303可以為方形形狀、長(zhǎng)條形狀等。
[0024]優(yōu)選地，電極302有兩根，平行設(shè)置，且與加熱電阻301互不接觸。
[0025]優(yōu)選地，加熱段303的寬度不小于5微米；優(yōu)選地，金屬層30的厚度為0.05微米至0.5微米；優(yōu)選地，金屬層30可以為鉬、金等。
[0026]優(yōu)選地，應(yīng)力調(diào)節(jié)層60為金屬；優(yōu)選地，金屬可以為金、镲、鉬等；優(yōu)選地，應(yīng)力調(diào)節(jié)層60的厚度為0.05微米至2微米。進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)應(yīng)力調(diào)節(jié)層60材料的選擇、厚度的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多層膜結(jié)構(gòu)熱膨脹變形的調(diào)控，從而有效降低結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力。
[0027]優(yōu)選地，敏感層50是對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的氧化物半導(dǎo)體；優(yōu)選地，氧化物半導(dǎo)體可以是氧化鋅、氧化錫、氧化鎢等材料或在此基礎(chǔ)上摻雜的材料；優(yōu)選地，敏感層50的厚度為0.1微米至I微米。
[0028]優(yōu)選地，絕緣層40是半導(dǎo)體介質(zhì)；優(yōu)選地，半導(dǎo)體介質(zhì)可以是氮化硅、氧化硅等；優(yōu)選地，絕緣層40的厚度為0.1微米至I微米。
[0029]優(yōu)選地，支撐層20是半導(dǎo)體介質(zhì)；優(yōu)選地，半導(dǎo)體介質(zhì)可以是氮化硅、氧化硅等；優(yōu)選地，支撐層20的厚度在0.1微米至I微米。
[0030]優(yōu)選地，底座10設(shè)置有鏤空部，支撐層20懸空地設(shè)置在鏤空部上，應(yīng)力調(diào)節(jié)層60對(duì)應(yīng)地設(shè)置在支撐層20的暴露在鏤空部的下表面處。
[0031]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，其特征在于，包括: 底座(10)； 支撐層(20)，下表面與所述底座(10)連接； 金屬層(30)，設(shè)置在所述支撐層(20)的上表面，所述金屬層(30)包括電隔離的加熱電阻(301)和電極(302)； 絕緣層(40)，下表面與所述加熱電阻(301)連接； 敏感層(50)，設(shè)置在所述絕緣層(40)上，且與所述電極(302)電連接； 應(yīng)力調(diào)節(jié)層(60)，設(shè)置在所述支撐層(20)的下表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，其特征在于，所述加熱電阻(301)由多個(gè)回折的加熱段(303)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2所述的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，其特征在于，所述電極(302)有兩根，平行設(shè)置，且與加熱電阻(301)互不接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，其特征在于，所述加熱段(303)的寬度不小于5微米；優(yōu)選地，所述金屬層(30)的厚度為0.05微米至0.5微米；優(yōu)選地，所述金屬層(30)可以為鉬、金等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，其特征在于，所述應(yīng)力調(diào)節(jié)層(60)為金屬；優(yōu)選地，所述金屬可以為金、镲、鉬等；優(yōu)選地，應(yīng)力調(diào)節(jié)層(60)的厚度為0.05微米至2微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，其特征在于，所述敏感層(50)是對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的氧化物半導(dǎo)體；優(yōu)選地，所述氧化物半導(dǎo)體可以是氧化鋅、氧化錫、氧化鎢等材料或在此基礎(chǔ)上摻雜的材料；優(yōu)選地，所述敏感層(50)的厚度為0.1微米至1微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，其特征在于，所述絕緣層(40)是半導(dǎo)體介質(zhì)；優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體介質(zhì)可以是氮化硅、氧化硅等；優(yōu)選地，所述絕緣層(40)的厚度為0.1微米至1微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，其特征在于，所述支撐層(20)是半導(dǎo)體介質(zhì)；優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體介質(zhì)可以是氮化硅、氧化硅等；優(yōu)選地，所述支撐層(20)的厚度在0.1微米至1微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷舭雽?dǎo)體傳感器，其特征在于，所述底座(10)設(shè)置有鏤空部，所述支撐層(20)懸空地設(shè)置在所述鏤空部上，所述應(yīng)力調(diào)節(jié)層￠0)對(duì)應(yīng)地設(shè)置在所述支撐層(20)暴露在所述鏤空部的下表面處。
【文檔編號(hào)】G01N27/12GK104458828SQ201410808869
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】傅劍宇, 吳迪, 周博天, 袁野, 嚴(yán)胡勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院