一種AlN陶瓷基熱隔離結(jié)構(gòu)四單元陣列氣體傳感器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體傳感器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的硅基微熱板集成陣列氣體傳感器工藝制備相對成熟，但存在熱穩(wěn)定性差、成膜工藝復(fù)雜、高溫下膜基存在熱失配等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決目前的硅基微熱板集成陣列氣體傳感器在熱穩(wěn)定性差及硅基微熱板集成陣列氣體傳感的成膜工藝復(fù)雜、高溫下硅基存在熱失配的問題，提出了一種AlN陶瓷基熱隔離結(jié)構(gòu)四單元陣列氣體傳感器及其制作方法。
[0004]本發(fā)明所述的一種AlN陶瓷基熱隔離結(jié)構(gòu)四單元陣列氣體傳感器，該傳感器包括矩形氮化鋁陶瓷基片和四個獨立傳感器單元，所述矩形氮化鋁陶瓷基片由四個獨立傳感器單元沿矩形的兩條中線分成四部分，四個獨立傳感器單元分別設(shè)置在該四部分中；每個獨立傳感器單元的主體均成矩形，位于上方的兩個獨立傳感器單元相對設(shè)置，位于下方的兩個獨立傳感器單元相對設(shè)置；
[0005]每個獨立傳感器單元包括兩個加熱電極、兩個信號電極、四個等腰梯形熱隔離孔、矩形加熱器和信號探測器；
[0006]兩個加熱電極、兩個信號電極、矩形加熱器和信號探測器均由鉑膜制成；矩形加熱器包括加熱器頭和兩條加熱器引線，所述加熱器頭包括一側(cè)開口的矩形結(jié)構(gòu)、兩個連接臂和兩個延長臂，所述兩個延長臂分別通過兩個連接臂平行固定在一側(cè)開口的矩形結(jié)構(gòu)兩個長邊的外側(cè)，兩個延長臂分別與一側(cè)開口的矩形結(jié)構(gòu)兩個長邊等長，兩條加熱器引線分別與兩個延長臂連接；兩條加熱器引線之間刻蝕有第一個等腰梯形熱隔離孔，所述第一個等腰梯形熱隔離孔的上底與熱器頭相鄰，且等腰梯形熱隔離孔的上底的長度與加熱器頭中一側(cè)開口的矩形結(jié)構(gòu)的寬邊相等，兩條加熱器引線分別沿第一個等腰梯形熱隔離孔的兩條斜邊和下底設(shè)置，且兩條加熱器引線不相連接，兩條加熱器引線在第一個等腰梯形熱隔離孔的下底的中點的兩側(cè)與兩個加熱電極相連；
[0007]信號探測器包括兩個信號探測頭和兩根信號探測器引線，所述兩根信號探測頭均設(shè)置在熱器頭的矩形結(jié)構(gòu)的開口內(nèi)，兩根探測器引線之間刻蝕有第二個等腰梯形熱隔離孔，該熱隔離孔與第一個等腰梯形熱隔離孔相同，且相對設(shè)置，兩根信號探測器引線分別沿第二個等腰梯形熱隔離孔的兩條斜邊向外引出，每條加熱器引線與相鄰的探測器引線之間均刻蝕有一個等腰梯形熱隔離孔，分別為第三個等腰梯形熱隔離孔和第四個等腰梯形熱隔離孔，所述第三個等腰梯形熱隔離孔和第四個等腰梯形熱隔離孔相同，且相對設(shè)置，兩個信號電極分別與兩個信號電極連接，所述兩個信號電極為別位于第三個等腰梯形熱隔離孔下底的外側(cè)和第四個等腰梯形熱隔離孔下底的外側(cè)，且分別與第三個等腰梯形熱隔離孔下底和第四個等腰梯形熱隔離孔下底平行。
[0008]獲得上述一種AlN陶瓷基熱隔離結(jié)構(gòu)四單元陣列氣體傳感器的制造方法的具體步驟為:
[0009]步驟一、用氮化鋁陶瓷基片為襯底，將氮化鋁陶瓷基片浸入在丙酮溶液中，并采用在50kHz頻率的超聲波對其進(jìn)行清洗1min?20min后，取出氮化鋁陶瓷基片再浸入酒精溶液中在30kHz頻率下進(jìn)行超聲波清洗1min?15min，取出氮化鋁陶瓷基片在120°C溫度下進(jìn)行烘干，獲得烘干后的氮化鋁陶瓷基片；
[0010]步驟二、在步驟一獲得烘干后的氮化鋁陶瓷基片的表面以傳感器圖形掩模版為制版進(jìn)行光刻，獲得光刻后的氮化鋁陶瓷基片；所述傳感器圖形掩模版上設(shè)置有四個獨立傳感器單元，每個獨立傳感器單元包括兩個加熱電極、兩個信號電極、四個等腰梯形熱隔離孔、矩形加熱器和信號探測器；
[0011]步驟三、使用真空多靶濺射鍍膜機(jī)對步驟二獲得的光刻后的氮化鋁陶瓷基片進(jìn)行濺射鍍膜，獲得鍍有鉑膜的氮化鋁陶瓷基片；
[0012]步驟四、將鍍有鉑膜的氮化鋁陶瓷基片放入丙酮溶液中浸泡，溶解光刻膠，同時進(jìn)行微超聲清洗，通過柔性機(jī)械剝離法剝離掉鍍在光刻膠上的鉑膜，獲得與掩膜版圖形相同的鍍有鉑膜電極的氮化鋁陶瓷基片；
[0013]步驟五、采用激光劃片機(jī)對鍍有鉑膜電極的氮化鋁陶瓷基片進(jìn)行激光刻蝕，在兩條加熱器引線之間刻蝕第一個等腰梯形熱隔離孔，在兩根信號探測器引線之間刻蝕第二個等腰梯形熱隔離孔，在每條加熱器引線與相鄰的探測器引線之間刻蝕有第三個等腰梯形熱隔離孔和第四個等腰梯形熱隔離孔，獲得刻蝕完的氮化鋁陶瓷基片；
[0014]步驟六、將刻蝕完的氮化鋁陶瓷基片放入稀鹽酸溶液中清洗，溶掉激光刻蝕過程中產(chǎn)生的金屬鋁；
[0015]步驟七、退火處理，將稀鹽酸清洗后的氮化鋁陶瓷基片在800°C環(huán)境中退火2h，獲得氮化鋁基集成陣列結(jié)構(gòu)二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器。
[0016]本發(fā)明提出一種AlN陶瓷基熱隔離結(jié)構(gòu)四單元陣列氣體傳感器，集成了四個獨立氣體傳感器單元，可結(jié)合不同的半導(dǎo)體氣敏材料，形成金屬氧化物半導(dǎo)體陣列氣體傳感器，實現(xiàn)I種至4種氣體成分的檢測及在混合氣體中的識別。在設(shè)計制造過程中，采用熱導(dǎo)率較高氮化鋁陶瓷為基底，具有耐高溫工作特點，同時較高的熱導(dǎo)率有利于提高加熱區(qū)的熱響應(yīng)速率，加熱區(qū)周圍采用熱隔離通孔設(shè)計，可有效降低熱傳導(dǎo)損耗，提高了加熱效率，降低了加熱功耗。四個傳感器陣列單元采用對稱分布，加熱電極分布在單元內(nèi)側(cè)，信號電極在外側(cè)，有利于降低陣列單元之間的熱干擾影響，從而在熱結(jié)構(gòu)設(shè)計上提高了陶瓷基微熱板氣體傳感器陣列的熱穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述的AlN陶瓷基熱隔離結(jié)構(gòu)四單元陣列氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為矩形加熱器和兩個加熱電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為信號探測器和兩個信號電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為四個等腰梯形熱隔離孔4的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一、結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式所述的一種AlN陶瓷基熱隔離結(jié)構(gòu)四單元陣列氣體傳感器，該傳感器包括矩形氮化鋁陶瓷基片I和四個獨立傳感器單元，所述矩形氮化鋁陶瓷基片I由四個獨立傳感器單元沿矩形的兩條中線分成四部分，四個獨立傳感器單元分別設(shè)置在該四部分中；每個獨立傳感器單元的主體均成矩形，位于上方的兩個獨立傳感器單元相對設(shè)置，位于下方的兩個獨立傳感器單元相對設(shè)置；
[0022]每個獨立傳感器單元包括兩個加熱電極2、兩個信號電極3、四個等腰梯形熱隔離孔4、矩形加熱器5和信號探測器6 ;
[0023]兩個加熱電極2、兩個信號電極3、矩形加熱器5和信號探測器6均由鉑膜制成；矩形加熱器5包括加熱器頭5-1和兩條加熱器引線5-2，所述加熱器頭(5-1)包括一側(cè)開口的矩形結(jié)構(gòu)、兩個連接臂和兩個延長臂，所述兩個延長臂分別通過兩個連接臂平行固定在一側(cè)開口的矩形結(jié)構(gòu)兩個長邊的外側(cè)，兩個延長臂分別與一側(cè)開口的矩形結(jié)構(gòu)兩個長邊等長，兩條加熱器引線5-2分別與兩個延長臂連接；兩條加熱器引線5-2之間刻蝕有第一個等腰梯形熱隔離孔4，所述第一個等腰梯形熱隔離孔4的上底與熱器頭5-1相鄰，且等腰梯形熱隔離孔4的上底的長度與加熱器頭5-1中一側(cè)開口的矩形結(jié)構(gòu)的寬邊相等，兩條加熱器引線5-2分別沿第一個等腰梯形熱隔離孔4的兩條斜邊和下底設(shè)置，且兩條加熱器引線5-2不相連接，兩條加熱器引線5-2在第一個等腰梯形熱隔離孔4的下底的中點的兩側(cè)與兩個加熱電極2相連；
[0024]信號探測器6包括兩個信號探測頭6-1和兩根信號探測器引線6-2，所述兩根信號探測頭6-1均設(shè)置在熱器頭5-1的矩形結(jié)構(gòu)的開口內(nèi)，兩根探測器引線6-2之間刻蝕有第二個等腰梯形熱隔離孔4，該熱隔離孔與第一個等腰梯形熱隔離孔4相同，且相對設(shè)置，兩根信號探測器引線6-2分別沿第二個等腰梯形熱隔離孔4的兩條斜邊向外引出，每條加熱器引線5-2與相鄰的探測器引線6-2之間均刻蝕有一個等腰梯形熱隔離孔4，分別為第三個等腰梯形熱隔離孔4和第四個等腰梯形熱隔離孔4，所述第三個等腰梯形熱隔離孔4和第四個等腰梯形熱隔離孔4相同，且相對設(shè)置，兩個信號電極3分別與兩個信號電極3連接，所述兩個信號電極3為別位于第三個等腰梯形熱隔離孔4下底的外側(cè)和第四個等腰梯形熱隔離孔4下底的外側(cè)，且分別與第三個等腰梯形熱隔離孔4下底和第四個等腰梯形熱隔離孔4下底平行。
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