光學式氣體感測裝置及其感測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種光學式氣體感測裝置及其感測系統(tǒng)，特別是涉及一種紅外線氣體感測裝置及其感測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]已知非色散紅外線(Non-dispersive Infrared, ND IR)技術通常被視為測量氣體濃度的最佳方法之一，其依照比爾定律(Beer’s Law)利用氣體在紅外線的吸收波段的特性來測量紅外線通過待測氣體前后的強度變化，進而藉由紅外線的強度變化得到待測氣體的濃度。
[0003]一般而言，非色散紅外線技術中所使用的紅外線傳感器是屬于熱能式紅外線傳感器(如微熱福射傳感器(Microbolometer))。當微熱福射傳感器吸收紅外線的福射能后,會使得微熱輻射傳感器的溫度產(chǎn)生變化而改變其電阻值，接著將電阻值轉換成電壓或電流的形式輸出后，即可計算出待測氣體的濃度。其中，微熱輻射傳感器的制造方法主要可分成面型微加工(Surface Micromachining)技術及體型微加工(Bulk Micromachining)技術。這兩種結構均會使傳感器懸浮在空中以減少上層傳感器與下層基板之間的接觸，并且降低直接熱傳導所造成的能量損失。
[0004]然而，已知面型微加工技術的上下層電極皆設置于基板的同一側或同一表面，使得當施加電壓于上下層電極時，上層的傳感器容易吸附或接觸下層的下電極而使得熱導值增加，進而令微熱福射傳感器的整體響應度(Responsivity)下降。

【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于上述已知技藝的問題，本發(fā)明的目的就是提供一種光學式氣體感測裝置及其感測系統(tǒng)，以提高光學式氣體感測裝置的響應度及波長調諧表現(xiàn)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個目的，提供一種光學式氣體感測裝置，包含:基板，具有第一表面及第二表面；反射層，位于基板的第一表面上；復數(shù)個電極墊，位于基板的第一表面上且鄰接反射層；感測層，藉由復數(shù)個電極墊連接基板，以令感測層與基板的反射層之間形成間隙；吸收層，位于相對于間隙的感測層上；第一電極層，位于感測層上且鄰接吸收層；以及第二電極層，位于基板的第二表面上。
[0007]前述的感測層的材料可選用例如鍺(Ge)或其他高電阻溫度系數(shù)(TemperatureCoefficient of Resistance, TCR)的熱敏材料。
[0008]前述的吸收層的材料可選用氮化硅。
[0009]前述的第一電極層更包含第一金屬層及第二金屬層，其中第一金屬層及第二金屬層的材料可分別為金(Au)及鉻(Cr)。
[0010]前述的第二電極層更包含第三金屬層及第四金屬層，其中第三金屬層及第四金屬層的材料可分別為鋁(Al)及金(Au)。
[0011]前述的復數(shù)個電極墊的材料可選用氮化硅。
[0012]前述的基板的材料可選用硅或其他半導體材料。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一目的，提供一種光學式氣體感測系統(tǒng)，包含:氣室，具有提供氣體流入的氣體入口及提供氣體流出的氣體出口 ；光源，位于氣室的一端，用以提供光線射入氣室；光學式氣體感測裝置，位于氣室的另一端，用以接收通過氣室的光線，光學式氣體感測裝置依據(jù)所接收的光線的強度而改變光學式氣體感測裝置的電阻值，其中光學式氣體感測裝置包含:基板，具有第一表面及第二表面；復數(shù)個電極墊，位于基板的第一表面上；反射層，位于基板的第一表面上且鄰接復數(shù)個電極墊；感測層，藉由復數(shù)個電極墊連接基板，以令感測層與基板的反射層之間形成間隙；吸收層，位于相對于間隙的感測層上；第一電極層，位于感測層上且鄰接吸收層；以及第二電極層，位于基板的第二表面上；感測電路，電性連接光學式氣體感測裝置，以依據(jù)光學式氣體感測裝置的電阻值輸出電壓值或電流值，進而依據(jù)電壓值或電流值得到氣體的濃度。
[0014]承上所述，依本發(fā)明的光學式氣體感測裝置及其感測系統(tǒng)，其可具有一或多個下述優(yōu)點:
(I)本發(fā)明的光學式氣體感測裝置將第二電極設置于基板的第二表面，可令感測層不會吸附或接觸第二電極，而使得施加電壓所造成的間隙大小的改變不僅可減少能量損失以提高響應度，更可有效地令光學式氣體感測裝置的吸收波長具有調諧效果。
[0015](2)本發(fā)明的光學式氣體感測裝置的上層傳感器使用鍺作為感測層，由于其具有高電阻溫度系數(shù)及對溫度的靈敏度，因此相對于硅材料而言，更適合用于室溫下。
[0016](3)本發(fā)明的光學式氣體感測裝置使用氮化硅作為紅外線吸收層以達到高吸收率，因此可提供穩(wěn)定的熱源給鍺感測層，進而提高光學式氣體感測裝置的靈敏度。
[0017]茲為使貴審查委員對本發(fā)明的技術特征及所達到的功效有更進一步的了解與認識，謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如后。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的光學式氣體感測裝置的較佳實施例的立體示意圖；
圖2為圖1的光學式氣體感測裝置沿著A-A’剖面線剖開基板10、第二電極層70及反射層30的側視圖；
圖3為圖1的光學式氣體感測裝置的俯視圖；
圖4為本發(fā)明的光學式氣體感測系統(tǒng)的較佳實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下將參照相關圖式，說明依本發(fā)明的光學式氣體感測裝置及其感測系統(tǒng)的較佳實施例，為使便于理解，下述實施例中的相同組件以相同的符號標示來說明。
[0020]請參閱圖1-3，圖1為本發(fā)明的光學式氣體感測裝置的較佳實施例的立體示意圖。圖2為圖1的光學式氣體感測裝置沿著A-A’剖面線剖開基板10、第二電極層70及反射層30的側視圖。圖3為圖1的光學式氣體感測裝置的俯視圖。
[0021 ] 本發(fā)明的光學式氣體感測裝置100至少包含基板10、復數(shù)個電極墊20、反射層30、感測層40、吸收層50、第一電極層60及第二電極層70。
[0022]基板10具有第一表面11及第二表面12，且分別位于基板10的上下兩側。其中，基板10的材料可選用例如硅(Si)或其他半導體材料。
[0023]反射層30可利用例如物理氣相沉積(physical vapor deposit1n, PVD)法或化學氣相沉積(chemical vapor deposit1n, CVD)法形成于基板10的第一表面11上。其中，反射層30的材料可選用二氧化硅(S12)。
[0024]接著，可利用微影及蝕刻制程定義出復數(shù)個電極墊20的圖案，并且利用物理氣相沉積法或化學氣相沉積法形成鄰接反射層30的復數(shù)個電極墊20于基板10的第一表面11上。其中，電極墊20的材料可選用氮化硅(Si3N4),且厚度大約為1.5μπι。
[0025]感測層40利用面型微加工(Surface Micromachining)技術所形成,感測層40藉由復數(shù)個電極墊20連接基板10，以令感測層40與基板10的反射層30之間形成間隙41。其中，此間隙41可為法布立-培若(Fabry-Perot)共振腔結構，且間隙41可由空氣或其他透光材料所構成，而間隙41上下兩側的感測層40及反射層30相互平行。其中，感測層40的材料可選用鍺(Ge)或其他高電阻溫度系數(shù)(Temperature Coefficient of Resi