[实用新型]一种基于多孔硅绝热层的微加热板

说明书

技术领域

本实用新型属于气体传感器的硅基加热板技术领域，具体涉及一种基于多孔硅绝热层的微加热板。

背景技术

人们通过五官感觉，即视觉、味觉、触觉、嗅觉、听觉等去感知周围环境发生的现象及其变化，从而不断地认识自然、了解世界，进而去发展科学，开发资源，改造世界为人类造福。传感器技术就是实现五官感觉的人工化，依据仿生学技术，实现人造的五种感官。

工业的发展造成了每年有大量的废气排放到大气之中，这些有害气体的排放对自然环境以及生态平衡造成了严重的破坏,例如导致酸雨、温室效应、臭氧层破坏等。同时，在工业生产中，有毒、可燃的原料气体的泄漏会导致火灾、爆炸、人员中毒等事故，是安全生产的巨大隐患。

随着人们环保意识的增强以及各国对有毒气体排放和污染物排放方面的严格立法，各种气体监测及预警装置正在得到越来越广泛的应用，所以气体传感器的研究也成为了热点，市场需求也越来越大。气体传感器是一种把气体中的特定成分检测出来，并将它转换成电信号的器件，以便提供有关待测气体的存在及其浓度大小的信息。

近些年来，微电子机械系统( MEMS)技术由于得到了集成电路工业的支持，其发展速度异常迅猛。随着MEMS技术的发展，推进了气体传感器向微型化、低功耗和集成化发展，相比传统气体传感器具有功耗低、一致性好、响应更快等优点，微结构气体传感器在此基础上应运而生并很快成为气体传感器领域的一种主要结构形式。基于 MEMS 技术而制作的微结构气体传感器，拥有体积小、功耗低、灵敏度高、成本低、加工工艺稳定、易批量生产、机械电气性强等优点，并且有助于提高气体传感器的选择性及可靠性，促进其智能化、集成化、多功能化。微加热板(MHP)是MEMS微型传感器中一个重要的组成部分, 为了充分发挥敏感材料的敏感特性和选择性, 微加热板的设计对敏感材料是否能够正常发挥特性起着非常重要的作用，所以微加热板的加热区域温度场分布尽量均匀，并且低功耗。近年来，随着微电子机械系统技术的发展，多孔硅作为硅基MEMS微传感器中的优良绝热层材料显示出极大优势，再次引起人们的关注。

微热板的结构设计与力、热学设计是不可分割的。力学设计要求微热板要有较高的机械强度，关注的是支撑膜的机械稳定性；热学设计则要解决热响应速率，加热功率和温度分布均匀性的问题。另外，制作材料的选取也对微热板的力学和热学设计产生较大的影响，薄膜的杨氏模斌、泊松比、热膨胀系数、热导率、电阻率等各不相同，而这些参数还与加工工艺有着很大的关系，设计时都要予以考虑。但是现有的微热板的制作工艺繁多，过程比较复杂，薄膜沉积工艺产生的内应力控制，湿法腐蚀的保护，牺牲层工艺等问题都需要解决。

实用新型内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本实用新型提供一种基于多孔硅绝热层的微加热板，具备体积小、灵敏度高、成本低、功耗小、易批量生产、机械电气性强以及加工工艺稳定等优点。

技术方案：一种基于多孔硅绝热层的微加热板，所述微加热板从上到下依次包括电极组、多孔硅层、二氧化硅层和硅基座，所述电极组包括加热电极和信号电极，所述加热电极的形状为蛇形，所述信号电极为叉指电极，所述信号电极指状凸起设于加热电极蛇形凹陷处，且加热电极和信号电极互不接触。

作为优选，所述多孔硅层的孔隙率为78~82%。

作为优选，所述二氧化硅层和硅基座的加工方法为背面硅腐蚀。

作为优选，所述硅基座为单晶硅。

作为优选，所述加热电极为Pt电极。

作为优选，所述电极组的厚度为35~45μm，所述多孔硅层的厚度为100~110μm，所述二氧化硅层的厚度为35~45μm，所述硅基座的厚度为1.8~2.2 mm。

作为优选，所述电极组的厚度为40μm，所述多孔硅层的厚度为110μm，所述二氧化硅层的厚度为40μm，所述硅基座的厚度为2 mm。

有益效果：本实用新型与现有技术相比较，具有以下突出的优点：

1、相比于传统加热板功耗更低，温度分布更均匀，用新型多孔硅绝热层材料代替现有二氧化硅和氮化硅绝热层材料，利用体硅加工工艺释放出的硅基座，硅基座采用背面硅腐蚀加工的方法制成，加大了绝热层与空气的接触面积，能很好的减少加热板上热量的耗散。由于多孔硅存在许多孔洞状的微通道，形成存储空气的微腔，空气作为最好的阻热物质，导致多孔硅具有良好的绝热性，对热量传导起一定的阻隔作用，增强加热效果的同时降低功耗。