[发明专利]一种单悬梁气体传感器、传感器阵列及传感器的制备方法

权利要求书

1.一种单悬梁气体传感器，其特征在于，具有基体结构和悬梁结构，其包括依次层叠设置的如下部分：

硅衬底；

支撑膜，包括第一基部和第一悬臂，所述第一悬臂与第一基部的一侧连接；

加热电阻，包括第二基部和第二悬臂，所述第二悬臂与第二基部的一侧连接；第二基部相对于第二悬臂的一侧开设有第一窗口，所述第二悬臂上设有沿第二悬臂长度方向延伸的第二窗口，所述第二窗口与第一窗口连通；第二基部位于第二窗口两侧的位置上分别设有第一引线；

隔离膜，包括第三基部和第三悬臂，所述第三悬臂与第三基部的一侧连接；所述第三基部上对应于第一引线的位置设有透过孔，所述第一引线穿过相应透过孔暴露在外；所述隔离膜的厚度大于加热电阻的厚度；

检测电极，包括第四基部和第四悬臂，所述第四悬臂与第四基部的一侧连接；第四基部背离第四悬臂的一侧设有第三窗口，第四悬臂上设有沿第四悬臂长度方向延伸，并将第四悬臂分割的第四窗口，所述第四窗口与第三窗口连通，并将检测电极分割为两部分；检测电极不覆盖所述透过孔；所述检测电极位于第三窗口两侧的位置上设有第二引线；

所述硅衬底、第一基部、第二基部、第三基部和第四基部对应设置形成所述基体结构；所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂和第四悬臂对应设置形成所述悬梁结构；

所述第四悬臂远离基体结构的一端上设有气敏材料。

2.根据权利要求1所述的一种单悬梁气体传感器，其特征在于，所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂及第四悬臂的外形均呈矩形。

3.根据权利要求1所述的一种单悬梁气体传感器，其特征在于，所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂及第四悬臂的外形均呈等腰梯形，且沿远离基体结构的方向，所述第一悬臂、第二悬臂、第三悬臂及第四悬臂的宽度均逐渐增大。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种单悬梁气体传感器，其特征在于，所述第一悬臂上设有沿第一悬臂长度方向延伸的第一孔。

5.根据权利要求4所述的一种单悬梁气体传感器，其特征在于，所述第三悬臂上设有第二孔，所述第二孔沿第三悬臂的长度方向延伸，并与第一孔对应设置。

6.根据权利要求4所述的一种单悬梁气体传感器，其特征在于，所述硅衬底、第一基部、第二基部、第三基部及第四基部均为矩形；所述第四基部设有第四悬臂的侧边的长度短于第一窗口远离第二悬臂的侧边的长度；或第三窗口远离第四悬臂的侧边的长度长于第二基部设有第二悬臂的侧边的长度。

7.根据权利要求1所述的一种单悬梁气体传感器，其特征在于，所述支撑膜为单层氧化硅层与单层氮化硅层形成的复合膜，氧化硅层与氮化硅层依次设置在硅衬底上，且氮化硅层的厚度大于氧化硅层的厚度；所述隔离膜为氧化硅膜或氮化硅膜。

8.一种传感器阵列，其特征在于，由多个如权利要求1-7任一项所述的单悬梁气体传感器组成。

9.一种传感器的制备方法，其用以制备如权利要求1-7任一项所述的一种单悬梁气体传感器，包括以下步骤：

(1)选择硅衬底：当释放薄膜采用各向同性的干法刻蚀或湿法腐蚀时，对硅衬底的金相无要求；当释放薄膜采用各向异性湿法腐蚀时，选择<100>晶向的硅片；

(2)制作支撑膜：在硅衬底上采用热氧化和低压化学气相沉积法制备；

(3)制作加热电阻：采用剥离工艺制备；

(4)制作隔离膜：先采用等离子增强化学气相沉积制备，再利用反应离子刻蚀或离子束刻蚀该隔离膜，形成透过孔露出加热电阻；

(5)制作检测电极：采用剥离工艺制备；

(6)释放薄膜：首先利用反应离子刻蚀或离子束刻蚀彻底刻蚀暴露支撑膜，露出硅衬底形成薄膜释放窗口，然后采用四甲基氢氧化铵或氢氧化钾各向异性湿法腐蚀液，或采用各向同性湿法腐蚀液，或XeF₂各向同性干法腐蚀气体来掏空支撑膜下面的硅衬底即可释放出薄膜结构；

(7)气敏材料的加载：在所述悬梁结构的端部沾取气敏材料，经烧结完成气敏材料的加载。

10.根据权利要求8所述的一种传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加热电阻为铂电阻，厚度为所述步骤(4)中隔离膜的厚度为所述步骤(6)中检测电极为铂电极或金电极，其厚度为