[发明专利]一种基于嵌入式薄膜的谐振式气体传感器及其制造工艺

权利要求书

1.一种基于嵌入式薄膜的谐振式气体传感器，其特征在于：包括硅基板(1)、硅栅极(2)、硅悬臂梁(3)、金属铝电极(4)、压电传感器(5)、气体分子(6)与聚合物结构(7)，所述硅基板(1)的表面设置有硅栅极(2)与硅悬臂梁(3)，所述硅栅极(2)与硅悬臂梁(3)耦合，所述硅悬臂梁(3)的末端设置有压电传感器(5)，所述压电传感器(5)的两侧分别设置有金属铝电极(4)，所述硅基板(1)的表面安装有压电传感器(5)，所述硅基板(1)的表面且位于压电传感器(5)的两侧安装有金属铝电极(4)，所述硅基板(1)表面设置有气体分子(6)。

2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式薄膜的谐振式气体传感器，其特征在于：所述硅栅极(2)内部设置有内嵌入式薄膜。

3.一种基于嵌入式薄膜的谐振式气体传感器制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1：进行制备SOI，SOI衬底顶层材料为硅，中层材料为二氧化硅，底层材料为硅；

S2：进行离子注入，采用光刻胶在衬底上制作对准标记，并对衬底进行三次离子注入工艺；每一次离子注入过程都在一定电压下完成，将一定浓度的元素注入衬底，且都有对应的退火过程；

S3：进行二氧化硅沉积，在S2的基础上使用化学气相沉积的工艺沉积二氧化硅作为隔离层；

S4：进行二氧化硅和硅刻蚀，采用光刻胶在衬底上制作对准标记，通过反应离子刻蚀工艺刻蚀二氧化硅和硅，制备用于嵌入聚合物的硅栅极。

S5：进行溅射沉积与湿法刻蚀，在S4的产物上进行缓冲氧化物刻蚀工艺制备电极槽，在基底上溅射沉积铝作为传感器的电极，用铝湿法刻蚀工艺制备电极；

S6：进行衬底背面硅刻蚀，采用光刻胶在衬底背面上制作对准标记，在SOI衬底背面进行硅刻蚀工艺，制造传感器的悬浮结构；

S7：进行原子层沉积，在S6的基础上采用氢氟酸蒸气刻蚀工艺来刻蚀二氧化硅后，利用原子层沉积工艺将氧化铝沉积在传感器表面上作为隔离层；

S8：进行功能性聚合物沉积，使用显微涂布器将功能性聚合物填充在制造的硅栅极结构上，显微涂布器的液滴沉积时间和距离决定了聚合物的尺寸和厚度，沉积膜的质量直接影响气敏元件的性能，为了获得最佳的功能复合薄膜，聚合物的沉积过程需持续多次，每两个液滴之间的距离也需被精准控制。

4.一种基于嵌入式薄膜的谐振式气体传感器的实验测试系统，其特征在于：包括气体传输部分、传感器测量部分和数据采集部分，所述气体传输部分包括一个气罐、两个二位二通电磁阀、两个质量流量控制器、一个温控鼓泡器、一个二位三通电磁阀；所述传感器测量部分包括一个传感器测量装置、一个尾气收集装置；所述数据采集部分包括一个多普勒测振仪、一个数据采集装置。

5.根据权利要求4所述的一种基于嵌入式薄膜的谐振式气体传感器的实验测试系统，其特征在于：所气罐为整个系统提供气体来源，在出口处有减压阀，在本系统中气罐中气体种类为氮气；所述二位二通电磁阀可以控制所在气路的通断，控制方式为直动式电控，即通电时阀门打开，断电时阀门关闭，通过可编程逻辑控制器来控制；所述质量流量控制器用于测量并控制所在气路的气体流量，通过使用数据采集卡控制；所述温控鼓泡器用于产生待测量气体的蒸汽。

6.根据权利要求4所述的一种基于嵌入式薄膜的谐振式气体传感器的实验测试系统，其特征在于：所述传感器测量装置是一个密封良好的腔体，前后两侧有进气口和出气口，左右两侧有数据输入口和数据输出口，顶部由一块透明玻璃覆盖；所述传感器在腔体内部用电线连接输入输出口；所述尾气收集装置用于将已完成实验的气体收集，避免对环境造成污染。

7.根据权利要求4所述的一种基于嵌入式薄膜的谐振式气体传感器的实验测试系统，其特征在于：所述多普勒测振仪是利用激光多普勒效应原理对物体振动进行测量的一种测量仪器，通过激光扫描在传感器上可以得出传感器的共振频率；所述数据采集装置用于将传感器测量装置和多普勒测振仪所测量的数据进行收集，并传输到电脑以进行数据分析。