[发明专利]一种基于MEMS技术的半导体可燃气体传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于MEMS技术的半导体可燃气体传感器，包括相对设置的气敏模块及加热模块，所述气敏模块与加热模块键合连接，其特征在于：所述气敏模块包括硅衬底，硅衬底下侧面设置有凹槽，且硅衬底的上、下两面均形成有第一绝缘层，位于下侧的第一绝缘层上溅射有测试电极及测试导电带，测试电极上涂覆有气敏涂层，所述气敏涂层中含有半导体金属氧化物、贵金属催化剂、催化剂载体及酸洗石棉，硅衬底厚度方向刻蚀有与测试导电带一一对应的第一引线孔，凹槽的底部刻蚀有若干贯穿硅衬底的通气孔，所述通气孔环绕测试电极，且通气孔呈阵列排布；

所述加热模块包括硅基底，硅基底的上、下两面均氧化形成有第二绝缘层，位于上侧的第二绝缘层上沉积有氮化硅层，氮化硅层上溅射有加热电极及加热导电带，硅基底上部刻蚀形成有隔热腔，隔热腔上方形成设有悬空梁支撑结构的加热平台；所述加热电极位于加热平台上，且加热电极呈环绕状包围在测试电极四周，所述加热导电带连接于加热电极的端部，且加热导电带沿悬空梁向外延伸，硅基底厚度方向刻蚀有与加热导电带一一对应的第二引线孔；

所述气敏涂层的涂覆步骤如下：

（a）准备混合浆料的各原料：氧化锡180~220份、硫酸亚锡72~88份、酸洗石棉3.6~4.4份、氧化铝45~55份、贵金属催化剂6.7~8.3份、三氧化钨6.3~7.7份、氧化镁3.0~3.8份、五氧化二钒2.7~3.3份、五氧化二锑1.4~1.8份、硅酸四乙酯250~310份、甲酸330~400份、乙二醇100~125份、N-甲基吡咯烷酮135~170份、无水乙醇140~175份、纯水180~220份；

（b）制备混合浆料：采用行星式球磨设备，以密闭湿磨的混合方式，将铂黑、氯化钯、氧化铝及纯水混合40 min，再加入硫酸亚锡，混合30 min后，以30℃/min的速率升温至180℃并保温混合50 min，冷却至室温；然后依次加入氧化锡、无水乙醇、N-甲基吡咯烷酮、氧化镁、三氧化钨、五氧化二钒、五氧化二锑、酸洗石棉、乙二醇、硅酸四乙酯及甲酸，继续混合30min，即得混合浆料；

（c）将步骤（b）所得混合浆料采用点胶的方式涂覆在气敏模块上，涂覆厚度为200 nm，然后将气敏模块置于晶圆烧结炉内，于700℃烧结3.5小时，冷却至室温后取出；

所述半导体可燃气体传感器用于检测甲烷、丙烷、异丁烷气体，实现抗酒精挥发干扰。

2.根据权利要求1所述基于MEMS技术的半导体可燃气体传感器，其特征在于：所述加热电极包括前后对称设置的蛇形电极，所述蛇形电极布置呈“凹”形，且前后两个蛇形电极之间有间距，使两个蛇形电极之间形成空白的矩形区域及条形区域；所述加热导电带包括连接端部及连接梁部，所述连接端部为4个、并分别位于氮化硅层的四角处，所述连接梁部的一端与连接端部相连，连接梁部的另一端沿悬空梁延伸至加热平台、并与蛇形电极相连；所述测试电极采用插齿电极，且测试电极位于矩形区域的上方，所述测试导电带位于条形区域的上方，且测试导电带沿横向延伸。

3.根据权利要求1所述基于MEMS技术的半导体可燃气体传感器，其特征在于：所述硅衬底的厚度为200~400 μm，第一绝缘层的厚度为1~3 μm，凹槽的深度为2~40 μm，测试电极的厚度为0.5~5 μm，气敏涂层的厚度为50~500 nm，通气孔的直径为10~500 μm；所述硅基底的厚度为400~600 μm，第二绝缘层的厚度为1~3 μm，氮化硅层的厚度为200~500 nm，加热电极的厚度为0.5~5 μm，隔热腔的深度为250~350 μm。

4.根据权利要求1所述基于MEMS技术的半导体可燃气体传感器，其特征在于：所述加热模块上表面的外缘设置有衬垫，所述衬垫连接于加热模块与气敏模块之间。

5.根据权利要求1所述基于MEMS技术的半导体可燃气体传感器，其特征在于：所述测试电极及加热电极均采用溅射Cr/Pt或Ti/Pt而成，其中，Ti或Cr作为粘结层，粘结层的厚度为50~100 nm。

6.根据权利要求1所述基于MEMS技术的半导体可燃气体传感器，其特征在于：所述第一绝缘层及第二绝缘层均为氧化硅膜。