[发明专利]一种基于电容式电桥结构的超声阵列气体传感器

摘要

本发明涉及一种基于电容式电桥结构的超声阵列气体传感器。现有产品不便于集成至移动设备。本发明包括可变电阻、第一电阻、第二电阻、可变电容、参考电容。可变电阻的一端与可变电容的一端连接后接电源VCC，可变电阻的另一端与第一电阻的一端连接后作为输出电压Vout的正极，可变电容的另一端、参考电容的一端和第二电阻的一端连接后作为输出电压Vout的负极。可变电容和参考电容结构相同，均采用超声阵列电容，其中可变电容的表面可吸附气体，电容会发生变化，参考电容表面不吸附气体，只作为参照组。本发明可最大限度地放大气体传感器的微弱信号，单个超声单元结构可靠性高，形成的超声阵列冗余度高，传感器具备高鲁棒性。

主权项

1.一种基于电容式电桥结构的超声阵列气体传感器，包括可变电阻R、第一电阻R1、第二电阻R2、可变电容C1、参考电容C2，其特征在于：所述的可变电阻R的一端与可变电容C1的一端连接后接电源VCC，可变电阻R的另一端与第一电阻R1的一端连接后作为输出电压Vout的正极，可变电容C1的另一端、参考电容C2的一端和第二电阻R2的一端连接后作为输出电压Vout的负极，第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端和参考电容C2的另一端连接后接地；所述的可变电容C1和参考电容C2结构相同，均采用超声阵列电容，主体结构从下往上依次包括：基底(1)、下SiO2薄膜层(2)、下电极层(3)、上SiO2薄膜层(4)、牺牲层(5)、下振膜层(6)、上振膜层(7)、上电极层(8)、绝缘钝化层(9)、接线层(10)、气体吸附层(11)；其中：基底(1)的作用是支撑固定，其材料为硅片；下SiO2薄膜层(2)为下电极的支撑层，并起绝缘保护作用；下电极层(3)为阵列结构，包括一组呈阵列布置的圆形下电极膜片(3-1)，对角位置的圆形下电极膜片(3-1)通过条形下电极膜片(3-2)连通，边沿的一个圆形下电极膜片(3-1)引出下电极(3-3)；所有的圆形下电极膜片(3-1)和条形下电极膜片(3-2)，以及下电极(3-3)的材料相同，构成下电极层(3)，下电极层(3)的材料为铝或多晶硅；上SiO2薄膜层(4)用于隔离保护下电极层(3)的阵列结构；牺牲层(5)用来形成空腔，为振膜层的振动提供空间，包括一组呈阵列布置的圆形腐蚀膜片(5-1)和一组呈阵列布置的过渡腐蚀膜片(5-2)，所有圆形腐蚀膜片(5-1)与圆形下电极膜片(3-1)位置对应，所有的过渡腐蚀膜片(5-2)与两条条形下电极膜片(3-2)的相交处位置对应；对角位置的圆形腐蚀膜片(5-1)通过条形腐蚀膜片(5-3)和过渡腐蚀膜片(5-2)连通；所有的圆形腐蚀膜片(5-1)、过渡腐蚀膜片(5-2)和条形腐蚀膜片(5-3)材料相同，构成牺牲层(5)，牺牲层(5)的材料为Al或Cr；下振膜层(6)为上电极层(8)的支撑层，其振动时带动上电极层(8)一起振动，并作为牺牲层(5)释放时的通道，使腐蚀液能够进入；下振膜层(6)覆盖于整个表面，开设有一组呈阵列布置的腐蚀通道(6-1)，每个腐蚀通道(6-1)开设在过渡腐蚀膜片(5-2)处，腐蚀通道(6-1)从下振膜层(6)上表面贯通至过渡腐蚀膜片(5-2)的上表面；上振膜层(7)用于掩盖下振膜层(6)的腐蚀通道(6-1)，上振膜层(7)的材料为SiO2；上电极层(8)为阵列结构，包括一组呈阵列布置的圆形上电极膜片(8-1)，所有的圆形上电极膜片(8-1)与圆形下电极膜片(3-1)位置对应，两者共同组成一个可振动电容结构；相邻位置的圆形上电极膜片(8-1)通过条形上电极膜片(8-2)连通，边沿的一个圆形上电极膜片(8-1)引出上电极(8-3)；所有的圆形上电极膜片(8-1)和条形上电极膜片(8-2)，以及上电极(8-3)的材料相同，构成上电极层(8)，上电极层(8)的材料为铝或多晶硅；绝缘钝化层(9)用于保护上电极层，免受外界环境干扰，并起绝缘作用，材料为氮化硅或氧化铝；接线层(10)作为气体传感器和外部集成电路连接接口，包括分别附着在圆形下电极膜片(3-3)和圆形上电极膜片(8-3)上的下电极膜片(9-1)和上电极膜片(9-2)；下电极膜片(9-1)和上电极膜片(9-2)的直径大于圆形下电极膜片(3-3)和圆形上电极膜片(8-3)，且分别与圆形下电极膜片(3-3)和圆形上电极膜片(8-3)导通；气体吸附层(11)用于吸附待检测气体，吸附后质量会有所改变；所述的可变电容C1的表面能够吸附气体，吸附气体后电容会发生变化；所述的参考电容C2的表面不吸附气体，只作为参照组。