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原文传递微传感芯片及其制备方法、气体检测方法和应用

专利名称：	微传感芯片及其制备方法、气体检测方法和应用
摘要：	本发明涉及气体传感器技术领域，具体涉及一种微传感芯片及其制备方法、气体检测方法和应用。该微传感芯片上设置有一个以上传感单元，所述传感单元包括依次层叠的传感层、电极层、绝缘层、加热层、支撑层、悬空层和衬底层，其中，所述传感层由响应一种以上气体信号的气敏传感材料构成；所述加热层用于加热所述电极层和所述传感层；在所述悬空层和所述衬底层上的与所述加热层对应的区域具有通孔。本发明提供的低功耗微悬加热板和过渡金属氧化物气敏材料阵列的微传感芯片具有低功耗、高可靠性、高响应灵敏性、响应时间短等优点，可用于测试苯类、NOX、CO、H2S等多种气体浓度，有利于改善气体传感器的选择性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国石油化工股份有限公司
发明人：	赵宇鑫;牟善军;梁文杰;刘全桢;霍子扬;苏悦;王林
专利状态：	有效
申请日期：	2018-02-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201810148567.1
公开号：	CN110161084A
代理机构：	北京润平知识产权代理有限公司
代理人：	戴香芸;刘兵
分类号：	G01N27/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号
主权项：	1.一种微传感芯片，其特征在于，该微传感芯片上设置有一个以上传感单元，所述传感单元包括依次层叠的传感层、电极层、绝缘层、加热层、支撑层、悬空层和衬底层，其中，所述传感层由响应一种以上气体信号的气敏传感材料构成；所述加热层用于加热所述电极层和所述传感层；在所述悬空层和所述衬底层上的与所述加热层对应的区域具有通孔。 2.根据权利要求1所述的微传感芯片，其中，所述支撑层为二氧化硅层，所述悬空层为硅层，所述衬底层为二氧化硅层；优选地，所述支撑层的厚度为300-700nm，所述悬空层的厚度为300-700μm，所述衬底层的厚度为300-700nm；优选地，所述支撑层、所述悬空层和所述衬底层由两面均为二氧化硅的硅片形成；优选地，所述硅片为P型单晶硅片。 3.根据权利要求1所述的微传感芯片，其中，所述加热层包括加热电极和加热丝；优选地，所述加热电极和加热丝的材料为Cr/Au或者Ti/Pt。 4.根据权利要求1所述的微传感芯片，其中，所述绝缘层为二氧化硅层；优选地，所述绝缘层的厚度为500-700nm。 5.根据权利要求1或3所述微传感芯片，其中，所述电极层包括传感电极；优选地，所述电极层的材料为Cr/Au；优选地，所述电极层的厚度为5-300nm；优选地，所述电极层的传感电极的尺寸不超过对应的所述加热丝。 6.根据权利要求1所述的微传感芯片，其中，所述气敏传感材料为响应2种以上气体信号的气敏传感材料；优选地，所述气敏传感材料为纳米气敏传感材料；优选地，所述纳米气敏传感材料含有WO3和/或SnO2；优选地，所述传感层的厚度为1-3μm。 7.一种微传感芯片的制备方法，其特征在于，该方法包括： 1)在支撑层、悬空层和衬底层上形成加热丝和加热电极作为加热层； 2)在步骤1)得到的芯片上形成绝缘层； 3)在步骤2)得到的绝缘层上形成电极层； 4)去除加热电极表面的绝缘层； 5)在所述悬空层和所述衬底层上与所述加热层对应的区域形成通孔； 6)用响应一种以上气体信号的气敏传感材料在所述电极层上形成传感层。 8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，步骤1)中，将两面均具有二氧化硅层的硅片作为支撑层、悬空层和衬底层；优选地，所述支撑层的厚度为300-700nm，所述悬空层的厚度为300-700μm，所述衬底层的厚度为300-700nm；优选地，所述硅片为P型单晶硅片。 9.根据权利要求7所述的制备方法，其中，步骤1)中，通过先光刻再蒸镀的方法形成所述加热层，所述加热层包括加热电极和加热丝；优选地，所述加热电极和加热丝的材料为Cr/Au或者Ti/Pt。 10.根据权利要求7所述的制备方法，其中，步骤2)中，通过气相沉积形成所述绝缘层；优选地，所述气相沉积为等离子体增强化学气相沉积；优选地，所述绝缘层为二氧化硅层；优选地，所述绝缘层的厚度为500-700nm。 11.根据权利要求7所述的制备方法，其中，步骤3)中，通过先光刻再蒸镀的方法形成所述电极层；优选地，所述电极层包括传感电极；优选地，所述电极层的传感电极的尺寸不超过对应的所述加热丝；优选地，所述电极层的材料为Cr/Au；优选地，所述电极层的厚度为5-300nm。 12.根据权利要求7所述的制备方法，其中，步骤4)中，使用化学蚀刻法去除加热电极表面的绝缘层。 13.根据权利要求7所述的制备方法，其中，步骤5)中，用化学蚀刻法在所述悬空层和所述衬底层上与所述加热层对应的区域形成通孔；优选地，用HF溶液蚀刻所述衬底层，用四甲基氢氧化铵的水溶液蚀刻所述悬空层。 14.根据权利要求7所述的制备方法，其中，步骤6)中，所述气敏传感材料为响应2种以上气体信号的气敏传感材料；优选地，所述气敏传感材料为纳米气敏传感材料；优选地，所述纳米气敏传感材料含有WO3和/或SnO2；优选地，所述传感层的厚度为1-3μm。 15.一种气体检测方法，其特征在于，使用权利要求1-6中任意一项所述微传感芯片或者权利要求7-14中任意一项所述的制备方法制备的微传感芯片进行检测。 16.根据权利要求15所述的气体检测方法，其中，所述气体为2种以上气体的混合气体。 17.根据权利要求16所述的气体检测方法，其中，针对含有n种气体的混合气体进行检测时，用具有不同的气敏传感材料的微传感芯片进行n次检测，所述气敏传感材料可响应n种以上气体信号，n次检测中得到的响应分别为S1、S2…Sn，所述混合气体中的n种气体的浓度C1、C2…Cn可以通过下式求出，其中，所述气敏传感材料对混合气体中的第n种气体的响应常数为Ann；优选地，使用具有n个以上传感层的微传感芯片在一次检测中同时完成n次检测。 18.权利要求1-6中任意一项所述微传感芯片、权利要求7-14中任意一项所述的制备方法制备的微传感芯片或者权利要求15-17中任意一项所述的气体检测方法在石油化工、食品领域的应用。
所属类别：	发明专利