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原文传递气体传感器MEMS结构及其制造方法

专利名称：	气体传感器MEMS结构及其制造方法
摘要：	一种气体传感器，一种制造气体传感器的方法，一种制造用于加热器或热电堆的微机电系统(MEMS)管芯的方法，以及一种用于加热器或热电堆的微机电系统(MEMS)管芯。所述气体传感器包括：第一微机电系统(MEMS)管芯，其包括光源；第二MEMS管芯，其包括光检测器；样品室，其设置在所述光源和所述光检测器之间的光路中；以及保持器衬底。其中，所述第一MEMS管芯和所述第二MEMS管芯在相对于所述保持器衬底的垂直方向上被设置在所述保持器衬底上。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	新加坡;SG
申请人：	新加坡国立大学
发明人：	恩里克·玛瑞利;马西莫·布鲁诺·克里斯蒂亚诺·阿里奥图;李正国;科斯塔斯·约翰·斯潘诺斯;钱友
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201780083524.3
公开号：	CN110462377A
代理机构：	深圳中一联合知识产权代理有限公司
代理人：	王丽
分类号：	G01N21/3504(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	新加坡新加坡市
主权项：	1.一种气体传感器，包括：第一微机电系统(MEMS)管芯，其包括光源；第二MEMS管芯，其包括光检测器；样品室，其设置在所述光源和所述光检测器之间的光路中；以及保持器衬底；其中，所述第一MEMS管芯和所述第二MEMS管芯在相对于所述保持器衬底的垂直方向上被设置在所述保持器衬底上，并且所述样品室在所述第一MEMS管芯和所述第二MEMS管芯之间横向设置。 2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，所述光检测器包括：一个或多个转换元件，其用于将温度变化转换成电信号；以及一个或多个第一超材料元件，其用于热耦合到所述转换元件中的相应转换元件，所述第一超材料元件被构造成在光源发射的一个或多个波长处选择性吸收；以及用于将在一个或多个波长处的吸收变化转换成可变电响应的装置。 3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，进一步包括：分别用于所述第一管芯和所述第二管芯的真空水平薄膜封装，其用于所述光源和所述光检测器与气体样品的热隔离。 4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体传感器，其中，所述光源包括一个或多个加热器元件以及一个或多个第二超材料元件，所述第二超材料元件热耦合到所述加热器元件中的相应加热器元件，所述第二超材料元件被构造成在一个或多个波长处发射。 5.根据权利要求1至4所述的气体传感器，进一步包括处理电路，所述处理电路至少具有用于驱动所述光源的源驱动器和耦合到所述光检测器的模拟接口。 6.根据权利要求5所述的气体传感器，其中，所述处理电路被集成在所述保持器衬底上。 7.根据权利要求1至6所述的气体传感器，其中，所述样品室包括波导扩散室。 8.根据权利要求7所述的气体传感器，其中，所述波导扩散腔室的相对的开口端用作扩散孔。 9.一种制造气体传感器的方法，包括步骤：提供包括光源的第一微机电系统(MEMS)管芯；提供包括光检测器的第二MEMS管芯；提供设置在所述光源和所述光检测器之间的光路中的样品室；并提供保持器衬底；其中，所述第一MEMS管芯和所述第二MEMS管芯在相对于保持器衬底的垂直方向上被设置在所述保持器衬底上，并且所述样品室被横向设置在所述第一MEMS管芯和所述第二MEMS管芯之间。 10.根据权利要求9所述的方法，其中，提供所述光检测器包括：提供一个或多个转换元件，用于将温度变化转换为电信号，并将一个或多个第一超材料元件热耦合到所述转换元件中的相应转换元件，所述第一超材料元件被构造成在由所述光源发射的一个或多个波长处的选择性吸收，以及用于将在一个或多个波长处的吸收的变化转换成可变电响应的装置。 11.根据权利要求9或10所述的方法，进一步包括：分别为所述第一管芯和第二管芯提供真空级薄膜封装，以用于所述光源和所述光检测器与气体样品的热隔离。 12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，提供所述光源包括：提供一个或多个加热器元件并将一个或多个第二超材料元件热耦合到所述加热器元件中的相应加热器元件，所述第二超材料元件被构造成在所述一个或多个波长下发射。 13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，进一步包括：提供处理电路，所述处理电路至少具有用于驱动所述光源的源驱动器以及被耦合到所述光检测器的模拟接口。 14.根据权利要求13所述的方法，包括将所述处理电路集成在所述保持器衬底上。 15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其中，所述样品室包括波导扩散室。 16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述波导扩散腔室的相对的开口端用作扩散孔。 17.一种制造用于加热器或热电堆的微机电系统(MEMS)管芯的方法，所述方法包括：提供支撑结构；在所述支撑结构上设置一个或多个超材料元件；将设置有所述一个或多个超材料元件的所述支撑结构悬挂在整个腔上；以及提供晶片级薄膜封装，以用于所述MEMS管芯的真空封装。 18.根据权利要求17所述的方法，包括：通过从形成于衬底内的凹槽中去除牺牲材料，形成所述腔，所述衬底由不同于所述牺牲材料的材料制成。 19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述支撑结构形成在所述腔的周界内；并且所述方法进一步包括：在所述支撑结构和所述衬底之间的外围间隙上形成所述衬底和所述支撑结构之间的物理连接件。 20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述物理互连件包括：到所述支撑结构的金属互连件，以及用于所述金属互连件的绝缘层。 21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其中，提供所述晶片级薄膜封装包括：使用互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容工艺。 22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其中，所述MEMS管芯用于所述加热器，并且所述一个或多个超材料元件用作一个或多个波长的发射器。 23.根据权利要求22所述的方法，其中，提供所述支撑结构包括：形成所述支撑结构的加热丝和支撑臂部分，其中，所述超材料元件形成在所述加热丝部分上。 24.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其中，所述MEMS结构用于所述热电堆，并且所述一个或多个超材料元件用作一个或多个波长的吸收器。 25.根据权利要求24所述的方法，其中，提供所述支撑结构：包括形成所述支撑结构的热电偶和载体部分，其中所述超材料元件形成在所述载体部分上。 26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述热电偶部分围绕所述载体部分。 27.一种用于加热器或热电堆的微机电系统(MEMS)管芯，所述MEMS管芯包括：支撑结构；所述支撑结构上的一个或多个超材料元件；其中，带有所述一个或多个超材料元件的所述支撑结构横跨腔；以及用于所述MEMS管芯的真空封装的晶片级薄膜封装。 28.根据权利要求27所述的MEMS管芯，其中，通过从形成于衬底内的凹槽中去除牺牲材料，形成所述腔，所述衬底由不同于所述牺牲材料的材料制成。 29.根据权利要求28所述的MEMS管芯，其中，所述支撑结构形成在所述腔的周界内，并且所述MEMS管芯进一步包括：在所述支撑结构和所述衬底之间的外围间隙上形成所述衬底和所述支撑结构之间的所述物理连接件。 30.根据权利要求29所述的MEMS管芯，其中，所述物理互连件包括到所述支撑结构的金属互连件以及用于所述金属互连件的绝缘层。 31.根据权利要求27至30中任一项所述的MEMS管芯，其中，使用互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容工艺形成所述晶片级薄膜封装。 32.根据权利要求27至31中任一项所述的MEMS管芯，其中，所述MEMS管芯用于所述加热器，并且所述一个或多个超材料元件用作一个或多个波长的发射器。 33.根据权利要求32所述的MEMS管芯，其中，所述支撑结构包括加热丝和支撑臂部分，其中，所述超材料元件形成在所述加热丝部分上。 34.根据权利要求27至31中任一项所述的MEMS管芯，其中，所述MEMS结构用于所述热电堆，并且所述一个或多个超材料元件用作一个或多个波长的吸收器。 35.根据权利要求34所述的MEMS管芯，其中，所述支撑结构包括热电偶和载体部分，其中所述超材料元件形成在所述载体部分上。 36.根据权利要求35所述的MEMS管芯，其中，所述热电偶部分围绕所述载体部分。
所属类别：	发明专利