一種可回收重複製備的微瓦斯傳感器的製造方法
2023-05-25 06:52:06 2
一種可回收重複製備的微瓦斯傳感器的製造方法
【專利摘要】一種可回收重複製備的微瓦斯傳感器，該微瓦斯傳感器的矽加熱器中間有散熱-支撐矽塊；矽懸臂的一端與矽微加熱器一側相連，矽懸臂的另一端與矽支座上的固定端連接；固定端設在矽支座的埋層氧化矽上，固定端的矽層內設有摻雜矽層，金屬層通過氧化矽層的窗口與固定端的摻雜矽層相接觸構成歐姆接觸；矽加熱器完全嵌入在催化劑載體中，催化劑載體貫穿於矽加熱器的中間，催化劑載體自身形成一個整體結構；採用MEMS加工的用於煤礦井下檢測瓦斯濃度的低功耗瓦斯傳感器，製備工藝與CMOS工藝兼容，可批量生產；該瓦斯傳感器可以回收後重複製備催化劑載體及催化劑，矽微傳感器使用壽命長、性能穩定、體積小、成本低。
【專利說明】 —種可回收重複製備的微瓦斯傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種微瓦斯傳感器，特別是一種可回收重複製備的微瓦斯傳感器。
【背景技術】
[0002]目前基於傳統鉬絲加熱的催化燃燒式瓦斯傳感器仍在煤礦井下廣泛應用，但其功耗較大，不能很好的滿足物聯網對低功耗瓦斯傳感器的應用需求。而其它的瓦斯傳感器則無法適應煤礦井下高溼度的環境，尤其是井下便攜裝備的應用需求。
[0003]現有報導的微瓦斯傳感器，大多仍是採用金屬鉬作為加熱材料，加熱用的金屬鉬製作在矽支撐材料上，金屬鉬製作的加熱電阻同時也是測溫電阻，催化劑載體負載在支撐面上，由於製作的鉬電阻是薄層電阻、澱積鉬之前需要粘附性的材料，這些導致了鉬電阻的壽命較短，從而直接影響到了傳感器的壽命。傳統的催化燃燒式瓦斯傳感器，由於繞制使用的鉬絲直徑小、繞制後的鉬絲長度有限，即使在溶解掉催化劑載體後也無法重新繞制，因此無法進行重新製備，因此使用過後的傳感器只有被遺棄掉。
實用新型內容
[0004]技術問題:本實用新型的目的是提供一種可回收重複製備的微瓦斯傳感器，解決現有技術的熱催化燃燒式瓦斯傳感器等氣體傳感器無法通過重新製備催化劑載體與催化劑而延長傳感器加熱元件使用時間、降低生產與使用成本的問題。
[0005]技術方案:本實用新型的目的是這樣實現的:該微瓦斯傳感器包括矽支座、固定端、對稱設置的矽懸臂、矽加熱器及催化劑載體；所述的矽加熱器較佳為圓環形，圓環形矽加熱器的中間較佳設有兩個對稱內伸的散熱-支撐娃塊；所述的娃支座包括娃襯底與設在矽襯底上的埋層氧化矽；所述的矽懸臂、矽加熱器均包括支撐矽層、設在支撐矽層外的氧化娃層；所述娃懸臂的一端與娃加熱器一側相連，另一端與娃支座上的固定端連接；所述固定端設在矽支座的埋層氧化矽上，固定端包括支撐矽層、設在支撐矽層外的氧化矽層、設在氧化娃層上的作為電引出焊盤Pad的金屬層，固定端的支撐娃層內設有摻雜娃層，所述電引出焊盤Pad的金屬層通過氧化矽層的窗口與固定端的摻雜矽層相接觸以形成歐姆接觸；所述矽加熱器完全嵌入在催化劑載體中，尤其催化劑載體貫穿於矽加熱器的中間，催化劑載體是一個完整的整體結構。
[0006]有益效果，本實用新型採用矽加熱器加熱催化劑載體，所述矽加熱器同時也是檢測溫度的元件，施加一定的電流或電壓到矽加熱器使催化劑達到所需的高溫工作狀態，當有瓦斯氣體與氧氣與工作狀態的傳感器接觸時，發生放熱反應，傳感器溫度升高，導致其電壓或電流發生變化，檢測該電壓或電流的變化，即可獲知瓦斯的濃度。本實用新型的瓦斯傳感器可構成惠斯通電橋檢測瓦斯濃度，當微瓦斯傳感器的催化劑性能降低或劣化後，利用微加熱器結構及其在支撐板的引線定位，可以再製備催化劑載體與催化劑，重新獲得性能完好的瓦斯傳感器。有利於提高加熱器的電-發熱效率，其使用壽命長，該加熱器可重複使用；矽加熱器負載整體式的催化劑，即整體式的催化劑全面包裹加熱器，減少了加熱器的一個散熱路徑，從而高效地利用了加熱器的熱量，保證了低功耗的性能。所提供的微瓦斯傳感器，其製備方法可與CMOS工藝兼容，批量製作可降低成本、並提高一致性；傳感器的功耗低而靈敏度高，能夠滿足煤礦井下環境物聯網對瓦斯傳感器的需求；尤為突出的是能回收後重新製備催化劑載體及催化劑。
[0007]優點:該微瓦斯傳感器降低了功耗並具有較高的靈敏度，能夠回收後重複製備催化劑載體及催化劑，相當於延長了傳感器的使用壽命，降低了生產及使用成本、減少電子器件遺棄所造成的汙染。同時還具有低功耗、微型化的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型的分立矽器件的俯視示意圖。
[0009]圖2為本實用新型的分立矽器件負載催化劑載體後的俯視示意圖。
[0010]圖3為本實用新型的分立矽器件負載催化劑載體後的主視示意圖。
[0011]圖4為本實用新型的微瓦斯傳感器或分立矽器件的固定端的剖視圖，即圖2中的A-A截面首I]視圖。
[0012]圖5為本實用新型的分立矽器件負載催化劑載體後的剖視圖，即圖2中的B-B截面剖視圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本實用新型的一個實施例作進一步的描述:
[0014]在圖1、圖2和圖3中，該微瓦斯傳感器包括:矽支座101、固定端102、對稱設置的矽懸臂103、矽加熱器104及催化劑載體106 ;所述的矽加熱器104較佳為圓環形，圓環形矽加熱器104的中間較佳設兩個對稱內伸的散熱-支撐娃塊105 ;所述的娃支座101包括娃襯底11與設在矽襯底11上的埋層氧化矽12 ;所述的矽懸臂103、矽加熱器104均包括支撐娃層21、設在支撐娃層21外的氧化娃層23 ;所述娃懸臂103的一端與娃加熱器104 —側相連，另一端與娃支座101上的固定端102連接；所述固定端102設在娃支座101的埋層氧化矽12上，固定端102包括支撐矽層21、設在支撐矽層21外的氧化矽層23、設在氧化矽層23上的作為電引出焊盤Pad的金屬層22，固定端102的支撐矽層21內設有摻雜矽層24，所述電引出焊盤Pad的金屬層22通過氧化矽層23的窗口與固定端的摻雜矽層24相接觸以形成歐姆接觸，如圖4所示；所述矽加熱器104完全嵌入在催化劑載體106中，尤其催化劑載體106貫穿於矽加熱器104的中間，催化劑載體106是一個完整的整體結構，如圖5所示。
【權利要求】
1.一種可回收重複製備的微瓦斯傳感器，其特徵是:該微瓦斯傳感器包括矽支座(101)、固定端(102)、對稱設置的矽懸臂(103)、矽加熱器(104)及催化劑載體(106);所述娃加熱器(104)較佳為圓環形，圓環形娃加熱器(104)的中間較佳設有兩個對稱內伸的散熱-支撐娃塊(105);所述娃支座(101)包括娃襯底(11)與設在娃襯底(11)上的埋層氧化娃(12);所述矽懸臂(103)、矽加熱器(104)均包括支撐矽層(21)、設在支撐矽層(21)外的氧化娃層(23);所述娃懸臂(103)的一端與娃加熱器(104) —側相連,另一端與娃支座(101)上的固定端(102)連接；所述固定端(102)設在娃支座(101)的埋層氧化娃(12)上，固定端(102)包括支撐矽層(21)、設在支撐矽層(21)外的氧化矽層(23)、設在氧化矽層(23)上的作為電引出焊盤Pad的金屬層(22),固定端(102)的支撐娃層(21)內設有摻雜娃層(24),所述電引出焊盤Pad的金屬層(22)通過氧化矽層(23)的窗口與固定端的摻雜矽層(24)相接觸以形成歐姆接觸；所述矽加熱器(104)完全嵌入在催化劑載體(106)中，催化劑載體(106)貫穿於矽加熱器(104)的中間，為一個完整的整體結構。
【文檔編號】G01N27/16GK203519541SQ201320600029
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】馬洪宇, 王文娟, 丁恩傑, 趙小虎, 程婷婷 申請人:中國礦業大學