一种基于微机电系统的SiC基半导体气体传感器的制作方法

一种基于微机电系统的sic基半导体气体传感器
技术领域
1.本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种基于微机电系统的sic基半导体气体传感器。


背景技术：

2.微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)一般是指将采用微机械技术加工成的微结构和利用集成电路技术制造的集成电路一起加工集成到芯片中，形成从生物化学传感检测、信息接收转换处理、并最终实现动作的一个集成系统。
3.基于微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)工艺的金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，mox)气体传感器具有小型化、低功耗和灵敏度高等优点，这使小型化、低功耗的气体检测设备成为可能。mox气体传感器可以等效成一个加热器电阻和一个气敏材料电阻。加热器电阻两端的加载电压给气敏材料提供合适的工作温度，气敏材料与气体的反应将使其电阻发生变化，从而将气体信息转换成一个电阻信号以供检测电路采集。
4.目前基于mems技术的传感器微制造平台，主要以硅片作为芯片基底，兼容溅射等成膜工艺，但高性能的气敏膜以多孔厚膜为主，以浆料微喷为成膜工艺。多孔气敏膜、电极、基片之间温度场与应力场的匹配，将影响器件的稳定性与功耗。
5.cn110462377a公开了一种mems结构气体传感器，该气体传感器包括：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，其设置在光源和光检测器之间的光路中；以及保持器衬底。其中，第一mems管芯和第二mems管芯在相对于保持器衬底的垂直方向上被设置在该保持器衬底上。
6.cn101905853a公开了一种集成微机电系统(mems)传感器设备，该集成传感器设备包括具有表面部分的第一衬底和以堆叠结构耦合到第一衬底的表面部分的第二衬底，其中，在第一衬底和第二衬底之间限定了空腔。集成传感器设备还包括至少部分位于第一衬底中的一个或多个微机电系统(mems)传感器，其中，mems传感器与空腔连通。该集成传感器设备还包括一个或多个附加传感器。
7.cn113597549a公开了一种mems气体传感器安装体，该mems气体传感器安装体具备：mems气体传感器芯片，该mems气体传感器芯片具有：具有空腔的基座、以覆盖空腔的方式设置在基座上且具有与空腔相连的开口部的绝缘膜、设置在绝缘膜的空腔上方的区域上的气敏部、和设置在绝缘膜的除了空腔上方以外的区域上且与气敏部连接的多个衬垫；和具有气体导入通路和多个连接端子的印刷基板，以空腔和气体导入通路在俯视下为重叠，且多个衬垫和多个连接端子电连接的方式，将mems气体传感器芯片安装于印刷基板。
8.但现有基于微机电系统的半导体气体传感器利用半导体工艺如溅射、蒸发等工艺可以直接将气敏材料制备在微热平台上，但是其致密的表面结构大大降低了气敏材料的响应和灵敏度，而且热功耗较大也是普遍难以解决的问题，尤其是通常气体传感器外围部分相对于中心将产生更大的热损失，这是由于外围部分通常具有更强的热对流，而这种热损
失差异将导致温度在微热平台内进一步分布不均，这将对气体传感器的关键性能指标造成影响。因此，技术仍有亟待解决的至少一个或多个技术问题。
9.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

10.针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于微机电系统的sic基半导体气体传感器，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。
11.为实现上述目的，本发明提供了一种基于微机电系统的sic基半导体气体传感器，包括依次堆叠的如下部分：
12.基体，构造有空腔；
13.加热层，具有与空腔重叠的加热丝；
14.介电层，具有与加热丝重叠的有源区；
15.检测层，具有与有源区重叠的感应区域；以及
16.气敏层，部分覆盖感应区域，包含气敏材料；
17.其中，
18.有源区悬浮并包含于基体的空腔中，且空腔两端配置有与有源区间隔相对且在堆叠方向观察下至少部分覆盖有源区的阻挡层，其中，
19.阻挡层配置为接收来自有源区的逃散热量并至少部分地将其返送回空腔。
20.优选地，阻挡层包括彼此层叠的吸收层和反射层，其中，
21.反射层，面对于有源区并配置为将来自于有源区的热量至少部分地反射回有源区所在的空腔；
22.吸收层，背离于有源区并配置为将来自于有源区的未被反射层反射的热量至少部分地吸收。
23.优选地，加热丝具有沿有源区中心向有源区外围变化的宽度，以使加热丝沿有源区具有变化的温度梯度。
24.优选地，加热丝的宽度沿有源区中心向有源区外围递减。
25.优选地，检测层的感应区域由一对检测电极各自的若干电叉指彼此交错形成，其中，
26.感应区域具有沿有源区中心向有源区外围变化的电叉指间距。
27.优选地，感应区域包含的若干相邻电叉指的电叉指间距由感应区域的中心向外围递减。
28.优选地，感应区域具有沿有源区中心向有源区外围变化的叉指电极长宽比。
29.优选地，感应区域包含的若干电叉指的长宽比沿有源区中心向有源区外围递增。
30.优选地，气敏层包括第一功能区和第二功能区，其中，
31.第一功能区重叠并覆盖感应区域；
32.第二功能区重叠并覆盖感应区域外的至少部分。
33.优选地，加热层还包括配置在加热丝两端的加热电极，且加热电极配置在有源区外的基体部分。
34.本发明在有源区或隔热腔的两侧配置用于接收散失热量的阻挡层，通过阻挡层的反射吸收作用，减少了有源区或隔热腔与外部环境的热量交换，大大降低了从有源区或隔热腔处散发或逃逸出的热量，一方面使得整个传感器设备的热功耗得以显著降低，同时也将可能浪费的更多热量充分利用于保持有源区或是气敏反应区域的工作温度，使得传感器设备具有更优异的响应速率和更低的热功耗。
附图说明
35.图1是本发明提供的一种优选实施方式的基于微机电系统的sic基半导体气体传感器的装配示意图；
36.图2是本发明提供的一种优选实施方式的基于微机电系统的sic基半导体气体传感器的俯视图；
37.图3是本发明提供的一种优选实施方式的加热器的结构示意图；
38.图4是本发明提供的一种优选实施方式的检测电极的结构示意图；
39.图5是本发明提供的一种优选实施方式的气敏层的结构示意图；
40.图6是本发明提供的一种优选实施方式的基于微机电系统的sic基半导体气体传感器的剖视图；
41.图7是本发明提供的一种优选实施方式的感应区域的放大示意图。
42.附图标记列表
43.100：衬底；101：支撑层；102：加热层；103：介电层；104：检测层；105：气敏层；106：气敏材料；1021：加热电极；1022：加热丝；1041：检测电极；1042：电叉指；1043：感应区域；107：有源区；108：悬梁；109：阻挡层；1091：吸收层；1092：反射层；l1：第一叉指间隙；l2：第二叉指间隙。
具体实施方式
44.下面结合附图进行详细说明。
45.本发明提供了一种基于微机电系统的sic基半导体气体传感器，如图1所示，可以包括沿竖向依次层叠的以下部件之一：
46.衬底100，作为支撑基部，具有隔热腔；
47.支撑层101，沉积于衬底100；
48.加热层102，沉积于支撑层101；
49.检测层104，以与加热层102部分重叠的方式沉积于加热层102上方；
50.介电层103，沉积于加热层102和检测层104之间；
51.气敏层105，包含有气敏材料106，并以与检测层104部分重叠的方式沉积于介电层103上方。
52.根据一种优选实施方式，衬底100可由本实施例所述的sic制成。特别地，衬底100也可由硅、氮化镓或蓝宝石中的任意一种或多种制成。
53.根据一种优选实施方式，支撑层101可以为由氮化硅和二氧化硅中的至少一个构
成的复合膜结构。
54.根据一种优选实施方式，特别地，本实施例中，该隔热腔大致呈三角形结构是根据悬梁结构来确定的。应当理解的是，隔热腔还可以根据实际情况构造为圆形、矩形、多边形或其它规则/不规则的形状等。
55.根据一种优选实施方式，本发明中，悬梁结构可以被构造为三悬梁式。进一步地，除三悬梁式结构外，根据工艺及使用需求，也可以构造成例如两悬梁、四悬梁结构或是六悬梁等等。优选地，当悬梁结构为两悬梁、四悬梁结构或是六悬梁结构时，隔热腔的形状结构可随之适宜性改变。
56.根据一种优选实施方式，如图1所示，支撑层101沉积于衬底100上方，其为氮化硅和氧化硅组成的多层复合膜结构。特别地，因氧化硅薄膜具有压应力，氮化硅薄膜具有张应力，故单一类型的膜结构很难达到实际应用需求。优选地，支撑层101例如可由两侧氧化硅薄膜和位于其间的氮化硅薄膜堆叠形成。由于由氮化硅和氧化硅组成的多层复合膜结构的导热系数远小于由硅、氮化镓、碳化硅等制成的衬底结构的导热系数，因此热量可以很好地保存于支撑层101上，从而极大提高加热效率。
57.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，支撑层101的中心区域构造有聚热区。聚热区大致为与衬底100的隔热腔大致相同的三角形区域，并且聚热区构造有悬梁108结构。
58.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，该聚热区与衬底100的隔热腔重叠。优选地，聚热区包含于衬底100的隔热腔内，且通过悬梁108悬空于衬底100的隔热腔。
59.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，聚热区的多个悬梁108各自的其中一端沿支撑层101向外延伸至彼此不同的方向并分别连接于支撑层101的其余层体。更具体地，当悬梁结构为三悬梁时，三个悬梁108的各自一端可分别连接至三角形区域的三个顶点。特别地，悬梁108可通过对支撑层101蚀刻制得。
60.进一步地，多个悬梁108沿支撑层101各自向内延伸的另一端共同连接至有源区107，该有源区107可用于沉积加热器。优选地，有源区107可连同悬梁108将加热器提供的热量维持在聚热区内，尤其是悬梁108和有源区107因结构以及材料特性而沿支撑层101表面具有较小的传热系数和传热速度，因此更多的热量则被集中于有源区107内，以确保气体检测所需的温度环境，从而提高检测灵敏度和响应速度。
61.根据一种优选实施方式，为了适应于半导体气体传感器对功耗和部件组合强度的需求，当需要降低传感器设备的整体功耗时，例如可相应缩减悬梁108的宽度，而需要增加层结构的机械强度时，可相应增加悬梁108的宽度。
62.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，支撑层101顶面沉积有加热层102。进一步地，如图1和图3所示，该加热层102包括加热器。该加热器由一对加热电极1021和电连接于加热电极1021间的加热丝1022组成。
63.根据一种优选实施方式，如图3所示，加热丝1022呈蜿蜒形。进一步地，一对加热电极1021各自位于同侧的部分分别通过导线连接于加热丝1022。优选地，加热层102的加热区域为加热丝1022覆盖区域。特别地，由于加热丝1022为蜿蜒形加热丝，整个加热层102的热量产出主要集中于结构中部的加热丝1022处，因此可实现局部小区域的加热作用。
64.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，在支撑层101顶面沉积加热层102时，将
加热丝1022沉积至支撑层101中部的有源区107之上，加热丝1022与加热电极1021间的引线则可以沉积于悬梁108上，而一对加热电极1021则关于有源区107中心对称沉积于聚热区两侧。
65.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，在支撑层101表层沉积加热层102之后，在加热层102表层沉积介电层103。具体地，介电层103可以是由氧化硅制成的单层膜或是由氮化硅/二氧化硅组成的复合膜。
66.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，介电层103中部构造有由悬梁108和有源区107组成的聚热区。进一步地，介电层103构造有对应于加热电极1021并与其形状适配的容纳区域，在将介电层103沉积至加热层102上方时，加热电极1021能够嵌合至该容纳区域并与外部电气元件电连接。
67.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，在加热层102上方沉积介电层103之后，在介电层103表层沉积检测层104。具体地，检测层104包括检测器。进一步地，如图1和图4所示，该检测器包括一对构型相同的检测电极1041。特别地，本发明中，检测电极1041为叉指电极。
68.根据一种优选实施方式，如图4所示，检测电极1041为大致呈矩形的平面形电极。进一步地，两个检测电极1041各自相对一侧具有电叉指1042，两个检测电极1041末端的电叉指1042彼此交汇形成感应区域1043。
69.根据一种优选实施方式，如图4所示，电叉指1042的整体结构大致为三角形，但应理解的是，基本的结构还应包括矩形、圆形或其它常见形状。除此之外，图4所示电叉指1042的每条叉指为矩形仅是作为非限制性实例的说明，叉指也可以构造为圆形或其他形状。特别地，电叉指1042及每条叉指的形状应根据环境检测的具体需求来确定。
70.通常叉指电极对的对数、叉指宽度、相邻叉指间隙以及叉指电极的厚度对于气体传感器的检测性能有很大的影响。基于影响叉指电极阻值的参数可知，一般叉指电极的长宽比越大，叉指的密度越大，叉指电极的初始阻值就越小，而相应的气体传感器的灵敏度响应速度就越高。进一步地，相邻叉指电极间距的减小有助于提高气体传感器的信噪比，同时可提高气敏反应速率，加快反应过程的建立，从而提高气体传感器的检测性能。
71.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，一对检测电极1041分别沉积于关于介电层103对称的两端表面。两个检测电极1041彼此交汇形成的感应区域1043沉积于介电层103中部的有源区107之上。感应区域1043与检测电极1041间的引线部分则沉积于悬梁108上。
72.根据一种优选实施方式，感应区域1043优选与其底部介电层103以及支撑层101的中部有源区107的形状适配。
73.根据一种优选实施方式，介电层103在保持热量传导的同时，还起到保持检测层104和加热层102之间电学隔离的作用。
74.根据一种优选实施方式，如图1和图2所示，在介电层103上方沉积检测层104后，在介电层103以及检测层104上方沉积气敏层105。
75.根据一种优选实施方式，气敏层105包括沉积于介电层103表层的第一功能区和第二功能区。具体地，如图1和图2所示，气敏层105的第一功能区与检测层104的感应区域1043形状适配，且第一功能区沉积于检测层104的感应区域1043表层。气敏层105的第二功能区
大致为多边形结构，且其沉积于与加热层102的加热电极1021关于感应区域1043对称的另一侧。
76.根据一种优选实施方式，第一功能区可以作为气敏反应的主要功能区，即，第一功能区与检测电极1041直接接触，用于测量气敏层105的电阻率变化。第二功能区可作为主要功能区的补偿区，其至少具有通过同层一体成型维持第一功能区机械稳定的作用。
77.根据一种优选实施方式，本发明中，气敏层105可以为多孔基底。具体地，多孔基底的一种特例可以是多孔氧化铝基底。特别地，多孔基底可沉积有用于气敏反应的气敏材料106。优选地，气敏材料106可包括sno2、zno、in2o3、nio中的至少一种或其它金属氧化物。
78.根据一种优选实施方式，对于多孔氧化铝基底，其可以为双通孔型基底。具体地，双通孔型基底可由多个双通孔型纳米管组成，该双通孔型纳米管具有彼此连通的两个开口。另一方面，多孔氧化铝基底也可以是单通孔型基底。单通孔型的多孔氧化铝基底可由多个单通孔型纳米管组成，该单通孔型纳米管两端的一个开口处于封闭状态，另一个开口则处于导通状态。
79.根据一种优选实施方式，在介电层103以及检测层104上方沉积多孔氧化铝基底的过程为：利用电子束蒸发沉积铝电极至基板，并通过两步阳极氧化形成多孔氧化铝基底。
80.根据一种优选实施方式，将多孔氧化铝基层沉积完毕后，需要继续沉积气敏材料106，即，在多孔氧化铝基层上原子层沉积金属氧化物。具体地，如图5所示，气敏材料106可沉积于多孔氧化铝基底的双通孔型纳米管管壁之上。
81.根据一种优选实施方式，在将包含有金属氧化物的气敏材料106沉积于多孔氧化铝基层以形成气敏层105后，需要沉积催化材料至气敏层105，以使催化材料与气敏材料106直接或间接沉积接触，以在气敏材料106与待检测气体发生气敏反应之时，催化材料可以促进气体与气敏材料106间的反应。特别地，催化材料可包括pt、pd等金属。
82.在一些可选实施方式中，当气敏层105为多孔氧化铝基底结构，且为双通孔型基底时，沉积于介电层103之上的检测层104可以包括沿竖向关于气敏层105对称的两对检测电极1041。具体而言，一对检测电极1041沉积于如图1所示的气敏层105下方，另一对检测电极1041沉积于气敏层105上方(图中未示出)，以使气敏层105夹持于两个检测层104之间。
83.进一步地，两对检测电极1041各自包含的感应区域1043与气敏层105的第一功能区保持竖向重叠，而构成气敏层105的多个双通孔型纳米管的两端开口分别与两侧的感应区域1043接触，且两侧的感应区域1043借助于彼此连通的开口而气体连通。
84.根据一种优选实施方式，通常在大部分情况下，气体传感器外围部分，或是说微热平台外围部分相对于中心将产生更大的热损失，这是由于外围部分通常具有更强的热对流，而这种热损失差异将导致温度在加热层102、检测层104以及气敏层105之间分布不均，而这种热损失差异在经过层间传导后可能进一步地加剧微热平台的温度分布不均，这将对气体传感器的关键性能指标造成影响。
85.根据一种优选实施方式，本发明中，加热丝1022具有沿有源区107外围向有源区107中心变化的宽度。具体地，加热丝1022的宽度从其与加热电极1021的连接部分沿延伸方向逐渐变宽。换而言之，加热丝1022相较靠近于有源区107中心部位的线宽可以大于其相较远离于有源区107中心部位的线宽。特别地，基于电阻计算公式可知，电阻与截面积为反比关系，故加热丝1022线宽较小的部分具有相对较大的电阻，且同时基于焦耳定律，加热丝
1022线宽较小的部分能够产生相对较大的热量，由此加热丝1022外围线宽较小的部分能够提供比中心部位更多的热量，而由于微热平台外围产生的热损失更多，因此，通过此种产热平衡方式，能够提升热量在层间分布的均匀性。
86.进一步地，达到适应的温度条件是气敏反应的触发前提，而加热丝1022所提供的温度环境对于传感器响应度及检测准确性有非常大的影响，通常传感器中的热损耗主要通过热辐射、热对流以及热传导的形式产生，当加热丝1022产生的热量更多地通过衬底100散失并传递到环境中时，会造成传感器层内温度分布不均，而在通过对传感器结构进行改进的条件下，这部分外散或逃逸热量是可以被返用于加热气敏材料的，而现有技术鲜有对此的改进，为此，如图6所示，本实施例涉及通过配置阻挡层109以减少经由有源区107散失或逃逸至环境中的热量。
87.根据一种优选实施方式，衬底100具有隔热腔，该隔热腔允许具有热量的气体分子流动，而其间流动的气体分子会通过热对流及热辐射形式将一部分热量散发至传感器设备外围的空气之中，由此，降低了传感器设备工作所需的温度。优选地，本发明中，为防止有更多的热量损失，在包含有气敏材料106的有源区107两侧配置有至少部分遮挡有源区的阻挡层109。
88.根据一种优选实施方式，如图6所示，阻挡层109为多层结构，可以包括吸收层1091和反射层1092。进一步地，阻挡层109配置为将来自于有源区107方向所散发的热量部分地反射回有源区107所在的隔热腔内，以及将部分未反射而吸收的热量尽量少地散发至隔热腔之外的环境之中，并且由于阻挡层109的存在，致使隔热腔内与外部环境间进行热量交换的气体分子数量减少，显著降低了两者间的热对流。
89.具体地，如图6所示，两侧的阻挡层109各自间隔并悬浮于有源区107两侧，并且阻挡层109至少部分地覆盖或重叠有源区107。特别地，本发明中，为了阻挡来自于有源区107散发的热量，可优选将阻挡层109构造为与前述的由悬梁108和有源区107连接组成的结构相适应的形状。具体地，沿层叠方向观察，阻挡层109与有源区107几乎区域一致。该阻挡层109部分覆盖有源区107，并且具有用于空气或检测气体通过的开口。优选地，当阻挡层109以与有源区107重叠的方式配置时，该开口为有源区107和/或悬梁108同其余层结构间的空隙，即，沿层叠方向观察，该开口例如为图2所示的有源区107周围的空隙。
90.进一步地，为了提高阻挡层109对有源区107热量散失的阻碍作用，以及维持隔热腔对于流动的热气体分子的热量保持作用，如图1和图6所示，本发明中，可将有源区107和悬梁108组成的连接结构构造为包含于衬底100的隔热腔中。具体地，悬梁108为斜向延伸，以使得多个悬梁108共同连接的有源区107的平面低于整个传感器设备的顶面，或是低于衬底100的隔热腔的顶面。特别地，此种悬梁结构可通过例如预先将衬底100的中部区域构造出向下渐缩的等腰梯形开口，并在该开口内沉积加热丝1022、感应区域1043以及气敏层105等，待所有层结构配置完成后，再进行蚀刻。
91.根据一种优选实施方式，阻挡层109可以包含吸收层1091和反射层1092。具体地，反射层1092面对于隔热腔设置，且该反射层1092配置为将来自于有源区107的至少部分以热辐射或热对流形式散发的热量尽可能多地反射回隔热腔中，以减少散失或逃逸至外部环境中的热量，并且将该部分热量返送至隔热腔中，以至少保证有源区107附近的工作温度。优选地，基于金属及其氧化物材料的导热系数以及对于热辐射或热对流的吸收反射作用，
本发明中，反射层1092可以由al或ag中的至少一种形成。
92.根据一种优选实施方式，如图6所示，吸收层1091背对于隔热腔设置，且该吸收层1091配置为将来自于有源区107的未被反射层1092反射的部分热量吸收并维持在层体内，以减少通过吸收层1091散发至隔热腔外的环境中的热量，从而有助于减少传感器设备的整体热功耗，以保证有源区107处气敏反应的工作温度。优选地，本发明中，吸收层1091可以由cd或w中的至少一种形成。
93.应当理解的是，本实施例中对于阻挡层109的层数限定仅是为了便于理解说明，而本领域技术人员根据实际应用场景，可以对阻挡层109的层数进行适应性地调整。
94.根据一种优选实施方式，当悬梁108及其连接的有源区107包含于隔热腔中时，在有源区107的两侧分别配置阻挡层109，由于空气具有较低的导热系数，因此，隔热腔内具有较低的热量损失，而沉积或附着有气敏材料106的有源区107包含于该隔热腔内，故使得有源区107能够长期维持在适宜的恒定工作温度状态下，这将有利于气敏反应的进行，一定程度上提高传感器设备的响应速率及检测准确性，并且将热量充分应用于提供气敏反应合适的工作温度，减少有限热源的浪费。此外，因有源区107处产生的热量通常会通过热对流和热辐射形式从隔热腔散发至外部环境当中而造成一定程度的热损耗，本发明中，在有源区107和/或隔热腔的两侧配置有用于接收散失热量的阻挡层109，该阻挡层109为具有不同热量吸收或反射率的多层复合膜结构。通过阻挡层109的反射吸收作用，减少了有源区107和/或隔热腔与外部环境的热量交换，大大降低了从有源区107和/或隔热腔处散发或逃逸出的热量，一方面使得整个传感器设备的热功耗得以显著降低，同时也将可能浪费的更多热量充分利用于保持有源区107或是气敏反应区域的工作温度，使得传感器设备具有更优异的响应速率和更低的热功耗。
95.根据一种优选实施方式，根据信号检测的原理，通常接触电阻值越高，则提取信号当中的噪声信号比例也就越高，所以为了提高气体传感器的信噪比，可以选择减小气敏层接触电阻的方法，一般情况下，通常会采取增加敏感膜，即本发明所述的气敏层105的厚度或者长宽比，但膜厚度过大会降低传感器设备的响应速率，故更合适的手段是改进微电极，如调整具有电叉指1042的检测电极1041的厚度或是长宽比等。
96.特别地，本发明中，彼此交汇的一对检测电极1041的感应区域1043具有变化的电叉指间距。具体地，如图7所示，相较靠近于感应区域1043中心的相邻电叉指1042的第一叉指间隙l1大于相较远离于感应区域1043中心的相邻电叉指1042的第二叉指间隙l2。换言之，感应区域1043包含的若干相邻电叉指1042的电叉指间距由感应区域1043的中心向外围递减。
97.根据一种优选实施方式，如前文所述，相邻叉指电极间距的减小有助于提高气体传感器的信噪比，而在本发明中，当感应区域1043具有变化的电叉指间距时，感应区域1043具有变化的电阻分布，即多个相邻叉指周期(由相邻电叉指包围的空间)彼此间的电阻分布是不同的，而电阻变化的不同将影响传感器设备对不同气体的响应程度。
98.进一步地，基于电阻值与电叉指尺寸的相关性，电叉指间距越小则密度相对越大，对应的叉指电极初始电阻越小，从而传感器设备的灵敏度和响应速率得到提升。由此，在本发明中，当感应区域1043具有沿其中心向外围逐渐减小的电叉指间距时，感应区域1043具有变化的灵敏度，同时，变化的灵敏度意味着对于不同气体的响应程度是不同的。
99.根据一种优选实施方式，对于不同气体，其所需要的检测工作温度是不同的，并且不同气体对于传感器设备的灵敏度需求也是不同的，尤其是在低浓度条件下，某些气体对于灵敏度的要求极高。因此，在本发明中，当感应区域1043因变化的电叉指间距使其具备不同的检测灵敏度时，能够更好地适应于不同气体对于灵敏度的要求，例如，感应区域1043外围电叉指间距相对较小(电阻值较小)，且灵敏度相对较高的区域在较低温度下，对于浓度较低的a气体可能有更好的气体选择性及其响应速率；而感应区域1043相较中部的电叉指间距相对较大(电阻值较大)，且灵敏度相对较低的区域在较高温度下，对于浓度较高的b气体可能有更好的气体选择性及其响应速率。与此同时，由于传感器设备外围部分的热功耗较中心区域更高，故通常外围部分对于检测气体的响应速率和检测准确性受到热量波动的影响会较中心区域更明显，故本发明中，将感应区域1043外围的电叉指间距配置为较中心更小，使得对应区域的电阻值相较更小，更有助于提高检测灵敏度，由此，能防止因外围部分的热损失较大而造成的检测波动地进一步加大。
100.特别地，除上述的将感应区域1043的相邻电叉指1042的电叉指间隙配置为变化的之外，作为一种可选方式，也可将感应区域1043包含的若干电叉指的长宽比配置为变化的，以使感应区域1043具有变化的电阻分布及其对应的响应灵敏度。具体地，感应区域1043内的电叉指1042的长宽比配置为由感应区域1043中心向外围逐渐增大。例如，在各电叉指1042的长度一致的状态下，沿感应区域1043中心向外围逐渐减小电叉指1042的宽度，以使各电叉指1042呈长宽比逐渐增大的形式，由此，多个相邻叉指周期间的电阻是变化的，且随着电叉指1042的长宽比的增大，电阻及对应的响应灵敏度是逐渐增大的。
101.特别地，根据实际应用需求，可以将感应区域1043包含的若干相邻电叉指1042的电叉指间距配置为由感应区域1043的中心向外围递增，或是将感应区域1043内的电叉指1042的长宽比配置为由感应区域1043中心向外围递增，当然，这可能取决于热功耗跟灵敏度之间的平衡，以及其它的对于气体检测的设计考虑。
102.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

技术特征：
1.一种基于微机电系统的sic基半导体气体传感器，其特征在于，包括依次堆叠的如下部分：基体，构造有空腔；加热层(102)，具有与所述空腔重叠的加热丝(1022)；介电层(103)，具有与所述加热丝(1022)重叠的有源区(107)；检测层(104)，具有与所述有源区(107)重叠的感应区域(1043)；气敏层(105)，部分覆盖所述感应区域(1043)，包含气敏材料(106)；其中，所述有源区(107)悬浮并包含于所述基体的空腔，且所述空腔两端配置有与所述有源区(107)间隔相对且在堆叠方向观察下至少部分覆盖所述有源区(107)的阻挡层(109)，其中，所述阻挡层(109)配置为接收来自所述有源区(107)的逃散热量并至少部分地将其返送回所述空腔。2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，所述阻挡层(109)包括层叠的吸收层(1091)和反射层(1092)，其中，反射层(1092)，面对于所述有源区(107)并配置为将来自于有源区(107)的热量至少部分地反射回所述有源区(107)所在的空腔；吸收层(1091)，背离于所述有源区(107)并配置为将来自于有源区(107)的未被所述反射层(1092)反射的热量至少部分地吸收。3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，所述加热丝(1022)具有沿所述有源区(107)中心向有源区(107)外围变化的宽度，以使所述加热丝(1022)沿所述有源区(107)具有变化的温度梯度。4.根据权利要求1～3任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述加热丝(1022)的宽度沿所述有源区(107)中心向有源区(107)外围递减。5.根据权利要求1～4任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述检测层(104)的感应区域(1043)由一对检测电极(1041)各自的若干电叉指(1042)彼此交错形成，其中，所述感应区域(1043)具有沿所述有源区(107)中心向有源区(107)外围变化的电叉指间距。6.根据权利要求1～5任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述感应区域(1043)包含的若干相邻电叉指(1042)的电叉指间距由所述感应区域(1043)的中心向外围递减。7.根据权利要求1～6任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述感应区域(1043)具有沿所述有源区(107)中心向有源区(107)外围变化的叉指电极长宽比。8.根据权利要求1～7任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述感应区域(1043)包含的若干电叉指(1042)的长宽比沿所述有源区(107)中心向有源区(107)外围递增。9.根据权利要求1～8任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述气敏层(105)包括第一功能区和第二功能区，其中，所述第一功能区重叠并覆盖所述感应区域(1043)；所述第二功能区重叠并覆盖所述感应区域(1043)外的至少部分。10.根据权利要求1～9任一项所述的气体传感器，其特征在于，所述加热层(102)还包
括配置在所述加热丝(1022)两端的加热电极(1021)，且所述加热电极(1021)配置在所述有源区(107)外的基体部分。

技术总结
本发明涉及一种基于微机电系统的SiC基半导体气体传感器，包括依次堆叠的如下部分：基体，构造有空腔；加热层，具有与空腔重叠的加热丝；介电层，具有与加热丝重叠的有源区；检测层，具有与有源区重叠的感应区域；以及气敏层，部分覆盖感应区域，包含气敏材料；其中，有源区悬浮并包含于基体的空腔中，且空腔两端配置有与有源区间隔相对且在堆叠方向观察下至少部分覆盖有源区的阻挡层，其中，阻挡层配置为接收来自有源区的逃散热量并至少部分地将其返送回空腔。通过将有源区配置在空腔内并借助于阻挡层的作用，使得有源区能够长期维持在适宜的恒定工作温度状态下并减少热源浪费，以提高传感器设备的响应速率及检测准确性，有利于气敏反应的进行。敏反应的进行。敏反应的进行。


技术研发人员：周清峰 万竹桉 梁健汉
受保护的技术使用者：艾感科技（广东）有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/9/9