CN107643326A - 一种智能嗅觉气味阵列传感器及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能嗅觉气味阵列传感器，其组成包括：芯片，所述的芯片上表面设置有电绝缘层，所述的电绝缘层内设置有加热器和测温器，所述的测温器设置在加热器之间，所述的电绝缘层上表面设置有不同类型的气味传感器膜层，不同类型所述的气味传感器膜层成阵列布置，所述的气味传感器膜层里嵌入不同类型气味传感器，所述的不同类型气味传感器上设置有传感器电极，所述的电绝缘层上表面两侧设置有数个电极引线柱。该传感器以微电子技术为主体，实现多传感器的阵列于同一芯片，用薄膜技术使传感器进入微米级，以纳米技术制造传感器，最大提高表面体积比，使传感器的灵敏度有质量上的超越。

Description

一种智能嗅觉气味阵列传感器及制作方法

技术领域

本发明涉及气味传感器技术领域，具体为一种智能嗅觉气味阵列传感器及制作方法。

背景技术

迄今为止，牵涉气体探测，主要有四种常规技术：1、金属氧化物半导体（MOS）气体传感器，对许多还原气体都敏感，缺点是选择性很差，2、催化燃烧，利用催化剂助燃烧产生热量使传感器电阻变大的原理，缺点是只对可燃性气体响应、灵敏度低。3、电化学传感器对一些重要气体有一定选择性响应，缺点是寿命短，稳定性差。4、光学气体传感器：利用部分气体在红外光区有吸收谱，使用红外光光源发生器，滤波器，和红外探测器制成气体传感器、选择性好，缺点是仪器复杂、本身就相当于一部仪器，造价昂贵。

这些常规气体传感器的共同点是制造复杂，基本上是一个个手工单一装配，造成性能低，一致性差，无法实现大批量规模的生产。

世上目前用量最大的是半导体MOS结构的传感器，传感器需工作于200℃以上的温度，制造方法是高温燃烧，称为第一代，第二代采用丝绢漏印技术把传感器和加热器都印刷在陶瓷基片上，称为第二代产品。这类气体传感器的灵敏度取决于传感颗粒面积与体积比，颗粒越小，面积与体积比越大，灵敏度越高。就是取决于传感器颗粒大小和多孔性。第一代燃烧型，传感体很大，颗粒很大，表面与体积比很小，第二代厚膜的颗粒只是略小，表面与体积比值仍很低，造成这二代产品灵敏度都很低。要取得高灵敏度的条件，就是传感器颗粒需达到最小，达到纳米级。传感器体需做成薄膜， 否则无法做到颗粒为纳米的传感器。此外，目前所有气体传感器只包含传感器本身和加热器，没有测温器，没有测温功能，无法做精准温度控制，造成气体传感器检测精度很低。

目前气体传感器结构均非薄膜，无法达到高灵敏度，高一致，和高稳定性的批量生产，这是迄今世上单种气体传感器的背景状况。

嗅觉传感最起码要求需有多种气味传感器的阵列，目前世界上还没有可以探测香臭的传感器，也没有多种气味类型于一个芯片上的阵列传感器出现，也就是无法实现类似人鼻嗅觉电性能转换与探测的解决途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能嗅觉气味阵列传感器及制作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能嗅觉气味阵列传感器，其组成包括：芯片，所述的芯片上表面设置有电绝缘层，所述的电绝缘层内设置有加热器和测温器，所述的测温器设置在加热器之间，所述的电绝缘层上表面设置有不同类型的气味传感器膜层，不同类型所述的气味传感器膜层成阵列布置，所述的气味传感器膜层里嵌入不同类型气味传感器，所述的不同类型气味传感器上设置有传感器电极，所述的电绝缘层上表面两侧设置有数个电极引线柱。

优选的，所述的智能嗅觉气味阵列传感器，数个所述的电极引线柱用于支撑芯片兼充导电引线。

优选的，所述的智能嗅觉气味阵列传感器的制作方法，

第一：利用微电子平面技术光刻，扩散，蒸发技术基片上制造加热器，测温器电极；

第二：在上述电极上覆盖电绝缘层 ；

第三：在电电绝缘层上制造各种类型传感器的电极引线；

第五：在上述各种类型传感器的电极引线上的限定区域，分别制造不同类型的气味传感器薄膜；

第六：对各种类型气味传感器膜层进行纳米化，使其颗粒具有最高的表面积/体积比。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该传感器使用微电子芯片技术，使传感器的制造进入微米级，在同一芯片上制造多种类型气味传感器阵列，改变常规气体传感器单一传感器制造的历史，实现人类气味传感所需嗅觉神经感元阵列，一个芯片可以集成多达十种不同香味类型的阵列芯片；使用微电子技术，使气体与气味传感器的制造使用硅集成电路平面技术，这样，气体传感器最主要，最大产量的半导体气体器（MOS）的传感膜制造，加热装置和测温器，可以在一个平面上完成，克服常规气体传感器不带测温器，无法实现精确温度控制的缺点；采用近代的MEMS技术：由于半导体气体传感器必须工作于较高温度，每个传感器都需加热，芯片的加热系统，互相电隔离，阻断传感器的热量流失，以最少功率使传感器长期稳定工作成为核心技术的一部分；薄膜化技术：把传感器、加热器和测温器用IC技术做在同一芯片上（On chip），使用光亮表面，IC技术实现传感器薄膜化，薄膜技术使传感器，加热器，测温器分层电隔离；传感器颗粒达到纳米水平，大大提高了传感器的灵敏度；采用耐高温基质材料，结合MEMS及时，使传感器的有源区达到极薄，使用悬空阻断热流失，使每个传感器的加热功率低于0.1使传感器阵列芯片的可靠性，稳定性大大提高。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明俯视图。

图3为本发明侧视图。

图中：1、芯片，2、加热器，3、电绝缘层，4、传感器电极，5、气味传感器膜层，6、测温器，7、气味传感器，8、电极引线柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：

实施例1：

一种智能嗅觉气味阵列传感器，其组成包括：芯片1，所述的芯片1上表面设置有电绝缘层3，所述的电绝缘层3内设置有加热器2和测温器6，所述的测温器6设置在加热器2之间，所述的电绝缘层3上表面设置有不同类型的气味传感器膜层5，不同类型所述的气味传感器膜层5成阵列布置，所述的气味传感器膜层5里嵌入不同类型气味传感器7，所述的不同类型气味传感器7上设置有传感器电极4，所述的电绝缘层3上表面两侧设置有数个电极引线柱8。

实施例2：

根据实施例1所述的一种智能嗅觉气味阵列传感器，数个所述的电极引线柱8用于支撑芯片1兼充导电引线。

实施例3：

根据实施例1或2所述的智能嗅觉气味阵列传感器的制作方法，

第一：利用微电子平面技术光刻，扩散，蒸发技术基片上制造加热器，测温器电极；

第二：在上述电极上覆盖电绝缘层 ；

第三：在电电绝缘层上制造各种类型传感器的电极引线；

第五：在上述各种类型传感器的电极引线上的限定区域，分别制造不同类型的气味传感器薄膜；

第六：对各种类型气味传感器膜层进行纳米化，使其颗粒具有最高的表面积/体积比。

实施例4：

根据实施例1或2所述的智能嗅觉气味阵列传感器的制作方法，采用微电子技术，在同一芯片上，制造多种不同类型气味传感器膜，使其组成阵列；在同一芯片上，制造加热器与测温器；气味传感器膜由薄膜技术制造，薄膜技术可以使传感器膜的厚度低于2000埃，通过纳米技术将传感器膜的颗粒纳米化，使传感器颗粒达到纳米级，提高传感器颗粒的面积与体积比，极显著提高传感器灵敏度，采用MEMS微机电系统技术，使传感器工作区的厚度低于200微米，通过MEMS微机电系统技术使芯片悬空，使芯片表面传热达到最低，保证在毫瓦级的加热功率下，传感器可以稳定工作于250℃的温度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种智能嗅觉气味阵列传感器，其组成包括：芯片（1），其特征是：所述的芯片（1）上表面设置有电绝缘层（3），所述的电绝缘层（3）内设置有加热器（2）和测温器（6），所述的测温器（6）设置在加热器（2）之间，所述的电绝缘层（3）上表面设置有不同类型的气味传感器膜层（5），不同类型所述的气味传感器膜层（5）成阵列布置，所述的气味传感器膜层（5）里嵌入不同类型气味传感器（7），所述的不同类型气味传感器（7）上设置有传感器电极（4），所述的电绝缘层（3）上表面两侧设置有数个电极引线柱（8）。

2.根据权利要求1所述的智能嗅觉气味阵列传感器，其特征是：数个所述的电极引线柱（8）用于支撑芯片（1）兼充导电引线。

3.根据权利要求1或2所述的智能嗅觉气味阵列传感器的制作方法，其特征是：

第一：利用微电子平面技术光刻，扩散，蒸发技术基片上制造加热器，测温器电极；

第二：在上述电极上覆盖电绝缘层 ；

第三：在电电绝缘层上制造各种类型传感器的电极引线；

第五：在上述各种类型传感器的电极引线上的限定区域，分别制造不同类型的气味传感器薄膜；

第六：对各种类型气味传感器膜层进行纳米化，使其颗粒具有最高的表面积/体积比。