CN107941857A - 一种传感器芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种传感器芯片，包括：基底，基底的其中一个表面上形成有一凹槽，凹槽具有一预设深度；敏感材料层，其填充在凹槽内，且敏感材料层的厚度大于或等于凹槽的预设深度；和电极材料层，其形成在基底的表面处，并与敏感材料层电连接，用于将敏感材料层的电信号传输至外电路。本发明的方案，由于在基底的表面上制作了一个凹槽，使得敏感材料层可以牢固地附着在基底表面。由于电极材料层的两个端部分别与基底和敏感材料层相连接，使得电极材料层可以对敏感材料层起着防护的作用，即当敏感材料层与基底之间的附着力减小或有脱落的迹象时，也由于有电极材料层的支撑作用，而不至于脱落，由此进一步地增强了敏感材料层的牢固度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种传感器芯片及其制备方法。
背景技术
近年来，随着微机械加工技术的发展，半导体气体传感器向着集成化、智能化方向发展。但是，半导体气体传感器仍然存在一些技术难点，例如，硅基底与气敏材料的附着力较差，气敏材料容易脱落。
目前，为了解决上述技术问题，现有技术中通常是通过粘结的方式将气敏材料粘结在硅基底处。然而，上述方式由此带来其它问题，例如，需要增加粘结等复杂的工艺步骤，以及由于增加粘结剂导致的气敏材料性能的下降等。
发明内容
本发明的发明人发现，气敏材料容易脱落的其中一个重要的原因在于，气敏材料是点在信号感测电极的表面，这导致气体传感器在制作过程以及使用过程中都不牢固。例如，在制作过程中，气敏材料点在信号传感电极后一般会加温处理，使溶剂挥发，特别是MEMS传感器及金属氧化物类型的厚膜材料传感器，需要经过高温处理，处理后气敏材料很容易开裂，导致在使用过程中气敏材料很容易脱落，在水分蒸发后会导致气敏材料层的开裂，进而产生一定的废品率。
本发明的一个目的是要解决现有技术中的传感器芯片中敏感材料容易脱落的技术问题。
本发明的另一个目的是要简化传感器芯片的结构以及降低成本。
本发明提供了一种传感器芯片，包括：
基底，所述基底的其中一个表面上形成有一凹槽，所述凹槽具有一预设深度；
敏感材料层，其填充在所述凹槽内，且所述敏感材料层的厚度大于或等于所述凹槽的所述预设深度；和
电极材料层，其形成在所述基底的所述表面处，并与所述敏感材料层电连接，用于将所述敏感材料层的电信号传输至外电路。
进一步地，所述凹槽构造成从所述基底的所述表面沿着所述基底的厚度方向开设，所述基底的厚度大于所述预设深度。
进一步地，所述电极材料层是通过电子束蒸镀或磁控溅射的方式形成的。
进一步地，所述电极材料层包括：
第一电极层，其具有至少一个形成在所述敏感材料层表面的第一连接端；和
第二电极层，其与所述第一电极层彼此分离，所述第二电极层具有至少一个形成在所述敏感材料层表面的第二连接端；
其中，所述第一连接端和所述第二连接端均与所述敏感材料层电连接。
进一步地，所述第一连接端和所述第二连接端均至少部分地覆盖在所述敏感材料层的表面。
进一步地，所述敏感材料层的结构为薄膜结构或厚膜结构。
特别地，本发明还提供了一种传感器芯片的制备方法，包括如下步骤：
提供一具有一凹槽的基底；
向所述凹槽内施加敏感材料，以在所述凹槽内形成敏感材料层；
在形成有敏感材料层的所述基底上施加电极材料，以形成电极材料层，所述电极材料层与所述敏感材料层电连接。
进一步地，施加所述电极材料的方法选择为电子束蒸镀或磁控溅射的方法。
进一步地，向所述凹槽内施加敏感材料的步骤中，所述敏感材料为液态敏感材料，以在液体挥发或蒸发后在所述凹槽内形成膜结构，所述膜结构作为所述敏感材料层。
进一步地，所述膜结构为薄膜结构或厚膜结构。
与现有技术中在感测电极上点敏感材料的方案相比，本发明的方案，一方面，由于在基底的表面上制作了一个凹槽，可以看作是增加了敏感材料层与基底的粗糙度，使得敏感材料层可以牢固地附着在基底表面，进而防止其从基底上脱落下来。另一方面，由于在敏感材料层制作完成之后，在其表面制作电极材料层，电极材料层的两个端部分别与基底和敏感材料层相连接，使得电极材料层可以对敏感材料层起着防护的作用，即当敏感材料层与基底之间的附着力减小或有脱落的迹象时，也由于有电极材料层的支撑作用，而不至于脱落，由此进一步地增强了敏感材料层的牢固度。因此，这不仅保证了传感器测试时的稳定性，而且提升了传感器的使用寿命。
此外，本发明的方法，由于只需要刻蚀凹槽、点敏感材料以及蒸镀电极材料，制备过程简单，且工艺简单，不需要复杂的仪器设备以及复杂的处理过程。并且，由上述方法制备的传感器芯片结构简单，成本较低。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的传感器芯片的结构分解图；
图2是根据本发明一个实施例的传感器芯片的结构示意图。
附图说明：
10-基底，
101-凹槽，
102-第一表面，
20-敏感材料层，
30-电极材料层，
31-第一电极层，
311-第一连接端，
32-第二电极层，
321-第二连接端。
具体实施方式
图1示出了根据本发明一个实施例的传感器芯片的结构分解图。图2示出了根据本发明一个实施例的传感器芯片的结构示意图。如图1和图2所示，该传感器芯片可以包括基底10、敏感材料层20和电极材料层30。该基底10具有第一表面102和与该第一表面102相对的第二表面(图中未示出)。在该基底10的第一表面102处形成一凹槽101，该凹槽101具有一预设深度。该敏感材料层20填充在凹槽101内，且敏感材料层20的厚度大于或等于凹槽101的预设深度。电极材料层30形成在基底10的表面处，并与敏感材料层20电连接，用于将敏感材料层20的电信号传输至外电路。
该基底10可以是硅基底10或陶瓷基底10，但不限于此。该基底10上的凹槽101可以从基底10的第一表面102沿着基底10的厚度方向开设。如图1和图2所示，该凹槽101的形状是正方形。在其它实施例中，该凹槽101的形状还可以是长方形、圆形、六边形和梯形等，但也不限于此。该凹槽101的预设深度小于该基底10的厚度，换句话说，该凹槽101不贯穿基底10。该凹槽101的预设深度可以根据实际需求来设定，通常情况下，该预设深度远远小于基底10的厚度，例如，基底10的厚度为1-2mm，预设深度为10-20μm。
在一个实施例中，该敏感材料层20是由敏感材料的混合溶液在凹槽101内蒸发后所形成。该敏感材料层20填满凹槽101，且该敏感材料层20的厚度大于或等于凹槽101的预设深度。例如，该凹槽101的预设深度为10-20μm，该敏感材料层20的厚度为25-30μm。可以理解的是，在制作该传感器芯片时，可以根据对灵敏性的需求来选定敏感材料的厚度，再根据敏感材料的厚度设定凹槽101的预设深度，因此，敏感材料层20以及凹槽101的预设深度都不限于此。用于形成敏感材料层20的敏感材料也可以根据传感器的类型来选择，例如可以是气体敏感材料、温度敏感材料或湿度敏感材料等。该类传感器需要接触到外部空气，需要采用带有通孔的封装外壳进行封装，并且带有通孔的一面要与敏感材料层20相对设置，以使得敏感材料层20与外部空气充分接触。
电极材料层30可以是通过电子束蒸镀或磁控溅射的方式形成。在一个实施例中，电极材料层30可以是利用电子束蒸发镀膜仪进行蒸镀形成。电极材料层30可以包括第一电极层31和第二电极层32。第一电极层31至少一个第一连接端311，该第一连接端311形成在敏感材料层20表面，与该敏感材料层20电连接。第二电极层32至少一个第二连接端321，该第二连接端321同样形成在敏感材料层20表面，与该敏感材料层20电连接。其中，第一连接端311和第二连接端321均可以与敏感材料层20进行点连接，也可以与敏感材料层20进行面连接。第一连接端311和第二连接端321一起构成的形状优选地可以对敏感材料层20具有一定的防护作用，以防止敏感材料层20从凹槽101内脱离。例如，该电极材料层30可以为插齿型、半圆形等。电极材料层30所用材料可以为金属材料，如Pt金属和Au金属等，但不限于此。
与现有技术中在感测电极上点敏感材料的方案相比，本发明实施例的方案，一方面，由于在基底10的表面上制作了一个凹槽101，可以看作是增加了敏感材料层20与基底10的粗糙度，使得敏感材料层20可以牢固地附着在基底10表面，进而防止其从基底10上脱落下来。另一方面，由于在敏感材料层20制作完成之后，在其表面制作电极材料层30，电极材料层30的两个端部分别与基底10和敏感材料层20相连接，使得电极材料层30可以对敏感材料层20起着防护的作用，即当敏感材料层20与基底10之间的附着力减小或有脱落的迹象时，也由于有电极材料层30的支撑作用，而不至于脱落，由此进一步地增强了敏感材料层20的牢固度。因此，这不仅保证了传感器测试时的稳定性，而且提升了传感器的使用寿命。
特别地，本发明还提供了用于制备上述的传感器芯片的制备方法，包括如下步骤：
S100、提供一具有一凹槽的基底。
S200、向凹槽内施加敏感材料，以在凹槽内形成敏感材料层；
S300、在形成有敏感材料层的基底上施加电极材料，以形成电极材料层，电极材料层与敏感材料层电连接。
在步骤S100中，基底可以是硅片，可以利用深硅刻蚀或者湿法刻蚀的方法在硅片的表面上刻蚀出一个凹槽。
在步骤S200中，敏感材料为液态敏感材料，即将敏感材料置入溶剂中形成敏感材料混合溶液，此处，液态敏感材料即为敏感材料混合溶液。可以是利用点样仪把液态敏感材料点在凹槽的内部，待液体挥发或蒸发后在凹槽内形成膜结构。
在步骤S300中，在一个实施例中，利用电子束蒸发镀膜仪在硅片上蒸镀电极材料，以形成电极材料层。其中，电极材料至少部分地与敏感材料层相接触。在一个实施例中，可以同时蒸镀第一电极层和第二电极层。
本发明的方法，由于只需要刻蚀凹槽、点敏感材料以及蒸镀电极材料，制备过程简单，且工艺简单，不需要复杂的仪器设备以及复杂的处理过程。并且，由上述方法制备的传感器芯片结构简单，成本较低。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (10)
1.一种传感器芯片，其特征在于，包括：
基底，所述基底的其中一个表面上形成有一凹槽，所述凹槽具有一预设深度；
敏感材料层，其填充在所述凹槽内，且所述敏感材料层的厚度大于或等于所述凹槽的所述预设深度；和
电极材料层，其形成在所述基底的所述表面处，并与所述敏感材料层电连接，用于将所述敏感材料层的电信号传输至外电路。
2.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，所述凹槽构造成从所述基底的所述表面沿着所述基底的厚度方向开设，所述基底的厚度大于所述预设深度。
3.根据权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，所述电极材料层是通过电子束蒸镀或磁控溅射的方式形成的。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的传感器芯片，其特征在于，所述电极材料层包括：
第一电极层，其具有至少一个形成在所述敏感材料层表面的第一连接端；和
第二电极层，其与所述第一电极层彼此分离，所述第二电极层具有至少一个形成在所述敏感材料层表面的第二连接端；
其中，所述第一连接端和所述第二连接端均与所述敏感材料层电连接。
5.根据权利要求4所述的传感器芯片，其特征在于，所述第一连接端和所述第二连接端均至少部分地覆盖在所述敏感材料层的表面。
6.根据权利要求1-3和5中任一项所述的传感器芯片，其特征在于，所述敏感材料层的结构为薄膜结构或厚膜结构。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一具有一凹槽的基底；
向所述凹槽内施加敏感材料，以在所述凹槽内形成敏感材料层；
在形成有敏感材料层的所述基底上施加电极材料，以形成电极材料层，所述电极材料层与所述敏感材料层电连接。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，施加所述电极材料的方法选择为电子束蒸镀或磁控溅射的方法。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，向所述凹槽内施加敏感材料的步骤中，所述敏感材料为液态敏感材料，以在液体挥发或蒸发后在所述凹槽内形成膜结构，所述膜结构作为所述敏感材料层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述膜结构为薄膜结构或厚膜结构。
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