CN108680703A - 一种用于微气体传感器的mems缓冲器结构 - Google Patents

一种用于微气体传感器的mems缓冲器结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于微气体传感器的MEMS缓冲器结构。本发明是在传感器薄膜上沉积氧化硅等绝热性较好的隔离层，通过光刻胶工艺和干法刻蚀工艺得到多个分离的长方体结构的阻挡器。其中五个长方体阻挡器看作一个小整体，每个小整体以梯形结构排列，五个长方体阻挡器分别排列在梯形结构的四个顶点和下底线中心位置。对于每个长方体，其底面为正方形，高度与长方体底面边长相等。当外部气体经过传感器薄膜时会受到各阻挡器的阻挡，使得气体在传感器薄膜附近运动速度降低，从而减小气体流动导致的薄膜表面温度的降低，使传感器的灵敏度和稳定性提高，并降低了传感器检测时所需的能耗。

Description

一种用于微气体传感器的MEMS缓冲器结构
技术领域
本发明涉及一种MEMS缓冲器结构，是气体传感器检测气体浓度时对来流气体进行缓冲降速作用的结构。
背景技术
微机电系统（MEMS）是在微电子技术的基础上结合机械、化学、物理、生物等技术发展而来的一种具有微型结构的机械电子系统。微传感器，即MEMS传感器，是在MEMS技术的基础上产生的新型传感器，相对于传统的传感器，它的优势之处在于尺寸结构小、生产成本低，并且在消费电子、智能化汽车、医疗服务等方面都有这广泛的开发应用。MEMS气体传感器是一种用来测量气体浓度的微传感器。它具有响应时间短、灵敏度高、稳定性好等优点。从而被广泛应用于空气质量检测、天然气等可燃性气体的浓度检测等等。
MEMS制造工艺与IC工艺类似，包括氧化、光刻剥离、沉积、刻蚀等。其中刻蚀工艺主要分为干法刻蚀和湿法刻蚀。湿法刻蚀主要通过腐蚀液进行化学腐蚀，其特点是实验操作简单、所需器件要求低、对腐蚀目标有较好的选择性，但各向异性较差，对微米级别的结构有一定的影响；而干法刻蚀主要通过气相腐蚀、等离子体腐蚀等，其特点是：选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化，且各向异性好。为了保证结构的精度，本发明采用干法刻蚀工艺来制备该缓冲器结构。
目前，大部分MEMS气体传感器都需要通过电阻丝持续加热来确保其稳定工作。在静态下，即无风或气体对流运动很小的情况下，该传感器可以显示出较高的灵敏度，但当附近有风时，或者说管道中气体泄露时，环境中气体对流强度增大，运动速度较快，这时，气体运动到传感器内部会使传感器薄膜表面的温度降低，从而破坏了传感器的稳定性，导致传感器灵敏度下降。这对于有毒有害气体及可燃气体的泄露报警有一定的影响。
在市场上，许多传感器通过添加温度补偿电路来提高传感器的稳定性，这使得传感器工作时的能耗大大的增加，因此优化传感器结构，提高传感器的稳定性，降低能耗是亟需解决的问题。
发明内容
为了克服上述背景技术所存在的不足, 本发明提供一种用于微气体传感器的MEMS缓冲器结构。该缓冲器能够降低外部气体流过传感器薄膜时的速度，减小气体的流动对传感器薄膜的温度变化，从而提高传感器的稳定性并减小能耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明是在传感器薄膜上沉积氧化硅等绝热性较好的隔离层，通过光刻胶工艺和干法刻蚀工艺得到多个分离的长方体结构的阻挡器。其中五个长方体阻挡器看作一个小整体，每个小整体以梯形结构排列，五个长方体阻挡器分别排列在梯形结构的四个顶点和下底线中心位置。对于每个长方体，其底面为正方形，高度与长方体底面边长相等。
气体进入传感器时，无论气体从哪个方向经过传感器薄膜，都会受到位于薄膜边缘的长方体阻挡器的阻挡，使气体减速，减速后的气体会从阻挡器侧面适当加速通过，此时，将该阻挡器定为小整体中梯形结构下底线中心位置处的阻挡器，气体从该阻挡器两侧通过时会受到梯形结构四个顶点位置处的阻挡器的阻挡而减速，使气体速度维持在较小的速度，此后，气体在绕流过程中不断受到周围阻挡器的阻挡，直至气体流出薄膜。
本发明的有益效果是：外部气体经过传感器薄膜时会受到各阻挡器的阻挡，使得气体在传感器薄膜附近运动速度降低，从而减小气体流动导致的薄膜表面温度的降低，使传感器的灵敏度和稳定性提高，并降低了传感器检测时所需的能耗。
附图说明
图1是本发明的结构俯视图；
图2是本发明的结构侧视图；
图3是梯形结构的示意图；
图中1：传感器薄膜，2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、2.10、2.11、2.12、2.13：长方体阻挡器，3.1、3.2、3.3、3.4：梯形四个顶点，3.5：梯形下底线中心点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在图1中，各长方体阻挡器底面均为边长相等的正方形，阻挡器2.1、2.2、2.3、2.6、2.7、2.8、2.11、2.12、2.13以相同的间距均匀排列在传感器薄膜1上，阻挡器2.4位于阻挡器2.1、2.2、2.6、2.7的中心，阻挡器2.5位于阻挡器2.2、2.3、2.7、2.8的中心，阻挡器2.9位于阻挡器2.6、2.7、2.11、2.12的中心，阻挡器2.10位于阻挡器2.7、2.8、2.12、2.13的中心。
在图2中，组件编号表示同图1，为本发明的结构侧视图，其中各阻挡器的高度相等。
在图3中，是易于对本发明的工作过程进行明确清晰说明的一种梯形结构示意图，将该梯形结构看作一个整体，若气体流经阻挡器2.2时，则梯形下底线中心点3.5代表阻挡器2.2，梯形四个顶点3.1、3.2、3.3、3.4分别代表阻挡器2.1、2.4、2.5、2.3；若气体流经阻挡器2.4时，则梯形下底线中心点3.5代表阻挡器2.5，此时，梯形3个顶点3.1、3.2、3.3分别代表阻挡器2.4、2.7、2.8，顶点3.4因无阻挡器被忽略。
本发明的工作过程：如图1所示，设气体以一定速度从左往右流向传感器薄膜1，在流动过程中，气体遇到阻挡器2.1、2.2、2.3，速度逐渐减小，并向各阻挡器两侧绕流，若气体绕流后周围没有障碍物，则两侧的绕流气体会呈现出较大的流动速度。但本实施例中，当气体在向阻挡器2.1和2.3绕流时，在阻挡器2.1的左侧和阻挡器2.3的右侧（即薄膜外），气体流动顺畅，速度会增大，而在阻挡器2.1的右侧和阻挡器2.3的左侧（即薄膜表面），气体会受到阻挡器2.2、2.4和2.5的阻挡，流动被限制，速度较小。当气体在向阻挡器2.2绕流时，气体受到阻挡器2.1、2.3、2.4和2.5的阻挡，速度保持在较低的状态。气体流经阻挡器2.4和2.5时会继续形成绕流运动，直至流出传感器薄膜1，在该过程中，在薄膜1表面附近的气体在绕流时都会受到周围阻挡器的阻挡，使气体维持较小的流动速度。

Claims (1)

1.一种用于微气体传感器的MEMS缓冲器结构，其特征在于：是在传感器薄膜上沉积绝热隔离层，通过光刻胶工艺和干法刻蚀工艺得到的多个分离的长方体结构的阻挡器；其中五个长方体阻挡器看作一个小整体，每个小整体以梯形结构排列，五个长方体阻挡器分别排列在梯形结构的四个顶点和下底线中心位置；对于每个长方体，其底面为正方形，高度与长方体底面边长相等。
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