CN115901864B - 一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法 - Google Patents
一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115901864B CN115901864B CN202211473397.7A CN202211473397A CN115901864B CN 115901864 B CN115901864 B CN 115901864B CN 202211473397 A CN202211473397 A CN 202211473397A CN 115901864 B CN115901864 B CN 115901864B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- peltier
- gas
- region
- peltier heat
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 158
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 64
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 64
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 27
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 14
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 95
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法，包括衬底层以及设于衬底层上的珀尔帖控温单元至少二组珀尔帖控温单元；珀尔帖控温单元包括分离设于衬底层上珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元，珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元顶面依次设有导热层以及导热层顶面设置的绝缘层和保护层；保护层顶面阵列排布有若干组气敏电极，各组气敏电极上设有不同种类和厚度的气敏材料层。本发明的气体传感器，合理布置珀尔帖控温单元结构，实现温度精确选择和控制，提高气体传感器准确性和稳定性；采用阵列式分布有多个气敏电极和气敏材料层，实现多温区布局，提高气体传感器的检测能力；温控结构具有工艺兼容、体积小、响应速度快、调理电路简单、高精度控温等优点。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断进步，各产业门类不断细化，有害气体种类增多，对于各类气体浓度、种类测试需求增加。基于半导体材料制成的气敏传感器具有灵敏度高、成本低、性能稳定、工艺简单等优点，在生产生活中得到广泛使用。
然而现有的气体传感器存在低选择性、交叉敏感、传感器漂移、对环境温湿度较敏感等缺点，制约其进一步的推广、发展和应用。为了克服传感器的上述缺点，通常通过传感器阵列优化，静态和动态的温度调制加热模式的选择进行改进，但又增加气体传感器调理电路的复杂性。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法，提高气体传感器的选择性，多种类气体同时检测能力，并大大简化温度调理电路的复杂度。
技术方案：本发明所述的一种阵列式多温区的气体传感器，所述气体传感器包括衬底层以及设于衬底层上的珀尔帖控温单元至少二组珀尔帖控温单元；
所述珀尔帖控温单元包括分离设于衬底层上珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元，珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元顶面依次设有导热层以及导热层顶面设置的绝缘层和保护层；所述珀尔帖放热单元与珀尔帖吸热单元之间设有第一隔热层；珀尔帖放热单元与珀尔帖吸热单元顶面对应的导热层之间设有第二隔热层；
所述珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元均包括至少两组掺杂方式相反的第一掺杂区和第二掺杂区以及串接第一掺杂区和第二掺杂区的金属连接区；珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元对应的串接方式相反；所述第一掺杂区为掺杂磷、锑、砷其一或组合的N型掺杂区；所述第二掺杂区为掺杂硼、铟、镓其一或组合的P型掺杂区；
所述保护层顶面阵列排布有若干组气敏电极，各组气敏电极上设有不同种类和厚度的气敏材料层；
其中，所述气体传感器的制备方法包括以下步骤：
步骤1：选取所需尺寸的衬底层，在衬底层表面静电键合金属连接区；
步骤2：在金属连接区表面键合半导体基层，将半导体基层表面研磨至所需厚度，并将半导体基层表面热氧化形成氧化层；
步骤3：在氧化层开设有分别与珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元的P型掺杂区工位对应的P阱区窗口，并通过向P阱区窗口注入掺杂元素形成P阱，对P阱退火处理后推进至于金属连接区抵接；
步骤4：在半导体基层上涂覆光刻胶层，掩模照射清洗后分别与珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元的N型掺杂区工位对应的N阱区窗口，并通过向N阱区窗口注入掺杂元素形成N阱，对N阱退火处理后推进至于金属连接区抵接；
步骤5：采用ICP干法刻蚀，通过刻蚀气体对N型掺杂区、P型掺杂区外半导体基层进行清除，并采用正光刻胶填充掺杂区形成平面；
步骤6：在步骤5形成的平面上设置牺牲层，在牺牲层上开设有与珀尔帖散热单元的P型掺杂区至N型掺杂区、珀尔帖吸热单元的N型掺杂区至P型掺杂区对应的凹槽，通过向凹槽内溅射金属形成上层金属连接区；
步骤7：在步骤6的金属连接区表面分别与珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元对应通过PVD溅射方式形成导热层；
步骤8：清洗光刻胶和牺牲层，并保留珀尔帖放热单元与珀尔帖吸热单元之间光刻胶形成第一隔热层，保留珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元顶对应的导热层之间牺牲层形成第二隔热层；
步骤9：在导热层表面键合含硅衬底层，将硅衬底层热氧化形成绝缘层，在绝缘层表面采用CVD方法形成保护层；
步骤10：在保护层表面通过溅射和金属图形化方式布置若干组气敏电极，气敏电极以阵列式排布在保护层表面；气敏电极表面覆盖有气敏材料层，即完成气体传感器。
优选的，所述衬底层为石英片、硼硅玻璃片或磷硅玻璃片。
优选的，所述金属连接区材料为镍、镉、钨、铜、银中的一种或组合。
优选的，所述第一掺杂区与第二掺杂区采用间隔分层结构，第一掺杂区与第二掺杂区均包括主支以及沿着主支两侧分出的分支。
优选的，珀尔帖放热单元顶面对应的气敏材料层厚度大于珀尔帖吸热单元顶面对应气敏材料层厚度。
优选的，所述导热层为热沉材料，热沉材料为铝、铜、铝碳化硅、金刚石中的一种或组合。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：1、本发明实施例的气体传感器，在气敏电极下方合理布置珀尔帖控温单元结构，实现不同气敏电极的温度精确选择，提高气体传感器准确性和稳定性；2、本发明实施例的气体传感器采用阵列式分布有多个气敏电极和气敏材料层，通过精确控制气敏电极结构，实现多温区布局，提高气体传感器的检测能力；3、本发明实施例的温控结构具有工艺兼容、体积小、响应速度快、调理电路简单、高精度控温等优点。
附图说明
图1为本发明的气体传感器的结构示意图；
图2为图1的珀尔帖控温单元结构俯视图；
图3为图1的气体传感器结构俯视图；
图4为本发明的气体传感器制备步骤1对应的结构示意图；
图5为本发明的气体传感器制备步骤2对应的结构示意图；
图6为本发明的气体传感器制备步骤3对应的结构示意图；
图7为本发明的气体传感器制备步骤4对应的结构示意图；
图8为本发明的气体传感器制备步骤5对应的结构示意图；
图9为本发明的气体传感器制备步骤6对应的结构示意图；
图10为本发明的气体传感器制备步骤7、8对应的结构示意图。
附图标记：100、气体传感器；1、衬底层；2、珀尔帖控温单元；210、珀尔帖放热单元；220、珀尔帖吸热单元；3、第一导热层；4、第二导热层；5、绝缘层；6、保护层；7、气敏电极；8、第一气敏材料层；9、第二气敏材料层；10、第一隔热层；11、第二隔热层；12、第一掺杂区；13、第二掺杂区；14、第一金属连接区；15、第二金属连接区；16、第三金属连接区；17、探测焊盘；18、金属连接区；19、半导体基层；20、氧化层；21、P阱区窗口；22、光刻胶层；23、N阱区窗口；24、牺牲层。
实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-10所示，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1-3所示，本发明的一种阵列式多温区的气体传感器，气体传感器100包括衬底层1以及设于衬底层上的珀尔帖控温单元2，珀尔帖控温单元2的数量依据设计需求布置，可以是二组、三组甚至更多组，组合设置的多个珀尔帖控温单元，可使得气体传感器形成多个升温或降温的区域，满足多个气敏电极的布置。衬底层1为石英片、硼硅玻璃片或磷硅玻璃片，衬底层1通过金属键合的方式可与珀尔帖控温单元2形成良好的连接性能。
结合图1-2所示，珀尔帖控温单元2包括分离设于衬底层上珀尔帖放热单元210、珀尔帖吸热单元220。珀尔帖放热单元210包括至少两组掺杂方式相反的第一掺杂区12和第二掺杂区13，第一掺杂区、第二掺杂区上下面分设有金属连接区18，金属连接区18包括第一金属连接区14、第二金属连接区15和第三金属连接区16，第一金属连接区14连接第一掺杂区12的下端，第二金属连接区15连接第一掺杂区12和第二掺杂区13的上端或下端，第三金属连接区16连接第二掺杂区13的下端，第一金属连接区14、第三金属连接区16不存在接触，通过第一金属连接区、第二金属连接区、第三金属连接区将珀尔帖放热单元210中的第一掺杂区和第二掺杂区串接形成发热电路。珀尔帖吸热单元220也包括至少两组掺杂方式相反的第一掺杂区12和第二掺杂区13，第一掺杂区、第二掺杂区上下表面分设有金属连接区18，金属连接区包括第一金属连接区14、第二金属连接区15和第三金属连接区16，第一金属连接区14连接第一掺杂区12的上端，第二金属连接区15连接第一掺杂区12和第二掺杂区13的上端或下端，第三金属连接区16连接第二掺杂区13的上端，第一金属连接区、第三金属连接区不存在接触，通过第一金属连接区、第二金属连接区、第三金属连接区将珀尔帖吸热单元220中的第一掺杂区和第二掺杂区串接形成吸热电路。珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元的电路连接方式相反，从而在通电情况下使得珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元顶面形成加热端或吸热端，加热端可对其上的气敏电极进行加热升温，吸热端可对其上的气敏电极进行吸热降温，从而满足对气敏电极的升温或降温需求。珀尔帖放热单元210与珀尔帖吸热单元220之间设有第一隔热层10，第一隔热层为光刻胶材料，从而实现珀尔帖放热单元与珀尔帖吸热单元之间物理隔离。
金属连接区材料可选用镍、镉、钨、铜、银中的一种或组合，金属连接区作为导热、导电材料，通过金属连接区将热量通过导热层传递至气敏材料层，实现气敏材料层的升温或降温。第一掺杂区为在半导体基层上通过掺杂磷、锑、砷其一或组合的N型掺杂区，第二掺杂区为在半导体基层上通过掺杂硼、铟、镓其一或组合的P型掺杂区；半导体基层可采用硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓 (GaAs)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等材料制得。通过半导体基层掺杂微量元素增大半导体的温差电动势，提高珀尔帖控温单元的温差区间，从而满足导电率和导热率的需求。具体的，N型掺杂区、P型掺杂区可选用碲化铋为基体的三元固溶体合金，比如P型半导体Bi2Te3-Sb2Te3，N型半导体是Bi2Te3-Bi2Se3。
结合图2所示，第一掺杂区12与第二掺杂区13采用间隔分层结构，第一掺杂区12与第二掺杂区13均包括主支以及沿着主支两侧分出的分支；第一掺杂区、第二掺杂区分层交叉设置，有效增加热传导面积，提高对气敏电极的升温或降温效率。
结合图1所示，珀尔帖放热单元210顶面分别设有第一导热层3，珀尔帖吸热单元220顶面设有第二导热层4，第一导热层与第二导热层之间设有第二隔热层11，通过第二隔热层进行电隔离和热隔离。其中，第一导热层、第二导热层均为热沉材料，热沉材料为铝、铜、铝碳化硅、金刚石中的一种或组合，从而提高珀尔帖放热单元、珀尔帖吸热单元的热收集和热传导性能。第一导热层3、第二导热层4顶端设有绝缘层5和保护层6，绝缘层5可采用SiO2、Al2O3等材料制得，保护层6可选用碳化硅材料，该绝缘层可切断电传导且具有较高的导热性能，保护层6可对绝缘层进行高温保护，防止绝缘层损毁。
结合图3所示，保护层6表面阵列排布有多组气敏电极7，每一组气敏电极7顶面对应设有气敏材料层。气敏电极7可采用叉指电极结构，叉指电极的正负极分别与探测焊盘17连接，该种结构的气敏电极7与气敏材料层形成良好的接触；需要在较高温度条件下的气敏材料布置在珀尔帖放热单元一端，通过珀尔帖放热单元对气敏材料层加热升温；需要在较低温度条件下的气敏材料布置在珀尔帖吸热单元一端，通过珀尔帖吸热单元将气敏材料层热量带走。具体的，气敏电极数量为四组分别排布在保护层6表面，气敏电极的面积及其上气敏材料层的面积，依据待检测气体对气敏材料层的温度需求设置，如待测气体温度较高，则在珀尔帖放热单元一端通过增加气敏电极和气敏材料层的面积，从而提高升温效果；反之，如待测气体对检测温度较低，在珀尔帖吸热单元一端通过增加气敏电极和气敏材料层面积，从而实现更好的降温效果；如对升温或降温要求相对较低，则可适当的减小气敏电极和气敏材料层的面积。其中，每个气敏测试区可以由一组珀尔帖吸热单元或珀尔帖放热单元实现多温区控制，也可以由阵列式设置的不同珀尔帖控温单元控制。此外，珀尔帖放热单元210顶面对应的气敏材料层厚度大于珀尔帖吸热单元220顶面对应气敏材料层厚度，针对气敏材料层对不同温度的要求设置不同的厚度，从而便于珀尔帖控温单元2对气敏电极的升温或降温。本申请实施例的气体传感器结构，提高气体传感器的选择性，多种类气体同时检测能力，简化温度控制电路的复杂度。
本发明的气体传感器的制备方法，结合图1-10所示，包括以下步骤：
步骤1：选取所需尺寸的衬底层1，在衬底层1表面静电键合金属连接区18，金属连接区18采用金属图形化的方式，按照金属连接区结构进行布置；金属连接区材料可选用镍、镉、钨、铜、银或由其组成合金材料；
步骤2：在金属连接区18表面键合半导体基层，将半导体基层表面研磨至所需厚度，并将半导体基层表面热氧化形成氧化层20；半导体基层可采用硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等材料制得；
步骤3：在氧化层20开设有分别与珀尔帖放热单元210、珀尔帖吸热单元220的P型掺杂区工位对应的P阱区窗口21，并通过向P阱区窗口注入掺杂元素形成P阱，对P阱退火处理后推进至于金属连接区18抵接；P阱掺杂元素为硼、铟、镓等元素；
步骤4：在半导体基层19上涂覆光刻胶层22，掩模照射清洗后分别与珀尔帖放热单元210、珀尔帖吸热单元220的N型掺杂区工位对应的N阱区窗口23，并通过向N阱区窗口注入掺杂元素形成N阱，对N阱退火处理后推进至于金属连接区18抵接；N阱掺杂元素为磷、锑、砷等元素；
步骤5：采用ICP干法刻蚀，通过刻蚀气体对N型掺杂区、P型掺杂区外半导体基层进行清除，并采用正光刻胶填充掺杂区形成平面；针对硅基的半导体基层刻蚀可采用SF6作为刻蚀气体；对于GaAs类半导体基层刻蚀可采用以SiCl4为主的混合气体；
步骤6：在步骤5形成的平面上设置牺牲层24，在牺牲层24上开设有与珀尔帖散热单元的P型掺杂区至N型掺杂区、珀尔帖吸热单元的N型掺杂区至P型掺杂区对应的凹槽，通过向凹槽内溅射金属形成上层金属连接区18；
步骤7：在步骤6的金属连接区18表面分别与珀尔帖放热单元210、珀尔帖吸热单元220对应通过常规的物理气相沉积PVD（Physical Vapor Deposition）方式形成导热层；步骤8：清洗光刻胶和牺牲层，并保留珀尔帖放热单元210与珀尔帖吸热单元220之间光刻胶形成第一隔热层10，保留珀尔帖放热单元210、珀尔帖吸热单元220顶对应的导热层之间牺牲层形成第二隔热层11；
步骤9：在导热层表面键合含硅衬底层，将硅衬底层热氧化形成绝缘层5，在绝缘层5表面采用常规的等离子体增强化学气相沉积PECVD (plasma enhanced chemical vapordeposition)方式形成保护层6；
步骤10：在保护层6表面通过溅射和金属图形化方式布置四组气敏电极7，气敏电极7以阵列式排布在保护层6表面；气敏电极7表面覆盖有气敏材料层，即完成气体传感器。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，气体传感器（100）包括衬底层（1）以及设于衬底层上的至少二组珀尔帖控温单元（2）；
所述珀尔帖控温单元（2）包括分离设于衬底层上珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220），珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）顶面依次设有导热层以及导热层顶面设置的绝缘层（5）和保护层（6）；所述珀尔帖放热单元（210）与珀尔帖吸热单元（220）之间设有第一隔热层（10）；珀尔帖放热单元（210）与珀尔帖吸热单元（220）顶面对应的导热层之间设有第二隔热层（11）；
所述珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）均包括至少两组掺杂方式相反的第一掺杂区（12）和第二掺杂区（13）以及串接第一掺杂区和第二掺杂区的金属连接区（18）；珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）对应的串接方式相反；所述第一掺杂区（12）为掺杂磷、锑、砷其一或组合的N型掺杂区；所述第二掺杂区（13）为掺杂硼、铟、镓其一或组合的P型掺杂区；
所述保护层（6）顶面阵列排布有若干组气敏电极（7），各组气敏电极（7）上设有不同材料和厚度的气敏材料层；
其中，所述气体传感器（100）的制备方法包括以下步骤：
步骤1：选取所需尺寸的衬底层（1），在衬底层（1）表面静电键合金属连接区（18）；
步骤2：在金属连接区（18）表面键合半导体基层，将半导体基层表面研磨至所需厚度，并将半导体基层表面热氧化形成氧化层（20）；
步骤3：在氧化层（20）开设有分别与珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）的P型掺杂区工位对应的P阱区窗口（21），并通过向P阱区窗口注入掺杂元素形成P阱，对P阱退火处理后推进至于金属连接区（18）抵接；
步骤4：在半导体基层上涂覆光刻胶层（22），掩模照射清洗后分别与珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）的N型掺杂区工位对应的N阱区窗口（23），并通过向N阱区窗口注入掺杂元素形成N阱，对N阱退火处理后推进至于金属连接区（18）抵接；
步骤5：采用ICP干法刻蚀，通过刻蚀气体对N型掺杂区、P型掺杂区外半导体基层进行清除，并采用正光刻胶填充掺杂区形成平面；
步骤6：在步骤5形成的平面上设置牺牲层（24），在牺牲层（24）上开设有与珀尔帖散热单元的P型掺杂区至N型掺杂区、珀尔帖吸热单元的N型掺杂区至P型掺杂区对应的凹槽，通过向凹槽内溅射金属形成上层金属连接区（18）；
步骤7：在步骤6的金属连接区（18）表面分别与珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）对应通过PVD溅射方式形成导热层；
步骤8：清洗光刻胶和牺牲层，并保留珀尔帖放热单元（210）与珀尔帖吸热单元（220）之间光刻胶形成第一隔热层（10），保留珀尔帖放热单元（210）、珀尔帖吸热单元（220）顶对应的导热层之间牺牲层形成第二隔热层（11）；
步骤9：在导热层表面键合含硅衬底层，将硅衬底层热氧化形成绝缘层（5），在绝缘层（5）表面采用CVD方法形成保护层（6）；
步骤10：在保护层（6）表面通过溅射和金属图形化方式布置若干组气敏电极（7），气敏电极（7）以阵列式排布在保护层（6）表面；气敏电极（7）表面覆盖有气敏材料层，即完成气体传感器。
2.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述衬底层（1）为石英片、硼硅玻璃片或磷硅玻璃片。
3.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述金属连接区（18）材料为镍、镉、钨、铜、银中的一种或组合。
4.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述第一掺杂区（12）与第二掺杂区（13）采用间隔分层结构，第一掺杂区（12）与第二掺杂区（13）均包括主支以及沿着主支两侧分出的分支。
5.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，珀尔帖放热单元（210）顶面对应的气敏材料层厚度大于珀尔帖吸热单元（220）顶面对应气敏材料层厚度。
6.根据权利要求1所述的阵列式多温区的气体传感器，其特征在于，所述导热层为热沉材料，热沉材料为铝、铜、铝碳化硅、金刚石中的一种或组合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211473397.7A CN115901864B (zh) | 2022-11-23 | 2022-11-23 | 一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211473397.7A CN115901864B (zh) | 2022-11-23 | 2022-11-23 | 一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115901864A CN115901864A (zh) | 2023-04-04 |
| CN115901864B true CN115901864B (zh) | 2024-01-19 |
Family
ID=86474165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211473397.7A Active CN115901864B (zh) | 2022-11-23 | 2022-11-23 | 一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115901864B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106662560A (zh) * | 2014-07-16 | 2017-05-10 | 西门子公司 | 用于吸附和/或解吸气体的至少一种成分的预浓缩器 |
| CN207248358U (zh) * | 2017-10-16 | 2018-04-17 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种新型sf6气体泄露红外检测背景板 |
| CN113330303A (zh) * | 2019-05-21 | 2021-08-31 | 松下知识产权经营株式会社 | 气体传感器 |
| WO2022114158A1 (ja) * | 2020-11-30 | 2022-06-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 空気質判定システム、空気質判定方法、及びセンサモジュール |
-
2022
- 2022-11-23 CN CN202211473397.7A patent/CN115901864B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106662560A (zh) * | 2014-07-16 | 2017-05-10 | 西门子公司 | 用于吸附和/或解吸气体的至少一种成分的预浓缩器 |
| CN207248358U (zh) * | 2017-10-16 | 2018-04-17 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种新型sf6气体泄露红外检测背景板 |
| CN113330303A (zh) * | 2019-05-21 | 2021-08-31 | 松下知识产权经营株式会社 | 气体传感器 |
| WO2022114158A1 (ja) * | 2020-11-30 | 2022-06-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 空気質判定システム、空気質判定方法、及びセンサモジュール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115901864A (zh) | 2023-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4724356A (en) | Infrared display device | |
| JP5126795B2 (ja) | 裏面電極型太陽電池構造及びその製造プロセス | |
| EP1840967B1 (en) | Photodiode array | |
| US5164019A (en) | Monolithic series-connected solar cells having improved cell isolation and method of making same | |
| US3944447A (en) | Method for fabrication of integrated circuit structure with full dielectric isolation utilizing selective oxidation | |
| KR100812996B1 (ko) | 마이크로 가스 센서 및 그 제조방법 | |
| US4638108A (en) | Photoelectric conversion device | |
| JP5078908B2 (ja) | 熱電トンネル装置 | |
| EP2522031B1 (en) | Solar panel module and method for manufacturing such a solar panel module | |
| US5549762A (en) | Photovoltaic generator with dielectric isolation and bonded, insulated wafer layers | |
| KR970030942A (ko) | 배면 접촉식 실리콘 태양열 전지와 그 제조 방법 | |
| CN1813356A (zh) | 具有集成导电通孔的背面接触太阳能电池以及制造方法 | |
| US6597051B2 (en) | Thermoelectric infrared detector | |
| US3416224A (en) | Integrated semiconductor devices and fabrication methods therefor | |
| KR20110083372A (ko) | 열전 소자 및 열전 소자 어레이 | |
| JPH05175537A (ja) | フォトダイオードアレイおよびその製造法 | |
| CN115901864B (zh) | 一种阵列式多温区的气体传感器及其制备方法 | |
| JPH07283444A (ja) | 赤外線検知素子の製造方法 | |
| US5973257A (en) | Reflector layer for the well surface of a photovoltaic generator | |
| US4261003A (en) | Integrated circuit structures with full dielectric isolation and a novel method for fabrication thereof | |
| US5523610A (en) | Photodiode array and method for manufacturing the same | |
| CN218824055U (zh) | 一种基于珀尔帖效应的气体传感器 | |
| JP2001237452A (ja) | フォトダイオード及びフォトダイオードの製造方法 | |
| US3457475A (en) | Semiconductor device with integral electrodes,constituting a unitary vitreous structure | |
| JP3195441B2 (ja) | 赤外線検出素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |