CN1590998A - 气体传感器 - Google Patents

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黄文正
黄全德
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Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种气体传感器，包括：一绝缘基底；形成于绝缘基底上的至少两个电极；一形成于绝缘基底的传感膜，该传感膜包括传感微粒，并且至少覆盖于两电极的表面。其中，至少一个电极形成有若干分隔设置的容纳结构，其分别容纳有传感微粒。本发明利用电极基材提供分隔，解决现有技术中经高温制程后传感膜疏松性降低的问题，增加气体传感器的灵敏度。

Description

气体传感器
【技术领域】
本发明涉及一种气体传感器，特别涉及一种氧化物半导体气体传感器。
【背景技术】
气体传感器是用于检测某种特定气体存在的传感设备，如检测一氧化碳、二氧化硫及乙醇等气体。其中，氧化物半导体气体传感器的原理是：采用氧化物半导体材料为传感膜材料，基于气体在该材料颗粒表面的吸附可导致材料载流子浓度发生相应的变化，从而改变该材料的电导率。当传感材料较为疏松，材料微粒之间存在一定空隙时，将有利于被测气体的吸附。因此，传感膜的疏松性成为影响此类气体传感器的响应速度及灵敏度的重要因素之一。
传统气体传感器一般由粉末状氧化物半导体材料经烧结而制成。例如，1992年4月11日公告的编号为182029的台湾专利，揭示一种气体传感器及其制造方法。其中，该气体传感器通过将一有机金属溶液旋转成膜于缓冲层上，再经800℃烧结，制成金属氧化物的传感膜。但是，在烧结制程中，通常会因为烧结温度较高，导致材料微粒之间的空隙结构消失，使制得的传感膜的疏松性降低，从而不利于被测气体吸附，降低气体传感器的灵敏度。有鉴于此，提供一种具有良好疏松性的传感膜的气体传感器实为必要。
【发明内容】
为解决现有技术的经高温制程后传感膜的疏松性较低而影响传感器灵敏度的问题，本发明的目的在于提供一种具有良好疏松性的传感膜的气体传感器。该种气体传感器的传感膜在制备过程中，可避免因高温烧结结块而减少微粒之间的空隙结构。
为实现本发明的目的，本发明提供一种气体传感器，包括：一绝缘基底；形成于绝缘基底上的至少两个电极；一形成于绝缘基底的传感膜，该传感膜包括传感微粒，并且至少覆盖于两电极的表面。其中，至少一个电极形成有若干分隔设置的容纳结构，其分别容纳有传感微粒。
为实现本发明的目的，本发明进一步提供另一种气体传感器，包括：一绝缘基底；形成于绝缘基底的至少两个电极层；一形成于绝缘基底的传感膜，该传感膜包括传感微粒，并且至少覆盖于两电极层的表面。其中，绝缘基底包括若干分隔设置的容纳结构，至少一电极层覆盖于该容纳结构的内壁，至少部分传感微粒容纳于该分隔设置的容纳结构。
相对于现有技术，本发明对绝缘基底或电极进行加工，使其形成若干分隔的容纳结构，并由此在电极与传感膜的接触部相应形成若干容纳空间，用以收容传感微粒。利用绝缘基底或电极的基材所提供的分隔，增加传感微粒的分散度，使传感微粒之间的空隙得以保留，确保经高温制程后传感膜仍具备较高的疏松性，并能增加被测气体的流通率，进一步增加气体传感器的灵敏度。
【附图说明】
图1为本发明第一实施方式的气体传感器的示意图；
图2为图1所示气体传感器电极的局部放大示意图；
图3为本发明第二实施方式的气体传感器的示意图；
图4为图3所示气体传感器电极的局部放大示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请一并参阅图1及图2，本发明第一实施例的气体传感器3，其包括：绝缘基底31；形成于绝缘基底31表面的两电极33、35；形成于绝缘基底31及两电极33、35表面的传感膜37，该传感膜37包括传感微粒372。其中，电极33、35上形成若干分隔设置的容纳结构332、352，其分别容纳有传感微粒372。
绝缘基底31可为一薄板或膜层，通常由绝缘性能好的材料制成，如石英、陶瓷或氮化硅等。另外，气体传感器3一般需要加热到一定温度才能进行良好检测，所以绝缘基底31的材料又以同时具备良好的热导性为佳。
电极33、35形成于绝缘基底31表面。电极33、35可由铂(Pt)、金(Au)或其合金等材料通过沉积法或溅镀法按预定图案形成于绝缘基底31表面，所形成的电极膜层以厚膜为佳，厚度可为400～7000纳米。另外，电极33、35还可配置电极导线，而且电极的数量、图案及厚度还可根据实际需要加以改变。
电极33、35包括若干分隔设置的容纳结构332、352，可为微孔、凹槽或沟道等结构。该容纳结构332、352用于提供容纳部分传感微粒372的容纳空间，且相邻容纳空间之间由电极提供的阻隔(未标示)相隔开。容纳结构332、352可通过蚀刻或光刻等方法形成于电极33、35。但必须注意的是，该容纳结构的数量及形状不以本实施例所示为限。
在本实施方式中，容纳结构332、352为微孔结构，其孔径R约为传感微粒372的粒径2～3倍，其深度H1约为孔径R的10倍。传感微粒372较为均匀地分布于各容纳结构332、352的内。若干相邻传感微粒372之间形成一定的空隙，用以提供被检测气体的吸附容纳空间，增大气体与传感微粒372接触的表面积。而从整体上看，传感微粒372也同时分散收容于若干容纳结构332、352之内，使其分散度增大，确保传感微粒372之间的空隙。
传感膜37主要由传感微粒372构成，材料一般为氧化物半导体材料，如氧化锡(SnO2)、氧化钨(WO3)和氧化锌(ZnO2)等。传感微粒372的粒径因其加工工艺不同而不同，其较佳范围为5-100纳米。传感膜37可通过溶胶-凝胶法、溅镀法或沉积法形成于绝缘基底31上，并包覆于电极33、35。故，传感微粒372于电极33、35的容纳结构332、352之内亦有分布。
当然，传感膜37的材料、厚度和构造还可根据实际需要加以改变，传感膜37也可部分包覆电极33、35，传感微粒372也可仅分布于部分容纳结构332、352内或各容纳结构332、352的部分容纳空间内，而不可以本具体实施方式加以限缩。
请一并参阅图3及图4，本发明第二实施例的气体传感器4，包括：绝缘基底41；形成于绝缘基底41表面的两电极43、45；形成于绝缘基底41及两电极43、45表面的传感膜47，该传感膜47包括传感微粒472。其中，绝缘基底41包括若干分隔设置的容纳结构412，电极43、45覆盖于容纳结构412的内壁，部分传感微粒472容纳于该分隔设置的容纳结构412之内。
在本实施方式中，形成于绝缘基底41的容纳结构412为沟道结构，包括一由绝缘基底41提供的内壁。电极43、45通过镀膜方式形成于绝缘基底41表面，并同时覆盖于若干容纳结构412的内壁。由此形成的电极层以薄膜为佳，其厚度可在100～300纳米。传感膜47形成于绝缘基底41表面，并覆盖电极43、45表面。部分传感微粒472则由此分布于容纳结构412之内。因为容纳结构412的内壁覆有电极层，所以容纳结构412提供的容纳空间的形状、大小相应改变。该容纳空间的宽度B约为传感微粒472的粒径的2～3倍，其深度H2约为宽度B的10倍。当然，电极层也可能仅覆盖某一容纳结构412的部分内壁，而不应以本实施方式加以限缩。
相对于第一实施例的气体传感器3，其主要不同在于：在绝缘基底41上形成若干分隔设置的容纳结构412，由此间接形成电极43、45与传感膜47的接触部分的容纳结构，用于收容部分传感微粒472。
另外，本领域所属技术人员应该知道，本发明提供的气体传感器包括厚膜型及薄膜型，视传感膜的加工工艺而定。本发明提供的气体传感器还可配以一个或多个加热装置，该加热装置可形成于绝缘基底的下端，与电极相对。检测时，该加热装置用于提高反应温度，加速被测气体于传感微粒表面的吸附过程。
本发明对绝缘基底或电极进行加工，使其形成有若干分隔的容纳结构，并由此在电极与传感膜的接触部相应形成若干容纳空间，用以收容传感微粒。利用绝缘基底或电极的基材所提供的分隔，增加传感微粒的分散度，使传感微粒之间的空隙得以保留，确保经高温制程后传感膜仍具备较高的疏松性，并能增加被测气体的流通率，进一步增加气体传感器的灵敏度。

Claims (13)

1.一种气体传感器，包括：一绝缘基底；形成于绝缘基底上的至少两个电极；一形成于绝缘基底的传感膜，该传感膜包括传感微粒，并且至少覆盖于两电极的表面，其特征在于：至少一个电极形成有若干分隔设置的容纳结构，该容纳结构至少容纳部分传感微粒。
2.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，上述传感微粒的组成包括氧化锡、氧化钨或氧化锌。
3.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，上述传感微粒粒径范围为5～100纳米。
4.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，上述容纳结构为微孔结构。
5.如权利要求4所述的气体传感器，其特征在于，上述微孔的孔径为上述传感微粒粒径的2～3倍。
6.如权利要求5所述的气体传感器，其特征在于，上述微孔的深度为上述微孔孔径的10倍。
7.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，上述容纳结构为沟道结构。
8.如权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，上述沟道的平均宽度为上述传感微粒粒径的2～3倍。
9.如权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，上述沟道的深度为上述沟道平均宽度的10倍。
10.如权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，上述气体传感器进一步包括一加热装置，该加热装置形成于与上述电极相对的上述绝缘基底的另一端。
11.一种气体传感器，包括：一绝缘基底；形成于绝缘基底的至少两个电极层；一形成于绝缘基底的传感膜，该传感膜包括传感微粒，并且至少覆盖于两个电极层的表面，其特征在于：绝缘基底包括若干分隔设置的容纳结构，至少一个电极层覆盖于该容纳结构的内壁，至少部分传感微粒容纳于该分隔设置的容纳结构。
12.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于，上述容纳结构为微孔结构或沟道结构。
13.如权利要求11所述的气体传感器，其特征在于：上述气体传感器进一步包括一加热装置，该加热装置形成于与上述电极层相对的上述绝缘基底的另一端。
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