CN215218647U - 一种气敏传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种气敏传感器，用以解决现有的气敏传感器接触电阻高的问题。本实用新型的气敏传感器包括：支撑衬底，呈板状结构；绝缘隔离层，固设于支撑衬底上侧板面上；接触电极，固设于绝缘隔离层的上侧面上，成对设置且成对的两个接触电极相对布置；多孔硅层，设于绝缘隔离层上且将接触电极覆盖；接触电极连接有电极引线结构并用于将电信号导出。将接触电极设置在多孔硅层下方，先在绝缘隔离层上形成接触电极，然后设置多孔硅层，由于绝缘隔离层的性质较为稳定，在其上形成接触电极时不受温度、反应原料的限制，能够沉积更加良好的接触电极，进而使接触电极和多孔硅层形成欧姆接触，降低接触电极和多孔硅层之间的接触电阻。

Description

一种气敏传感器

技术领域

本实用新型涉及一种气敏传感器。

背景技术

随着各种检测探测技术的不断发展，对其工程应用中常用到的检测元件-气敏传感器也提出了更高的要求。目前市面的气敏传感器因自身结构形式的缺陷而导致制备工艺单一、接触电阻较高，给气敏传感器的制造以及使用性能造成很大不利影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种气敏传感器，用以解决现有的气敏传感器接触电阻高的问题。

本实用新型的气敏传感器包括：

支撑衬底，呈板状结构；

绝缘隔离层，固设于支撑衬底上侧板面上；

接触电极，固设于绝缘隔离层的上侧面上，成对设置且成对的两个接触电极相对布置；

多孔硅层，设于处于绝缘隔离层上且将接触电极覆盖；

接触电极连接有电极引线结构并用于将电信号导出；

接触电极上在与多层硅层之间的位置设有重掺杂致密硅层，以利于形成欧姆接触。

本实用新型的气敏传感器将接触电极设置在多孔硅层下方，先在绝缘隔离层上形成接触电极，然后设置多孔硅层，这样由于绝缘隔离层的性质较为稳定，在其上形成接触电极时不受温度、反应原料的限制，能够沉积更加良好的接触电极，进而使接触电极和多孔硅层形成欧姆接触，降低接触电极和多孔硅层之间的接触电阻，优化了气敏传感器的性能。而且，重掺杂致密硅层作为接触电极和多孔硅层之间的过渡层，有利于进一步形成欧姆接触。

优选地，所述重掺杂致密硅层为单晶硅或多晶硅的重掺杂层。

进一步的，接触电极为叉指电极，成对的两个接触电极之间设有电极隔离坝体。叉指电极能够满足传感器微型化的需求，而且保证传感器的使用性能，电极隔离坝体可以有效避免正负电极之间短路，保证传感器的可靠性。

进一步的，叉指电极包括主栅、从中主栅分出的副栅、从副栅分出的细栅，主栅、副栅、细栅的宽度依次减小，从而更好地收集信号电流。

更进一步的，所述电极隔离坝体为氧化硅或氮化硅。这种类型的绝缘材料绝缘性能较好，物理化学性质稳定，保证了传感器的可靠性。

作为一种优化的方案，所述电极引线结构延至支撑衬底下侧，且在支撑衬底的下侧连接有焊点用以外接。这样使不同结构布置在支撑衬底的上下两侧，一方面能够节省支撑衬底的尺寸，另一方面能够使支撑衬底的上侧面分布面积更大的多孔硅层，提高传感器检测速度和灵敏度。

作为另一种优化的方案，支撑衬底为单晶硅片，绝缘隔离层上设有相对的两绝缘坝体，接触电极和多孔硅层处于两绝缘坝体之间，绝缘坝体从绝缘隔离层的上侧包饶支撑衬底的侧面并延至支撑衬底的下侧面，电极引线结构从接触电极沿绝缘坝体表面延至支撑衬底下侧，并连接有焊点用以外接。通过绝缘坝体将接触电极和单晶硅片电隔离，避免单晶硅片对电测量的影响，而且使不同结构布置在支撑衬底的上下两侧，一方面能够节省支撑衬底的尺寸，另一方面能够使支撑衬底的上侧面分布面积更大的多孔硅层，提高传感器检测速度和灵敏度。

进一步的，所述绝缘坝体为氧化硅或氮化硅。这种类型的绝缘材料绝缘性能较好，物理化学性质稳定，保证了传感器的可靠性。

另外，所述多孔硅层在上下方向上有两层以上，且相邻两层中处于上层的多孔硅层形成的孔的孔径大于处于下层的多孔硅层形成的孔的孔径。这种上大下小的孔结构，更有利于气体到达多孔硅层的底部，从而和整个多孔硅层反应，提高传感器的灵敏度和准确性。

而且，两层以上的多孔硅层中，至少有相邻的两层之间设有连接层，连接层为高导电材料，用以提高两层之间的接触性能，所述连接层为具有孔隙的膜层结构，以便气体流通。

附图说明

图1为本实用新型的气敏传感器的实施例一的主视图；

图2为图1所示的气敏传感器的俯视图（隐去多孔硅层）。

图中：1、支撑衬底；2、绝缘隔离层；3、接触电极；30、电极引线结构；31、主栅；32、副栅；33、细栅；4、重掺杂致密硅层；5、多孔硅层；51、硅层孔；6、绝缘坝体；7、焊点；8、电极隔离坝体。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

本实用新型的气敏传感器的具体实施例一：需要说明的是，以下所出现的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”均以图中所示方位为准进行说明，不限制实物在使用时的上下方向。

如图1-2所示，包括呈矩形板状结构的支撑衬底1，支撑衬底1为单晶硅片，当然在其他实施例中，支撑衬底还可以采用陶瓷或玻璃。支撑衬底1的上侧面覆盖设置有绝缘隔离层2，绝缘隔离层2上在左右方向上相对布置有两个金属接触电极3。

两个接触电极3为叉指电极，材料为银/铝叠层，银层在下层，铝层在上层。从结构上来讲，包括主栅31、副栅32以及细栅33。其中，每个叉指电极的主栅31沿前后方向延伸，副栅32有多个，多个副栅32在主栅31的长度方向上均匀间隔布置，且垂直连接在主栅31上，细栅33垂直连接在副栅32上，且与主栅31相平行。主栅31的宽度大于副栅32的宽度，副栅32的宽度大于细栅33的宽度。两个叉指电极的副栅和细栅处于两个叉指电极的主栅之间。而且，两个叉指电极的副栅32在主栅31的长度方向上交错布置。接触电极3连接有电极引线结构30并用于将电信号导出。

绝缘隔离层2的上侧面上还在两个叉指电极之间设有电极隔离坝体8，顾名思义，电极隔离坝体8为长条形结构，电极隔离坝体8与主栅31相平行，采用氧化硅、氮化硅等绝缘材料制成，可以有效避免正负电极（即两叉指电极）短路。

叉指电极上表面还设有重掺杂致密硅层4，重掺杂致密硅层附着在接触电极的铝层上，面积不超出接触电极3，重掺杂致密硅层4为重掺杂的单晶或多晶硅，通过化学气相沉积形成，或者印刷后高温退火形成。

绝缘隔离层2上在左右方向上对称布置有绝缘坝体6，绝缘坝体6为氧化硅或氮化硅，绝缘坝体6在前后方向延伸，两个叉指电极处于绝缘坝体6所围成的槽内空间中。绝缘隔离层2上还在两个绝缘坝体6之间的位置设置有多孔硅层5，多孔硅层5将叉指电极覆盖，且与叉指电极上的重掺杂致密硅层4直接接触。如此，多孔硅层5与气体接触反应，并能够将电信号传递至接触电极3并通过电极引线结构将电信号引出，进而生成检测信号。

这种结构，将接触电极3设置在多孔硅层下方，不会遮挡多孔硅层的表面，不存在妨碍多孔硅层和被测气体接触的问题，因此叉指电极的面积可以设置的足够大，几乎在整个多孔硅层下方布局。在制造时，先沉积接触电极，后设置多孔硅层，因此沉积接触电极时不受温度、反应原料的限制，能够沉积更加良好的接触电极，以便于和多孔硅形成欧姆接触，降低和多孔硅的接触电阻。而且，重掺杂致密硅层4作为金属接触电极与多孔硅层之间的过渡，同样有助于形成欧姆接触，进而使得气敏传感器的气敏性提高、驱动电压降低。

另外，绝缘坝体6从绝缘隔离层2的上方向支撑衬底1两侧延伸，环绕支撑衬底1侧面到达支撑衬底1下侧面，电极引线结构30从支撑衬底1上侧的绝缘坝体6的上侧面向两侧延伸，包绕支撑衬底1侧面的绝缘坝体6并到达支撑衬底1下侧面，电机引线结构30在绝缘坝体6的下侧面连接有焊点7。具体在传感器使用时，可通过焊点7焊接连接在印制板上。使焊点和叉指电极分别布置在支撑衬底的上下两侧，一方面能够节省支撑衬底的尺寸，另一方面能够使支撑衬底的上侧面分布面积更大的多孔硅层，提高传感器检测速度和灵敏度；而且，通过绝缘坝体将接触电极和单晶硅片电隔离，避免单晶硅片对电测量的影响。

具体的，电极引线部30、焊点7可以采用例如为银、铝、金等单层或多层金属。

而且，更优的设计，多孔硅层5在上下方向上有两层，且两层中处于上层的多孔硅层形成的硅层孔51的孔径大于处于下层的多孔硅层形成的硅层孔51的孔径。这种上大下小的孔结构，更有利于气体到达多孔硅层的底部，从而和整个多孔硅层反应，提高传感器的灵敏度和准确性。具体在制造时，多孔硅层可以通过层转移法（例如，公开号为CN107644828A公开的多孔硅层制备方法）、溶液法（例如公开号为CN107539990A公开的多孔硅制备方法）等形成，例如在采用层转移法时，先转移一层大孔径的多孔硅层，再在其上转移一层小孔径的多孔硅层；在采用溶液法时，先滴涂形成一层大孔径的多孔硅层，然后在其上滴涂形成一层小孔径的多孔硅层，设置层结构更加灵活。在其他实施例中，可以连续设置孔径大小不同的多层。

具体地，在制造时可在支撑衬底上形成金属接触电极、重掺杂致密硅层后，通过层转移法将制备好的多孔硅层转移到重掺杂致密硅层之上，然后低温退火，退火温度不超过300℃，使得金属接触电极、重掺杂致密硅层、多孔硅层形成牢固的、良好的欧姆接触。多孔硅层形成前先在金属接触上沉积重掺杂硅层，可以对金属接触和重掺杂硅层的堆叠结构进行高温热处理（例如超过800℃）等以形成欧姆接触，避免肖特基接触，工艺窗口较宽，工艺制约少；在此之后，重掺杂硅层和多孔硅层之间由于均为硅层，易于形成良好电接触，不需要高温退火。

而且，更优的设计，两层以上的多孔硅层中，至少有相邻的两层之间设有连接层，用以提高两层之间的接触性能。连接层可通过旋涂法、蒸镀法等形成，为具有孔隙的膜层结构，例如存在孔隙的纳米片、纳米颗粒堆积层，以便气体流通。连接层优选为诸如透明导电氧化物（TCO）层、石墨烯层、金属薄膜等高导电材料。

本实用新型的气敏传感器的接触电极、多孔硅层的设置形式能够方便的形成欧姆接触，提升了气敏传感器的气敏性，降低了驱动电压，而且工艺制约少，便于实现。

当然，本实用新型的气敏传感器并不仅限于上述介绍的实施例，以下还提供了几种基于本实用新型的设计构思的其他实施例。

例如，在其他实施例中，与上文介绍的实施例一不同的是，接触电极可以采用其他结构形式的叉指电极，或者采用其他电极结构，例如片式电极。

例如，在其他实施例中，与上文介绍的实施例一不同的是，绝缘坝体以及电极隔离坝体可以为其他绝缘材质制成，诸如玻璃、云母以及陶瓷等。

再例如，在其他实施例中，与上文介绍的实施例一不同的是，支撑衬底上侧面的绝缘隔离层上不再设置绝缘坝体，成对的两接触电极在相背侧的支撑衬底的边缘位置设有焊点，用以外接。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气敏传感器，其特征是，包括：

支撑衬底（1），呈板状结构；

绝缘隔离层（2），固设于支撑衬底（1）上侧板面上；

接触电极（3），固设于绝缘隔离层（2）的上侧面上，成对设置且成对的两个接触电极（3）相对布置；

多孔硅层（5），设于绝缘隔离层（2）上且将接触电极（3）覆盖；

接触电极（3）连接有电极引线结构（30）并用于将电信号导出；

接触电极（3）上在与多孔硅层之间的位置设有重掺杂致密硅层（4），以利于形成欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征是，所述重掺杂致密硅层（4）为单晶硅或多晶硅的重掺杂层。

3.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征是，接触电极（3）为叉指电极，成对的两个接触电极（3）之间设有电极隔离坝体（8）。

4.根据权利要求3所述的气敏传感器，其特征是，叉指电极包括主栅（31）、从中主栅（31）分出的副栅（32）、从副栅（32）分出的细栅（33），主栅（31）、副栅（32）、细栅（33）的宽度依次减小。

5.根据权利要求3所述的气敏传感器，其特征是，所述电极隔离坝体（8）为氧化硅或氮化硅。

6.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征是，所述电极引线结构（30）延至支撑衬底（1）下侧，且在支撑衬底（1）的下侧连接有焊点（7）用以外接。

7.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征是，支撑衬底（1）为单晶硅片，绝缘隔离层（2）上设有相对的两绝缘坝体（6），接触电极（3）和多孔硅层（5）处于两绝缘坝体（6）之间，绝缘坝体（6）从绝缘隔离层（2）的上侧包饶支撑衬底（1）的侧面并延至支撑衬底（1）的下侧面，电极引线结构（30）从接触电极（3）沿绝缘坝体（6）表面延至支撑衬底（1）下侧，并连接有焊点（7）用以外接。

8.根据权利要求7所述的气敏传感器，其特征是，所述绝缘坝体（6）为氧化硅或氮化硅。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的气敏传感器，其特征是，所述多孔硅层（5）在上下方向上有两层以上，且相邻两层中处于上层的多孔硅层（5）形成的孔的孔径大于处于下层的多孔硅层（5）形成的孔的孔径。

10.根据权利要求9所述的气敏传感器，其特征是，两层以上的多孔硅层（5）中，相邻的两层之间设有连接层，用以提高两层之间的接触性能，所述连接层为具有孔隙的膜层结构，以便气体流通。

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