TW201805622A - 微型氣體感測器及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係為氣體偵測器之結構,包含:氣體偵測器晶片,該晶片之感測材料背部係為一中空結構,感測材料下有一絕緣層,感測材料周圍有一微型加熱器,感測材料附著於感測電極上,感測材料為一金屬氧化物半導體和一糙化碳酸鑭氣體感測層的複合結構;該金屬氧化物半導體厚度為0.1 um~2 um,該糙化碳酸鑭氣體感測層厚度係為0.5 um~4 um,背蝕刻孔大小小於1*1mm;經由本發明所提供之氣體偵測器結構,可於矽基板上完成懸浮氣體感測結構,並能將晶片尺寸做到最小化。
Description
本發明係關於一種氣體感測器及其製造方法,特別是指一種微型之氣體感測器及其製造方法。
隨著社會商業化及工業化的演進,越來越多的室內空間被闢建以及越來越多的載具被使用,提供了人們休憩、工作及通勤之所需,然而,當人們處於該些密閉之室內空間時,該些空間往往會因為空氣的不流通而導致有害氣體的濃度累積,輕則影響該空間內人們的生活品質,重則可能直接對人體造成危害,一般而言,室內二氧化碳濃度在1,000ppm以下時一般係認定為正常且通風良好之濃度值,當室內二氧化碳濃度提升到1,000ppm~2,000ppm時則可能導致氧氣不足、令人困倦、足以引起煩躁之情況,當室內二氧化碳濃度進一步提升到2,000ppm~5,000ppm時,則會開始造成人體的不適,包含頭痛、嗜睡,並伴有精力不集中、注意力下降、心跳加速和輕微噁心的現象,而在室內二氧化碳濃度大於5,000 ppm時,暴露在其中可能會嚴重缺氧,導致永久性腦損傷、昏迷甚至死亡。而在日常生活實際測量中,人們日常活動的空間會因室內空調的換氣效果不足或空間中人數過多等因素,使二氧化碳濃度的實測值能達到2,000ppm~3,000ppm左右,已是會讓人開始嗜睡並造成些許之微微不適的情況,此時若無進一步的對室內二氧化碳濃度進行管控,則可能會導致室內二氧化碳濃度之繼續攀升,使空間內的人們暴露於危險之中,
另一方面,一氧化碳亦係為人們日常生活中需要多加留意管控其濃度之氣體,由於一氧化碳係為一種無色無味且經由含碳物質的燃燒不完全所生成的化學物質,因此於我們的生活當中所發生之天然氣瓦斯燃燒的不完全或機車排氣燃燒的不完全等等情況,皆仍使我們於生活環境中接觸到一氧化碳,有相當密切的關係。而一氧化碳由於與人體的血紅蛋白的親和力較氧氣與血紅蛋白的親和力高出兩三百倍之多,因此當人體吸入一氧化碳時,一氧化碳將會與人體內的氧氣競爭結合於血紅蛋白上的機會,取代氧氣與血紅蛋白結合,造成人體血液的含氧量降低,使人們在察覺不到異狀的情況下,逐漸喪失意識、昏迷進而因心臟及腦受損導致死亡,有鑑於一氧化碳中毒對性命造成危害,密閉空間對於一氧化碳濃度升高的早期發現是相當重要的一個關鍵。
目前一般坊間所使用的氣體感測器,主要係為紅外線式類型之氣體感測器,其係以紅外線提供能量激發氣體,以產生溫度、位移或頻率等變化,藉由紅外線被氣體吸收的程度,並檢測特徵吸收峰位置的吸收情況,以判斷氣體的種類及濃度。藉由紅外線感測氣體,雖然測量結果準確率高,但其相當容易受到周圍溫度之影響,且體積大、價格高、不易微型化,在使用推廣上造成一定程度的困難。
另外,另有一種氣體感測器係以半導體形式進行氣體之偵測,其係將金屬氧化材料燒結為半導體,利用發熱器保持高溫的狀態下,使半導體金屬氧化物與可燃性氣體接觸,以期望電阻變化與氣體濃度呈現一定關係以達到一氧化碳氣體偵測之效果,經由此一方式進行監測,雖然裝置簡單,但其仍容易受溫度及濕度影響其線路,且易受到半導體的熱電效應影響,干擾偵測器的準確率。
基於上述內容,可以了解到氣體濃度探測對於室內空間的安全性有極大的關聯,但目前坊間的氣體感測器都有其使用上的限制,因此,如何提供一種微型且準確的氣體感測器,即成為此領域亟欲突破之技術門檻。
本發明之主要目的,係提供一種微型氣體感測器,該微型氣體感測器體積小,偵測反應靈敏,可廣泛利用於各種密閉空間、攜帶裝置或載具等,利用性高。
本發明之另一目的,係提供一種微型氣體感測器,該微型氣體感測器使用之感測材料靈敏度高,可有效降低感測層進行感測時所需要之溫度,避免熱能對於在感測過程中帶來之不良影響。
本發明之再一目的,係提供一種微型氣體感測器的製造方法,利用此一方法,可將感測材料披覆於基材上,並使該感測材料具良好附著性與厚度控制。
為了達到上述之目的,本發明揭示了一種微型氣體感測器,其包含一基板,該基板上設置有一介電層,其中該介電層包含一加熱元件及二電極,另外提供一感測層,其係設置於該加熱元件之上並與該二電極相連接,其特徵在於,該感測材料層係為一金屬氧化物層及一反應層所組成,其中該反應層係設置於該金屬氧化物層之上。
本發明之一實施例中,其亦揭露該加熱裝置及該二電極可進一步設置於該介電層之上。
本發明之一實施例中,其亦揭露該基板係為不連續結構,使該介電層係架空於該基板之上,產生未與該基板直接接觸之一散熱區域。
本發明之一實施例中,其亦揭露該反應層之材料係為選自於碳酸鑭及奈米金所構成之組合中之一者。
本發明之一實施例中,其亦揭露該金屬氧化物層之材料係為選自於三氧化鎢、氧化鋅及二氧化錫所構成之組合中之一者。
本發明之一實施例中,其亦揭露該加熱元件之材料係為選自於鈦、鉑、銀及鉭所構成之組合中之一者。
本發明之一實施例中,其亦揭露該介電層之材料係為選自於氮化矽、氧化矽或氮氧化矽所構成之組合中之一者及其任意之組合。
為了達到上述之目的,本發明另外揭示了一種微型氣體感測器的製造方法,其係為一半導體式之氣體感測器,包含一基板、一介電層一加熱元件、二電極及一感測層,其製造方法之特徵在於:設置一金屬氧化物層於該加熱元件之上,再塗佈一含鑭化合物層於該金屬氧化物層上,共同形成一感測層,最後對該感測層進行退火處理,使該含鑭化合物層轉化形成一反應層,完成本案發明所請之微型氣體感測器的製造。
本發明之一實施例中,其亦揭露該退火步驟,其退火溫度係為300℃~600℃。
本發明之一實施例中,其亦揭露該塗佈步驟係為旋轉塗佈或沉積塗佈。
此外,本發明另外揭示了一種微型氣體感測器的製造方法,其係為一半導體式之氣體感測器,包含一基板、一介電層一加熱元件、二電極及一感測層,其製造方法之特徵在於:設置一金屬氧化物層於該加熱元件之上,再塗佈一含金金屬層於該金屬氧化物層上,共同形成一感測層,最後對該感測層進行退火處理,使該含金金屬層形成複數個奈米金點,完成本案發明所請之微型氣體感測器的製造。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識,謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明,說明如後:
在本發明中,針對目前氣體感測器體積大、價格高、不易微型化且準確率不足的情況,提供一種新穎的微型氣體感測器結構。利用半導體式結構作為該微型氣體感測器之基礎,可有效的縮減氣體感測器所需之體積,增加其應用性,此外,利用碳酸鑭或奈米金作為半導體式氣體感測器之感測材料,亦能有效提高氣體感測器之感測靈敏度,提高該氣體感測器之準確度。
因此,本發明提供一新穎之微型氣體感測器結構,係以半導體式氣體感測器結構為基礎,該半導體結構包含有一加熱感測元件,設置一感測材料層於該加熱元件之上時,該感測材料層所具有之碳酸鑭或奈米金可藉由與氣體接觸並發生反應後產生游離電子,由於碳酸鑭或奈米金與氣體接觸的反應相當敏感,因此其產生的電位變化容易被加熱感測元件接量測,且藉由其電阻值的變化推估氣體濃度,達到高靈敏度的檢測目的。
下針對本發明之微型氣體感測器所包含之元件、性質及其製備方式進行進一步之說明:
請參閱第一圖,其係為本發明之第一實施例之微型氣體感測器之剖面圖。如圖所示,本發明提供一基板10以及ㄧ介電層20,該介電層20係設置於該基板10之上,其中,該介電層20包含有一加熱單元30及二電極40,接著,設置一感測層50於該加熱單元30之上,且該感測層50係與該二電極40相連接,該感測層50係為一金屬氧化物層510及一反應層520所組成,其中該反應層520係設置於該金屬氧化物層510之上。
基於上述之感測器結構,本發明所提供之氣體感測器可藉由提供不同的反應層材料,而可對不同的氣體進行感測,以下將一一進行說明。
本發明所提供之微型氣體感測器,當該反應層520之材料係為碳酸鑭時,可用以針對二氧化碳氣體進行偵測,其係因為當空氣中的氧離子(O2-
)與高濃度的二氧化碳進行反應時會形成碳酸根離子(CO3 2-
)(如式一所示),此時,該碳酸根離子將會與該反應層之碳酸鑭接觸並進行反應,生成碳酸鑭、氧氣、二氧化碳及游離電子(如式二所示),此時,所分離的游離電子將使該感測層50之表面導電性增加進而使電阻率下降,同時該電阻值具有隨環境中二氧化碳濃度的增加而下降的現象,藉由此一變化推估環境中二氧化碳之濃度,進而達到本發明氣體感測器之設置目的。另外,當空氣中的二氧化碳濃度下降時,環境中游離的碳酸根離子含量將不足以與該反應層之碳酸鑭進行反應產生電子,此時,於感測過程中游離至該感測層50之游離電子將回到該反應層,而感測器之電阻值將回復至起始之狀態,用以準備進行下一次的氣體濃度感測。 CO2
+O2 −
→ CO3 2 −
(式一) La2
O2
CO3
+CO3 2 −
→La2
O2
CO3
+1/2 O2
+CO2
+2 e−
(式二)
另外,當本發明所提供之微型氣體感測器,當該反應層520之材料係為奈米金時,則係可用以針對一氧化碳氣體進行偵測。當通入一氧化碳氣體並隨著溫度上升時,一氧化碳會分解成二氧化碳及游離電子(如式四所示),所分離的游離電子亦會使該感測層50之表面導電性增加進而使電阻率下降,同樣產生電阻值具有隨濃度的增加而下降的現象,進而有效檢測環境中一氧化碳之濃度。 CO + O2 −
→ CO2
+ 2 e−
(式四)
如前所述之微型氣體感測器,其中,本發明所提供之該基板10係用以承載該半導體式微型氣體感測器,為使晶片於製備過程中維持基板材料之基本物理性質,不因製備過程中之高溫而改變,係選用於高溫操作環境下具有充分穩定性之基板材料進行製備。同時,為避免基板材料影響整體晶片結構之導電性,進而誤導氣體感測結合後之導電表現,因此該基板材料應不具導電性,基於上述之性質,本發明所提供之基板10可進一步選自於玻璃、矽及石英所組成之群組中之一者或為其任意之組合。
如前所述之微型氣體感測器,其中,本發明所揭露之該介電層20係用以作為半導體之多層結構之電氣隔離之用,以提高該微型氣體感測器之感測效率,該介電層20之材料在大部分情況下係為絕緣體,當存在外加電場時,其所包含的電子、離子、或分子會因而產生極化,藉以增加該微型氣體感測器之電容量。基於上述之性質,本發明所提供之介電層20可進一步選自氮化矽、氧化矽或氮氧化矽中之一者及其任意之組合。較佳者,係使用氮化矽及氧化矽,且該氮化矽材料係披覆於該氧化矽材料之上。
承續上段所述,本發明所揭露之該介電層20包含有一加熱單元30及二電極40,該加熱單元30及該二電極40係可埋設於該介電層20之中,亦可直接設置於該介電層20之上,該加熱單元係與一電源相連接,用以接收該電源之電能並將其轉換成熱能,以提供本發明之氣體感測器檢測氣體之用,而為使其提供之熱能穩定,本發明所提供之該加熱單元30之材料係以貴金屬為首選,基於上述之性質,該加熱單元30之材料係選自於鈦、鉑、金、銀及鉭所構成之組合中之一者。另外,該二電極40係與該加熱單元30以電性隔離之方式進行設置,且該二電極40係與該感測層50相連接,以量測該感測層50經由反應所產生之電流及電位變化量,以進行環境中氣體濃度含量之判斷。
如前所述之微型氣體感測器,其中,本發明所提供之該感測層50係用以接觸監測環境中的目標氣體並進行反應,當目標氣體與該感測層50之材料接觸並進行反應時,會產生游離電子造成該感測層50之電位變化並產生電流,再經由與該感測層50連接之該二電極40進行量測以達到氣體感測之目標。該感測層50包含有一金屬氧化物層510及一反應層520,其中該反應層520之材料及其與目標氣體之反應過程皆已於前述內容提供,於此不再贅述;此外,本發明所提供之該金屬氧化物層510,係作為導體用以傳遞電子之用,為使其傳遞電子的功能更為迅速及敏銳,本發明所提供之該金屬氧化物層510係使用單一物質進行設置,基於上述之內容,本發明所提供之該金屬氧化物層510係選自三氧化鎢、氧化鋅及二氧化錫所構成之組合中之一者及其任意之組合。
請參閱本發明圖示之第二圖,其係為於本發明所提供之另一較佳實施例,如圖所示,該氣體感測器之該基板11係為不連續之結構,藉由此一設計,該介電層20係架空於該基板11之上,產生未與該基板11直接接觸之一散熱區域201,藉由該散熱區域201之設置,使該介電層20於進行氣體感測之作用時,得以有效調節因該加熱元件30所產生之熱能,使該氣體感測器整體溫度不至於過高,如此一來不僅可以減少熱電效應之產生,增加氣體感測器的量測穩定度及準確度。
接著,以下搭配發明圖示第三圖的製備流程圖,說明微型氣體感測器之製備方法,本發明所提供之微型氣體感測器,其係為一半導體式之氣體感測器,具有一基板、一介電層、一加熱元件、二電極及一感測層,其製造方法之特徵在於: 步驟S11:設置一金屬氧化物層於該加熱元件之上; 步驟S13:塗佈一含鑭化合物層於該金屬氧化物層上,共同形成一感測層;以及 步驟S15:對該感測層進行退火處理,使該含鑭化合物層轉化形成一反應層。
如圖示S11之步驟,本發明提供之微型氣體感測器之製備方法中,係提供一金屬氧化物層作為導體以傳遞電子之用,該金屬氧化物層係以沉積之方式進行設置,所述之沉積方式可係為化學氣相沉積或物理氣相沉積,此外,為提供充足之電子傳遞能力,且材料性質不易受加熱過程影響,本發明所提供之金屬氧化物材料係選自三氧化鎢、氧化鋅及二氧化錫所構成之組合中之一者,然本案所請之專利範圍不應以此為限。
如圖示S13之步驟,本發明提供之微型氣體感測器之製備方法中,係塗佈一含鑭化合物層於該金屬氧化物層上,共同形成一感測層。其中,該含鑭化合物層係以塗佈之方式設置於該金屬氧化物層之上所述之塗佈方式可係為旋轉塗佈、化學氣相沉積或物理氣相沉積;此外,所述之含鑭化合物,係指能藉由提供熱能而轉換成氧化鑭之化合物統稱,鑑此,本發明所提供之含鑭化合物層材料係選自氫氧化鑭及碳酸鑭所構成之組合中之一者;而為使該塗佈後形成的該感應層能有良好的感測能力及電子傳遞能力,該含鑭化合物層之厚度需有所控制,其塗佈之厚度係為1um~5um,以利該含鑭化合物層接觸二氧化碳分子,同時快速地進行電子傳遞;基於上述之內容,於本發明所提供之一較佳之實施例中,係將氫氧化鑭與異丙醇及助溶劑均勻混合後,利用旋轉塗佈技術形成一1um~5um之含鑭化合物層,完成該層之設置。
如圖示S15之步驟,本發明提供之微型氣體感測器之製備方法中,係對該感測層進行退火處理,使該含鑭化合物層轉化形成一反應層。由於該含鑭化合物層無法直接與檢測環境中之二氧化碳分子直接進行反應產生電子流,因此需要經由一退火步驟,將該些含鑭化合物轉變成可經由加熱轉換成氧化鑭之反應化合物。於本案所提供之一較佳實施例中,其退火步驟之退火溫度介於300℃-600℃之間。
接著,以下搭配發明圖示第四A圖的製備流程圖,說明微型氣體感測器之製備方法,本發明所提供之微型氣體感測器,其係為一半導體式之氣體感測器,具有一基板、一介電層、一加熱元件、二電極及一感測層,其製造方法之特徵在於: 步驟S21:設置一金屬氧化物層於該加熱感測元件之上; 步驟S23:形成一含金金屬層於該金屬氧化物層上,共同形成一感測層;以及 步驟S25:對該感測層進行退火處理,使該含金金屬層形成複數個奈米金點。
如圖示S21之步驟,本發明提供之微型氣體感測器之製備方法中,係提供一金屬氧化物層於該加熱感測元件之上,其設置方法及材料皆與步驟S11同,於此不再贅述。
如圖示S23之步驟,本發明提供之微型氣體感測器之製備方法中,係塗佈一含金金屬層於該金屬氧化物層上,共同形成一感測層,該含金金屬層可藉由沉積的方式進行塗佈,所述之沉積方式可係為化學氣相沉積或物理氣相沉積,由於此一含金金屬層僅係為過渡之塗層結構,為避免塗層過厚而導致退火後無法順利形成奈米金點,因此其塗佈之厚度係為1nm~30nm,較佳係為3nm~15nm,以利該金金屬形成複數個奈米金點之結構。
如圖示S25之步驟,本發明提供之微型氣體感測器之製備方法中,係對該感測層進行退火處理,使該含金金屬層形成複數個奈米金點,藉以提供足夠的電傳導能力使一氧化碳氣體附著於微型氣體感測器時,其感測層表面得以傳導該反應所產生之電子。其中,如第五圖所示,由於含金金屬層形成奈米金點之過程與反應時間有相當密切的關係,奈米金點與奈米金點之間的孔隙將隨著退火時間的拉長,而隨之擴大,因此為使奈米金點具有最佳之電子傳到效率,於本案所提供之一較佳實施例中,其退火步驟之該熱處理步驟之時間介於10秒至60秒之間,較佳者為20秒至40秒之間;同時,該熱處理步驟之溫度介於300℃-600℃之間。
另外,搭配發明圖示第四B圖的製備流程圖,本發明所提供之微型氣體感測器之製備方法,可進一步於形成一含金金屬層於該金屬氧化物層上之前,先行塗佈一含鑭金屬層於該金屬氧化物層之上。如發明圖示第四B圖之步驟S22及S24所示,本發明所提供之另一較佳實施例中,其係於設置一金屬氧化物層於該加熱元件上之後,先行塗佈一含鑭金屬層於該金屬氧化物層之上,塗佈一含金金屬層於塗佈有該含鑭金屬層之該金屬氧化物層上,共同形成一感測層,最後再對該感測層進行退火處理,使該含金金屬層形成複數個奈米金點,完成另一較佳實施例之微型氣體感測器之製備。其中,該含鑭金屬層之塗佈步驟中,所使用之塗佈方式係為旋轉塗佈或沉積塗佈;另外,該含鑭金屬層之塗佈步驟中,所使用之含鑭化合物層之材料係選自於氫氧化鑭及碳酸鑭所構成之組合中之一者。
利用上述之任一製備方法所製備而得之微型氣體感測器,可用以針對一氧化碳氣體進行偵測,當通入一氧化碳氣體並隨著溫度上升時,一氧化碳會分解成二氧化碳及游離電子,所分離的游離電子會使該感測層之表面導電性增加進而使電阻率下降,同樣產生電阻值具有隨濃度的增加而下降的現象,進而有效檢測環境中一氧化碳之濃度。
以下,以具體實施之範例作為此發明之組織技術內容、特徵及成果之闡述之用,並可據以實施,但本發明之保護範圍並不以此為限。
[實施例1]
含鑭化合物
微型
氣體感測器
結構
性質測試
請參照第六A圖,其係為本發明所提供之含鑭化合物微型氣體感測器進行二氧化碳氣體感測時,其感測時間及電阻變化之示意圖,如圖所示,前120秒時,感測環境中的二氧化碳濃度係為600ppm,在接下來的十分鐘內,依每次增加400ppm二氧化碳的方式提高感測環境中的二氧化碳濃度七次,並觀察含鑭化合物微型氣體感測器之電阻值變化;從圖中可以觀察到,每提高一次感測環境中的二氧化碳濃度,該氣體感測器的電阻值即會快速下降到達一穩定值,並維持於該穩定值直到下一次提高感測環境中的二氧化碳濃度,且起始電阻值與最終電阻值之差異可達六萬歐姆,顯見該氣體感測器其氣體感測能力之穩定及感測範圍之寬廣;最後,當將二氧化碳氣體停止供應,使感測環境中的二氧化碳濃度回復起始狀態時,該氣體感測器之電阻值亦能在很短的時間內回復至初始值,且其電阻值與感測開始前之電阻值差異不大,足見此一氣體感測器之高量測穩定度。
請參照第六B圖,其係為本案所提供之含鑭化合物微型氣體感測器與現有技術下之二氧化碳感測器之量測結果比較圖,方形點之數據係為目前市售之二氧化碳氣體感測器所測得之內容,圓形點的則係本發明所提供之含鑭化合物微型氣體感測器所測得之內容,如圖所示,本發明所提供之氣體感測器,其不僅能在較大的二氧化碳濃度範圍下進行感測,且更能準確的反應出環境中實際的二氧化碳濃度,顯見本發明所提供之含鑭化合物微型氣體感測器確實能突破現有技術的技術門檻,提供更為靈敏且有效的二氧化碳氣體感測器。
[實施例2]
奈米金
微型
氣體感測器
結構
性質測試
請參照第六C圖,其係為本發明所提供之奈米金微型氣體感測器於不同退火時間條件下,其於一氧化碳環境中,微型氣體感測器功率與靈敏度變化之趨勢圖,如圖所示,當該含金金屬層未經由退火步驟(即秒數為零)處理時,由於該含金金屬層不會形成奈米金點,故當微型氣體感測器進行操作(即感測器加熱功率上升)時,其感測氣體之能力並不會隨之提升;另外,其他經由不同退火時間所製備而成之氣體感測器,雖然不同條件下所製備之氣體感測器皆具有相類似的電阻率改變趨勢,但經退火步驟處理時間30秒所製備之微型氣體感測器不僅具有最大的靈敏度(~35%),且變化趨勢也較退火步驟處理時間15秒及60秒之組別更為穩定,顯見其奈米金點之分布係最為完整適當,得以吸附較多一氧化碳,並於量測範圍中得到最高且最準確之數值。
綜上所述,本發明確實提供一具高度穩定度之微型氣體感測器及其製備方法,藉由於半導體結構上設置不同材料之感測層,得以有效地針對感測環境內的氣體進行監測,解決目前氣體感測器,特別是二氧化碳氣體感測器,其體積大、價格高、不易微型化的情況,可有效的縮減氣體感測器所需之體積,增加其應用性,以提供一種新穎的微型氣體感測器結構。此外,利用碳酸鑭或奈米金作為半導體式氣體感測器之感測材料,如同實施例所示,確實亦有效提高氣體感測器之感測靈敏度及其準確度。鑑此,本案所提供之發明確實具有相較於現有技術更為卓越精進之功效,符合專利申請所需之要求。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,並非用來限定本發明實施之範圍,舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾,均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10‧‧‧第一基板
11‧‧‧第二基板
20‧‧‧介電層
30‧‧‧加熱元件
40‧‧‧電極
50‧‧‧感測層
510‧‧‧金屬氧化物層
520‧‧‧反應層
11‧‧‧第二基板
20‧‧‧介電層
30‧‧‧加熱元件
40‧‧‧電極
50‧‧‧感測層
510‧‧‧金屬氧化物層
520‧‧‧反應層
第1圖:其係為本發明之一較佳實施例之側視分解圖; 第2圖:其係為本發明之另一較佳實施例之剖視圖; 第3圖:其係為本發明之一較佳實施例之製備流程圖; 第4A圖至第4B圖:其係為本發明之另一較佳實施例之製備流程圖; 第5圖:其係為本發明之一較佳實施例之感測層結構與退火時間關係圖;以及 第6A圖至第6C圖:其係為本發明之一較佳實施例之氣體偵測功效示意圖。
10‧‧‧第一基板
20‧‧‧介電層
30‧‧‧加熱元件
40‧‧‧電極
50‧‧‧感測層
510‧‧‧金屬氧化物層
520‧‧‧反應層
Claims (17)
- 一種微型氣體感測器,其包含一基板,一介電層,該介電層係設置於該基板之上並包含一加熱元件及二電極,以及一感測層,其係設置於該加熱元件之上並與該二電極相連接,其特徵在於: 該感測層係為一金屬氧化物層及一反應層所組成,其中該反應層係設置於該金屬氧化物層之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之微型氣體感測器,其中該加熱裝置及該二電極可進一步設置於該介電層之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之微型氣體感測器,其中該基板係為不連續結構,使該介電層係架空於該基板之上,產生未與該基板直接接觸之一散熱區域。
- 如申請專利範圍第1項所述之微型氣體感測器,其中該反應層之材料係為選自於碳酸鑭及奈米金所構成之組合中之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之微型氣體感測器,其中該金屬氧化物層之材料係為選自於三氧化鎢、氧化鋅及二氧化錫所構成之組合中之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之微型氣體感測器,其中該加熱元件之材料係為選自於鈦、金、鉑、銀及鉭所構成之組合中之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之微型氣體感測器,其中該介電層之材料係為選自於氮化矽、氧化矽或氮氧化矽所構成之組合中之一者及其任意之組合。
- 一種微型氣體感測器之製造方法,其係為一半導體式之氣體感測器,具有一基板、一介電層、一加熱元件、二電極及一感測層,其製造方法之特徵在於: 設置一金屬氧化物層於該加熱元件之上; 塗佈一含鑭化合物層於該金屬氧化物層上,共同形成一感測層;及 對該感測層進行退火處理,使該含鑭化合物層轉化形成一反應層。
- 如申請專利範圍第8項所述之微型氣體感測器之製造方法,其中該退火步驟,其退火溫度係為300℃~600℃。
- 如申請專利範圍第8項所述之微型氣體感測器之製造方法,其中該塗佈步驟係為旋轉塗佈或沉積塗佈。
- 如申請專利範圍第8項所述之微型氣體感測器之製造方法,其中該金屬氧化物層之材料係為選自於三氧化鎢、氧化鋅及二氧化錫所構成之組合中之一者。
- 如申請專利範圍第8項所述之微型氣體感測器之製造方法,其中含鑭化合物層之材料係為選自於氫氧化鑭及碳酸鑭所構成之組合中之一者。
- 一種微型氣體感測器之製造方法,其係為一半導體式之氣體感測器,具有一基板、一介電層、一加熱元件、二電極及一感測層,其製造方法之特徵在於: 設置一金屬氧化物層於該加熱元件之上; 形成一含金金屬層於該金屬氧化物層上,共同形成一感測層;及對該感測層進行退火處理,使該含金金屬層形成複數個奈米金點。
- 如申請專利範圍第13項所述之微型氣體感測器之製造方法,其中該退火步驟,其退火溫度係為300℃~600℃。
- 如申請專利範圍第13項所述之微型氣體感測器之製造方法,其中該形成步驟係為旋轉塗佈或物理氣相沉積鍍膜。
- 如申請專利範圍第13項所述之微型氣體感測器之製造方法,其中該金屬氧化物層之材料係為選自於三氧化鎢、氧化鋅及二氧化錫所構成之組合中之一者。
- 如申請專利範圍第13項所述之微型氣體感測器之製造方法,其中利用該製造方法所製備獲得之一微型氣體感測器係針對一氧化碳氣體進行感應偵測。
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