專利名稱：氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器，特別涉及一種氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。
背景技術(shù)：
氣體傳感器是用于檢測某種特定氣體存在的傳感設(shè)備，如檢測一氧化碳、二氧化硫及乙醇等氣體。其中，氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器的原理是采用氧化物半導(dǎo)體材料為傳感膜材料，基于氣體在該材料顆粒表面的吸附可導(dǎo)致材料載流子濃度發(fā)生相應(yīng)的變化，從而改變該材料的電導(dǎo)率。當傳感材料較為疏松，材料微粒之間存在一定空隙時，將有利于被測氣體的吸附。因此，傳感膜的疏松性成為影響此類氣體傳感器的響應(yīng)速度及靈敏度的重要因素之一。
傳統(tǒng)氣體傳感器一般由粉末狀氧化物半導(dǎo)體材料經(jīng)燒結(jié)而制成。例如，1992年4月11日公告的編號為182029的臺灣專利，揭示一種氣體傳感器及其制造方法。其中，該氣體傳感器通過將一有機金屬溶液旋轉(zhuǎn)成膜于緩沖層上，再經(jīng)800℃燒結(jié)，制成金屬氧化物的傳感膜。但是，在燒結(jié)制程中，通常會因為燒結(jié)溫度較高，導(dǎo)致材料微粒之間的空隙結(jié)構(gòu)消失，使制得的傳感膜的疏松性降低，從而不利于被測氣體吸附，降低氣體傳感器的靈敏度。有鑒于此，提供一種具有良好疏松性的傳感膜的氣體傳感器實為必要。

發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)高溫制程后傳感膜的疏松性較低而影響傳感器靈敏度的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好疏松性的傳感膜的氣體傳感器。該種氣體傳感器的傳感膜在制備過程中，可避免因高溫?zé)Y(jié)結(jié)塊而減少微粒之間的空隙結(jié)構(gòu)。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種氣體傳感器，包括一絕緣基底；形成于絕緣基底上的至少兩個電極；一形成于絕緣基底的傳感膜，該傳感膜包括傳感微粒，并且至少覆蓋于兩電極的表面。其中，至少一個電極形成有若干分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)，其分別容納有傳感微粒。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明進一步提供另一種氣體傳感器，包括一絕緣基底；形成于絕緣基底的至少兩個電極層；一形成于絕緣基底的傳感膜，該傳感膜包括傳感微粒，并且至少覆蓋于兩電極層的表面。其中，絕緣基底包括若干分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)，至少一電極層覆蓋于該容納結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁，至少部分傳感微粒容納于該分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明對絕緣基底或電極進行加工，使其形成若干分隔的容納結(jié)構(gòu)，并由此在電極與傳感膜的接觸部相應(yīng)形成若干容納空間，用以收容傳感微粒。利用絕緣基底或電極的基材所提供的分隔，增加傳感微粒的分散度，使傳感微粒之間的空隙得以保留，確保經(jīng)高溫制程后傳感膜仍具備較高的疏松性，并能增加被測氣體的流通率，進一步增加氣體傳感器的靈敏度。

圖1為本發(fā)明第一實施方式的氣體傳感器的示意圖；圖2為圖1所示氣體傳感器電極的局部放大示意圖；圖3為本發(fā)明第二實施方式的氣體傳感器的示意圖；圖4為圖3所示氣體傳感器電極的局部放大示意圖。
具體實施方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
請一并參閱圖1及圖2，本發(fā)明第一實施例的氣體傳感器3，其包括絕緣基底31；形成于絕緣基底31表面的兩電極33、35；形成于絕緣基底31及兩電極33、35表面的傳感膜37，該傳感膜37包括傳感微粒372。其中，電極33、35上形成若干分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)332、352，其分別容納有傳感微粒372。
絕緣基底31可為一薄板或膜層，通常由絕緣性能好的材料制成，如石英、陶瓷或氮化硅等。另外，氣體傳感器3一般需要加熱到一定溫度才能進行良好檢測，所以絕緣基底31的材料又以同時具備良好的熱導(dǎo)性為佳。
電極33、35形成于絕緣基底31表面。電極33、35可由鉑(Pt)、金(Au)或其合金等材料通過沉積法或濺鍍法按預(yù)定圖案形成于絕緣基底31表面，所形成的電極膜層以厚膜為佳，厚度可為400～7000納米。另外，電極33、35還可配置電極導(dǎo)線，而且電極的數(shù)量、圖案及厚度還可根據(jù)實際需要加以改變。
電極33、35包括若干分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)332、352，可為微孔、凹槽或溝道等結(jié)構(gòu)。該容納結(jié)構(gòu)332、352用于提供容納部分傳感微粒372的容納空間，且相鄰容納空間之間由電極提供的阻隔(未標示)相隔開。容納結(jié)構(gòu)332、352可通過蝕刻或光刻等方法形成于電極33、35。但必須注意的是，該容納結(jié)構(gòu)的數(shù)量及形狀不以本實施例所示為限。
在本實施方式中，容納結(jié)構(gòu)332、352為微孔結(jié)構(gòu)，其孔徑R約為傳感微粒372的粒徑2～3倍，其深度H1約為孔徑R的10倍。傳感微粒372較為均勻地分布于各容納結(jié)構(gòu)332、352的內(nèi)。若干相鄰傳感微粒372之間形成一定的空隙，用以提供被檢測氣體的吸附容納空間，增大氣體與傳感微粒372接觸的表面積。而從整體上看，傳感微粒372也同時分散收容于若干容納結(jié)構(gòu)332、352之內(nèi)，使其分散度增大，確保傳感微粒372之間的空隙。
傳感膜37主要由傳感微粒372構(gòu)成，材料一般為氧化物半導(dǎo)體材料，如氧化錫(SnO2)、氧化鎢(WO3)和氧化鋅(ZnO2)等。傳感微粒372的粒徑因其加工工藝不同而不同，其較佳范圍為5-100納米。傳感膜37可通過溶膠-凝膠法、濺鍍法或沉積法形成于絕緣基底31上，并包覆于電極33、35。故，傳感微粒372于電極33、35的容納結(jié)構(gòu)332、352之內(nèi)亦有分布。
當然，傳感膜37的材料、厚度和構(gòu)造還可根據(jù)實際需要加以改變，傳感膜37也可部分包覆電極33、35，傳感微粒372也可僅分布于部分容納結(jié)構(gòu)332、352內(nèi)或各容納結(jié)構(gòu)332、352的部分容納空間內(nèi)，而不可以本具體實施方式
加以限縮。
請一并參閱圖3及圖4，本發(fā)明第二實施例的氣體傳感器4，包括絕緣基底41；形成于絕緣基底41表面的兩電極43、45；形成于絕緣基底41及兩電極43、45表面的傳感膜47，該傳感膜47包括傳感微粒472。其中，絕緣基底41包括若干分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)412，電極43、45覆蓋于容納結(jié)構(gòu)412的內(nèi)壁，部分傳感微粒472容納于該分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)412之內(nèi)。
在本實施方式中，形成于絕緣基底41的容納結(jié)構(gòu)412為溝道結(jié)構(gòu)，包括一由絕緣基底41提供的內(nèi)壁。電極43、45通過鍍膜方式形成于絕緣基底41表面，并同時覆蓋于若干容納結(jié)構(gòu)412的內(nèi)壁。由此形成的電極層以薄膜為佳，其厚度可在100～300納米。傳感膜47形成于絕緣基底41表面，并覆蓋電極43、45表面。部分傳感微粒472則由此分布于容納結(jié)構(gòu)412之內(nèi)。因為容納結(jié)構(gòu)412的內(nèi)壁覆有電極層，所以容納結(jié)構(gòu)412提供的容納空間的形狀、大小相應(yīng)改變。該容納空間的寬度B約為傳感微粒472的粒徑的2～3倍，其深度H2約為寬度B的10倍。當然，電極層也可能僅覆蓋某一容納結(jié)構(gòu)412的部分內(nèi)壁，而不應(yīng)以本實施方式加以限縮。
相對于第一實施例的氣體傳感器3，其主要不同在于在絕緣基底41上形成若干分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)412，由此間接形成電極43、45與傳感膜47的接觸部分的容納結(jié)構(gòu)，用于收容部分傳感微粒472。
另外，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員應(yīng)該知道，本發(fā)明提供的氣體傳感器包括厚膜型及薄膜型，視傳感膜的加工工藝而定。本發(fā)明提供的氣體傳感器還可配以一個或多個加熱裝置，該加熱裝置可形成于絕緣基底的下端，與電極相對。檢測時，該加熱裝置用于提高反應(yīng)溫度，加速被測氣體于傳感微粒表面的吸附過程。
本發(fā)明對絕緣基底或電極進行加工，使其形成有若干分隔的容納結(jié)構(gòu)，并由此在電極與傳感膜的接觸部相應(yīng)形成若干容納空間，用以收容傳感微粒。利用絕緣基底或電極的基材所提供的分隔，增加傳感微粒的分散度，使傳感微粒之間的空隙得以保留，確保經(jīng)高溫制程后傳感膜仍具備較高的疏松性，并能增加被測氣體的流通率，進一步增加氣體傳感器的靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器，包括一絕緣基底；形成于絕緣基底上的至少兩個電極；一形成于絕緣基底的傳感膜，該傳感膜包括傳感微粒，并且至少覆蓋于兩電極的表面，其特征在于至少一個電極形成有若干分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)，該容納結(jié)構(gòu)至少容納部分傳感微粒。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，上述傳感微粒的組成包括氧化錫、氧化鎢或氧化鋅。
3.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，上述傳感微粒粒徑范圍為5～100納米。
4.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，上述容納結(jié)構(gòu)為微孔結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的氣體傳感器，其特征在于，上述微孔的孔徑為上述傳感微粒粒徑的2～3倍。
6.如權(quán)利要求5所述的氣體傳感器，其特征在于，上述微孔的深度為上述微孔孔徑的10倍。
7.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，上述容納結(jié)構(gòu)為溝道結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的氣體傳感器，其特征在于，上述溝道的平均寬度為上述傳感微粒粒徑的2～3倍。
9.如權(quán)利要求7所述的氣體傳感器，其特征在于，上述溝道的深度為上述溝道平均寬度的10倍。
10.如權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，上述氣體傳感器進一步包括一加熱裝置，該加熱裝置形成于與上述電極相對的上述絕緣基底的另一端。
11.一種氣體傳感器，包括一絕緣基底；形成于絕緣基底的至少兩個電極層；一形成于絕緣基底的傳感膜，該傳感膜包括傳感微粒，并且至少覆蓋于兩個電極層的表面，其特征在于絕緣基底包括若干分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)，至少一個電極層覆蓋于該容納結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁，至少部分傳感微粒容納于該分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的氣體傳感器，其特征在于，上述容納結(jié)構(gòu)為微孔結(jié)構(gòu)或溝道結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求11所述的氣體傳感器，其特征在于上述氣體傳感器進一步包括一加熱裝置，該加熱裝置形成于與上述電極層相對的上述絕緣基底的另一端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氣體傳感器，包括一絕緣基底；形成于絕緣基底上的至少兩個電極；一形成于絕緣基底的傳感膜，該傳感膜包括傳感微粒，并且至少覆蓋于兩電極的表面。其中，至少一個電極形成有若干分隔設(shè)置的容納結(jié)構(gòu)，其分別容納有傳感微粒。本發(fā)明利用電極基材提供分隔，解決現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)高溫制程后傳感膜疏松性降低的問題，增加氣體傳感器的靈敏度。
文檔編號G01N27/30GK1590998SQ0314047
公開日2005年3月9日 申請日期2003年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月6日
發(fā)明者黃文正, 黃全德 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司