本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)中的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝制造領(lǐng)域，具體涉及一種單片集成的MEMS氣體傳感器。

背景技術(shù)：

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為集成化、低功耗、低成本的氣體傳感器帶來了廣泛的應(yīng)用需求。工業(yè)和日常生活中實(shí)現(xiàn)對危險(xiǎn)品氣體，諸如CO，CO2，NO，NO2，CH4的高靈敏檢測，可以避免其泄露對社會(huì)財(cái)產(chǎn)和公共安全造成的巨大危害。在提高傳感器探測性能和便攜性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)多種氣體同時(shí)檢測，滿足物聯(lián)網(wǎng)、復(fù)雜環(huán)境對多氣體傳感器的發(fā)展需求。氣體傳感器隨MEMS和CMOS技術(shù)的發(fā)展，得以實(shí)現(xiàn)紅外光學(xué)氣體檢測系統(tǒng)的微型化，與傳統(tǒng)氣體傳感器相比較，在穩(wěn)定性、功耗、靈敏度、可靠性、使用壽命、極快的響應(yīng)恢復(fù)及成本等方面，都有顯著的優(yōu)勢。

Rae System公司于2002年提出將分立的紅外光源、探測器、氣室集成在一個(gè)TO5管殼中作為小型化的紅外氣體傳感器，并且能夠用于檢測碳?xì)浠衔?、二氧化碳、一氧化碳和一氧化氮?dú)怏w濃度，但是并未實(shí)現(xiàn)多種氣體同時(shí)檢測，多種氣體進(jìn)行檢測前需分離，增加了檢測的復(fù)雜度和成本。

目前氣體傳感器在生產(chǎn)過程中，針對感應(yīng)氣體進(jìn)行特制，每種傳感器只能感應(yīng)一種或幾種氣體，感應(yīng)范圍窄，如果需要感應(yīng)更多氣體，則需要購買多個(gè)性能好的氣體傳感器，增加使用成本，造成不必要的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種可同時(shí)檢測多種氣體的單片集成的MEMS氣體傳感器。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種單片集成的MEMS氣體傳感器，包括含有讀出電路的襯底，所述襯底上依次設(shè)有碳化硅層、二氧化硅薄膜、絕緣層，所述絕緣層上設(shè)有若干個(gè)均勻分布的加熱電極，所述加熱電極貫穿所述碳化硅層、二氧化硅薄膜、絕緣層的連接金屬與所述襯底中的讀出電路電連接，所述兩相鄰加熱電極上依次設(shè)有熱敏層、氣體敏感層和氣敏型金屬氧化物薄膜(當(dāng)加熱電極有8個(gè)時(shí)，熱敏層、氣體敏感層和氣敏型金屬氧化物薄膜分別有4個(gè))，所述熱敏層與所述加熱電極電連接，所述氣體敏感層上的氣敏型金屬氧化物薄膜材質(zhì)不同或相同，所述兩兩相鄰的加熱電極中間有間隙。

進(jìn)一步，所述襯底、碳化硅層、二氧化硅薄膜、絕緣層、加熱電極、熱敏層及氣體敏感層之間分別通過粘結(jié)層(圖中未畫出)相連接。

進(jìn)一步，所述襯底上蝕刻有隔熱腔。

進(jìn)一步，所述碳化硅層、二氧化硅薄膜、絕緣層設(shè)有垂直的通孔，所述連接金屬通過所述通孔與所述襯底上的讀出電路連接。

進(jìn)一步，所述氣體敏感層材料為二氧化錫或三氧化鎢。

進(jìn)一步，所述熱敏層為硅或鍺摻雜的聚乙烯薄膜或摻雜Al的聚乙烯薄膜。

進(jìn)一步，所述連接金屬為Al、Cu或鎢、TiN。

進(jìn)一步，所述粘結(jié)層為Cr金屬薄膜或Ti/Cr合金薄膜。

本發(fā)明的有益效果是：

1.該MEMS氣體傳感器可以采用標(biāo)準(zhǔn)工藝制作，能夠與處理電路單片集成，處理電路包括熱板溫度控制、信號處理等，通過CMOS工藝可以實(shí)現(xiàn)集成化及智能化。使用該方法不僅縮小了氣體傳感器的體積，也極大地減小了氣體傳感器的制造成本。

2.不同的氣敏型金屬氧化物薄膜吸收不同的氣體，經(jīng)紅外照射后，吸收不同氣體的薄膜溫度發(fā)生改變，能夠同時(shí)檢測多種氣體，靈敏度高，減小多種氣體檢測的成本。

3.使用MEMS工藝制作該氣體傳感器，可以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，能夠廣泛應(yīng)用于工業(yè)、家居、環(huán)境檢測和消費(fèi)電子領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中單片集成的MEMS氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

在附圖中，各標(biāo)號所表示的部件名稱列表如下：1、包含讀出電路的襯底，2、碳化硅層，3、二氧化硅薄膜，4、絕緣層，5、加熱電極，6、連接金屬，7、熱敏層，8、氣體敏感層，9、氣敏型金屬氧化物薄膜，10、隔熱腔。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種單片集成的MEMS氣體傳感器，包括含有讀出電路的襯底1，所述襯底1上依次設(shè)有碳化硅層2、二氧化硅薄膜3、絕緣層4，所述絕緣層4上設(shè)有若干個(gè)均勻分布的加熱電極5，所述加熱電極5貫穿所述碳化硅層2、二氧化硅薄膜3、絕緣層4的連接金屬6與所述襯底1中的讀出電路電連接，所述兩相鄰加熱電極5上依次設(shè)有熱敏層7、氣體敏感層8和氣敏型金屬氧化物薄膜9(當(dāng)加熱電極有8個(gè)時(shí)，熱敏層、氣體敏感層和氣敏型金屬氧化物薄膜分別有4個(gè)，如圖1所示)，所述熱敏層7與所述加熱電極5電連接，所述氣體敏感層上的氣敏型金屬氧化物薄膜9材質(zhì)不同或相同，兩兩相鄰的所述加熱電極5中間有間隙。

所述襯底1上蝕刻有隔熱腔10。

所述碳化硅層2、二氧化硅薄膜3、絕緣層4設(shè)有垂直的通孔，所述連接金屬6通過所述通孔與所述襯底1上的讀出電路連接。

所述氣體敏感層8材料為二氧化錫或三氧化鎢。

所述熱敏層7為硅或鍺摻雜的聚乙烯薄膜或摻雜Al的聚乙烯薄膜。

所述連接金屬6為Al、Cu或鎢、TiN。

本發(fā)明的工作原理如下：

當(dāng)氣體流經(jīng)氣體傳感器時(shí)，不同的氣敏型金屬氧化物薄膜9吸收不同的氣體，經(jīng)紅外照射后，吸收不同氣體的薄膜9溫度發(fā)生改變。同時(shí)引起熱敏電阻的電阻改變，通過加熱電極5和貫穿碳化硅層、二氧化硅薄膜、絕緣層的連接金屬6將溫度改變信號傳送到襯底1中的讀出電路中，通過數(shù)據(jù)分析處理得到吸收的各個(gè)氣體的成分。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。