微机电系统半导体气体传感器及其制备方法与流程

本申请涉及气体传感器领域，特别是涉及一种微机电系统半导体气体传感器及其制备方法。

背景技术：

1、mems（微机电系统）半导体气体传感器的快速发展，推动气敏材料成膜工艺从传统厚膜涂覆向硅基微型化、晶圆级、cmos兼容方向升级。为适配微热板结构与低功耗、高一致性的要求，成膜技术由早期旋涂、喷涂等溶液法，逐步发展为喷墨打印、丝网印刷等图案化工艺，并进一步向磁控溅射、化学气相沉积（cvd）、原子层沉积（ald）等气相沉积方向演进。其中，原子层沉积（ald）凭借原子级厚度控制、高均匀性与台阶覆盖优势，已成为高端芯片的核心成膜技术。近年来，原位水热生长、电纺丝等复合成膜方式不断涌现，在提升敏感膜比表面积与稳定性的同时，实现了与mems工艺的深度融合，有力支撑了高精度、低功耗气体传感在锂电池安全、环境监测等领域的规模化应用。

2、传统是采用包括溶液法和气相沉积法在mems上形成对应气敏材料。但是溶胶-凝胶旋涂、喷涂等传统溶液法成膜工艺多依赖手动或半手动操作，在mems微热板等微小结构上难以实现均匀覆盖，所制备的气敏薄膜存在膜厚偏差大、表面形貌粗糙、微观结构不均匀等问题，在后续高温退火过程中易出现龟裂、翘曲、脱落等缺陷，批次间重复性差、一致性难以保证，仅适用于实验室小批量样品制备，无法满足工业化量产要求。磁控溅射、物理气相沉积（pvd）等气相沉积技术虽在膜层均匀性与附着力上有所提升，但需在高真空环境下进行，设备投入高、工艺流程复杂、前处理与沉积周期长，且对三维微结构的台阶覆盖能力有限，难以兼顾高比表面积与批量生产效率。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种成膜均匀一致、工艺周期短且适用于批量生产的微机电系统半导体气体传感器及其制备方法。

2、本申请提供一种微机电系统半导体气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

3、混合金属氧化物半导体气敏材料、粘合剂以及分散剂，进行至少一次研磨，制备浆料；

4、提供掩膜板，所述掩膜板上设置有多个与微机电系统传感器的尺寸对应的凹槽，于每个所述凹槽中放入一个微机电系统传感器；

5、提供滴涂装置，所述滴涂装置设置有多个与所述凹槽位置对应的针头，将所述浆料由所述针头滴涂至所述凹槽中的所述微机电系统传感器的表面，烘干。

6、在其中一个实施例中，每次研磨的条件各自独立地包括以下一个或两个条件：

7、（1）研磨转速为800rpm~1500rpm；

8、（2）研磨时间为10min~45min。

9、在其中一个实施例中，所述浆料还包括溶剂，所述浆料中包括质量比为（3~15）:（0.5~3）:（0.5~3）:（80~96）的所述金属氧化物半导体气敏材料、所述粘合剂、所述分散剂以及所述溶剂。

10、在其中一个实施例中，所述金属氧化物半导体气敏材料包括二氧化锡。

11、在其中一个实施例中，所述粘合剂包括玻璃粉、环氧树脂以及聚乙二醇中的一种或多种。

12、在其中一个实施例中，所述分散剂包括乙基纤维素、柠檬酸以及聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

13、在其中一个实施例中，所述溶剂包括异丙醇、甲醇、松油醇、乙醇以及水中的一种或多种。

14、在其中一个实施例中，滴涂的条件满足以下一个或多个条件：

15、（1）滴涂速度0.5mm/s~1.5mm/s；

16、（2）滴涂时间为100ms~200ms；

17、（3）滴涂气压为0.8kpa~1.2kpa。

18、在其中一个实施例中，烘干满足以下一个或两个条件：

19、（1）烘干温度为50℃~80℃；

20、（2）烘干时间为5min~15min。

21、本申请还提供一种微机电系统半导体气体传感器，按照上述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法制得的。

22、本申请提供的微机电系统半导体气体传感器的制备方法通过掩膜板定位配合滴涂工艺，可实现多个微机电系统传感器的同步成膜，全过程耗时短、操作简便且参数易调控，有效保证了多器件间膜层形貌、厚度及传感性能高度统一，满足微机电系统半导体气体传感器小批量试制及规模化生产需求。

1.一种微机电系统半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，每次研磨的条件各自独立地包括以下一个或两个条件：

3.根据权利要求1所述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述浆料还包括溶剂，所述浆料中包括质量比为（3~15）:（0.5~3）:（0.5~3）:（80~96）的所述金属氧化物半导体气敏材料、所述粘合剂、所述分散剂以及所述溶剂。

4.根据权利要求3所述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物半导体气敏材料包括二氧化锡。

5.根据权利要求3所述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述粘合剂包括玻璃粉、环氧树脂以及聚乙二醇中的一种或多种。

6.根据权利要求3所述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括乙基纤维素、柠檬酸以及聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

7.根据权利要求3所述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括异丙醇、甲醇、松油醇、乙醇以及水中的一种或多种。

8.根据权利要求1~7任一项所述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，滴涂的条件满足以下一个或多个条件：

9.根据权利要求1~7任一项所述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法，其特征在于，烘干满足以下一个或两个条件：

10.一种微机电系统半导体气体传感器，其特征在于，按照权利要求1~9任一项所述的微机电系统半导体气体传感器的制备方法制得的。