一种MEMS半导体气体传感器的制作方法

一种mems半导体气体传感器
技术领域
1.本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种mems半导体气体传感器。


背景技术：

2.mems传感器即微机电系统，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点，随着mems技术的快速发展，气体传感器也已向微型化、智能化、集成化和低功耗方向发展，采用mems技术制作的微结构气体传感器，将加热元件和敏感元件集成为一体，能极大提高气体传感器的灵敏度、可靠性和一致性。
3.现有专利(公开号cn215415161u)公开了一种mems半导体气体传感器，由下往上依次包括衬底层、支撑层、第一介电层和第二介电层；所述支撑层与第一介电层之间设有温度传感器，所述第一介电层与所述第二介电层之间设有微热源；所述第二介电层上设有传感电极，所述传感电极上方覆盖有气体敏感薄膜，整体结构集成度高、成本低、功耗低、控温精度高，通过高精度的温度控制来提高气体的选择性；通过精确的温度调节以及金叉指电极的运用实现对不同气体的高灵敏检测；通过中空部结构以及精确控制温度实现最大程度地降低功耗。
4.该一种mems半导体气体传感器，外部缺少有效的保护结构，然而mems半导体气体传感器的体积较小，精密程度较高，高处掉落易出现损坏的问题，且其不使用时，长期暴露在外部环境中，易出现因外部因素而造成的损坏问题，容易被灰尘、污水或者飞溅物侵入导致短路的问题，缩短了使用寿命，同时现有具有保护结构的mems半导体气体传感器其外壳不方便安装和拆卸，进而存在不方便维修的问题。
5.为此，有必要提供一种mems半导体气体传感器解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.本实用新型提供一种mems半导体气体传感器，解决了现有一种mems半导体气体传感器外部缺少有效的保护结构以及具有保护结构的mems半导体气体传感器其外壳不方便安装和拆卸而存在不方便维修的技术问题。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种mems半导体气体传感器，包括单晶硅基底、下支撑层、加热电极、绝缘层和敏感电极，所述单晶硅基底、下支撑层、加热电极、绝缘层和敏感电极的外部设置有防护结构，所述防护结构包括下壳体、上壳体、支撑杆和固定座。
8.优选的，所述防护结构还包括插杆、限位块和拉伸弹簧，所述下壳体与单晶硅基底的底部连接，所述支撑杆与上壳体的内壁连接，所述固定座与下壳体的内壁连接，所述插杆与下壳体和固定座插接，所述支撑杆的外壁开设有与插杆相适配的插槽，所述限位块与插杆远离支撑杆的一端连接，所述拉伸弹簧设置在下壳体和限位块之间，所述固定座的顶部开设有与支撑杆相适配的定位槽，通过设置下壳体和上壳体对单晶硅基底、下支撑层、加热
电极、绝缘层与敏感电极进行防护，避免碰撞受损的问题，通过设置支撑杆和固定座，方便下壳体和上壳体对接，并确保下壳体和上壳体之间存在一定间隙，方便检测气体，相关人员通过限位块将插杆远离支撑杆，通过设置并利用拉伸弹簧的弹性复位原理，从而方便将支撑杆固定在固定座内，确保了上壳体安装在下壳体上后的稳定性，进而安装和检修单晶硅基底、下支撑层、加热电极、绝缘层和敏感电极。
9.优选的，所述支撑杆和固定座的数量均为四个，通过设置四个支撑杆和固定座，对上壳体在下壳体上多点支撑，确保了上壳体与下壳体对接后的稳定性。
10.优选的，所述定位槽的内底壁安装有导向杆，所述支撑杆的底部开设有与导向杆相适配的导向槽，通过设置导向杆和导向槽，对支撑杆与固定座插接时，限位和导向，同时进一步提升了支撑杆在固定座内的稳定性。
11.优选的，所述上壳体的左侧开设有扣槽，通过设置扣槽，扩大了操作空间，方便安装和维修时，将限位块远离下壳体。
12.优选的，所述上壳体的顶部呈弧形结构，上壳体的上表面和下表面均为弧形，具有一定的安全性，其边角不易划伤装配者，同时具有一定的美观性。
13.与相关技术相比较，本实用新型提供的一种mems半导体气体传感器具有如下有益效果：
14.1、本实用新型中，通过设置下壳体和上壳体对单晶硅基底、下支撑层、加热电极、绝缘层与敏感电极进行防护，避免碰撞受损的问题，上壳体的上表面和下表面均为弧形，具有一定的安全性，其边角不易划伤装配者，同时具有一定的美观性，具有一定导流功能，使可能出现的微小水珠在上壳体的内壁上下滑至下壳体的外部，进而避免落入下壳体内而影响单晶硅基底、下支撑层、加热电极、绝缘层和敏感电极的使用寿命。
15.2、本实用新型中，通过设置支撑杆和固定座，方便下壳体和上壳体对接，并确保下壳体和上壳体之间存在一定间隙，方便检测气体，相关人员通过限位块将插杆远离支撑杆，通过设置并利用拉伸弹簧的弹性复位原理，从而方便将支撑杆固定在固定座内，确保了上壳体安装在下壳体上后的稳定性，进而安装和检修单晶硅基底、下支撑层、加热电极、绝缘层和敏感电极。
附图说明
16.图1为一种mems半导体气体传感器的整体结构示意图；
17.图2为一种mems半导体气体传感器的剖面结构示意图；
18.图3为一种mems半导体气体传感器中支撑杆的剖面结构示意图；
19.图4为图2中a处的结构放大图。
20.图中标号：1、单晶硅基底；2、下支撑层；3、加热电极；4、绝缘层；5、敏感电极；6、薄膜；7、下壳体；8、上壳体；9、支撑杆；10、固定座；11、定位槽；12、插杆；13、限位块；14、拉伸弹簧；15、导向杆；16、导向槽；17、扣槽；18、插槽。
具体实施方式
21.下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通
过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，如果有涉及到的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
23.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.实施例一，由图1-4给出，一种mems半导体气体传感器，包括单晶硅基底1、下支撑层2、加热电极3、绝缘层4和敏感电极5，单晶硅基底1、下支撑层2、加热电极3、绝缘层4和敏感电极5的外部设置有防护结构，防护结构包括下壳体7、上壳体8、支撑杆9和固定座10，防护结构还包括插杆12、限位块13和拉伸弹簧14，下壳体7与单晶硅基底1的底部连接，支撑杆9与上壳体8的内壁连接，固定座10与下壳体7的内壁连接，插杆12与下壳体7和固定座10插接，支撑杆9的外壁开设有与插杆12相适配的插槽18，限位块13与插杆12远离支撑杆9的一端连接，拉伸弹簧14设置在下壳体7和限位块13之间，固定座10的顶部开设有与支撑杆9相适配的定位槽11，对于上壳体8，其位于下壳体7的正上方，对于单晶硅基底1、下支撑层2、加热电极3、绝缘层4和敏感电极5，均位于下壳体7的内部，四个单晶硅基底1分别安装在下支撑层2底部的四角处，加热电极3安装在下支撑层2的顶部，绝缘层4安装在加热电极3的顶部，敏感电极5和薄膜6安装在绝缘层4的顶部，通过设置下壳体7和上壳体8对单晶硅基底1、下支撑层2、加热电极3、绝缘层4与敏感电极5进行防护，避免碰撞受损的问题，通过设置支撑杆9和固定座10，方便下壳体7和上壳体8对接，并确保下壳体7和上壳体8之间存在一定间隙，方便检测气体，相关人员通过限位块13将插杆12远离支撑杆9，通过设置并利用拉伸弹簧14的弹性复位原理，从而方便将支撑杆9固定在固定座10内，确保了上壳体8安装在下壳体7上后的稳定性，进而安装和检修单晶硅基底1、下支撑层2、加热电极3、绝缘层4和敏感电极5。
25.此外，对于单晶硅基底1，背面通过光刻、干法各向异性刻蚀工艺或湿法各向异性腐蚀工艺形成，具有易集成的优点，对于薄膜6，其内部一体成型有多种金属氧化物空心纳米结构的材料，提高了气体传感器的灵敏度。
26.实施例二，在实施例一的基础上，支撑杆9和固定座10的数量均为四个，通过设置四个支撑杆9和固定座10，对上壳体8在下壳体7上多点支撑，确保了上壳体8与下壳体7对接后的稳定性。
27.此外，对于支撑杆9，其内部一体成型有空腔，通过设置空腔，进一步减少了整体重量。
28.实施例三，在实施例一的基础上，定位槽11的内底壁安装有导向杆15，支撑杆9的底部开设有与导向杆15相适配的导向槽16，通过设置导向杆15和导向槽16，对支撑杆9与固定座10插接时，限位和导向，同时进一步提升了支撑杆9在固定座10内的稳定性。
29.此外，支撑杆9和固定座10的材质均为碳纤维材质，碳纤维材质拥具有质地轻、强度高、耐高温、耐腐蚀以及不易变形等特性，通过设置为碳纤维材质的支撑杆9和固定座10，不仅重量较轻，而且在面对很多极端环境时，还能保证其正常工作。
30.实施例四，在实施例一的基础上，上壳体8的左侧开设有扣槽17，上壳体8的顶部呈弧形结构，通过设置扣槽17，扩大了操作空间，方便安装和维修时，将限位块13远离下壳体7，上壳体8的上表面和下表面均为弧形，具有一定的安全性，其边角不易划伤装配者，同时具有一定的美观性。
31.此外，对于上壳体8，在上壳体8的内外温差较大而其内壁可能出现微小水珠时，其顶部的弧形结构，具有一定导流功能，使可能出现的微小水珠在上壳体8的内壁上下滑至下壳体7的外部，进而避免落入下壳体7内而影响单晶硅基底1、下支撑层2、加热电极3、绝缘层4和敏感电极5的使用寿命。
32.工作原理：mems传感器即微机电系统，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。
33.保护、安装和检修单晶硅基底1、下支撑层2、加热电极3、绝缘层4和敏感电极5时：
34.通过设置下壳体7和上壳体8对单晶硅基底1、下支撑层2、加热电极3、绝缘层4与敏感电极5进行防护，避免碰撞受损的问题，通过设置支撑杆9和固定座10，方便下壳体7和上壳体8对接，并确保下壳体7和上壳体8之间存在一定间隙，方便检测气体，相关人员通过限位块13将插杆12远离支撑杆9，通过设置并利用拉伸弹簧14的弹性复位原理，从而方便将支撑杆9固定在固定座10内，确保了上壳体8安装在下壳体7上后的稳定性，进而安装和检修单晶硅基底1、下支撑层2、加热电极3、绝缘层4和敏感电极5。
35.需要说明的是，在本文中，诸如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。
36.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。