丙酮?dú)饷魝鞲衅骷捌渲苽浞椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明提供了一種丙酮?dú)饷魝鞲衅?，包括：底座，底座包括鏤空結(jié)構(gòu)；支撐層，一側(cè)與底座的正面復(fù)合，且支撐層懸空地架設(shè)在鏤空結(jié)構(gòu)上；加熱電阻，設(shè)置在支撐層的另一側(cè)；絕緣層，復(fù)合在加熱電阻及支撐層的另一側(cè)；兩個(gè)電極，間隔地設(shè)置在絕緣層的遠(yuǎn)離支撐層一側(cè)的表面上；對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的敏感層，設(shè)置在絕緣層的外側(cè)，且兩個(gè)電極分別與敏感層的兩側(cè)連接。由于支撐層懸空地架設(shè)在鏤空結(jié)構(gòu)上，因此構(gòu)成了不含底座材料的多層膜結(jié)構(gòu)，有效降低了結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)，加熱電阻在低功率的情況下就能使敏感層溫度升至工作溫度，從而進(jìn)一步降低了丙酮?dú)饷魝鞲衅鞴?，使器件具有高集成度、低功耗的特點(diǎn)。
【專利說明】丙酮?dú)饷魝鞲衅骷捌渲苽浞椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種丙酮?dú)饷魝鞲衅骷捌渲苽浞椒ā?br>
【背景技術(shù)】
[0002]丙酮?dú)饷魝鞲衅骺稍卺t(yī)學(xué)診斷、食品檢測(cè)、公共安全等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用?，F(xiàn)有的丙酮?dú)饷魝鞲衅髦饕写呋紵絺鞲衅?、電化學(xué)傳感器以及半導(dǎo)體傳感器三類。其中，半導(dǎo)體傳感器因具有靈敏度高、相應(yīng)快、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。
[0003]半導(dǎo)體傳感器是利用氧化物半導(dǎo)體在高溫時(shí)與丙酮?dú)怏w相互作用，發(fā)生物理吸附、擴(kuò)散、化學(xué)吸附、解吸附、逆擴(kuò)散從而引起載流子數(shù)量增加，氧化物半導(dǎo)體電阻減少，夕卜部電信號(hào)相應(yīng)變化。目前關(guān)于丙酮半導(dǎo)體傳感器的研究主要分為兩個(gè)方向:采用旁熱式結(jié)構(gòu)對(duì)敏感材料進(jìn)行研究，以及采用微機(jī)電系統(tǒng)工藝對(duì)內(nèi)熱式結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究?，F(xiàn)有的內(nèi)熱式結(jié)構(gòu)受加工工藝的影響，保留有體硅結(jié)構(gòu)，由于硅具有較好的熱導(dǎo)性，會(huì)導(dǎo)致器件功耗增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種集成度高、低功耗的丙酮?dú)饷魝鞲衅骷捌渲苽浞椒ā?br> [0005]本發(fā)明提供了一種丙酮?dú)饷魝鞲衅?，包?底座，底座包括鏤空結(jié)構(gòu)；支撐層，一側(cè)與底座的正面復(fù)合，且支撐層懸空地架設(shè)在鏤空結(jié)構(gòu)上；加熱電阻，設(shè)置在支撐層的另一側(cè)；絕緣層，復(fù)合在加熱電阻及支撐層的另一側(cè)；兩個(gè)電極，間隔地設(shè)置在絕緣層的遠(yuǎn)離支撐層一側(cè)的表面上；對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的敏感層，設(shè)置在絕緣層的外側(cè)，且兩個(gè)電極分別與敏感層的兩側(cè)連接。
[0006]優(yōu)選地，敏感層是氧化物半導(dǎo)體，優(yōu)選地，可以是氧化鋅、氧化錫、或氧化鎢等材料、或在這些材料基礎(chǔ)上摻雜得到的材料，優(yōu)選地敏感層的厚度為0.1微米至I微米。
[0007]優(yōu)選地，支撐層是半導(dǎo)體介質(zhì)，優(yōu)選地可以是氮化硅、或氧化硅等，優(yōu)選地支撐層的厚度在0.1微米至I微米。
[0008]優(yōu)選地，加熱電阻是導(dǎo)體，優(yōu)選地可以是鉬、金、多晶硅等，優(yōu)選地加熱電阻的厚度在0.05微米至0.5微米。
[0009]優(yōu)選地，絕緣層是半導(dǎo)體介質(zhì)，優(yōu)選地可以是氮化硅、或氧化硅等，優(yōu)選地絕緣層的厚度在0.1微米至I微米。
[0010]優(yōu)選地，電極是金屬，優(yōu)選地可以是金、鉬等，優(yōu)選地電極的厚度在0.1微米至0.5微米。
[0011]優(yōu)選地，底座是指硅襯底。
[0012]本發(fā)明還提供了一種丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯闹苽浞椒?，包?在底座的正面淀積半導(dǎo)體介質(zhì)從而形成支撐層；在支撐層上淀積導(dǎo)體以形成加熱電阻；優(yōu)選地，將導(dǎo)體經(jīng)過光刻、刻蝕后形成多個(gè)線條形的加熱電阻；在加熱電阻上淀積半導(dǎo)體介質(zhì)以形成絕緣層；在絕緣層上淀積金屬以形成兩個(gè)電極；優(yōu)選地，電極是金屬，優(yōu)選地可以是金、鉬等，優(yōu)選地電極的厚度在0.1微米至0.5微米；在電極上淀積對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的氧化物半導(dǎo)體以形成敏感層；優(yōu)選地，敏感層是氧化物半導(dǎo)體，優(yōu)選地，可以是氧化鋅、氧化錫、或氧化鎢等材料、或在這些材料基礎(chǔ)上摻雜得到的材料，優(yōu)選地敏感層的厚度為0.1微米至I微米；在底座的背面通過淀積、光刻、刻蝕形成腐蝕窗口，通過腐蝕窗口背面腐蝕底座的體硅，以在底座上形成鏤空結(jié)構(gòu)，最終釋放得到懸空的不含體硅的多層膜結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選地，背面腐蝕是通過KOH濕法腐蝕或TMAH濕法腐蝕與XeF2干法刻蝕共同實(shí)現(xiàn)的。
[0014]優(yōu)選地，支撐層的淀積和絕緣層的淀積是通過化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)；優(yōu)選地，加熱電阻的淀積和電極的淀積是通過濺射、蒸發(fā)、電鍍中的一種或幾種實(shí)現(xiàn)的；優(yōu)選地，敏感層的淀積是通過濺射、蒸發(fā)、溶膠凝膠、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、噴霧熱解、激光燒結(jié)中的一種實(shí)現(xiàn)的。
[0015]由于采用了 KOH濕法腐蝕或TMAH濕法腐蝕與XeF2干法刻蝕相結(jié)合的背面腐蝕工藝，支撐層可懸空地架設(shè)在鏤空結(jié)構(gòu)上，因此構(gòu)成了不含體硅的多層膜結(jié)構(gòu)，有效降低了結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)，加熱電阻在低功率的情況下就能使敏感層溫度升至工作溫度，從而進(jìn)一步降低了丙酮?dú)饷魝鞲衅鞴?，使器件具有高集成度、低功耗的特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是底座及支撐層的仰視圖。
[0018]圖中，1、底座；2、支撐層；3、加熱電阻；4、絕緣層；5、電極；6、敏感層；7、鏤空結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種丙酮?dú)饷魝鞲衅骷捌渲苽浞椒?，利用不含體硅的多層膜結(jié)構(gòu)降低器件功耗，使器件具有高集成度、低功耗的特點(diǎn)。
[0020]請(qǐng)參考圖1，本發(fā)明提供了一種丙酮?dú)饷魝鞲衅?，可廣泛應(yīng)用在化工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，包括:底座1，底座I包括鏤空結(jié)構(gòu)7 ;支撐層2，一側(cè)與底座I的正面復(fù)合，且支撐層2懸空地架設(shè)在鏤空結(jié)構(gòu)7上；加熱電阻3，設(shè)置在支撐層2的另一側(cè)；絕緣層4，復(fù)合在加熱電阻3及支撐層2的另一側(cè)；兩個(gè)電極5，間隔地設(shè)置在絕緣層4的遠(yuǎn)離支撐層2 —側(cè)的表面上；對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的敏感層6，設(shè)置在絕緣層4的外側(cè)，且兩個(gè)電極5分別與敏感層6的兩側(cè)連接。優(yōu)選地，底座I是指硅襯底。
[0021 ] 當(dāng)本發(fā)明的丙酮?dú)饷魝鞲衅?，其加熱電?與外部電源相連，敏感層6通過兩根電極5與外部測(cè)試電路相連。當(dāng)加熱電阻3被通以電流后，加熱電阻3產(chǎn)生熱量，由支撐層2、加熱電阻3、絕緣層4、電極5、敏感層6構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)溫度升高，并達(dá)到敏感層6的工作溫度。敏感層6敏感丙酮?dú)怏w，敏感層6的電阻減小，外部測(cè)試電路讀出電學(xué)信號(hào)變化量，并進(jìn)一步通過后續(xù)的信號(hào)處理，將電學(xué)信號(hào)變化量對(duì)應(yīng)為丙酮?dú)怏w濃度信息。
[0022]由于支撐層2懸空地架設(shè)在鏤空結(jié)構(gòu)7上，因此構(gòu)成了不含體硅的多層膜結(jié)構(gòu)，有效降低了結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)，加熱電阻3在低功率的情況下就能使敏感層6溫度升至工作溫度，從而進(jìn)一步降低了丙酮?dú)饷魝鞲衅鞴?，使器件具有高集成度、低功耗的特點(diǎn)。
[0023]優(yōu)選地，敏感層6是氧化物半導(dǎo)體，優(yōu)選地，可以是氧化鋅、氧化錫、或氧化鎢等材料、或在這些材料基礎(chǔ)上摻雜得到的材料，優(yōu)選地敏感層6的厚度為0.1微米至I微米。
[0024]優(yōu)選地，支撐層2是半導(dǎo)體介質(zhì)，優(yōu)選地可以是氮化硅、或氧化硅等，優(yōu)選地支撐層2的厚度在0.1微米至I微米。
[0025]優(yōu)選地，加熱電阻3是導(dǎo)體，優(yōu)選地可以是鉬、金、多晶硅等，優(yōu)選地加熱電阻3的厚度在0.05微米至0.5微米，優(yōu)選地，高度在0.05微米至0.5微米。優(yōu)選地，本發(fā)明包括多個(gè)線條狀的加熱電阻3。
[0026]優(yōu)選地，絕緣層4是半導(dǎo)體介質(zhì)，優(yōu)選地可以是氮化硅、或氧化硅等，優(yōu)選地絕緣層4的厚度在0.1微米至I微米。
[0027]優(yōu)選地，電極5是金屬，優(yōu)選地可以是金、鉬等，優(yōu)選地電極5的厚度在0.1微米至0.5微米，優(yōu)選地，高度在0.1微米至0.5微米。
[0028]圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的底座鏤空結(jié)構(gòu)7示意圖。如圖2所示,底座I具有上下貫通的通孔，該通孔呈錐臺(tái)形，例如，可以為四棱錐形等。支撐層2蓋在通孔的上開口處。顯然，鏤空結(jié)構(gòu)7并不限于本實(shí)施例所示的結(jié)構(gòu)，也可以是利用微加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的其他結(jié)構(gòu)。
[0029]本發(fā)明還提供了一種丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯闹苽浞椒?，包?在底座I的正面淀積半導(dǎo)體介質(zhì)從而形成支撐層2 ;在支撐層2上淀積導(dǎo)體以形成加熱電阻3 ;優(yōu)選地，將導(dǎo)體經(jīng)過光刻、刻蝕后形成多個(gè)線條形的加熱電阻3 ;在加熱電阻3上淀積半導(dǎo)體介質(zhì)以形成絕緣層4 ;在絕緣層4上淀積金屬以形成兩個(gè)電極5 ;優(yōu)選地，電極5是金屬，優(yōu)選地可以是金、鉬等，優(yōu)選地電極5的厚度在0.1微米至0.5微米；在電極5上淀積對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的氧化物半導(dǎo)體以形成敏感層6 ;優(yōu)選地，敏感層6是氧化物半導(dǎo)體，優(yōu)選地，可以是氧化鋅、氧化錫、或氧化鎢等材料、或在這些材料基礎(chǔ)上摻雜得到的材料，優(yōu)選地敏感層6的厚度為0.1微米至I微米。
[0030]優(yōu)選地，方法還包括:在底座I的背面通過淀積、光刻、刻蝕形成腐蝕窗口，通過腐蝕窗口背面腐蝕底座I的體硅，以在底座I上形成鏤空結(jié)構(gòu)7，最終釋放得到懸空的不含體硅的多層膜結(jié)構(gòu)；優(yōu)選地，背面腐蝕是通過KOH濕法腐蝕或TMAH濕法腐蝕與XeF2干法刻蝕共同實(shí)現(xiàn)的。這樣，既能保證工藝過程中對(duì)氧化物半導(dǎo)體的正面保護(hù)，也能保證釋放后得到完整的多層膜結(jié)構(gòu)。
[0031]優(yōu)選地，支撐層2的淀積和絕緣層4的淀積是通過化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)；優(yōu)選地，力口熱電阻3的淀積和電極5的淀積是通過濺射、蒸發(fā)、電鍍中的一種或幾種實(shí)現(xiàn)的；優(yōu)選地，敏感層6的淀積是通過濺射、蒸發(fā)、溶膠凝膠、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、噴霧熱解、激光燒結(jié)中的一種實(shí)現(xiàn)的。
[0032]本發(fā)明中，對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的氧化物半導(dǎo)體易溶于酸和堿，因此采用濕法腐蝕與干法刻蝕相結(jié)合的工藝，既能保證工藝過程中對(duì)氧化物半導(dǎo)體的正面保護(hù)，也能保證釋放后得到完整的多層膜結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種丙酮?dú)饷魝鞲衅?，其特征在于，包? 底座(I)，所述底座(I)包括鏤空結(jié)構(gòu)(7)； 支撐層(2)，一側(cè)與所述底座(I)的正面復(fù)合，且所述支撐層(2)懸空地架設(shè)在所述鏤空結(jié)構(gòu)(7)上； 加熱電阻(3)，設(shè)置在所述支撐層(2)的另一側(cè)； 絕緣層(4)，復(fù)合在所述加熱電阻(3)及所述支撐層(2)的所述另一側(cè)； 兩個(gè)電極(5)，間隔地設(shè)置在所述絕緣層(4)的遠(yuǎn)離支撐層(2) —側(cè)的表面上； 對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的敏感層￠)，設(shè)置在所述絕緣層(4)的外側(cè)，且所述兩個(gè)電極(5)分別與所述敏感層￠)的兩側(cè)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅鳎涮卣髟谟?，所述敏感?6)是氧化物半導(dǎo)體，優(yōu)選地，可以是氧化鋅、氧化錫、或氧化鎢等材料、或在這些材料基礎(chǔ)上摻雜得到的材料，優(yōu)選地所述敏感層￠)的厚度為0.1微米至I微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅鳎涮卣髟谟?，所述支撐?2)是半導(dǎo)體介質(zhì)，優(yōu)選地可以是氮化硅、或氧化硅等，優(yōu)選地所述支撐層(2)的厚度在0.1微米至I微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅?，其特征在于，所述加熱電?3)是導(dǎo)體，優(yōu)選地可以是鉬、金、多晶硅等，優(yōu)選地加熱電阻(3)的厚度在0.05微米至0.5微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅鳎涮卣髟谟?，所述絕緣層(4)是半導(dǎo)體介質(zhì)，優(yōu)選地可以是氮化硅、或氧化硅等，優(yōu)選地所述絕緣層(4)的厚度在0.1微米至I微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅?，其特征在于，所述電極(5)是金屬，優(yōu)選地可以是金、鉬等，優(yōu)選地所述電極(5)的厚度在0.1微米至0.5微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的丙酮?dú)饷魝鞲衅?，其特征在于，所述底?I)是指硅襯底。
8.—種丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯闹苽浞椒?其特征在于,包括: 在底座(I)的正面淀積半導(dǎo)體介質(zhì)從而形成支撐層(2); 在所述支撐層(2)上淀積導(dǎo)體以形成加熱電阻(3);優(yōu)選地，將所述導(dǎo)體經(jīng)過光刻、刻蝕后形成多個(gè)線條形的所述加熱電阻(3)； 在所述加熱電阻(3)上淀積半導(dǎo)體介質(zhì)以形成絕緣層(4)； 在所述絕緣層(4)上淀積金屬以形成兩個(gè)電極(5);優(yōu)選地，所述電極(5)是金屬，優(yōu)選地可以是金、鉬等，優(yōu)選地所述電極(5)的厚度在0.1微米至0.5微米； 在所述電極(5)上淀積對(duì)丙酮?dú)怏w敏感的氧化物半導(dǎo)體以形成敏感層￠);優(yōu)選地，所述敏感層(6)是氧化物半導(dǎo)體，優(yōu)選地，可以是氧化鋅、氧化錫、或氧化鎢等材料、或在這些材料基礎(chǔ)上摻雜得到的材料，優(yōu)選地所述敏感層￠)的厚度為0.1微米至I微米； 在所述底座(I)的背面通過淀積、光刻、刻蝕形成腐蝕窗口，通過所述腐蝕窗口背面腐蝕所述底座(I)的體硅，以在所述底座(I)上形成鏤空結(jié)構(gòu)(7)，最終釋放得到懸空的不含體硅的多層膜結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述背面腐蝕是通過KOH濕法腐蝕或TMAH濕法腐蝕與XeF2干法刻蝕共同實(shí)現(xiàn)的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述支撐層(2)的淀積和所述絕緣層(4)的淀積是通過化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)；優(yōu)選地，所述加熱電阻(3)的淀積和所述電極(5)的淀積是通過濺射、蒸發(fā)、電鍍中的一種或幾種實(shí)現(xiàn)的；優(yōu)選地，所述敏感層出)的淀積是通過濺射、蒸發(fā)、溶膠凝膠、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、噴霧熱解、激光燒結(jié)中的一種實(shí)現(xiàn)的。
【文檔編號(hào)】G01N27/12GK104297303SQ201410621459
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】傅劍宇, 吳迪, 周博天, 袁野, 嚴(yán)胡勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院