一種可回收重復(fù)制備的微瓦斯傳感器的制造方法
【專利摘要】一種可回收重復(fù)制備的微瓦斯傳感器,該微瓦斯傳感器的硅加熱器中間有散熱-支撐硅塊;硅懸臂的一端與硅微加熱器一側(cè)相連,硅懸臂的另一端與硅支座上的固定端連接;固定端設(shè)在硅支座的埋層氧化硅上,固定端的硅層內(nèi)設(shè)有摻雜硅層,金屬層通過氧化硅層的窗口與固定端的摻雜硅層相接觸構(gòu)成歐姆接觸;硅加熱器完全嵌入在催化劑載體中,催化劑載體貫穿于硅加熱器的中間,催化劑載體自身形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu);采用MEMS加工的用于煤礦井下檢測(cè)瓦斯?jié)舛鹊牡凸耐咚箓鞲衅鳎苽涔に嚺cCMOS工藝兼容,可批量生產(chǎn);該瓦斯傳感器可以回收后重復(fù)制備催化劑載體及催化劑,硅微傳感器使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、體積小、成本低。
【專利說明】 —種可回收重復(fù)制備的微瓦斯傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種微瓦斯傳感器,特別是一種可回收重復(fù)制備的微瓦斯傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前基于傳統(tǒng)鉬絲加熱的催化燃燒式瓦斯傳感器仍在煤礦井下廣泛應(yīng)用,但其功耗較大,不能很好的滿足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)低功耗瓦斯傳感器的應(yīng)用需求。而其它的瓦斯傳感器則無法適應(yīng)煤礦井下高濕度的環(huán)境,尤其是井下便攜裝備的應(yīng)用需求。
[0003]現(xiàn)有報(bào)道的微瓦斯傳感器,大多仍是采用金屬鉬作為加熱材料,加熱用的金屬鉬制作在硅支撐材料上,金屬鉬制作的加熱電阻同時(shí)也是測(cè)溫電阻,催化劑載體負(fù)載在支撐面上,由于制作的鉬電阻是薄層電阻、淀積鉬之前需要粘附性的材料,這些導(dǎo)致了鉬電阻的壽命較短,從而直接影響到了傳感器的壽命。傳統(tǒng)的催化燃燒式瓦斯傳感器,由于繞制使用的鉬絲直徑小、繞制后的鉬絲長(zhǎng)度有限,即使在溶解掉催化劑載體后也無法重新繞制,因此無法進(jìn)行重新制備,因此使用過后的傳感器只有被遺棄掉。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]技術(shù)問題:本實(shí)用新型的目的是提供一種可回收重復(fù)制備的微瓦斯傳感器,解決現(xiàn)有技術(shù)的熱催化燃燒式瓦斯傳感器等氣體傳感器無法通過重新制備催化劑載體與催化劑而延長(zhǎng)傳感器加熱元件使用時(shí)間、降低生產(chǎn)與使用成本的問題。
[0005]技術(shù)方案:本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該微瓦斯傳感器包括硅支座、固定端、對(duì)稱設(shè)置的硅懸臂、硅加熱器及催化劑載體;所述的硅加熱器較佳為圓環(huán)形,圓環(huán)形硅加熱器的中間較佳設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱內(nèi)伸的散熱-支撐娃塊;所述的娃支座包括娃襯底與設(shè)在硅襯底上的埋層氧化硅;所述的硅懸臂、硅加熱器均包括支撐硅層、設(shè)在支撐硅層外的氧化娃層;所述娃懸臂的一端與娃加熱器一側(cè)相連,另一端與娃支座上的固定端連接;所述固定端設(shè)在硅支座的埋層氧化硅上,固定端包括支撐硅層、設(shè)在支撐硅層外的氧化硅層、設(shè)在氧化娃層上的作為電引出焊盤Pad的金屬層,固定端的支撐娃層內(nèi)設(shè)有摻雜娃層,所述電引出焊盤Pad的金屬層通過氧化硅層的窗口與固定端的摻雜硅層相接觸以形成歐姆接觸;所述硅加熱器完全嵌入在催化劑載體中,尤其催化劑載體貫穿于硅加熱器的中間,催化劑載體是一個(gè)完整的整體結(jié)構(gòu)。
[0006]有益效果,本實(shí)用新型采用硅加熱器加熱催化劑載體,所述硅加熱器同時(shí)也是檢測(cè)溫度的元件,施加一定的電流或電壓到硅加熱器使催化劑達(dá)到所需的高溫工作狀態(tài),當(dāng)有瓦斯氣體與氧氣與工作狀態(tài)的傳感器接觸時(shí),發(fā)生放熱反應(yīng),傳感器溫度升高,導(dǎo)致其電壓或電流發(fā)生變化,檢測(cè)該電壓或電流的變化,即可獲知瓦斯的濃度。本實(shí)用新型的瓦斯傳感器可構(gòu)成惠斯通電橋檢測(cè)瓦斯?jié)舛龋?dāng)微瓦斯傳感器的催化劑性能降低或劣化后,利用微加熱器結(jié)構(gòu)及其在支撐板的引線定位,可以再制備催化劑載體與催化劑,重新獲得性能完好的瓦斯傳感器。有利于提高加熱器的電-發(fā)熱效率,其使用壽命長(zhǎng),該加熱器可重復(fù)使用;硅加熱器負(fù)載整體式的催化劑,即整體式的催化劑全面包裹加熱器,減少了加熱器的一個(gè)散熱路徑,從而高效地利用了加熱器的熱量,保證了低功耗的性能。所提供的微瓦斯傳感器,其制備方法可與CMOS工藝兼容,批量制作可降低成本、并提高一致性;傳感器的功耗低而靈敏度高,能夠滿足煤礦井下環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)對(duì)瓦斯傳感器的需求;尤為突出的是能回收后重新制備催化劑載體及催化劑。
[0007]優(yōu)點(diǎn):該微瓦斯傳感器降低了功耗并具有較高的靈敏度,能夠回收后重復(fù)制備催化劑載體及催化劑,相當(dāng)于延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命,降低了生產(chǎn)及使用成本、減少電子器件遺棄所造成的污染。同時(shí)還具有低功耗、微型化的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型的分立硅器件的俯視示意圖。
[0009]圖2為本實(shí)用新型的分立硅器件負(fù)載催化劑載體后的俯視示意圖。
[0010]圖3為本實(shí)用新型的分立硅器件負(fù)載催化劑載體后的主視示意圖。
[0011]圖4為本實(shí)用新型的微瓦斯傳感器或分立硅器件的固定端的剖視圖,即圖2中的A-A截面首I]視圖。
[0012]圖5為本實(shí)用新型的分立硅器件負(fù)載催化劑載體后的剖視圖,即圖2中的B-B截面剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0014]在圖1、圖2和圖3中,該微瓦斯傳感器包括:硅支座101、固定端102、對(duì)稱設(shè)置的硅懸臂103、硅加熱器104及催化劑載體106 ;所述的硅加熱器104較佳為圓環(huán)形,圓環(huán)形硅加熱器104的中間較佳設(shè)兩個(gè)對(duì)稱內(nèi)伸的散熱-支撐娃塊105 ;所述的娃支座101包括娃襯底11與設(shè)在硅襯底11上的埋層氧化硅12 ;所述的硅懸臂103、硅加熱器104均包括支撐娃層21、設(shè)在支撐娃層21外的氧化娃層23 ;所述娃懸臂103的一端與娃加熱器104 —側(cè)相連,另一端與娃支座101上的固定端102連接;所述固定端102設(shè)在娃支座101的埋層氧化硅12上,固定端102包括支撐硅層21、設(shè)在支撐硅層21外的氧化硅層23、設(shè)在氧化硅層23上的作為電引出焊盤Pad的金屬層22,固定端102的支撐硅層21內(nèi)設(shè)有摻雜硅層24,所述電引出焊盤Pad的金屬層22通過氧化硅層23的窗口與固定端的摻雜硅層24相接觸以形成歐姆接觸,如圖4所示;所述硅加熱器104完全嵌入在催化劑載體106中,尤其催化劑載體106貫穿于硅加熱器104的中間,催化劑載體106是一個(gè)完整的整體結(jié)構(gòu),如圖5所示。
【權(quán)利要求】
1.一種可回收重復(fù)制備的微瓦斯傳感器,其特征是:該微瓦斯傳感器包括硅支座(101)、固定端(102)、對(duì)稱設(shè)置的硅懸臂(103)、硅加熱器(104)及催化劑載體(106);所述娃加熱器(104)較佳為圓環(huán)形,圓環(huán)形娃加熱器(104)的中間較佳設(shè)有兩個(gè)對(duì)稱內(nèi)伸的散熱-支撐娃塊(105);所述娃支座(101)包括娃襯底(11)與設(shè)在娃襯底(11)上的埋層氧化娃(12);所述硅懸臂(103)、硅加熱器(104)均包括支撐硅層(21)、設(shè)在支撐硅層(21)外的氧化娃層(23);所述娃懸臂(103)的一端與娃加熱器(104) —側(cè)相連,另一端與娃支座(101)上的固定端(102)連接;所述固定端(102)設(shè)在娃支座(101)的埋層氧化娃(12)上,固定端(102)包括支撐硅層(21)、設(shè)在支撐硅層(21)外的氧化硅層(23)、設(shè)在氧化硅層(23)上的作為電引出焊盤Pad的金屬層(22),固定端(102)的支撐娃層(21)內(nèi)設(shè)有摻雜娃層(24),所述電引出焊盤Pad的金屬層(22)通過氧化硅層(23)的窗口與固定端的摻雜硅層(24)相接觸以形成歐姆接觸;所述硅加熱器(104)完全嵌入在催化劑載體(106)中,催化劑載體(106)貫穿于硅加熱器(104)的中間,為一個(gè)完整的整體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01N27/16GK203519541SQ201320600029
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】馬洪宇, 王文娟, 丁恩杰, 趙小虎, 程婷婷 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)