一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體及該芯體的制造方法
【專利摘要】一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體及該芯體的制造方法，屬于傳感器技術(shù)與制造領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有傳感器芯體穩(wěn)定性低和成本過高的問題。一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體，所述第一二氧化硅層和第二二氧化硅層分別固定在半導(dǎo)體層的兩側(cè)，所述半導(dǎo)體層上固定有第二二氧化硅層的一側(cè)開有空腔；第一二氧化硅層上開有凹槽，所述金屬敏感薄膜層固定在該凹槽內(nèi)；測溫電阻和加熱電阻均固定在第一二氧化硅層的表面。一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，在半導(dǎo)體層上利用干法濕法混合氧化形成二氧化硅層，并經(jīng)刻蝕除去部分二氧化硅以形成凹槽，然后濺射形成鈀金屬敏感薄膜層，用來測量氫氣濃度。本發(fā)明能夠廣泛用于氫氣濃度的檢測領(lǐng)域。
【專利說明】一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體及該芯體的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)與制造領(lǐng)域，尤其涉及一種氫氣傳感器芯體的制造方法。【背景技術(shù)】
[0002]氫氣傳感器芯體是氫氣傳感器的主要組件，主要用來檢測氫氣濃度，在石油化工生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域具有重要作用。常用的氫氣傳感器芯體有金屬氧化物半導(dǎo)體型、催化燃燒型、電化學(xué)型和光學(xué)型，然而這些類型的傳感器芯體由于穩(wěn)定性低和成本過高的問題，因此限制了使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有傳感器芯體穩(wěn)定性低和成本過高的問題，現(xiàn)提供一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體及該芯體的制造方法。
[0004]一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體，它包括:測溫電阻、金屬敏感薄膜層、加熱電
阻、半導(dǎo)體層、第一二氧化硅層和第二二氧化硅層；
[0005]所述第一二氧化硅層和第二二氧化硅層分別固定在半導(dǎo)體層的兩側(cè)，所述半導(dǎo)體層上固定有第二二氧化硅層的一側(cè)中心開有空腔；
[0006]第一二氧化硅層上開有凹槽，所述凹槽呈凹字形，所述金屬敏感薄膜層的形狀與凹槽的形狀完全相同，且該金屬敏感薄膜層嵌固在凹槽內(nèi)；
[0007]測溫電阻和加熱電阻均固定在第一二氧化硅層的表面，且位于金屬敏感薄膜層的兩側(cè)；其中測溫電阻位于金屬敏感薄膜層的凹口側(cè)，且該測溫電阻呈幾字形，該幾字形測溫電阻的凸起部分嵌入金屬敏感薄膜層的凹口內(nèi)。
[0008]一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，該方法包括以下步驟:
[0009]步驟一:將半導(dǎo)體層利用干法濕法混合氧化，在半導(dǎo)體層的上下表面分別形成第
一二氧化硅層和第二二氧化硅層；
[0010]步驟二:利用光刻腐蝕技術(shù)在步驟一獲得的第一二氧化硅層刻蝕出凹槽，利用光刻腐蝕技術(shù)在半導(dǎo)體層覆有第二二氧化硅層的一側(cè)中心刻蝕出空腔，在第一二氧化硅層上濺射形成測溫電阻和加熱電阻；
[0011]步驟三:在步驟二獲得的凹槽內(nèi)濺射形成金屬敏感薄膜層；獲得肖特基二極管氫氣傳感器芯體。
[0012]本發(fā)明所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體及該芯體的制造方法，在鈀和硅之間形成金屬半導(dǎo)體的肖特基勢壘，利用氫氣擴(kuò)散到金屬半導(dǎo)體界面而引起二極管1-V曲線漂移，最終達(dá)到檢測氫氣的目的。
[0013]本發(fā)明采用半導(dǎo)體工藝和微加工工藝制造的肖特基二極管氫氣傳感器芯體，具有檢測限低的特點(diǎn)，成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)，因而具有廣闊的生產(chǎn)及利用前景。
[0014]本發(fā)明所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體，采用鈀作為敏感層，具有良好的選擇性和穩(wěn)定性；加熱電阻和測溫電阻，能夠提高傳感器芯體的溫度適應(yīng)性。[0015]本發(fā)明所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，在半導(dǎo)體層上利用干法濕法混合氧化形成二氧化硅，并經(jīng)刻蝕除去部分二氧化硅以形成凹槽，然后濺射形成鈀金屬敏感薄膜層，用來測量氫氣濃度；所述測溫電阻和加熱電阻能夠進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0016]利用本發(fā)明所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法制作出來的肖特基二極管氫氣傳感器芯體，應(yīng)用到肖特基二極管氫氣傳感器中，能夠廣泛用于氫氣濃度的檢測領(lǐng)域，且所制備的肖特基二極管氫氣傳感器與傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器和催化燃燒氣體傳感器相比，不僅選擇性和靈敏度高，而且穩(wěn)定性提高了 60%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的軸測圖；
[0018]圖2為一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的剖面圖；
[0019]圖3為一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:參照圖1和圖2具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體，它包括:測溫電阻1、金屬敏感薄膜層2、加熱電阻3、半導(dǎo)體層4、第一二氧化硅層5-1和第二二氧化硅層5-2 ；
[0021]所述第一二氧化硅層5-1和第二二氧化硅層5-2分別固定在半導(dǎo)體層4的兩側(cè)，所述半導(dǎo)體層4上固定有第二二氧化硅層5-2的一側(cè)中心開有空腔6 ；
[0022]第一二氧化硅層5-1上開有凹槽，所述凹槽呈凹字形，所述金屬敏感薄膜層2的形狀與凹槽的形狀完全相同，且該金屬敏感薄膜層2嵌固在凹槽內(nèi)；
[0023]測溫電阻I和加熱電阻3均固定在第一二氧化硅層5-1的表面，且位于金屬敏感薄膜層2的兩側(cè)；其中測溫電阻I位于金屬敏感薄膜層2的凹口側(cè)，且該測溫電阻I呈幾字形，該幾字形測溫電阻I的凸起部分嵌入金屬敏感薄膜層2的凹口內(nèi)。
[0024]空腔6能夠減小傳感器的重量，提高傳感器的靈敏度。
[0025]測溫電阻I呈幾字形，能夠避免熱場效應(yīng)的影響，提高測溫電阻的性能。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述金屬敏感薄膜層2與第一二氧化硅層5-1上的凹槽之間設(shè)有鉻過渡層。
[0027]本實(shí)施方式中所增加的鉻過渡層能夠增強(qiáng)金屬敏感薄膜層2的粘附力，使其與第一二氧化硅層5-1之間更好的固定連接。
[0028]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體層4的材料為硅。
[0029]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述第一二氧化娃層5-1和第二二氧化娃層5-2的厚度均在IOOnm至300nm之間。
[0030]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述的測溫電阻I的厚度在90nm至IlOnm之間，電阻值在30 Ω至50Ω之間。[0031]本實(shí)施方式中，所述測溫電阻I的最優(yōu)厚度為IOOnm ；
[0032]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述的加熱電阻3的厚度在490nm至SlOnmi間，電阻值在3 Ω至10Ω之間。
[0033]本實(shí)施方式中，所述加熱電阻3的最優(yōu)厚度為500nm。
[0034]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】一所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述的金屬敏感薄膜層2的材料為鈀，金屬敏感薄膜層2的厚度在200nm至500nm之間。
[0035]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】二所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述鉻過渡層的厚度在40nm至50nm之間。
[0036]【具體實(shí)施方式】九:參照圖1、圖2和圖3具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，該方法包括以下步驟:
[0037]步驟一:將半導(dǎo)體層4利用干法濕法混合氧化，在半導(dǎo)體層4的上下表面分別形成第一二氧化硅層5-1和第二二氧化硅層5-2 ；
[0038]步驟二:利用光刻腐蝕技術(shù)在步驟一獲得的第一二氧化硅層5-1刻蝕出凹槽，利用光刻腐蝕技術(shù)在半導(dǎo)體層4覆有第二二氧化娃層5-2的一側(cè)中心刻蝕出空腔6,在第一二氧化硅層5-1上濺射形成測溫電阻I和加熱電阻3 ；
[0039]步驟三:在 步驟二獲得的凹槽內(nèi)濺射形成金屬敏感薄膜層2 ;獲得肖特基二極管氫氣傳感器芯體。
[0040]【具體實(shí)施方式】十:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】九所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，在步驟一之前對步驟一所述的半導(dǎo)體層4進(jìn)行清洗，所述清洗的過程為:
[0041]步驟一一:利用丙酮對半導(dǎo)體層4進(jìn)行清洗；
[0042]步驟一二:利用酒精對半導(dǎo)體層4進(jìn)行清洗；
[0043]步驟一三:利用HF溶液對半導(dǎo)體層4進(jìn)行清洗，然后將半導(dǎo)體層4甩干。
[0044]【具體實(shí)施方式】十一:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】九所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，在步驟三之前，在步驟二獲得的凹槽內(nèi)濺射形成鉻過渡層。
[0045]本實(shí)施方式中，所述增加的鉻過渡層能夠增強(qiáng)金屬敏感薄膜層2的粘附力。
[0046]【具體實(shí)施方式】十二:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】九或十所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體層4的材料為硅。
[0047]【具體實(shí)施方式】十三:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】九所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，步驟一所述第一二氧化硅層5-1和第二二氧化硅層5-2的厚度均在IOOnm至300nm之間。
[0048]【具體實(shí)施方式】十四:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】九所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，步驟二所述的測溫電阻I的厚度在90nm至IlOnm之間，電阻值在30 Ω至50 Ω之間。
[0049]本實(shí)施方式中，所述測溫電阻I的最優(yōu)厚度為IOOnm ；
[0050]【具體實(shí)施方式】十五:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】九所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，步驟二所述的加熱電阻3的厚度在490nm至510nm之間，電阻值在3Ω至10 Ω之間。
[0051]本實(shí)施方式中，所述加熱電阻3的最優(yōu)厚度為500nm。
[0052]【具體實(shí)施方式】十六:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】九所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，步驟三所述的金屬敏感薄膜層2的材料為鈀，金屬敏感薄膜層2的厚度在200nm至500nm之間。
[0053]【具體實(shí)施方式】十七:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】十一所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，所述鉻過渡層的厚度在40nm至50nm之間。
[0054]具體實(shí)施 方式十八:本實(shí)施方式是對【具體實(shí)施方式】九所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式中，濺射形成金屬敏感薄膜層2的濺射條件為:濺射氣壓在2Pa至4Pa之間，濺射功率在150W至300W之間，濺射溫度在200°C至300°C之間,派射時間在8min至12min之間。
[0055]本實(shí)施方式中，最優(yōu)派射時間為lOmin。
【權(quán)利要求】
1.一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體，其特征在于，它包括:測溫電阻(I)、金屬敏感薄膜層(2)、加熱電阻(3)、半導(dǎo)體層(4)、第一二氧化硅層(5-1)和第二二氧化硅層(5-2); 所述第一二氧化硅層(5-1)和第二二氧化硅層(5-2)分別固定在半導(dǎo)體層(4)的兩側(cè)，所述半導(dǎo)體層(4)上固定有第二二氧化硅層(5-2)的一側(cè)中心開有空腔(6)； 第一二氧化硅層(5-1)上開有凹槽，所述凹槽呈凹字形，所述金屬敏感薄膜層(2)的形狀與凹槽的形狀完全相同，且該金屬敏感薄膜層(2)嵌固在凹槽內(nèi)； 測溫電阻(I)和加熱電阻(3)均固定在第一二氧化硅層(5-1)的表面，且位于金屬敏感薄膜層2的兩側(cè)；其中測溫電阻(I)位于金屬敏感薄膜層(2)的凹口側(cè)，且該測溫電阻(I)呈幾字形，該幾字形測溫電阻(I)的凸起部分嵌入金屬敏感薄膜層(2 )的凹口內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體，其特征在于，所述金屬敏感薄膜層(2)與第一二氧化硅層(5-1)上的凹槽之間設(shè)有鉻過渡層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體，其特征在于，所述的測溫電阻(I)的厚度在90nm至IlOnm之間，電阻值在30Ω至50 Ω之間；所述的加熱電阻(3)的厚度在490nm至510nm之間，電阻值在3 Ω至10 Ω之間。
4.一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一:將半導(dǎo)體層(4)利用干法濕法混合氧化，在半導(dǎo)體層(4)的上下表面分別形成第一二氧化硅層(5-1)和第二二氧化硅層(5-2)； 步驟二:利用光刻腐蝕技術(shù)在步驟一獲得的第一二氧化硅層(5-1)表面刻蝕出凹槽，利用光刻腐蝕技術(shù)在半導(dǎo)體層(4)覆有第二二氧化硅層(5-2)的一側(cè)中心刻蝕出空腔(6)，在第一二氧化硅層(5-1)上濺射形成測溫電阻(I)和加熱電阻(3 ); 步驟三:在步驟二獲得的凹槽內(nèi)濺射形成金屬敏感薄膜層(2);獲得肖特基二極管氫氣傳感器芯體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，其特征在于，在步驟一之前對步驟一所述的半導(dǎo)體層(4)進(jìn)行清洗，所述清洗的過程為: 步驟一一:利用丙酮對半導(dǎo)體層(4)進(jìn)行清洗； 步驟一二:利用酒精對半導(dǎo)體層(4)進(jìn)行清洗； 步驟一三:利用HF溶液對半導(dǎo)體層(4)進(jìn)行清洗，然后將半導(dǎo)體層(4)甩干。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，其特征在于，在步驟三之前，在步驟二獲得的凹槽內(nèi)濺射形成鉻過渡層，所述鉻過渡層的厚度在40nm至50nm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體層(4)的材料為娃。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，其特征在于,步驟一所述第一二氧化硅層(5-1)和第二二氧化硅層(5-2)的厚度均在IOOnm至300nm之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，其特征在于，步驟三所述的金屬敏感薄膜層(2)的材料為鈀，金屬敏感薄膜層(2)的厚度在200nm至500nm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種肖特基二極管氫氣傳感器芯體的制造方法，其特征在于，濺射形成金屬敏感薄膜層(2)的濺射條件為:濺射氣壓在2Pa至4Pa之間，濺射功率在150W至300W之間，濺 射溫度在200°C至300°C之間，濺射時間在8min至12min之間。
【文檔編號】H01L27/02GK103779350SQ201410064220
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】金鵬飛, 孫延玉, 程振乾, 李慧穎, 祁欣, 郝偉東, 范樹新, 付志豪, 周明軍, 張洪泉 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所