TWI767241B - 氣體感測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種氣體感測裝置，包括一熱絕緣單晶基板、一感測器用以感測氣體的濃度及一加熱器用以提供氣體感測所需的溫度，該感測器及該加熱器都位於該熱絕緣單晶基板的第一表面。該感測器具有微結構以提高感測的準確度。
Description
本發明是有關一種氣體感測裝置，特別是關於一種加熱器及感測器在同一平面的氣體感測裝置。
圖1顯示傳統的氣體感測裝置10，其包括由矽12與二氧化矽14組成的基板、感測器16及加熱器(heater)18。目前固態金屬氧化物之氣體感測裝置10多製作成微機電樣式。氣體感測裝置10的製作過程是先以物理性鍍膜方式將金屬氧化物形成在二氧化矽14上以形成感測器16，感測器16是用以感測氣體的濃度，例如氧氣或氮氣的濃度。接著，為避免矽12將加熱器18提供的熱分散到其他地方，導致加熱器18的加熱效果變差，因此將感測器16下方的矽12去除，例如使用蝕刻方式去除矽12。最後再將加熱器18形成在感測器16的下方的二氧化矽14上，用以提供氣體感測所需的溫度。然而，傳統方式只能用低溫製程來形成感測器16，導致感測器16之品質受到限制，且無法應用於高溫環境監測。另一方面，受限於基板的材質，只能用鍍膜方式形成感測器16，導致感測器16的品質較差。此外，傳統的氣體感測裝置10需要將感測器16下方的基板挖空，導致氣體感測裝置10的機械結構較脆弱。
本發明的目的之一，在於提出一種加熱器及感測器在同一平面的氣體感測裝置。
本發明的目的之一，在於提出一種具有高品質感測器的氣體感測裝置。
本發明的目的之一，在於提出一種機械結構較強的氣體感測裝置。
根據本發明，一種氣體感測裝置包括一熱絕緣單晶基板、一感測器及加熱器。該感測器是藉由有機金屬化學氣相沉積形成在該熱絕緣單晶基板的第一表面上，故具有微結構可以更準確的感測氣體的濃度，而且有機金屬化學氣相沉積為高溫製程，這有助於提高該感測器的品質，也使得該感測器可應用於高溫環境監測。該加熱器在該熱絕緣單晶基板的第一表面上，用以提供氣體感測所需的溫度。由於熱絕緣單晶基板可以阻隔熱傳導，因此無需挖空該加熱器下方的熱絕緣單晶基板，使得該氣體感測裝置具有較強的機械結構。
10:氣體感測裝置
12:矽
14:二氧化矽
16:感測器
18:加熱器
20:氣體感測裝置
22:熱絕緣單晶基板
222:第一表面
224:第二表面
24:感測器
242:微結構
244:電極
246:電極
26:加熱器
262:電極
28:電路板
30:隔熱固晶
圖1顯示傳統的氣體感測裝置。
圖2顯示本發明的氣體感測裝置的實施例。
圖3顯示圖2中剖面線AA’位置的剖面圖。
圖4顯示圖2中感測器及加熱器的佈局的實施例。
圖5顯示本發明的氣體感測裝置的另一實施例。
圖2顯示本發明的氣體感測裝置20的實施例。圖3顯示圖2中剖面線AA’位置的剖面圖。在圖2及圖3中，氣體感測裝置20包括一熱絕緣單晶基板22、一感測器24及一加熱器26。熱絕緣單晶基板22可以是但不限於陶瓷基板，例如藍寶石(sapphire)基板。熱絕緣單晶基板22具有相對的第一表面222及第二表面224。感測器24及加熱器26都位於熱絕緣單晶基板22的第一表面222上，即感
測器24及加熱器26是位於同一平面。感測器24是透過有機金屬化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition；MOCVD)方式形成於熱絕緣單晶基板22上，由於MOCVD為磊晶成長(epitaxial growth)，因此感測器24形成後便具有微結構(micro-structure)242，無需額外的微結構製程來使感測器24形成微結構242。微結構242包括但不限於柱狀(columnar)結構，微結構242可以讓感測器24具有較佳的品質以更準確的感測氣體的濃度。此外，MOCVD為高溫製程，這不但有助於提高感測器24的品質，也使感測器24可應用於高溫環境監測。加熱器26圍繞在感測器24的周圍，以橫向熱傳導方式快速提供氣體感測所需的溫度，而且熱絕緣單晶基板22能阻隔熱傳導，因此無需挖空加熱器26下方的基板來隔絶導熱路徑，使得本發明的氣體感測裝置20具有較強的機械結構。
圖4顯示圖2中感測器24及加熱器26的佈局的實施例。在圖4中，感測器24包括二電極244及246分別連接電壓源的正端(+)及負端(-)，電極244及246之間的感測間距是可以改變的。加熱器26包括一電極262圍繞在感測器24的周圍，電極262的二端分別連接電壓源的正端(+)及負端(-)。
圖5顯示本發明的氣體感測裝置20的另一實施例。在圖5中，氣體感測裝置20同樣包括如圖3所示的熱絕緣單晶基板22、感測器24及加熱器26，此外，氣體感測裝置20還包括一電路板28及一隔熱固晶(die bond)30。電路板28上可以設置多個電路(圖中未示)，以執行各種功能。隔熱固晶30在熱絕緣單晶基板22的第二表面224及電路板28之間，用以將熱絕緣單晶基板22固定在電路板28上，隔熱固晶30能進一步防止加熱器26產生的熱，經熱絕緣單晶基板22傳遞到電路板28上。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技
術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由之後的申請專利範圍及其均等來決定。
20:氣體感測裝置
22:熱絕緣單晶基板
222:熱絕緣單晶基板的第一表面
224:熱絕緣單晶基板的第二表面
24:感測器
242:微結構
26:加熱器
Claims (7)
- 一種氣體感測裝置，包括：一熱絕緣單晶基板，具有一第一表面及一第二表面，其中該第二表面在該第一表面的背面；一感測器，在該第一表面上，用以感測氣體的濃度；以及一加熱器，在該第一表面上，用以提供氣體感測所需的溫度。
- 如請求項1的氣體感測裝置，其中該熱絕緣單晶基板為陶瓷基板。
- 如請求項1的氣體感測裝置，其中該熱絕緣單晶基板為藍寶石基板。
- 如請求項1的氣體感測裝置，其中該感測器是藉由有機金屬化學氣相沉積形成在該熱絕緣單晶基板上。
- 如請求項1的氣體感測裝置，其中該感測器具有微結構。
- 如請求項1的氣體感測裝置，其中該加熱器圍繞該感測器。
- 如請求項1的氣體感測裝置，更包括：一電路板；以及一隔熱固晶，在該第二表面及該電路板之間，用以將該熱絕緣單晶基板固定在該電路板上，並防止該加熱器產生的熱傳遞到該電路板上。
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