MEMS气体传感器和提高MEMS气体传感器稳定性的方法与流程

本申请涉及一种mems气体传感器和提高mems气体传感器稳定性的方法，属于传感器技术领域。

背景技术：

气体传感器是mems(microelectromechanicalsystems，微机系统)传感技术领域的重要组成部分，在低功耗、小尺寸和低成本约束条件下，实现对目标气体的高度灵敏性和长期使用的稳定性是mems气体传感器的重要技术研究与发展方向。现有提高mems气体传感器长期稳定性的主要方案包括：1、提高敏感材料自身的稳定性，2、对气体传感器的工作环境进行控制。

提高敏感材料自身的稳定性对于器件级性能的提升具有重要意义，但受制于mems气体敏感材料领域研究的局限性，当前具有良好环境稳定性且同时具备气体敏感能力的材料主要有金属氧化物和部分高分子聚合物，对于其他材料的稳定性提升研究仍然较缺乏，且通常无法同时提升材料的长期稳定性和对目标气体的灵敏度。对气体传感器的工作环境进行控制，则可有效消除环境因素对气体传感器自身性能的影响，抑制因环境因素对传感器性能带来的漂移特性，目前有效的环境控制手段包括工作温度控制和气体进样过滤两种，这些手段均需要附加设施或组件来实现特定功能，增加了系统的复杂性，不利于传感器可靠性的提升。

技术实现要素：

本申请提供了一种mems气体传感器、提高mems气体传感器稳定性的方法和装置，可以解决现有方案中的问题。本申请提供如下技术方案：

第一方面，提供了一种mems气体传感器，所述mems气体传感器包括：

基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和基于p型掺杂半导体材料的敏感单元中的至少一种，以及，基于p型本征半导体材料的敏感单元；

所述基于n型掺杂半导体材料的敏感单元用于检测氧化性气体；

所述基于p型掺杂半导体材料的敏感单元用于检测还原性气体；

所述基于p型本征半导体材料的敏感单元的电气特性稳定，用于修正所述基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和/或所述基于p型掺杂半导体材料的敏感单元的电性漂移。

可选的，所述基于n型掺杂半导体材料的敏感单元有至少两个。

可选的，所述基于p型掺杂半导体材料的敏感单元有至少两个。

可选的，所述基于p型本征半导体材料的敏感单元有至少两个。

可选的，所述mems气体传感器还包括配套功能单元，所述配套功能单元包括电路单元。

第二方面，提供了一种提高mems气体传感器稳定性的方法，所述mems气体传感器的结构如上述第一方面所述，所述方法包括：

封装包括基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和基于p型掺杂半导体材料的敏感单元中的至少一种，以及，基于p型本征半导体材料的敏感单元的所述mems气体传感器。

可选的，在所述mems气体传感器仅需检测氧化性气体时，所述封装包括基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和基于p型掺杂半导体材料的敏感单元中的至少一种，以及，基于p型本征半导体材料的敏感单元的所述mems气体传感器，包括：

封装包括所述基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和所述基于p型本征半导体材料的敏感单元的所述mems气体传感器。

可选的，在所述mems气体传感器仅需检测还原性气体时，所述封装包括基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和基于p型掺杂半导体材料的敏感单元中的至少一种，以及，基于p型本征半导体材料的敏感单元的所述mems气体传感器，包括：

封装包括所述基于p型掺杂半导体材料的敏感单元和所述基于p型本征半导体材料的敏感单元的所述mems气体传感器。

第三方面，提供了一种提高mems气体传感器稳定性的装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行上述指令以实现第二方面所述的方法。

本申请的有益效果在于：联合使用基于n型掺杂半导体材料的敏感单元、基于p型本征半导体材料的敏感单元、基于p型掺杂半导体材料的敏感单元以构建mems气体传感器时，由于基于n型掺杂半导体材料的敏感单元的存在，传感器对氧化性气体具有较高的灵敏度，能够检测微量的氧化性气体；由于基于p型掺杂半导体材料的敏感单元的存在，传感器对还原性气体具有较高的灵敏度，能够检测微量的还原性气体；由于基于p型本征半导体材料的敏感单元的存在，当环境中不存在氧化性和还原性气体时，由于基于p型本征半导体材料的敏感单元自身电气特性稳定性好的特点，其自身的电阻值基本保持稳定，可依据基于p型本征半导体材料的敏感单元的电阻值对基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和基于p型掺杂半导体材料的敏感单元进行实时标定，修正基于n型掺杂半导体材料的敏感单元、基于p型掺杂半导体材料的敏感单元的静态电阻值，有效降低由基于n型掺杂半导体材料的敏感单元、基于p型掺杂半导体材料的敏感单元自身导电性漂移对整个传感器性能和长期稳定性带来的负面影响，可有效提高长期稳定性，延长传感器的使用寿命。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的mems气体传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的mems气体传感器的结构示意图，如图1所示，该mems气体传感器包括：

基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和基于p型掺杂半导体材料的敏感单元中的至少一种，以及，基于p型本征半导体材料的敏感单元。其中，

所述基于n型掺杂半导体材料的敏感单元用于检测氧化性气体，其在常温下具有较高的导电能力(电阻值较低)，并且当环境中存在游离的氧化性气体时，基于n型掺杂半导体材料的敏感单元的导电性能降低，电阻增大。

所述基于p型掺杂半导体材料的敏感单元用于检测还原性气体，在常温下具有较高的导电能力(电阻值较小)，并且当环境中存在游离的还原性气体时，基于p型掺杂半导体材料的敏感单元的导电性降低，电阻增大。

基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和基于p型掺杂半导体材料的敏感单元是基于掺杂半导体材料的敏感单元，其具有中等程度的环境稳定性，当环境中不存在氧化性或还原性气体时，其自身导电性随时间延长而缓慢变化，表现出一定的漂移特性。

所述基于p型本征半导体材料的敏感单元的电气特性稳定，用于修正所述基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和/或所述基于p型掺杂半导体材料的敏感单元的电性漂移。也即基于p型本征半导体材料的敏感单元对氧化性气体和还原性气体均有中等程度的敏感能力，即当环境中存在游离的氧化性气体时，基于p型本征半导体材料的敏感单元的导电性增强，电阻减小，而当环境中存在游离的还原性气体时，基于p型本征半导体材料的敏感单元的导电性降低，电阻增大。

实际实现时，基于不同的检测需求，所述基于n型掺杂半导体材料的敏感单元有至少两个，或者，所述基于p型掺杂半导体材料的敏感单元有至少两个，或者，所述基于p型本征半导体材料的敏感单元有至少两个。

另外，实际实现时，上述mems气体传感器还包括配套功能单元，所述配套功能单元包括电路单元，当然，配套功能单元还可以包括其他单元，本实施例对此并不做限定。

联合使用基于n型掺杂半导体材料的敏感单元、基于p型本征半导体材料的敏感单元、基于p型掺杂半导体材料的敏感单元以构建mems气体传感器时，由于基于n型掺杂半导体材料的敏感单元的存在，传感器对氧化性气体具有较高的灵敏度，能够检测微量的氧化性气体；由于基于p型掺杂半导体材料的敏感单元的存在，传感器对还原性气体具有较高的灵敏度，能够检测微量的还原性气体；由于基于p型本征半导体材料的敏感单元的存在，当环境中不存在氧化性和还原性气体时，由于基于p型本征半导体材料的敏感单元自身电气特性稳定性好的特点，其自身的电阻值基本保持稳定，可依据基于p型本征半导体材料的敏感单元的电阻值对基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和基于p型掺杂半导体材料的敏感单元进行实时标定，修正基于n型掺杂半导体材料的敏感单元、基于p型掺杂半导体材料的敏感单元的静态电阻值，有效降低由基于n型掺杂半导体材料的敏感单元、基于p型掺杂半导体材料的敏感单元自身导电性漂移对整个传感器性能和长期稳定性带来的负面影响，可有效提高长期稳定性，延长传感器的使用寿命。

第二方面，提供了一种提高mems气体传感器稳定性的方法，所述方法包括：

封装包括基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和基于p型掺杂半导体材料的敏感单元中的至少一种，以及，基于p型本征半导体材料的敏感单元的所述mems气体传感器。

实际实现时，根据实际的检测需求，比如在所述mems气体传感器仅需检测氧化性气体时，上述封装步骤包括：封装包括所述基于n型掺杂半导体材料的敏感单元和所述基于p型本征半导体材料的敏感单元的所述mems气体传感器。

又比如，在所述mems气体传感器仅需检测还原性气体时，上述封装步骤包括：封装包括所述基于p型掺杂半导体材料的敏感单元和所述基于p型本征半导体材料的敏感单元的所述mems气体传感器。

并且，实际实现时，根据实际的需求，基于n型掺杂半导体材料的敏感单元、基于p型掺杂半导体材料的敏感单元以及基于p型本征半导体材料的敏感单元均可以有一个或者多个，本实施例对此并不做限定。

可选地，本申请还提供有一种提高mems气体传感器稳定性的装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行上述指令以实现如上所述的方法。

可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。