具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的内嵌式三维结构微加热板的结构示意图，图2是本发明实施例一提供的内嵌式三维结构微加热板的凹腔的俯视图，图3是本发明实施例一提供的内嵌式三维结构微加热板的剖面图。参照图1至图3，本实施例提供的一种内嵌式三维结构微加热板，包括硅基衬底10和电极层30，所述硅基衬底10的表层设置有凹腔20，所述凹腔20的深度为20-100μm。所述电极层30包括加热电极31和测量电极32，所述加热电极31和所述测量电极32嵌设于所述凹腔20内。所述凹腔20的内壁为曲面结构，所述加热电极31和所述测量电极32沿所述凹腔20的内壁或侧壁呈规则形状排布。本实施例中，所述凹腔20为半椭圆形状。如图2所示，所述加热电极31沿所述凹腔20的内壁呈圆环形排布，从所述凹腔20的开口处延伸至所述凹腔20的底部呈阶梯型分布，圆环形加热电极31的直径从所述凹腔20的开口至底部逐渐减小。硅基衬底10是一个六面体结构，所述凹腔20设置在硅基衬底10的上表面，在邻近凹腔20外沿的硅基衬底10的表面设置有加热电极焊盘33和测量电极焊盘34，所述加热电极31引出至所述加热电极焊盘33，所述测量电极32引出至所述测量电极焊盘34。所述测量电极32为疏齿状的叉指电极，叉指电极连接外部电路的电极焊盘可设置为有楔形角的金属片焊盘，用于区分加热电极焊盘和测量电极焊盘，方便操作人员快速识别。

参照图3，所述凹腔20的内壁设置有支撑层40，所述电极层30设置于该支撑层40上。所述支撑层40的材料为导热系数较低的氧化硅或氮化硅，所述支撑层40的厚度为300nm，对电极层30起到支撑和热隔离的效果。所述加热电极31与所述测量电极32之间设置有绝缘层(附图未示出)。所述绝缘层的材料为氧化硅，厚度为100-200nm。例如，在支撑层40上形成加热电极31后，在加热电极31表面沉积一层厚度为100nm的氧化硅薄膜作为绝缘层，最后再制作测量电极32。加热电极31与测量电极32之间的绝缘层使加热电极31与测量电极32相互隔离，避免产生干扰。所述加热电极和测量电极的材料采用Pt、Au、W等高电阻温度系数的金属材料。

实施例二

图4和图5是本发明实施例二提供的内嵌式三维结构微加热板的凹腔的俯视图，图6是本发明实施例二提供的内嵌式三维结构微加热板的剖面图。参照图4至图6，所述凹腔20设置在硅基衬底10的上表面，在邻近凹腔20外沿的硅基衬底10的表面设置加热电极焊盘33，所述加热电极31引出至所述加热电极焊盘33。所述凹腔20为锥台形状，所述加热电极31沿所述凹腔20的侧壁或下沉底面呈规则形状排布。如图4所示，所述加热电极31沿所述凹腔20的侧壁和下沉底面呈“S”形状排布，从所述凹腔20的开口处延伸至所述凹腔20的下沉底面。如图5所示，所述加热电极31沿所述凹腔20的侧壁呈倒梯形排布，从所述凹腔20的开口处延伸至所述凹腔20的下沉底面。

本发明实施方式的微加热板采用内嵌式电极层，通过凹腔结构为电极层提供支撑，机械稳定性好。由于加热电极嵌设于凹腔内，加热空间从完全暴露在环境中的平面结构优化为内嵌的腔体结构，其中心加热区域受环境气流影响小，热对流在腔体内进行，腔体内壁的热辐射恒定均匀，因此热量散失慢，热损耗低，能够降低微加热板的功耗。

此外，由于本实施例的微加热板的测量区域是凹腔结构，在采用滴注法集成传感层时，只需将传感浆料滴入凹陷区域，方便滴注定位。传感浆料在干燥老化过程中，凹腔的内壁与浆料间基于张力作用使得传感层形成贴附壁面的平整表面，避免传感层形成过程中发生咖啡环效应。传感浆料干燥老化后形成传感层，在体视显微镜下传感层呈现黑色阴影，通过在显微镜下观察传感层阴影的明暗程度可以判断传感材料的均匀度。在平面结构上滴注传感浆料形成的传感层，在光学显微镜下放大50倍、标尺为200微米的条件下进行观察，发现传感层的形状是不均匀的，其边缘要比中心区域更深一些。然而，在凹腔区域滴注传感浆料形成的传感层，在光学显微镜下进行观察，发现传感层均被约束在凹腔内，且其边缘与中心区域的颜色深度基本一致。通过上述观察可以表明凹腔结构的微加热板能够避免咖啡环效应，可解决传感材料沉积不均匀的问题。

而且，凹腔结构有利于在滴注时采用控制传感浆料体积的方法来完成滴注操作，简化加工手法，避免因操作不当将浆料溢出测量区域造成污染导致测量精度不高的问题。

实施例三

图7是本发明实施例三提供的内嵌式三维结构微加热板的制备方法的流程图。参照图7，本实施例提供的一种内嵌式三维结构微加热板的制备方法，包括以下步骤：

S1)提供硅基衬底。

硅基衬底优选4英寸的n型(100)硅晶片，厚度为200～550μm。

S2)在所述硅基衬底的表层制作凹腔。

采用光刻工艺在硅基衬底的表面做窗口图形，在光刻胶的保护下利用离子刻蚀工艺在所述窗口图形区域刻蚀出所述凹腔。具体为，采用化学气相沉积法在硅晶片表面生成厚度为500nm的氧化硅薄膜，进行正面光刻做出窗口形状，在光刻胶的保护作用下采用RIE反应离子刻蚀的方法暴露氧化硅，刻蚀出正面的腐蚀窗口；沿着硅晶片110方向形成深度和宽度为20-100μm的凹腔，通过各向异性蚀刻制作出半椭圆形状或剖面呈倒梯形的凹腔结构。

S3)在所述凹腔内制作电极层。

具体地，电极层的制作方法包括以下步骤：

S31)在所述凹腔的内壁生长支撑层。

为了增加凹腔内壁的支撑强度，利用化学气相沉积法在凹腔内壁生长一层厚度为200-600nm的氧化硅薄膜作为支撑层。

S32)沿所述凹腔的内壁在所述支撑层上制作加热电极。

在所述凹腔的内壁制作牺牲层，通过光刻工艺在所述凹腔的内壁形成所述加热电极的图像，通过蚀刻工艺将所述加热电极蚀刻到所述牺牲层。

例如，通过先光刻再蒸镀的方式在凹腔内形成加热电极、加热电极引线和电极焊盘，首先在硅晶片表面旋转涂覆一层薄光刻胶膜，通过加热使光刻胶溶剂部分蒸发，随后用预先订制的掩模板精确对准，用紫外光刻技术在光刻胶上指定区域进行曝光，采用真空蒸镀方式对其曝光的一面进行100-500nm厚的金属蒸镀。将蒸镀后的硅晶片放入丙酮溶液中浸泡4-5小时溶解掉光刻胶并冲洗掉多余的蒸镀金属，形成厚度为0.2-1μm的加热电极和两条加热电极引线。加热电极引线排布在凹腔的底部和侧壁，两条加热电极引线分别引出至电极焊盘。

S33)在所述加热电极表面生长绝缘层。

在加热电极表面沉积生长一层厚度为100-200nm的氧化硅绝缘层，用于防止加热电极和测量电极之间产生干扰。

S34)在具有绝缘层的加热电极上制作测量电极。

采用与制作加热电极相同的工艺，沿凹腔结构在加热电极上制作厚度为0.2-1μm的测量电极、测量电极引线和电极焊盘。

本发明实施方式还提供一种气体传感器，包括上述的内嵌式三维结构微加热板。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施例，但是，本发明实施方式并不限于上述实施例中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。