具体实施方式

这里，竖直方向Z指垂直于压电式衬底的上表面的方向，第一 水平方向X和第二水平方向Y指平行于压电式衬底的上表面的两个方 向。在图中，由箭头指示的方向和反方向可以被认为是同一方向。

图1是根据示例实施例的气体传感器的平面图，图2是根据示 例实施例的气体传感器的竖直结构的剖视图。

参照图1和图2，气体传感器10可包括：压电式衬底PZSUB； 谐振器，其形成在压电式衬底PZSUB的上表面上的电极区ELREG中； 感测膜SF，其形成在压电式衬底PZSUB的上表面上的电极区ELREG 的中心区CTREG中；以及加热器HTR，其形成在包围压电式衬底PZSUB的上表面上的电极区ELREG的边缘区EGREG中。

中心区CTREG可以被包括在电极区ELREG中，或者除中心区 CTREG以外的区域可以认为是电极区ELREG。为了方便示出，图1和 图2中省略了谐振器，并且下面将参照图4和图5描述谐振器的示例 实施例。另外，为了方便示出，图1中示出了加热器HTR的基本结构， 并且图2中省略了加热器HTR。下面将参照图7至图21描述加热器 HTR的示例实施例。

如下面将参照图4和图5描述的，形成在电极区ELREG中的谐 振器可包括叉指换能器(IDT)电极和连接至IDT电极的IDT焊盘。 IDT电极可以在中心区CTREG中产生表面声波(SAW)，使得可以在 第一水平方向X上传播SAW。

形成在压电式衬底PZSUB的上表面上的中心区CTREG中的感测 膜SF可包括与目标气体反应或者相互作用的感测材料。感测膜SF 中包括的感测材料可以根据感测到的气体的种类(即，目标气体的种 类)进行不同地改变。另外，感测膜SF的受体可包括各种种类的材 料，并且谐振器的谐振频率可以根据由感测膜SF感测到的气体的种 类或浓度而改变。例如，感测膜SF可以实施为聚合物。

形成在压电式衬底PZSUB的上表面上的边缘区EGREG中的加热 器HTR可包括被配置为加热感测膜SF的加热器电极HE1～HE4和连接 至加热器电极HE1～HE4的加热器焊盘PHT1和PHT2。

如图2所示，谐振器和加热器HTR可以在压电式衬底PZSUB的 上表面上形成在同一传导层CONLY中。因此，谐振器和加热器HTR 可以至少共享一部分图案化工艺，因此可以减少加热器HTR的制造成 本。加热器HTR可以实施为传导材料，诸如金属，其具有适合于将由加热器HTR产生的热量的电导率或电阻率。在示例实施例中，加热器 HTR可以由与气体传感器10的引线键合焊盘的材料相同的材料实施。

根据示例实施例的气体传感器10中包括的加热器HTR可具有使 得加热器电极HE1～HE4和加热器焊盘PHT1和PHT2可以形成闭合传 导回路(例如，金属的导电回路等)的基本结构。

加热器HTR可以相对于穿过中心区CTREG并且在第一水平方向X 上延伸的第一中心线CLX对称。另外，加热器HTR可以相对于穿过中 心区CTREG并且在垂直于第一水平方向X的第二水平方向Y上延伸的 第二中心线CLY对称。

如参照图3描述的，根据示例实施例的气体传感器10中包括的 加热器HTR可以通过闭合传导回路的结构和/或对称结构有效地加热 中心区CTREG中的感测膜SF。

在示例实施例中，如下面将参照图7至图21描述的，加热器HTR 可包括多个曲折图案。因此，在不增大气体传感器10的大小的情况 下，可以有效地增加加热器HTR的每单位面积的热量。根据示例实施 例，加热器HTR可包括每单位面积分别产生不同热量的主曲折图案和 子曲折图案。通过将主曲折图案(其每单位面积产生较多的热量)比 子曲折图案(其每单位面积产生较少的热量)设置为更加靠近中心区 CTREG，由加热器HTR产生的热可以集中在感测膜SF上。

图3是用于描述根据示例实施例的气体传感器中包括的加热器 的对称结构的图。

在图3的左部中示出了根据示例实施例的具有闭合传导回路的 结构的加热器HTR，并且在图3的右部中示出了具有开放传导回路结 构的加热器HTR’。

可以由表达式1表示具有均匀的横截面的电阻器的电阻，并且 根据焦耳定律，每单位时间热量消耗的功率可以通过表达式2表达。

表达式1

R＝L/(σ×S)

表达式2

P＝I²×R

在表达式1中，R表示电阻器的电阻，L表示电阻器的长度，S 表示电阻器的横截面面积，并且σ表示电阻器的电导率。在表达式 2中，P表示功率，R表示电阻器的电阻，I表示流过电阻器的横截面 面积的电流。

当将电源电压VDD施加至加热器HTR的第一加热器焊盘PHT1并 且将地电压VSS施加至加热器HTR的第二加热器焊盘PHT2时，由于 闭合传导回路的结构(例如，对称性结构)，相同的电流I可以顺时 针和逆时针从第一加热器焊盘PHT1流至第二加热器焊盘PHT2。如果从第一加热器焊盘PHT1至第二加热器焊盘PHT2的两条传导路径中的 每一个的电阻为R，则可以由表达式3表示加热器HTR的功率P1。

表达式3

P1＝I²×R+I²×R＝2×I²×R

相反，开放传导回路的加热器HTR’具有从第一加热器焊盘PHT1’ 至第二加热器焊盘PHT2’的单一传导路径，并且所述单一传导路径 的电阻为2×R。因此，流经加热器HTR’的开放传导回路的电流I’ 为流经加热器HTR的闭合传导回路的电流的一半，并且加热器HTR’的功率P2可由表达式4表示。

表达式4

P2＝(I/2)²×(2×R)＝(1/2)×I²×R＝P1/4

结果，当使用相同的加热电压VDD和VSS时，具有闭合传导回 路的加热器HTR可以产生具有开放传导回路的加热器HTR’的热量四 倍的热量。因此，根据示例实施例的加热器HTR可以有效地加热感测 膜SF。

图4和图5是根据示例实施例的气体传感器中包括的谐振器的 示例实施例的平面图。

参照图4和图5，谐振器RSN1和RSN2中的每一个可包括IDT 电极ELIDT1和ELIDT2以及IDT焊盘PEL1～PEL2。

IDT电极ELIDT1和ELID2中的每一个可包括互锁梳形电极，如 图4和图5所示。电极可以沉积在压电式衬底的表面上，以形成周期 性结构。施加至IDT焊盘PEL1～PEL4中的至少一个的输入信号或者 电压可以导致通过压电效应产生的机械力，因此输入信号可以在压电 式衬底的上部中转换为在第一水平方向X上传播的表面声波(SAW)。 SAW可以再次转换为通过IDT焊盘PEL1～PEL4中的至少一个提供的输 出信号或电压。

SAW的频率受沉积在压电式衬底的传播表面上的材料影响，如表 达式5所表示的。

表达式5

Δf＝k×(Δm×fo²)/A

在表达式5中，Δf表示频移，k表示取决于气体传感器的常数， A表示SAW的传播面积，Δm表示沉积在传播表面上的材料的质量载 荷，fo表示谐振器的谐振频率。

频移随着更多的目标气体与中心区CTREG中的感测膜SF的感测 材料结合而增大。因此，目标气体的密度可以通过测量频移来确定。

在示例实施例中，如图4所示，IDT焊盘PEL1～PEL4可以设置在 第一焊盘区PDREG11和第二焊盘区PDREG12中，其中第一焊盘区 PDREG11和第二焊盘区PDREG12与中心区CTREG的沿着第二中心线 CLY的两侧(例如，相对侧)相邻。在这种情况下，当从垂直于压电 式衬底的上表面的竖直方向Z上看时，电极区ELREG1可具有十字形 状。

在示例实施例中，如图5所示，IDT焊盘PEL1～PEL4可以设置在 第一焊盘区PDREG21和第二焊盘区PDREG22中，第一焊盘区PDREG21 和第二焊盘区PDREG22对应于电极区ELREG2沿着第一中心线CLX的 两个端部(例如，相对端部)。在这种情况下，当从垂直于压电式衬 底的上表面的竖直方向Z观看时，电极区ELREG2具有在第一水平方 向X上延伸的杆形。

示例实施例可以与图4和图5的SAW谐振器的示例不同。根据 示例实施例的气体传感器中包括的加热器HTR的形状可以根据电极 区的形状适应性地修改。

图6是示出气体传感器根据负载的谐振频率的变化的图。

在图6中，水平轴表示频率，并且竖直轴表示声阻抗。第一曲 线41示出了当感测膜未感测到目标气体分子时的气体传感器的谐振 频率(即，未装载的谐振器的谐振频率)。第二曲线42示出了当感 测膜感测到目标气体分子时的气体传感器的谐振频率(即，装载的谐振器的谐振频率)。当感测膜感测到目标气体分子时，可以改变气体 传感器的谐振频率，从而可以改变谐振器的输出信号的频率。因此， 可以通过检测谐振器的输出信号的频移来感测或测量目标气体。

图7是根据示例实施例的气体传感器中包括的加热器的示例实 施例的平面图。

图7示出了对应于具有如图4所示的十字形状的电极区ELREG1 的加热器HTR1的示例实施例。换句话说，IDT焊盘PEL1～PEL4可以 设置在第一焊盘区PDREG11和第二焊盘区PDREG12中，其中第一焊盘 区PDREG11和第二焊盘区PDREG12与中心区CTREG的沿着第二中心线 CLY的两侧(例如，相对侧)相邻。

参照图7，加热器HTR1可包括第一曲折图案至第四曲折图案 ZZP1～ZZP4(对应于加热器电极)、第一加热器焊盘PHT1和第二加 热器焊盘PHT2。

第一加热器焊盘PHT1和第二加热器焊盘PHT2分别与第一焊盘 区PDREG11的沿着第二中心线CLY的一侧和第二焊盘区PDREG12的沿 着第二中心线CLY的一侧相邻设置。

第一曲折图案ZZP1和第二曲折图案ZZP2可以设置为与第一焊 盘区PDREG11的在第一水平方向X上的两侧(例如，相对侧)相邻。 第三曲折图案ZZP3和第四曲折图案ZZP4可以与第二焊盘区PDREG12 的在第一水平方向上的两侧(例如，相对侧)相邻设置。第一曲折图 案ZZP1可以通过第一连接导线CONL1连接至第三曲折图案ZZP3。第 二曲折图案ZZP2可以通过第二连接导线CONL2连接至第四曲折图案 ZZP4。

这样，加热器HTR1中包括的第一曲折图案至第四曲折图案 ZZP1～ZZP4、第一加热器焊盘PHT1和第二加热器焊盘PHT2可以形成 闭合传导回路，并且可以相对于第一中心线CLX和第二中心线CLY 中的每一个对称。

图8A是图7的加热器中包括的曲折图案的示例实施例的平面图， 并且图8B是图8A的曲折图案的竖直结构的剖视图。

为了方便示出，在图8A和图8B中仅示出了第一曲折图案ZZP1。 将理解，在加热器HTR1的对称结构中，第二曲折图案ZZP2至第四曲 折图案ZZP4的结构可以与第一曲折图案ZZP1基本相同地实施。

参照图8A和图8B，第一曲折图案ZZP1可包括多个列导线LNC、 多个第一行导线LNR1和多个第二行导线LNR2。

列导线LNC可以在第二水平方向上Y延伸，并且可以例如被布 置为在第一水平方向X上间隔开。第一行导线LNR1可以连接列导线 LNC的第一端E1。第二行导线LNR2可以连接列导线LNC的第二端E2。

为了形成曲折图案ZZP1，第一行导线LNR1可以将第一列导线 LNC的第一端E1连接至相邻的第二列导线LNC的第一端E1，第二行 导线LNR2可以将相邻的第二列导线LNC的第二端E2连接至相邻的第 三列导线LNC的第二端E2。

例如，参照图8A，曲折图案ZZP1可包括在第一水平方向X上按 次序相邻的三条列导线21、22和23。中间列导线22和右列导线23 的第一端E1可以通过一条第一行导线LNR1连接。中间列导线22和 左列导线21的第二端E2可以通过一条第二行导线LNR2连接。

加热器HTR1的每单位面积热量可以由于曲折图案而增加。

在示例实施例中，如图8A和图8B所示，两条相邻的列导线之 间在第一水平方向X上的线节距LTP可以相对于第一曲折图案ZZP1 中包括的所有列导线是均匀的。另外，列导线的线宽LW可以相对于 第一曲折图案ZZP1中包括的所有列导线是均匀的。结果，第一曲折图案ZZP1可以每单位面积产生均匀热量。

图9是根据示例实施例的气体传感器中包括的加热器的示例实 施例的平面图。

图9示出了与具有如图4所示的十字形状的电极区ELREG1对应 的加热器HTR2的示例实施例。换句话说，IDT焊盘PEL1～PEL4可以 设置在第一焊盘区PDREG11和第二焊盘区PDREG12中，第一焊盘区 PDREG11和第二焊盘区PDREG12与中心区CTREG的沿着第二中心线CLY的两侧(例如，相对侧)相邻。

参照图9，加热器HTR2可包括第一曲折图案至第四曲折图案 ZZP1a～ZZP4a(对应于加热器电极)、第一加热器焊盘PHT1和第二 加热器焊盘PHT2。

第一加热器焊盘PHT1和第二加热器焊盘PHT2分别与第一焊盘 区PDREG11的沿着第二中心线CLY的一侧和第二焊盘区PDREG12的沿 着第二中心线CLY的一侧相邻设置。

第一曲折图案ZZP1a和第二曲折图案ZZP2a可以与第一焊盘区 PDREG11的在第一水平方向X上的两侧(例如，相对侧)相邻设置。 第三曲折图案ZZP3a和第四曲折图案ZZP4a可以与第二焊盘区 PDREG12的在第一水平方向上的两侧(例如，相对侧)相邻设置。第 一曲折图案ZZP1a可以通过第一连接导线CONL1连接至第三曲折图案 ZZP3a。第二曲折图案ZZP2a可以通过第二连接导线CONL2连接至第 四曲折图案ZZP4a。

这样，加热器HTR2中包括的第一曲折图案ZZP1至第四曲折图 案ZZP4、第一加热器焊盘PHT1和第二加热器焊盘PHT2可以形成闭 合传导回路，并且可以相对于第一中心线CLX和第二中心线CLY中的 每一个对称。

第一曲折图案ZZP1a至第四曲折图案ZZP4a中的每一个可包括 主曲折图案ZZM和子曲折图案ZZS。主曲折图案ZZM可以与中心区 CTREG相邻设置，并且主曲折图案ZZM可以每单位面积产生第一热量。 子曲折图案ZZS可以设置为比主曲折图案ZZM更远离中心区CTREG， 并且子曲折图案ZZS可以每单位面积产生第二热量，每单位面积的第 二热量少于每单位面积的第一热量。

在示例实施例中，如参照图10A至图11B描述的，可以通过使 主曲折图案ZZM中的列导线之间的线节距与子曲折图案ZZS中的列导 线之间的线节距不同来实现主曲折图案ZZM和子曲折图案ZZS的每单 位面积的不同热量。

在示例实施例中，如参照图11A和图11B描述的，可以通过使 主曲折图案ZZM中的列导线的线宽与子曲折图案ZZS中的列导线的线 宽不同来实现主曲折图案ZZM和子曲折图案ZZS的每单位面积的不同 热量。

这样，加热器HTR2产生的热可以集中于设置在中心区CTREG中 的感测膜SF上，以通过将主曲折图案(每单位面积产生较多热量) 设置为比子曲折图案(每单位面积产生较少热量)更靠近中心区 CTREG来减少功耗。

图10A是图9的加热器中包括的曲折图案的示例实施例的平面 图，并且图10B是图10A的曲折图案的竖直结构的剖视图。

为了方便示出，在图10A和图10B中仅示出了第一曲折图案 ZZP1a。将理解，在加热器HTR2的对称结构中，第二曲折图案ZZP2a 至第四曲折图案ZZP4a的结构可以与第一曲折图案ZZP1a基本相同地 实施。

参照图10A和图10B，第一曲折图案ZZP1a可包括主曲折图案 ZZM和子曲折图案ZZS。主曲折图案ZZM和子曲折图案ZZS中的列导 线和行导线的曲折结构与参照图8A和图8B描述的基本相同，并且省 略重复描述。

如图10A和图10B所示，主曲折图案ZZM中包括的两条相邻的 列导线LNC在第一水平方向X上的第一线节距LPT1可以小于子曲折 图案ZZS中包括的两条相邻的列导线LNC’在第一水平方向X上的第 二线节距LPT2。

主曲折图案ZZM中包括的列导线LNC的线宽LW1可以等于子曲 折图案ZZS中包括的列导线LNC’的线宽。

子曲折图案ZZS中包括的行导线LNR1’和LNR2’在第一水平方 向X上的长度可以比主曲折图案ZZM中包括的行导线LNR1和LNR2 在第一水平方向X上的长度更长，因为第二线节距LPT2大于第一线 节距LPT1。

随着线节距增大，每单位面积的电流路径的长度减小，因此通 过表达式1，每单位面积的电阻可以减小。另外，随着每单位面积的 电阻减小，通过表达式2，每单位面积的热量可以减小。结果，因为 第一线节距LPT1小于第二线节距LPT2，因此主曲折图案ZZM的每单位面积的第一热量可以大于子曲折图案ZZS的每单位面积的第二热 量。

这样，由加热器HTR2产生的热可以集中于设置在中心区CTREG 中的感测膜SF上，以通过将主曲折图案ZZM(每单位面积产生较多 热量)布置为比子曲折图案ZZS(每单位面积产生较少热量)更靠近 中心区CTREG来减少气体传感器的功耗。

图11A是图9的加热器中包括的曲折图案的示例实施例的平面 图，并且图11B是图11A的曲折图案的竖直结构的剖视图。

为了方便示出，图11A和图11B中仅示出了第一曲折图案 ZZP1a’。将理解，在加热器HTR2的对称结构中，第二曲折图案ZZP2a’ 至第四曲折图案ZZP4a’的结构可以基本与第一曲折图案ZZP1a’相 同地实施。

下文中，省略了与图10A和图10B重复的描述。

如图11A和图11B所示，主曲折图案ZZM中包括的列导线LNC 的第一线宽LW1可以小于子曲折图案ZZS’中包括的列导线LNC’的 第二线宽LW2'。与图10A和图10B中的子曲折图案ZZS相比，除线 节距外，还可以通过增大线宽来进一步减少子曲折图案ZZS’的每单 位面积热量。

随着线宽增大，每单位面积电流路径的横截面面积增大，并且 通过表达式1，每单位面积电阻可以减小。另外，随着每单位面积电 阻减小，通过表达式2，每单位面积热量可以减小。结果，图11A和 图11B的子曲折图案ZZS’的每单位面积热量可以相对于图10A和图10B的子曲折图案ZZS的每单位面积热量进一步减小，因为图11A和 图11B中的子曲折图案ZZS’的第二线宽LW2’大于图10A和图10B 中的子曲折图案ZZS的第二线宽LW2。

如参照图10A至图11B描述的，曲折图案的每单位面积热量可 以通过加热器中的导线的线节距和/或线宽来调整。

下文中，可以省略与图7和图11B重复的描述。

图12至图21是根据示例实施例的气体传感器中包括的加热器 的示例实施例的平面图。

参照图12，加热器HTR3可包括第一曲折图案ZZP1b至第四曲折 图案ZZP4b(对应于加热器电极)、第一加热器焊盘PHT1和第二加 热器焊盘PHT2。

第一加热器焊盘PHT1和第二加热器焊盘PHT2分别与第一焊盘 区PDREG11的沿着第二中心线CLY的一侧和第二焊盘区PDREG12的沿 着第二中心线CLY的一侧相邻设置。

第一曲折图案ZZP1b至第四曲折图案ZZP4b中的每一个可包括 主曲折图案ZZM和子曲折图案ZZS。

与图9的加热器HTR2中的子曲折图案ZZS相比，图12的加热 器HTR3中的子曲折图案ZZS可以不包括曲折结构，而是可包括在第 一水平方向X上延伸的单条行导线。因此，图12中的子曲折图案ZZS 可以比图9中的子曲折图案ZZS每单位面积产生更低的热量。

除加热器焊盘的位置外，图13、图14和图15的加热器HTR4、 HTR5和HTR6分别与图7、图9和图12的加热器HTR1、HTR2和HTR3 的基本相同。

参照图13、图14和图15，第一加热器焊盘PHT3和第二加热器 焊盘PHT4可以与电极区ELREG1的沿着第一中心线CLX的两侧(例如， 相对侧)相邻设置。第一曲折图案ZZP1、ZZP1a和ZZP1b中的每一个 可以通过第一连接导线CONL3连接至第二曲折图案ZZP2、ZZP2a和 ZZP2b中的每一个。第三曲折图案ZZP3、ZZP3a和ZZP3b中的每一个 可以通过第二连接导线CONL4连接至第四曲折图案ZZP4、ZZP4a和 ZZP4b中的每一个。

加热器HTR4、HTR5和HTR6中的每一个具有闭合传导回路的结 构和对称结构，以在不增大气体传感器的大小的情况下有效地加热包 括感测材料的感测膜SF。另外，加热器HTR4、HTR5和HTR6中的每 一个具有曲折图案，以有效地增大每单位面积的热量，并且可以调整 曲折图案的线节距和/或线宽以减少气体传感器的功耗。

图16至图21示出了与如图5所示具有杆形的电极区ELREG2对 应的加热器的示例实施例。IDT焊盘PEL1～PEL4可以设置在第一焊盘 区PDREG21和第二焊盘区PDREG22中，第一焊盘区PDREG21和第二焊 盘区PDREG22对应于电极区ELREG2沿着第一中心线CLX的两个端部 (例如，相对端部)。

参照图16，加热器HTR7可包括第一曲折图案ZZP21和第二曲折 图案ZZP22(对应于加热器电极)、第一加热器焊盘PHT5和第二加 热器焊盘PHT6。

第一加热器焊盘PHT5和第二加热器焊盘PHT6分别与电极区 ELREG2的沿着第一中心线CLX的两侧(例如，相对侧)相邻设置。 第一曲折图案ZZP21和第二曲折图案ZZP22可以分别与电极区 ELREG2的在第二水平方向Y上的两侧(例如，相对侧)相邻设置。

这样，加热器HTR7中包括的第一曲折图案ZZP21、第二曲折图 案ZZP22、第一加热器焊盘PHT5和第二加热器焊盘PHT6可以形成闭 合传导回路，并且可以相对于第一中心线CLX和第二中心线CLY中的 每一个对称。

如参照图8A和图8B描述的，两条相邻的列导线在第一水平方 向X上的线节距可以相对于第一曲折图案ZZP21和第二曲折图案 ZZP22中包括的所有列导线是均匀的。结果，第一曲折图案ZZP21和 第二曲折图案ZZP22可以每单位面积产生均匀的热量。

参照图17，加热器HTR8可包括第一曲折图案ZZP21和第二曲折 图案ZZP22(对应于加热器电极)、第一加热器焊盘PHT5和第二加 热器焊盘PHT6。

第一加热器焊盘PHT5和第二加热器焊盘PHT6分别与电极区 ELREG2的沿着第一中心线CLX的两侧(例如，相对侧)相邻设置。 第一曲折图案ZZP21和第二曲折图案ZZP22可以分别与电极区 ELREG2的在第二水平方向Y上的两侧(例如，相对侧)相邻设置。

这样，加热器HTR8中包括的第一曲折图案ZZP21、第二曲折图 案ZZP22、第一加热器焊盘PHT5和第二加热器焊盘PHT6可以形成闭 合传导回路，并且可以相对于第一中心线CLX和第二中心线CLY中的 每一个对称。

第一曲折图案ZZP21可包括第一主曲折图案ZZM1、第一子曲折 图案ZZS 1和第二子曲折图案ZZS2。第一主曲折图案ZZM1可以与中 心区CTREG的在第二水平方向Y上的第一侧相邻设置，第一主曲折图 案ZZM1可以每单位面积产生第一热量。第一子曲折图案ZZS 1和第二 子曲折图案ZZS2可以分别与第一主曲折图案ZZM1的在第一水平方向 X上的两侧(例如，相对侧)相邻设置。第一子曲折图案ZZS 1和第 二子曲折图案ZZS2可以每单位面积产生第二热量，每单位面积的第 二热量少于于每单位面积的第一热量。

第二曲折图案ZZP22可包括第二主曲折图案ZZM2、第三子曲折 图案ZZS3和第四子曲折图案ZZS4。第二主曲折图案ZZM2可以与中 心区CTREG的在第二水平方向Y上的第二侧相邻设置，第二主曲折图 案ZZM2可以每单位面积产生第一热量。第三子曲折图案ZZS3和第四 子曲折图案ZZS4可以分别与第二主曲折图案ZZM2的在第一水平方向 X上的两侧(例如，相对侧)相邻设置，第三子曲折图案ZZS3和第 四子曲折图案ZZS4可以每单位面积产生第二热量。

如参照图10A至图11B描述的，通过调整导线的线节距和/或线 宽，第一主曲折图案ZZM1和第二主曲折图案ZZM2的每单位面积的第 一热量可以大于第一子曲折图案ZZS1至第四子曲折图案ZZS4的每单 位面积的第二热量。

这样，通过将第一主曲折图案ZZM1和第二主曲折图案ZZM2(每 单位面积产生较多热量)设置为比第一子曲折图案ZZS1至第四子曲 折图案ZZS4(每单位面积产生较少热量)更靠近中心区CTREG，由加 热器HTR8产生的热可以集中于设置在中心区CTREG中的感测膜SF 上，以减少功耗。

与图17的加热器HTR8中的第一子曲折图案ZZS1至第四子曲折 图案ZZS4相比，图18的加热器HTR9中的第一子曲折图案ZZS1至第 四子曲折图案ZZS4中的每一个可以不包括曲折结构而可包括在第一 水平方向X上延伸的单条行导线。因此，图18中的第一子曲折图案 ZZS1至第四子曲折图案ZZS4可以比图17中的第一子曲折图案ZZS 1 至第四子曲折图案ZZS4每单位面积产生更少的热量。

除加热器焊盘的位置之外，图19、图20和图21的加热器HTR10、 HTR11和HTR12分别与图16、图17和图18的加热器HTR7、HTR8和HTR9基本相同。

参照图19、图20和图21，第一加热器焊盘PHT7和第二加热器 焊盘PHT8可以沿着第二中心线CLY分别与第一曲折图案ZZP21的一 侧和第二曲折图案ZZP22的一侧相邻设置。第一曲折图案ZZP21可以 通过两条连接导线CONL5和CONL6连接至第二曲折图案ZZP22。

加热器HTR10、HTR11和HTR12中的每一个具有闭合传导回路的 结构和对称结构，以在不增大气体传感器的大小的情况下有效地加热 包括感测材料的感测膜SF。另外，加热器HTR10、HTR11和HTR12中 的每一个具有曲折图案，以有效地增大每单位面积的热量，并且可以 调整曲折图案的线节距和/或线宽以减少气体传感器的功耗。

图22A、图22B和图22C是示出根据示例实施例的气体传感器的 劣化和再生的图。

通常，例如，感测材料可以向外暴露(例如，暴露于外部)， 从而气体传感器可以基于感测材料和目标气体的化学反应或者相互 作用来操作。在基于谐振的气体传感器的情况下，会由于诸如气氛中 的湿气的环境的影响而导致传感器的劣化。例如，在利用SAW的气体 传感器的情况下，谐振频率会由于环境影响而变化。

在气体传感器的估计可靠性的方式中，重复性是对气体传感器 在相同条件下是否提供相同结果的估计。如果气体传感器受到诸如温 度、湿度等环境的影响，并导致劣化，则重复性会降低。

图22A示出了由于暴露环境而导致的气体传感器的反应性劣化。 将两个样品分别在干氮气(N₂)气氛和湿N₂气氛中老化和放置1天、 5天和14天，并且在感测膜与作为目标气体的示例的甲苯气体反应 之后测量频移Δf。在干N₂情况下，反应量(频移)从120Hz减小到110Hz，而在湿N₂情况下，反应量(频移)从105Hz减小到70Hz，约 为干N₂情况的3倍。在不受理论限制的情况下，据信湿N₂情况下的 较大减少是由于感测材料的水合作用。

为了防止感测材料的水合作用，感测膜的包括感测材料的表面 可以涂布有疏水层。然而，可能难以选择性地阻断湿气，并且目标气 体的感测灵敏度也会降低。根据示例实施例，可以例如定期或非定期 地加热感测膜，以去除与感测材料结合的湿气，从而再生反应量(例 如，频移)，以保持灵敏度。因为水合作用是一种可逆的化学反应， 因此可以通过加热感测膜来减少或防止劣化。

图22B示出了加热以去除感测材料的水合作用的结果。将样品 在200℃的热板上加热约两分钟。在图22B中，T1是刚刚制造样品之 后的时间点，T2是第一次再生(即加热)之后的时间点，T3是老化 七天之后的时间点，T4是第二次再生之后的时间点。如图22B所示，在再生之后可以恢复反应量(例如，频移)。

图22C显示了通过周期性再生提高气体传感器的可重复性。将 气体传感器以七天为周期加热一次，并且加热后测量反应量。如图 22C所示，可通过周期性地加热将反应量(例如，频移)保持至少约 一个月。

通常，当在包含气体传感器的封装件上形成加热器时，整个封 装件被加热以将感测材料加热到所需温度。因此，会增加功耗并且会 使封装件中的其他部件劣化。

根据示例实施例，可以在压电式衬底PZSUB的表面上实施微电 子机械系统(MEMS)加热器，并且通过使用具有闭合传导回路结构和 对称结构的MEMS加热器对感测材料进行集中加热，可以显著减少功 耗。

图23是示出根据示例实施例的气体感测装置的框图。

参照图23，气体感测装置60可包括温度传感器110、第一气体 传感器120、第二气体传感器130、湿度传感器140、压力传感器150 和漂移传感器(或者漂移补偿传感器)160。温度传感器110、湿度 传感器140、压力传感器150和漂移补偿传感器160可为环境传感器。在示例实施例中，气体感测装置60还可以包括多个气体传感器或者 多个环境传感器。

在气体感测装置60中，温度传感器110、第一气体传感器120、 第二气体传感器130、湿度传感器140、压力传感器150和漂移补偿 传感器160中的每一个可以实施为SAW装置，并且安装在驱动电路芯 片200上。第一气体传感器120可以感测第一气体，第二气体传感器130可以感测第二气体。在示例实施例中，第一气体传感器120和第 二气体传感器130可分别形成在不同的晶圆上，因此实施为单独的半 导体裸晶或者半导体芯片。在示例实施例中，第一气体传感器120 和第二气体传感器130可形成在同一晶圆上，因此实施为单个裸晶或 者单个半导体芯片。

湿度传感器140可感测环境湿度并输出湿度感测结果。压力传 感器150可感测大气压并输出大气压感测结果。例如，压力传感器 150可以在衬底和SAW装置之间具有封装型空腔，并感测大气压。漂 移补偿传感器160可感测SAW装置的老化并输出漂移感测结果。例如， 漂移补偿传感器160可以包括不涂覆感测膜的SAW装置。可以使用漂 移感测结果从气体感测结果中去除SAW装置的老化的影响。

驱动电路芯片200可包括第一驱动器(DRV)210至第六驱动器 (DRV)260，它们可以分别对应于温度传感器110、第一气体传感器 120、第二气体传感器130、湿度传感器140、压力传感器150和漂移 补偿传感器160。传感器110～160中的每一个可包括如上所述的谐振器和加热器，并且第一驱动器210至第六驱动器260中的每一个可以 基于第一控制信号CT1至第六控制信号CT6中的每一个驱动谐振器和 加热器。

第一驱动器210至第六驱动器260可以分别响应于传感器 110～160的谐振频率的变化而产生第一感测信号SS1至第六感测信号 SS6。

驱动电路芯片200还可以包括校准电路270。校准电路270可以 基于第一感测信号SS1、第四感测信号SS4、第五感测信号SS5和第 六感测信号SS6来校准第二感测信号SS2，并且产生第一气体感测信 号GSS1a。另外，校准电路270可以基于第一感测信号SS1、第四感测信号SS4、第五感测信号SS5和第六感测信号SS6来校准第三感测 信号SS3，并且产生第二气体感测信号GSS2a。这样，可以从由第一 气体传感器120和第二气体传感器130输出的感测结果中去除温度、 湿度、大气压和漂移的影响，从而进一步提高第一气体和第二气体的感测结果的精度。

虽然图23示出了其中在驱动电路芯片200中包括校准电路270 的情况，但是可以在例如应用处理器(AP)或者片上系统(SOC)中 包括校准电路270。在示例实施例中，可以将第一感测信号SS1至第 六感测信号SS6提供至AP或者SOC，并且AP或者SOC可以基于第一 感测信号SS1、第四感测信号SS4、第五感测信号SS5和第六感测信 号SS6来校准第二感测信号SS2和/或第三感测信号SS3，并且产生 第一气体感测信号GSS1a和/或第二气体感测信号GSS2a。

为了提高校准精度，可以实施环境传感器110、140、150和160 以及第一气体传感器120和第二气体传感器130，以在相同的操作条 件下产生感测信号SS1～SS6。根据示例实施例，第一气体传感器120 和第二气体传感器130、温度传感器110和湿度传感器140可包括具 有相同结构的相应的加热器。驱动电路芯片200可以同时驱动第一气 体传感器120和第二气体传感器130、温度传感器110以及湿度传感 器140的加热器，以相对于第一气体传感器120和第二气体传感器 130、温度传感器110和湿度传感器140实施相同的温度条件，从而通过校准电路270实施精确校准。

图24是根据示例实施例的传感器阵列模块的平面图，并且图25 是沿着线A-A’切割的图24的传感器阵列模块的剖视图。

参照图24和图25，传感器阵列模块或者气体感测装置60a可包 括衬底(PCB)300和安装在衬底300上的驱动电路芯片200a。第一 传感器芯片(CHIP1)110a、第二传感器芯片(CHIP2)120a、第三传 感器芯片(CHIP3)130a、第四传感器芯片(CHIP4)140a、第五传感 器芯片(CHIP5)150a和第六传感器芯片(CHIP6)160a可以安装在 驱动电路芯片200a上。

气体感测装置60a还可以包括可以位于衬底300上方的外壳构 件400、驱动电路芯片200a和传感器芯片110a～160a。至少一个孔 H1可以形成在外壳构件400中。可以通过孔H1将气体供应至气体感 测装置60a中或者使气体从气体感测装置60a中排出，使得分别位于 第二传感器芯片120a和第三传感器芯片130a上的第一感测膜122 和第二感测膜132可以感测目标气体。外壳构件400可以被称作盖构 件或壳体。在示例实施例中，外壳构件400可以实施为不锈钢或塑料。 在示例实施例中，外壳构件400的顶表面可以实施为网格形状，从而 可以更积极地引入或排出气体。

第一传感器芯片110a、第二传感器芯片120a、第三传感器芯片 130a、第四传感器芯片140a、第五传感器芯片150a和第六传感器芯 片160a可以分别对应于图23的温度传感器110、第一气体传感器120、 第二气体传感器130、湿度传感器140、压力传感器150和漂移补偿 传感器160的实现的示例。

温度传感器芯片110a、第一气体传感器芯片120a、第二气体传 感器芯片130a、湿度传感器芯片140a、压力传感器芯片150a和漂移 补偿传感器芯片160a可分别形成在不同的晶圆上，因此，可以实施 为单独的半导体晶片或者单独的半导体芯片。在这种情况下，如上所 述，温度传感器芯片110a、第一气体传感器芯片120a、第二气体传 感器芯片130a、湿度传感器芯片140a、压力传感器芯片150a和漂移 补偿传感器芯片160a中的每一个可包括SAW装置(或者SAW谐振器) 和加热器。

温度传感器芯片110a可以具有不将SAW谐振器暴露于外部的封 装结构。第一气体传感器芯片120a可包括涂布于压电式衬底的上表 面上的第一感测膜122，并且第一感测膜122可以暴露于外部，并且 感测第一气体。第二气体传感器芯片130a可包括涂布于压电式衬底 的上表面上的第二感测膜132，并且第二感测膜132可以暴露于外部， 并且感测第二气体。湿度传感器芯片140a可包括涂布于压电式衬底 的上表面上的第三感测膜142，并且第三感测膜142可以暴露于外部， 并且感测湿度。压力传感器芯片150a可包括第四感测膜152，其涂 布于压电式衬底的上表面以及封装式腔体上，并且感测大气压。漂移 补偿传感器芯片160a可以实施为不包括感测膜，以补偿由于传感器 的老化导致的频率变化。

传感器芯片110a～160a可以通过形成在传感器芯片和/或驱动电 路芯片200a上的焊盘BP和键合线BW电连接至外部装置。

图26是根据示例实施例的移动装置的透视图，并且图27是示 出图26的移动装置的布局的示例实施例的图。

参照图26和图27，诸如以智能电话为例的移动装置2000可包 括外壳HCS、主板2010、传感器阵列模块2020、相机模块CAM、显示 面板DPNN、电池等。外壳HSC可以具有敞开的上表面，并且显示面 板DPNN可以布置为占据外壳HCS的上表面。USB终端和头戴式耳机或耳机终端2040可以形成在外壳HCS的底部。诸如系统芯片SOC的 各种元件可以集成在主板2010上。

另外，外壳HCS可包括气体入口2050。传感器阵列模块2020 可包括根据示例实施例的一个或多个气体传感器。传感器阵列模块可 以设置在外壳HCS的第一内部空间中。主板2010可以设置在外壳HCS 的第二内部空间中，并且可以通过连接器CNN2连接至传感器阵列模 块2020。第一内部空间和第二内部空间可以通过分隔壁2030彼此阻 断。传感器阵列模块2020中的气体传感器可包括具有如上所述的闭 合传导回路的结构的加热器。

主板2010、相机模块CAM和电池BATTERY可以安装在外壳HCS 中。相机模块CAM可以通过连接器CNN1电连接至主板2010。可以将 例如片上系统SOC的各种部件集成在主板2010上。

图28是示出根据示例实施例的操作移动装置的方法的流程图。

参照图27和图28，安装在主板2010上的处理器(例如，SOC) 可以基于移动装置2000的操作条件来产生加热控制信号(S100)。

处理器可以通过连接器CNN2将加热控制信号传递至传感器阵列 模块2020(S200)。

传感器阵列模块2020可以基于加热控制信号利用气体传感器的 加热器来加热传感器阵列模块2020中包括的气体传感器的感测膜， 以提高气体传感器的感测灵敏度(S300)。

根据示例实施例，处理器可以如下设定操作条件，并且当满足 一个或多个如下操作条件时，处理器可以激活加热控制信号：

1、当气体传感器的感测灵敏度降至参考灵敏度以下时；

2、当在气体传感器开始被驱动之后过去预定时间时；

3、当用户在预定时间段未使用包括的移动装置时；

4、在预定时间(例如，用户睡觉的预期时间)；

5、当移动装置充电时。

图29是示出根据示例实施例的物联网(IoT)网络系统的图。

参照图29，IoT网络系统3000可具有包括上面参照图1至图28 描述的气体传感器或者传感器阵列模块的实体。如图29所示，IoT 网络系统3000可包括多个IoT装置3311、3312、3313和3314。

物联网(IoT)可以指示利用有线和/或无线通信的对象的网络， 并且可以被称作IoT网络系统、泛在传感器网络(USN)通信系统、 机器式通信(MTC)系统、面向机器的通信(MOC)系统、机器对机器 (M2M)通信系统、装置对装置(D2D)通信系统等等。例如，IoT网 络系统3000可包括IoT装置、接入点、网关、通信网络、服务器等 等。此外，IoT网络系统3000可以使用传输协议(诸如用户数据报 协议(UDP)和传输控制协议(TCP))和应用协议(诸如IPv6低功 率无线个人区域网(6LoWPAN)协议、IPv6互联网路由协议、受限应 用协议(CoAP)、超文本传输协议(HTTP)、消息队列遥测传输(MQTT) 和用于传感器网络的MQTT(MQTT-S))，以在IoT网络系统中的两 个或更多个部件之间交换信息。

在无线传感器网络(WSN)中，多个IoT装置3311、3312、3313 和3314中的每一个可以用作汇聚节点或者传感器节点。汇聚节点可 以被称作基站。汇聚节点可以用作用于将WSN连接至外部网络(例如， 互联网)的网关，并且可以为每个传感器节点分配任务并收集通过各 个传感器节点检测到的事件。传感器节点可以是可以执行处理和收集 感觉信息的WSN中的节点，并且可以执行WSN中彼此连接的节点之间 的通信。在示例实施例中，上面参照附图描述的气体传感器可以被包 括在传感器节点中。

多个IoT装置3311、3312、3313和3314可包括通过其自身的 功率操作的有源IoT装置以及通过外部无线施加的功率操作的无源 IoT装置。例如，有源IoT装置可包括冰箱、空调、电话、汽车等， 例如，无源IoT装置可包括射频识别(RFID)标签或者NFC标签。在 示例实施例中，IoT装置3311、3312、3313和3314可包括诸如QR 码、RFID标签和NFC标签的无源通信接口，或者可包括诸如调制解 调器和收发器的有源通信接口。多个IoT装置3311、3312、3313和 3314中的每一个可以通过利用诸如上面参照附图描述的气体传感器 的传感器来收集数据，或者经有线通信接口和/或无线通信接口将例 如状态信息的收集的数据发送至外部，并且可以经有线通信接口和/ 或无线通信接口发送和/或接收控制信息和/或数据。

在示例实施例中，IoT装置3311、3312、3313和3314中的每一 个可以根据各个IoT装置的特性形成一组。例如，可以将IoT装置 3311、3312、3313和3314分组为家用工具组、家电/家具组、娱乐 组或车辆组，并且IoT装置3311、3312、3313和3314中的每一个可 以共同被包括在多个组中。例如，家用工具组(例如，IoT装置3311) 可包括心率传感器贴片、血糖测量装置、照明装置、湿度计、监控摄 像机、智能手表、安全键盘、温度控制器、定向装置、百叶窗等。家 电/家具组(例如，IoT装置3312)可包括诸如机器人清洁器、洗衣 机、冰箱、空调、空气净化器和电视的家电以及诸如包括传感器的床 的家具。娱乐组(例如，IoT装置3313)可包括诸如电视和智能电话 的多媒体成像装置以及通信装置。

IoT网络系统3000还可以包括接入点3310。多个IoT装置3311、 3312和3313可以通过接入点3310连接至通信网络，或者可以通过 接入点3310连接至其它IoT装置。在示例实施例中，接入点3310 可以嵌入于一个IoT装置中。例如，接入点3310可以嵌入于电视机 中，并且用户可以经电视机的显示器监视或者控制连接至接入点 3310的至少一个IoT装置。另外，接入点3310可以被包括在移动电 话中，并且移动电话可以用作IoT装置以及用作连接至其它IoT装置 的接入点3310，并且可以通过移动通信网络或者局域无线网络连接 至通信网络。

IoT网络系统3000还可以包括网关3320。网关3320可以改变 协议，以将接入点3310连接至外部通信网络(例如，互联网网络或 者公共通信网络)。IoT装置3311、3312和3313可以通过网关320 连接至外部通信网络。在示例实施例中，网关320可以集成至接入点3310中。在其它情况下，接入点3310可以用作第一网关，网关3320 可以用作第二网关。在示例实施例中，网关3320可以被包括在IoT 装置3311、3312和3313之一中，并且移动电话可以用作IoT装置以 及用作连接至其它IoT装置的网关3320。

IoT网络系统3000还可以包括至少一个通信网络3330。例如， 通信网络3330可包括互联网和/或公共通信网络，并且公共通信网络 可包括移动蜂窝网络。通信网络3330可以提供沟道，通过该沟道来 传输由IoT装置3311、3312、3313和3314收集的信息。

IoT网络系统3000还可以包括连接至通信网络3330的服务器 3340和管理服务器3335。通信网络3330可以将通过IoT装置3311、 3312、3313和3314感测到的数据发送至服务器3340。服务器3340 可以存储或者分析通过通信网络3330接收到的数据，并且可以通过通信网络3330发送分析结果。服务器3340可以存储与IoT装置3311、 3312、3313和3314中的至少一个关联的信息，并且可以基于存储的 信息分析从关联的IoT装置发送的数据。

如上所述，根据示例实施例的气体传感器可以在不增大气体传 感器的大小的情况下利用与谐振器集成在压电式衬底的上表面上的 具有对称结构的加热器来有效地加热感测材料。气体传感器可以通过 局部加热感测材料来在低功耗的情况下有效地防止气体传感器的劣 化，因此可以提高气体传感器和包括该气体传感器的装置/系统的性 能。

实施例可以一般应用于半导体集成电路，更具体地说，气体传 感器和包括该气体传感器的任何电子装置和系统。例如，实施例可以 应用于诸如移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多 媒体播放器(PMP)、数码相机、摄像机、个人计算机(PC)、服务 器计算机、工作站、笔记本电脑、数字电视、机顶盒、便携式游戏机、 导航系统、可穿戴装置、物联网(IoT)装置、万物网(IoE)装置、 电子书、虚拟现实(VR)装置，增强现实(AR)装置等的系统。

通过总结和回顾，气体传感器可包括根据各种原理感测气体的 气体感测装置，并且气体感测装置可具有用于感测气体的暴露表面。 由于在使用气体传感器期间施加到气体感测装置的湿度、热和气体积 聚量，气体感测装置的灵敏度会改变，并且相应地，气体传感器的精 度会降低。

如上所述，示例实施例可提供能够有效增强感测灵敏度的气体 传感器、包括该气体传感器的传感器阵列模块和移动装置。

根据实施例的气体传感器可以在不增大气体传感器的大小的情 况下有效地加热感测材料。所述气体传感器可包括与谐振器集成在压 电式衬底的上表面上的具有对称结构的加热器。气体传感器可以通过 局部加热感测材料来在低功耗的情况下有效地防止气体传感器的劣 化，因此可以提高气体传感器和包括该气体传感器的装置/系统的性 能。

本文公开了示例实施例，尽管采用了特定术语，但仅在一般和 描述性意义上使用和解释它们，而不是出于限制的目的。在一些情况 下，对于到提交本申请时为止的本领域的普通技术人员来说将显而易 见，除非另有特别说明，否则结合特定实施例描述的特征、特性和/ 或元件可以单独使用，或者可以与结合其他实施例描述的特征、特性 和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离由所 附权利要求所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细 节上进行各种改变。