| 主权项 |
1.一种微型红外线气体分析装置,包括: 一红外线发射单元,利用热阻丝黑体辐射原理,发 射出一宽广的一红外线光谱; 一红外线准直镜,将该红外线发射单元出射的红外 线变成平行红外线光束; 一带通与空间滤波器,筛选包含至少一待测气体吸 收光谱在内之一红外线波段,并且只允许特定几何 区域的红外线光束通过; 一调频滤波单元,基于Fabry-Perot干涉仪原理,利用电 场控制光学共振腔之长度,同一时间仅允许单一待 测气体吸收光谱的窄频波长通过;及 一感测单元,根据该窄频波长强度判别待测气体的 浓度与种类;以及 一微电脑控制单元,作为输出/入界面控制。2.如申 请专利范围第1项之该红外线发射单元,更包括: 一矽微加工技术制作之微型热阻红外线发射器,根 据黑体辐射之原理,向四面八方发射包含各种波段 之辐射光线;以及 一等温度(电阻)驱动电路,稳定该微型热阻红外线 发射器的温度,不受室温漂移之影响,而影响特定 波长的光出射度,降低量测的灵敏度。3.如申请专 利范围第2项之该微型热阻红外线发射器,包括: 一晶向为(100)的矽基板,具有第一及第二表面; 一矽异方性蚀刻制作之V-型槽形成于该矽基板之 该第一或该第二表面; 一悬浮薄板,形成于该V-型槽上; 一热阻材料,制作于该悬浮薄板中;以及 一黑体材料,制作于该悬浮薄板最表面,藉以增加 光辐射的出射度。4.如申请专利范围第3项之该热 阻材料,为高温度系数的矽、白金。5.如申请专利 范围第3项之该黑体材料,为金黑及白金黑。6.如申 请专利范围第1项之该带通与空间滤波器,包括: 一晶向为(100)的矽基板,具有第一及第二表面; 一带通光学薄膜制作于该矽基板的该第一表面,滤 除至少一待测气体以外之红外线光谱波段; 一具有特定几何形状开口的金属薄膜作为空间滤 波器,制作于该带通光学薄膜上;以及 一矽异方性蚀刻制作之V-型槽,该V-型槽开口形成 于该矽基板之该第二表面,该V-型槽蚀穿该矽基板 以致该V-型槽方形底部暴露出该带通光学薄膜与 该金属薄膜空间滤波器之该特定几何形状开口。7 .如申请专利范围第6项之该带通光学薄膜,系多层 介电质材料所组成。该多层介电层基本组成单位 为一对折射系数高与折射系数低的介电材料。8. 如申请专利范围第6项之该金属薄膜空间滤波器, 材料为Ti/Au或Cr/Au,其中Ti或Cr作为附着层。9.如申 请专利范围第1项之该调频滤波单元,更包括: 一矽微加工技术制作之微型调频滤波器,利用电场 控制藉以改变光学共振腔之长度以筛选欲侦测气 体之红外线吸收波长;以及 一驱动振荡电路,提供一直流电压及一微小的交流 电压,使该微型调频率波器兼具波长筛选与光学调 制器之功能。10.如申请专利范围第9项之该微型调 频滤波器包括: 一矽绝缘层矽基板(SOI),一氧化矽绝缘层将该矽绝 缘层矽基板分为正面与反面两矽晶圆; 一悬浮机械结构,该悬浮机械结构包含一薄板结构 及至少一细长支脚,该至少一细长支脚之第一端点 系与该薄板结构连接,该至少一细长支脚之之第二 端点则连接于至少一固定区域; 至少一分隔块,连接该至少一固定区域与其该正面 矽晶圆; 一空气间隙,形成于该悬浮机械结构与该正面矽晶 圆表面间,该空气间隙的起始距离系由该至少一分 隔块的高度决定; 一第一反射镜制作于该薄板结构中央; 一浮动电极制作于该薄板结构上,该浮动电极系透 过该至少一细长支脚及该至少一固定区域与外界 作电性连接; 一固定电极,制作于该正面矽晶圆表面,位于该浮 动电极正下方,与该浮动电极距离该空气间隙; 一共振腔V-型凹槽制作于正面矽晶圆中,位于该第 一反射镜正下方,该共振腔V-型凹槽方形平坦底部 暴露出位于该矽绝缘层矽基板中间之该氧化矽绝 缘层; 至少一防沾黏V-型凹槽,制作于正面矽晶圆中,位于 该至少一细长支脚正下方;及 一背面凹槽,制作于反面矽晶圆中,正对准于该第 一反射镜,该背面凹槽平坦底部暴露出位于该矽绝 缘层矽基板中间之该氧化矽绝缘层;以及 一第二反射镜,制作于该背面凹槽平坦底部上。11. 如申请专利范围第10项之该悬浮机械结构,其材料 依序为富矽氮化矽、多晶矽及富矽氮化矽所组成 之三明治结构。12.如申请专利范围第10项之该浮 动电极,其材料为多晶矽。13.如申请专利范围第10 项之至少一分隔块,其材料为多晶矽或非晶矽。14. 如申请专利范围第10项之该第一及该第二反射镜, 其系由多对高折射系数/低折射系数介电材料所制 作之高反射率反射镜。15.如申请专利范围第1项之 该感测单元,包括: 一矽微加工技术制作之微型热侦测器;以及 一锁相读取电路,将该微型热侦测器输出的电交流 讯号与专利申请范围第9项该驱动振荡电路之调制 频率作比对,以提高感测讯号的讯杂比,并且可以 免除环境效应(温度变化)造成的杂讯问题。16.如 申请专利范围第15项之微型热侦测器,包括: 一晶向为(100)的矽基板;具有第一及第二表面; 一矽异方性蚀刻制作之V-型槽形成于该矽基板之 第一或第二表面; 一悬浮薄板,形成于该V-型槽上; 至少一热电偶,制作于该悬浮薄板中,该至少一热 电偶的热接触区位于该悬浮薄板的中央部分,该至 少一热电偶的冷接触区位于该V-型槽边缘之该矽 基板上; 一黑体材料,制作于该悬浮薄板表面,藉以增加光 辐射的吸收。17.如申请专利范围第16项之该至少 一热电偶,包含第一及第二热电偶材料,该第一及 第二热电偶材料为N型及P型矽导体所构成,抑或一 矽导体与一金属导体所构成。18.如申请专利范围 第16项之该黑体材料,为金黑或白金黑。图式简单 说明: 图1为不同气体红外线吸收光谱特性。 图2本发明微型红外线气体分析装置的功能性方块 图。 图3本发明微型红外线气体分析装置各组件安排示 意图。 图4a本发明实施例微型热阻红外线发射器之俯视 结构示意图。 图4b系为图4a沿着AA线所示之剖面结构示意图。 图5a系为本发明微型热阻红外线发射器另一实施 例之俯视结构示意图。 图5b系为图5a沿着AA线所示之剖面结构示意图。 图6为本发明微型带通与空间滤波器之剖视结构示 意图。 图7系为本发明实施例微型调频滤波器之结构剖视 图。 图8a系为本发明实施例微型热电堆侦测器之俯视 结构示意图。 图8b系为图8a沿着AA线所示之剖面结构示意图。 图9a系为本发明微型热电堆侦测器另一实施例之 俯视结构示意图。 图9b系为图9a沿着AA线所示之剖面结构示意图。 |
