Cảm biến khí dựa trên vật liệu oxit kim loại bán dẫn như SnO2, ZnO có nhiều ưu điểm về độ đáp ứng, khả năng phát hiện đa dạng các loại khí, khả năng thương mại hóa… Tuy nhiên, cảm biến phải hoạt động ở khoảng nhiệt độ cao từ 100oC – 500oC. Do vậy, cấu tạo của cảm biến oxit kim loại bán dẫn luôn có lò nhiệt để nung nóng cảm biến.
Trong những thiết kế ban đầu, cấu trúc lò nhiệt, đế, điện cực và lớp vật liệu nhạy khí được xếp chồng lên nhau (Hình I.15). Cấu trúc này có nhược điểm là:
- Công nghệ chế tạo phúc tạp, phải sử dụng từ 5 đến 6 mặt nạ khác nhau
cho quá trình quang khắc tạo cấu trúc cảm biến.
- Phân bố nhiệt trên cảm biến nói chung và trên lớp vật liệu nhạy khí nói riêng không đạt độ đồng đều cần thiết.
- Không phù hợp với những công nghệ chế tạo lớp vật liệu nhạy khí như
quay phủ (spin-coating).
Hình I.15: Cấu trúc cảm biến loại xếp chồng và loại một mặt: (a) Cấu trúc cảm biến loại xếp chồng; (b) Cấu trúc cảm biến loại một mặt
Mặt trên ( a) ( b) Mặt bên Mặt trên Mặt dưới
35
Kết hợp công nghệ vi điện tử vào chế tạo cảm biến khí, nhiều cấu trúc cảm biến khác nhau đã được thiết kế. Trong đó, cấu trúc cảm biến loại 1 mặt (planar type sensor) đã loại bỏ được những nhược điểm của cảm biến cấu trúc xếp chồng. Cảm biến loại 1 mặt có lớp lò vi nhiệt, điện cực và lớp vật liệu nhạy khí được bố trí trên cùng một mặt của đế (phiến SiO2/Si/SiO2). Với cấu trúc này, nhiệt độ trên lớp vật liệu nhạy khí được phân bố đều do lò vi nhiệt chỉ đốt nóng khu vực chứa lớp vật liệu đó. Mặt còn lại của cảm biến có thể sử dụng công nghệ MEMS để ăn mòn, nhằm giảm công suất tiêu thụ cho cảm biến.