[發(fā)明專利]一種低功耗氫氣溫度復(fù)合傳感芯體及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711193133.5
• 申請(qǐng)日: 2017-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN107843621A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余堃;田先清;王新鋒;左繼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號(hào): G01N27/04
• 分類號(hào): G01N27/04;G01K13/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標(biāo)專利事務(wù)所51213
• 代理人: 劉興亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種傳感芯體及其制備方法，具體涉及一種低功耗氫氣溫度復(fù)合傳感芯體及其制備方法，屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氫氣是一種重要特種工業(yè)氣體，作為工業(yè)原料廣泛用于石化、冶金、電子、食品等行業(yè)，另外氫也是一種綠色環(huán)保的燃料，用于航天、新能源汽車等。氫氣與空氣或其他氧化性氣體混合容易發(fā)生爆炸，空氣中氫氣的爆炸限為(4％～75％vol)，氫氣的爆炸以成為相關(guān)化工廠、實(shí)驗(yàn)室安全關(guān)注的要點(diǎn)。氫氣是一種無色無味的氣體，空氣中氫氣濃度增加是人無法直接感知的。氫氣傳感器是一種能測(cè)量氫氣濃度的傳感器，通過氫濃度監(jiān)測(cè)，可以更早的發(fā)現(xiàn)氫氣濃度的異常增加。

溫度越高，氫氣擴(kuò)散速度越快，氫氣發(fā)生爆炸所需的著火能越低，氫氣泄漏導(dǎo)致的危險(xiǎn)性越大。因此同時(shí)測(cè)定氫氣濃度和環(huán)境溫度對(duì)于氫氣泄漏安全性預(yù)警及氫氣泄漏源的查找具有重要作用。

基于鈀合金電阻的氫傳感器的工作原理是鈀合金在不同濃度氫氣的作用下，其電阻會(huì)發(fā)生不同程度的變化，從而根據(jù)電阻的變化來感測(cè)氫氣濃度。但是鈀合金的電阻同時(shí)會(huì)受環(huán)境溫度變化的影響，為了消除溫度的影響，在中國(guó)專利CN1947007B和中國(guó)專利CN 204439589U 中都設(shè)計(jì)了加熱控溫單元，采用了控制氫氣測(cè)量單元的溫度恒定方法來消除溫度對(duì)測(cè)量的影響，但這些傳感器存在以下缺點(diǎn)：

1)傳感器上具有復(fù)雜的加熱控溫單元，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制作難度大，成本高。

2)工作需要加熱，功耗大，不適合無線布點(diǎn)，且存在安全隱患。

3)傳感器不具有環(huán)境溫度測(cè)量功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不需要加熱控溫，且能同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫和測(cè)氫氣濃度的低功耗氫氣溫度復(fù)合傳感芯體。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種低功耗氫氣溫度復(fù)合傳感芯體，包括基底、位于基底上方的用于監(jiān)測(cè)氫氣濃度的氫氣測(cè)量單元、用于測(cè)量溫度的溫度測(cè)量單元及用于信號(hào)連接引出的連接單元，所述復(fù)合傳感芯體在一個(gè)基底上同時(shí)包括一個(gè)溫度測(cè)量單元及一個(gè)氫氣測(cè)量單元，且在所述溫度測(cè)量單元表面設(shè)有測(cè)溫保護(hù)層，所述氫氣測(cè)量單元表面具有選擇性滲透保護(hù)層。

更進(jìn)一步的方案是：

所述基底上設(shè)置有一層絕緣層，絕緣層位于基底與氫氣測(cè)量單元、溫度測(cè)量單元及連接單元之間。

更進(jìn)一步的方案是：

所述氫氣測(cè)量單元包括測(cè)氫敏感層、選擇性滲透保護(hù)層，選擇性滲透保護(hù)層位于測(cè)氫敏感層上方，覆蓋了測(cè)氫敏感層。

更進(jìn)一步的方案是：

所述溫度測(cè)量單元包含測(cè)溫保護(hù)層和測(cè)溫敏感層，測(cè)溫保護(hù)層位于測(cè)溫敏感層上方，覆蓋住測(cè)溫敏感層。

更進(jìn)一步的方案是：

所述基底為硅或陶瓷。

更進(jìn)一步的方案是：

所述絕緣層為二氧化硅或氮化硅或兩者的復(fù)合體。

更進(jìn)一步的方案是：

所述測(cè)氫敏感層為鈀-鎳，鈀-銀、鈀-金或鈀-鉻合金材料；選擇性滲透保護(hù)層為二氧化硅。

更進(jìn)一步的方案是：

所述測(cè)溫敏感層為為鉑、鎳或銅；測(cè)溫保護(hù)層為氮化硅或碳化硅。

本發(fā)明還提供了前述低功耗氫氣溫度復(fù)合傳感芯體的制備方法，包括以下步驟：

1)對(duì)基片表面進(jìn)行清潔預(yù)處理；

2)在經(jīng)過步驟1)處理的基片上沉積絕緣層，優(yōu)選方法為化學(xué)氣相沉積；

3)采用光刻-鍍膜方法在2)形成的絕緣層上形成測(cè)溫敏感薄膜圖案；

4)采用沉積在測(cè)溫敏感薄膜上形成保護(hù)層

5)采用光刻-鍍膜方法在2)形成的絕緣層上形成測(cè)氫敏感薄膜圖案；

6)采用光刻-鍍膜方法形成連接單元薄膜圖案；

7)采用化學(xué)氣相沉積在測(cè)氫敏感薄膜上形成選擇性滲透層。

更進(jìn)一步的方案是：

步驟2)中，通過化學(xué)氣相沉積法在基片上沉積絕緣層。

本發(fā)明的低功耗氫氣溫度復(fù)合傳感芯體，可以在保證靈敏度和穩(wěn)定性的同時(shí)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)定環(huán)境溫度和環(huán)境中氫氣濃度的測(cè)量。另外，本發(fā)明給出的低功耗氫氣溫度復(fù)合傳感芯體還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可在更小面積上進(jìn)行制作，大幅降低了制作成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明氫氣溫度復(fù)合傳感芯體的平面圖；

圖2為本發(fā)明薄膜氫氣溫度復(fù)合傳感芯體的截面示意圖

圖3為圖1的B-B面示意圖。

圖中：1.基底；2.溫度測(cè)量單元；2a.測(cè)溫敏感層；2b.測(cè)溫保護(hù)層；3.氫氣測(cè)量單元；3a.測(cè)氫敏感層；3b.選擇性滲透保護(hù)層

具體實(shí)施方式