[發明專利]一種氫氣敏感芯體制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010311803.4
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111351823A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 張浩;丁玎;何峰;曾慶平;周國方
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 廖元寶

本發明公開了一種氫氣敏感芯體制備方法，包括以下步驟：S01、在硅基底表面形成四個電阻圖形；S02、在硅基底表面鍍制鈀合金薄膜，形成鈀合金電阻；S03、在空氣中進行高溫熱處理；S04、在硅基底上形成絕緣層氧化物薄膜圖形；S05、鍍制絕緣層氧化物薄膜，形成與絕緣層氧化物薄膜圖形相匹配的絕緣層氧化物薄膜；S06、在氫氣中進行高溫熱處理；S07、在硅基底表面形成焊盤圖形；S08、在硅基底上鍍制Au薄膜，形成Au焊盤；四個鈀合金電阻通過Au焊盤依次連接形成惠斯通全橋。本發明還公開了一種如上所述制備方法制備得到的氫氣敏感芯體。本發明的氫氣敏感芯體制備方法及氫氣敏感芯體具有穩定性好、精度高等優點。

技術領域

本發明主要涉及氫氣敏感芯體制備技術領域，特指一種氫氣敏感芯體制備方法及應用。

背景技術

氫氣作為一種無污染的能源，氫能對于緩解能源危機和環境污染具有重要的意義。氫氣在4％至74％濃度時與空氣混合有爆炸的危險，安全、準確的氫氣傳感器對于氫氣的應用具有重要的意義。目前較成熟的氫氣傳感器按照工作原理主要分為：電化學類，金屬氧化物類，催化燃燒類，熱導類，光學類，鈀/鈀合金類。目前市面上主要的產品有催化燃燒氫氣傳感器、光纖氫氣傳感器、鈀合金氫氣傳感器。由于催化燃燒式氫氣傳感器工作溫度較高(300℃-400℃)，鉑絲老化嚴重，長期工作造成傳感器零點漂移增大，嚴重影響傳感器測量精度；光纖氫氣傳感器精度高、性能穩定，但是價格昂貴，難以實現大規模應用；而薄膜式鈀合金氫氣傳感器工作溫度低，鈀合金電阻穩定性高，具有較好的測試重復性、精度高、壽命長、可長期穩定工作等優點，是目前應用最多的氫氣傳感器，但是目前的氫氣傳感器檢出限較高，不能實現超低濃度氫氣的檢測。美國H2SCAN公司/蘇州H2SENCE公司氫氣傳感器產品采用相同的材料體系，使用電阻加熱恒溫控制的方法消除溫度對傳感器的影響；另一個方面H2SCAN公司采用在鈀合金表面鍍制獨特的保護膜的方式來消除其它氣體的交叉影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種穩定性好、精度高的氫氣敏感芯體制備方法及應用。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種氫氣敏感芯體制備方法，包括以下步驟：

S01、在硅基底表面形成四個電阻圖形；

S02、在硅基底表面鍍制鈀合金薄膜，形成鈀合金電阻；

S03、在空氣中進行高溫熱處理，生成氧化保護膜；

S04、在硅基底上形成絕緣層氧化物薄膜圖形；

S05、鍍制絕緣層氧化物薄膜，形成與絕緣層氧化物薄膜圖形相匹配的絕緣層氧化物薄膜；

S06、在氫氣中進行高溫熱處理；

S07、在硅基底表面形成焊盤圖形；

S08、在硅基底上鍍制Au薄膜，形成Au焊盤；四個鈀合金電阻通過Au焊盤依次連接形成惠斯通全橋。

作為上述技術方案的進一步改進：

在步驟S03中，所述高溫熱處理的溫度為100℃～1000℃。

在步驟S06中，所述高溫熱處理的溫度為300℃～700℃。

在步驟S02中，鈀合金薄膜為PdNi_x或PdAg_x或PdCu_x或PdCr_x。

在步驟S05中，絕緣層氧化物為Al₂O₃或SiO₂或Ta₂O₅，厚度為1um～10um。

在步驟S08中，采用濺射鍍膜的方式在硅基底上鍍制Au薄膜。