[发明专利]氢气传感器用薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢气传感器的薄膜，特别涉及一种氢气传感器用薄膜材料及其制备方法。

背景技术

氢气广泛应用于半导体薄膜的制备与加工过程及航天航空领域，由于氢气的易燃性与易爆性(爆炸极限为4～74％)使得氢气的检测技术相当重要，所以氢气传感器的设计与制造也就显得尤为重要，要求氢气传感器能够可重复使用、响应速度快、测量范围广、实用面宽、无须经常校核、能耗低。

目前氢气传感器主要有两类：一类是由第八副族元素(如Ni、Pd、Pt等)组成的块状传感器，通过加热与催化使氢气发生氧化反应来检测氢气的存在，但是在检测过程中，易氧化材料(如酒精、丙酮等碳水化合物)很容易在Ni、Pd、Pt等触媒上发生反应，导致误报，然而酒精、丙酮等碳水化合物又在半导体材料加工过程中经常使用，因此现场环境中或多或少地存在着这类易氧化气体，给检测带来了不便；另一类传感器，如金属一非导体一半导体(MIS)或金属一氧化物一半导体(MOS)电容、场效应管和Pd门二极管，但是通常只能用来检测低浓度氢气。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种可重复使用、响应速度快、测量范围广、实用面宽、无须经常校核的氢气传感器用薄膜材料。

本发明的另一目的在于提供一种氢气传感器用薄膜材料的制备方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本氢气传感器用薄膜材料，其特征在于：所述薄膜材料包括基片、合金薄膜材料和保护薄膜；基片和保护薄膜夹覆着合金薄膜材料；合金薄膜材料的基本成分为Mg和Ni，化学组成为Mg_[p-x]α_[x]Ni_[1-y]β_[y]，其中α为Al、Mn、Sn、Ca、Li、B、La、Ce、Nd、Pr、Y或者混合稀土，其中β为Cu、Ti、Co、Fe、Cr、Zr、V、Nb、Mo或者W，其中2≤p≤70，0≤x≤35，0≤y≤0.8。

所述基片为金属、半导体或者绝缘体基片。

所述保护薄膜为Pd、Pt或Au薄膜，或者Pd、Pt、Ag、Au、Co的二元或多元合金薄膜。

所述合金薄膜材料厚度为10～2000nm。

所述保护薄膜厚度为2～1000nm。

上述的氢气传感器用薄膜材料的制备方法，其特征在于：首先用感应熔炼或粉末冶金方法预制合金靶，然后用物理气相沉积方法，在基片上制成合金薄膜材料，接着在合金薄膜材料表面覆盖一层保护薄膜。

所述物理气相沉积方法为溅射、电子束蒸镀或者激光蒸镀方法。

所述合金靶的基本成分为Mg和Ni，化学组成为Mg_[p-x]α_[x]Ni_[1-y]β_[y]，其中α为Al、Mn、Sn、Ca、Li、B、La、Ce、Nd、Pr、Y或者混合稀土，其中β为Cu、Ti、Co、Fe、Cr、Zr、V、Nb、Mo或者W，其中2≤p≤70，0≤x≤35，0≤y≤0.8。

所述合金靶为两种或者两种以上所述化学组成的混合物。

用感应熔炼方法将块状金属熔炼成合金铸件，高温退火后，用线切割方法把合金铸件加工成合金靶；或者用粉末冶金方法将金属粉末烧结，高温退火后，用线切割方法加工成合金靶。

本氢气传感器用薄膜材料的应用：本薄膜材料，加上信号检测系统就制成了氢气传感器，氢气传感器与氢气发生反应，反应前后薄膜材料的成分与结构发生改变，导致薄膜材料的物理和化学特性的改变，例如薄膜材料的透光性、反光性、导电性、热效应、电阻率、电容量或者磁阻等，这些性能的改变可以用来检测氢气的浓度。合金薄膜材料表面覆盖一层氢气可自由通过而非氢元素则不能通过的保护薄膜，以防止合金薄膜材料与有害气体发生反应而降低氢气传感器对氢气的检测灵敏度。将合金薄膜材料沉积在玻璃基片上可以通过检测薄膜材料的透光性或者反光性来检测氢气的浓度；沉积在半导体或绝缘体基片上可以通过检测薄膜材料的电阻率来检测氢气的浓度；沉积在金属基片上可以通过检测薄膜材料的热效应、导电性、电容量或者磁阻来检测氢气的浓度。