[发明专利]一种旁热式硅基薄膜催化氢气传感器及其加工方法

权利要求书

1.一种旁热式硅基薄膜催化氢气传感器，其特征在于，包括硅基底、绝热层、加热线圈、薄膜催化层和薄膜电阻层；

所述硅基底的上表面设有绝热层，所述硅基底的下表面加工有延伸至所述绝热层的绝热槽；

所述绝热层的上表面设有图形化处理的第一加热线圈与第二加热线圈、第一薄膜催化层与第二薄膜催化层，所述第一加热线圈与第二加热线圈串联后由引线焊盘引出电信号；

所述薄膜催化层位于加热线圈的内侧或者外侧；所述薄膜催化层与所述加热线圈的间距为5nm-100um；

所述第一加热线圈与所述第一薄膜催化层临近；

所述第二加热线圈与所述第二薄膜催化层临近；所述第一加热线圈与第二加热线圈的电阻温度系数的差值在0-100ppm/℃；

所述第一加热线圈与第二加热线圈均为中部镂空的封闭状图形，所述第一薄膜催化层与所述第二薄膜催化层分别位于所述第一加热线圈与第二加热线圈的镂空部内；或者，所述第一加热线圈与第二加热线圈均为连续弯折的蛇形结构，所述第一薄膜催化层分列于所述第一加热线圈的左右两侧，所述第二薄膜催化层分列于第二加热线圈的左右两侧；

所述第一薄膜催化层的表面留空，所述第二薄膜催化层的表面覆盖耐高温介质层；

所述绝热层上表面的边缘设有薄膜电阻层；

所述薄膜电阻层的两端设有引线焊盘，所述薄膜电阻层用于测量环境温度或者给传感器提供温度；

当第一薄膜催化层催化氢气燃烧时，其催化燃烧产生的热量能够使所述第一加热线圈的电阻高于所述第二加热线圈的电阻，进而使得由所述第一加热线圈和所述第二加热线圈构成的电桥输出电信号，所述电信号用于表征氢气浓度值，以实现对所述氢气浓度值的监测。

2.根据权利要求1所述的旁热式硅基薄膜催化氢气传感器，其特征在于，所述第一加热线圈与所述第二加热线圈为铂、铂系金属合金、铁、铁系金属合金、钛、钨、钛钨合金、导电性金属氮化物中的一种或者几种。

3.根据权利要求1所述的旁热式硅基薄膜催化氢气传感器，其特征在于，所述薄膜催化层的材质为铂系金属及其合金、氧化锡、氧化镍、氧化铈、氧化钨、氧化钛其中的一种或几种；所述耐高温介质层的材质为氧化铝、氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化锆中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的旁热式硅基薄膜催化氢气传感器，其特征在于，所述薄膜催化层的留空区域与所述薄膜催化层重叠，或者留空区域面积大于或者小于薄膜催化层的面积。

5.一种加工权利要求1-4任一项所述的旁热式硅基薄膜催化氢气传感器的方法，包括以下步骤：

S1：采用标准RCA制程对硅基底进行清洗，并使用氮气吹干；

S2：以低压化学气相沉积法在洗净的硅基底上沉积氮化硅层，然后以等离子体增强化学气相沉积法在氮化硅层表面沉积二氧化硅层，获得绝热层；

S3：在S2获得的衬底上，以磁控溅射法或者热蒸发沉积法或者等离子体增强化学沉积法在步骤S2中获得的绝热层表面沉积一层高温缓冲层；

S4：在S3获得的衬底上，进行匀胶、光刻、显影处理，并采用磁控溅射法或S3步骤中的沉积方法沉积一层高电阻温度系数的材料层，使用剥离工艺，得到图形化的加热线圈；

S5：以S4所述方法，在S4步骤中获得的加热线圈内侧或外侧沉积一层薄膜催化材料；所述薄膜催化层与所述加热线圈的间距为5nm-100um；所述第一加热线圈与所述第一薄膜催化层临近；所述第二加热线圈与所述第二薄膜催化层临近；所述第一加热线圈与第二加热线圈的电阻温度系数的差值在0-100ppm/℃；所述第一加热线圈与第二加热线圈均为中部镂空的封闭状图形，所述第一薄膜催化层与所述第二薄膜催化层分别位于所述第一加热线圈与第二加热线圈的镂空部内；或者，所述第一加热线圈与第二加热线圈均为连续弯折的蛇形结构，所述第一薄膜催化层分列于所述第一加热线圈的左右两侧，所述第二薄膜催化层分列于第二加热线圈的左右两侧；

S6：利用S2中所述工艺，在S4中获得的衬底表面沉积氮化硅和二氧化硅；

S7：在S6获得的衬底上，进行匀胶、光刻、显影处理，采用等离子体刻蚀工艺，去除第一薄膜催化层上方的氮化硅和二氧化硅；

S8：利用S4所述工艺，在S7获得的衬底表面沉积外圈薄膜电阻层；所述薄膜电阻层的两端设有引线焊盘，所述薄膜电阻层用于测量环境温度或者给传感器提供温度；

S9：在S8获得的衬底背面进行匀胶、光刻、显影处理，先使用深反应离子刻蚀去除绝大多数的硅，再使用湿法腐蚀去除残余的硅，制备出绝热槽。