[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

说明书

本发明提供一种旁热式硅基薄膜催化氢气传感器，本氢气传感器通过MEMS加工工艺获得，包括硅基底，所述硅基底上表面设有绝热层，所述硅基底下表面开有一个或一对延伸至所述绝热层的绝热槽，所述绝热层表面设有一对高电阻温度系数材料组成的加热线圈，所述加热线圈内侧、外侧或上方设有催化薄膜层，所述催化薄膜层其一表面覆盖有一层耐高温介质层，其二表面留空，所述绝热层外圈设有贵金属薄膜电阻。本发明提供的氢气传感器可以同时在催化燃烧和热导两种模式下工作，体积小，功耗低，响应快，使用寿命长。

技术领域

本发明属于氢气传感器技术领域，具体涉及一种旁热式硅基薄膜催化氢气传感器及其加工方法。

背景技术

催化燃烧式气体传感器是利用催化燃烧的热效应原理，由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥，在一定温度条件下，可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生无焰燃烧，载体温度就升高，通过它内部的铂丝电阻也相应升高，从而使平衡电桥失去平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。

为提高催化效率，催化剂通常为多孔氧化铝陶瓷负载的贵金属催化剂制成，通常为橄榄型或球形，因此被称为珠式元件。催化剂包括的铂丝十分纤细，通常只有25-50微米。而催化剂的直径大约为0.5-1mm，在较强的震动下，铂丝极易断裂；多孔陶瓷负载的贵金属催化剂对于所有的可燃气体均具有很高的响应，因此，只能作为可燃气体传感器而非单一的氢气传感器。

同时，催化剂的多孔陶瓷极易吸附空气中的细小颗粒，导致多孔陶瓷的比表面积极大的下降，催化活性也大大降低，这意味着，传感器需定期进行校准以修正误差，并且使用寿命也大大降低。

我公司申请号为201810220141.2的中国专利文件《一种氢气传感器及其加工方法》，公开了一种微型氢气传感器，能够测量任何氢气浓度，弥补了现有技术的缺点；使得氢气传感器的选择性、安全性、稳定性、灵敏度以及输出信号弱等问题已经得到不同程度的解决。但该装置稳定性和使用寿命仍有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提供一种旁热式硅基薄膜催化氢气传感器，其构造布局合理，可大大减少交叉干扰，稳定性和可靠性高，进而延长了使用寿命，再者本装置不仅传感器功耗低、灵敏度高，且生产工艺简单、生产成本低。本发明还提供一种旁热式硅基薄膜催化氢气传感器的加工方法。

本发明提供了如下的技术方案：

一种旁热式硅基薄膜催化氢气传感器，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，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；

所述绝热层上临近所述第一加热线圈与第二加热线圈处分别配置第一薄膜催化层与第二薄膜催化层，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。

优选的，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；且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/℃。

进一步的，所述薄膜催化层位于加热线圈的内侧、或者外侧、或者上方、或者下方。

其中，当薄膜催化层位于加热线圈的内侧时，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。