CN100412517C

CN100412517C - 感测氢气的方法和装置

Info

Publication number: CN100412517C
Application number: CNB2004800144727A
Authority: CN
Inventors: K·恩基; G·蒙蒂; Y·李; Z·杨弗; P·孙达拉坚
Original assignee: Nano Propietary Inc
Current assignee: Nano Propietary Inc
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2024-06-01
Also published as: CN1795371A

Abstract

一种氢传感器和/或开关，由金属或金属合金构成的纳米线阵列或纳米微粒子厚膜制成。由于制造材料和方法的缘故，该传感器和/或开关展示了较宽的工作温度范围和缩短的响应时间。在氢存在时纳米线或纳米微粒子厚膜展示了导电率的增加。

Description

感测氢气的方法和装置

到相关申请的交叉引用

本发明的权利要求优先权是序列号为60/475,558的美国临时申请。

技术领域

本发明涉及氢气传感器，及特别是，涉及利用金属纳米线的氢气传感器和开关。

背景技术

像任何燃料一样，氢存储了大量能量，并且处理氢需要有安全措施。由于氢燃料的使用变得愈加普及，对可靠的氢传感器的需求也在增长。氢现在已被用于交通，石化，食品加工，微芯片和航天器工业。这些工业各自需要用于许多应用的可靠的氢传感器，例如，查明泄漏以防止生产设备、运输罐和存储罐中爆炸的可能性。燃料电池技术的进步将为氢传感器提供众多的远景应用。

在一些情况下，氢传感器能用于即将来临的设备故障的报警。电气变压器和其它电气设备通常填充有绝缘油以在通电部件间提供绝缘。在绝缘油中氢的存在能够显示故障或潜在的爆炸。在绝缘油内以及在绝缘油之上的空气中都能采用氢传感器。因此，紧密地监控含有绝缘油的设备内和该设备周围的氢的水平在预测和防止设备故障方面是一种有效的手段。

随着燃料电池技术的进步，将看到燃料电池作为能源用于车辆和家用二者的更大用途。因为氢可以是一种高爆炸性的气体，每种燃料电池系统需要氢探测器以在如果发生氢泄漏时能够感测和报警。也可将氢探测器放在燃料电池内部以监控燃料电池的正常状态。为了过程控制，也需要氢传感器组件以监控到燃料电池的输入气中的氢浓度。

在燃料电池中的氢传感器需要有很高的灵敏度。这种传感器组件应该有从低于1％直到100％的氢的很宽的测量范围。测量范围取决于使用了何种燃料电池技术和燃料电池的状态。也需要探测器以监控传送系统的泄漏。对于运输和其它便携式应用，工作在大气中的氢探测器需要保证氢/空气混合物的安全以及需要在氢泄漏变得危险之前检测到氢泄漏。在高氢浓度水平，必须解决与在氧气泵上操作的潜在退化效应有关的问题。最后，在监控大气中的氢方面氢传感器必须是高度可选择的。

有许多在市场上可获得的氢传感器，但是，它们中的大多数不是非常贵就是不具有较宽的工作温度范围。此外，当今销售的大多数传感器具有包括于传感器的加热器以维持高的操作温度，这需要便携式应用所不希望的高能耗。

Favier等人在2001年通过生产示范氢探测器开创了钯纳米线的使用。在出版在2001年9月21日科学第293卷的论文中可以读到Favier等人的公开内容。由于钯纳米线的纳米技术的化学/机械/电气特性的性质，用这种方法制备的氢传感器具有不可思议的性能。通过测量平行排列的金属纳米线的导电率该氢传感器工作。在氢气存在时，金属纳米线的导电率增加。

在纳米材料中α到β相的转变是这些传感器的工作机理。首先是由纳米线的钯纳米晶体对氢气的化学吸收。这导致晶格膨胀5％-10％，使得一开始就彼此隔开的钯纳米晶体互相接触并形成良好的低阻抗金属线。

然而，由Favier等人生产并揭示的系统有许多缺点。对钯纳米线缺乏完整的特性描述已经限制了对那些设备的理解。同样，Favier等人利用的方法和装置是利用通过电镀用电化学方法制备在诸如石墨的阶梯形、导电的表面的纳米线。这出现了问题，因为制备在导电表面的纳米线需要从导电表面被移离(transferred off)以使更容易测量纳米线的导电率。这种纳米线的转移导致在较高温度氢感测变差。总之，对于制备在石墨的阶梯边缘的纯钯纳米线，主要问题是：(1)钯纳米线不可预测的构成；(2)狭窄的工作温度范围；和(3)对氢浓度的狭窄的灵敏度范围。

因此，在该技术领域中装置和方法需要：(1)可预测构成钯和钯合金；(2)增加传感器的工作温度范围；和(3)增加可以测量的氢浓度的范围。

发明内容

本发明针对感测氢气的改进装置和方法。一个实施例包括淀积绝缘层到硅基底上，在绝缘层的上表面淀积金属层，和淀积多个纳米微粒子到金属层的侧壁上。在实施例中，金属层可以被去掉。

本发明的另一个实施例针对氢传感装置，该装置包括纳米微粒子淀积在基底上以形成一个或多个在存在氢的时候传导电流的纳米微粒子路径，和，其中，纳米微粒子接近基底形成并且不移离导电基底。

本发明的另一个实施例针对感测氢的方法，包括淀积第一层材料到第二层材料，在第二层材料上淀积金属层，在金属层上淀积第三层材料，去除金属层的一部分以暴露金属层的一个或多个侧壁，在金属层的侧壁上淀积纳米微粒子和在它们暴露于氢中时感测纳米微粒子的电阻率的变化。

本发明的一个实施例针在钯-银合金技术，该技术消除了(1)钯纳米线不可预测的构成；(2)狭窄的工作温度范围；和(3)对氢浓度的狭窄的灵敏度范围。本发明的基础是不需要转移过程在有图案的表面电化学地共淀积钯和钯-银合金纳米微粒子或纳米线的能力。

通过测量在存在氢气时平行排列的许多金属纳米线使本发明工作。在存在氢时通过测量淀积为薄膜的纳米线的阻抗，本发明也可以工作。纳米线和纳米膜包含在不存在氢时起开启开关作用的间隙。在存在氢时，间隙闭合并且像关闭的开关一样运转。因此，在氢不存在时钯或钯合金纳米线或纳米薄膜阵列之间的阻抗是较高的，而存在氢时该阻抗是较低的。

纳米线或纳米膜通常由钯及其合金组成。一个普通技术人员可认识也可以使用诸如铜、金、镍、铂等等的其它金属或具有稳定的金属氢化物相的金属合金。这里使用的“路径”是指围绕纳米线、纳米膜，和/或任何潜在路径。

在现有技术中，纳米线通过电镀电化学地制备在诸如石墨的阶梯的表面。该纳米线然后移离石墨到聚苯乙烯或氰基丙烯酸酯上。该转移过程使氢传感器的灵敏度和工作范围降低。本发明的一个目的是通过在制造期间无需移离纳米线增加氢传感器的灵敏度和工作范围。

附图说明

为了更完整地理解本发明和本发明的优点，结合附图进行下述说明，其中：

图1是纳米微粒薄膜在扫描电子显微镜(SEM)下的图像；

图2是由侧壁电镀技术制备的300nm钯纳米线的SEM图像；

图3是70℃时在不同氢浓度的氢传感器特性曲线的曲线图；

图4是70℃时在不同氢浓度的氢传感器特性曲线的曲线图；

图5a是本发明一个实施例的示意图；

图5b是100℃时具有0.5％、1.5％和2％氢浓度的氢传感器特性曲线的曲线图；

图5c是120℃时具有1％氢浓度的在5个检测周期期间的氢传感器特性曲线的曲线图；

图6a是本发明一个实施例的示意图；

图6b是室温时如示出的不同氢水平来自图6a的氢传感器的特性曲线的曲线图；

图6c是70℃时如示出的不同氢水平来自图6a的氢传感器的特性曲线的曲线图；

图6d是室温时如示出的不同氢水平来自图6a的氢传感器的特性曲线的曲线图；

图7a是本发明另一个实施例的示意图；

图7b是室温时如示出的不同氢水平来自图7a的氢传感器的特性曲线的曲线图；

图7c是120℃时如示出的不同氢水平来自图7a的氢传感器的特性曲线的曲线图；

图8a是本发明一个实施例的制造初期阶段的示意图；

图8b是本发明一个实施例的制造中期阶段的示意图；

图8c是本发明一个实施例的制造后期阶段的示意图；

图8d是配置到纳米线阵列中的本发明实施例的示意图；

图8e是在不同氢水平和103℃、136℃和178℃时检测到的本发明实施例的检测结果的曲线图；

图9是本发明一个实施例的示意图；

图10a是用于汽车应用的氢传感器的例图；

图10b是在燃料电池内氢传感器的例图；

图10c是用于变压器应用的氢传感器的例图；

图10d是用于家庭应用的氢传感器的例图。

具体实施方式

在下面的说明中，提出了许多诸如特定合金混合物的特定细节以提供对本发明的彻底的理解。但是，对那些本领域技术人员很明显的是没有这些特定细节也可以实现本发明。一些细节被省略，因为这种细节对完整理解本发明不是必需的且在相关领域中普通技术人员的技术知识范围内。

现在参照附图，在图中已描述的元素不需要按数值范围示出及类似或相似的元素在整个几幅图中以相同的参考数字标明。

本发明集中在感测氢气的改进装置和方法。把银增加到钯纳米极大地增加了传感器的工作温度范围。银和钯的结合也解决了对氢浓度的不同水平纳米线的灵敏度的问题。纯钯纳米线通常不能提供足够的灵敏度以允许在整个氢浓度的大范围内检测。在室温时，纯钯纳米线能够检测大约2％的氢浓度。在更高温度时，纯钯线需要用于检测的更高的氢浓度。但是，在钯纳米线中与银的结合提供了适宜于制造氢传感器的更大的检测范围。

一个实施例的基底为诸如聚合物、玻璃、硅或氮化硅的任何绝缘物。钛的薄层被淀积到该基底上以形成用于电镀的导电区。通过光刻在该基底的顶部制备光刻胶图案。钯或钯-银合金纳米微粒/纳米线然后在已曝光的钛表面被电镀。钯电镀浴包含1mM PdCl₂、在水中的0.1M HCl。钯-银电镀浴包含0.8mMPdCl₂、0.2mM AgNO₃、0.1M HCl、0.1M NaNO₃和在去离子水中的2MNaCl。采用1秒大的过电压脉冲(-500mV vs SCE)纳米微粒子/纳米线在-50mV对SCE(-50mV vs SCE)淀积600秒。图1示出了由直径为100nm的纳米微粒子组成的纳米薄膜的图像。图2示出了由侧壁技术制备的300nm钯纳米线的图像。

图3和图4示出了70℃时在整个时间对于不同氢浓度的钯-银合金氢传感器的特性曲线。注意，在没有氢存在和在设备中的钯合金-纳米晶体作为具有非常高阻抗的“开路电路”时，设备实质上关闭。在设备暴露到氢中时，设备中的钯合金-纳米晶体通过晶格膨胀彼此接触。这致使线中的任何纳米间隙关闭(开状态)及纳米线表现为具有非常低阻抗的“短路电路”。该传感器具有在没有氢时传感器基本上要求零能量的极其理想的特性。在没有氢时传感器像是作为开路电路，并且当发生报警条件时传感器仅吸收少量的能量。对于良好的氢探测器这是理想的情形。在没有氢时关闭，且仅在存在氢时打开。

回到图5a，制造氢传感器的详细实施例包括蒸发1000埃钛层302到诸如Kapton的polymide膜300上。本领域的普通技术人员将认识到诸如玻璃或硅的任何绝缘材料可以替代Kapton。接下来，光刻胶(未示出)以众所周知的方式在钛层302上构成图案。钯-银合金的纳米微粒子层304然后被电镀到该表面上。设备在空气中被加热到500℃两个小时以氧化钛层。图5b示出了本实施例在100℃的检测结果。在此检测中，用具有0.5％、1.5％和2％氢浓度检测本实施例的示例性传感器达3个循环。图5c示出了在5个循环检测后传感器没有变差。

本发明的另一实施例在图6a中示意性地描绘。在该实施例中，5000埃SiNx层602被淀积在硅基底600上。1000埃厚度的钛层604然后被淀积在层602上。使用光刻，在基底上产生图案(未示出)。钯-银纳米微粒子的薄膜606电镀到层604。在本实施例的一个例子中，钯-银合金在300微安被电镀1秒及在20微安被电镀600秒。接下来，氧化钛604以形成TiO₂。在一个例子中，钛整个晚上暴露于500℃的空气。钛的氧化后，另一个钯-银层608被淀积到层606。在一个例子中，钯-银合金在300微安被电镀1秒及在20微安被电镀600秒。

图6b-6d示出了检测图6a中描述的示例性实施例所获得的结果。图6b示出了在室温时操作的检测结果。首先在室温用范围从0.5％到4％的氢浓度检测设备。施加的电压是0.1V。没有氢存在电流大约为3E-6A。在0.5％的氢时电流升到7E-6A，且在1％的氢时电流升到1E-5A。在大约3％的氢浓度具有1.2E-5A电流时，特性曲线缓慢饱和，约400％的电流在关状态。

图6c示出了在70℃对图6a中描述的示例性实施例操作的检测结果。在120℃，传感器对氢不响应。在从120℃到70℃缓慢地降低温度后获得图6c中所示出的结果。图6c示出了在温度升到120℃时传感器基本上不工作，但是在温度降到70℃时传感器重新获得工作。

图6d示出了在将设备从70℃冷却到室温后图6a中描绘的实施例的检测结果。设备以与前面图6b中示出的室温时的检测相类似的幅度响应氢。在关闭状态，设备具有大约为1.5E-6A的电流。在打开状态，电流在4％氢大约为7E-6A。这一结果示出了在关闭状态和打开状态之间幅度方面大约400％的变化。在高温检测之前和之后的关闭状态的电流差可以示出一些变差，但是在阻抗(400％)的相对变化大约相同。

在图6a中描绘的实施例提供了不使用转移方法制备氢传感器的方式。但是，不像使用Kapton，被检测的设备不在120℃工作。事实上，传感器的灵敏度当温度增加时下降。不过，传感器在室温时显示了良好的灵敏度并具有更加稳定和更小噪声的特性曲线。

本发明的另一个实施例在图7a中示意性地示出。图7a示出了用5000埃的SiNx淀积于硅基底形成层702。接下来，200埃的钛被淀积以形成层704。钯-银层706被电镀到钛层704。在本实施例的一个例子中，钯-银合金在300微安被电镀1秒及在20微安被电镀600秒。本方面的一个例子的检测结果在图7b中例示。图7b中的结果是在室温时获得。图7c示出了在120℃操作的完成的结果。虽然在120℃在关状态和开状态之间的变化不是非常大，但此实施例的设备在室温和120℃时都能检测0.5％浓度的氢。

在图8a-8e中示意性地描绘了本发明的另一个实施例。在此实施例中，SiO₂被淀积到硅基底800以形成5000埃SiO₂层802。本领域的一位普通技术人员可以认识到SiNx或其它适宜的材料可以取代SiO₂。200埃厚度的钛被淀积以形成层804。接下来，光刻胶806淀积在基底上并通过光刻法构成图案留下基本上如图8b中所示的组件(层804具有两个侧壁)。然后电镀由钯-银合金制成的纳米线808在钛804的侧壁上。在本实施例的一个例子中，使用侧壁电镀技术把钯-银在300微安电镀1秒及在20微安电镀600秒。因为材料的侧壁是暴露到电解浴中的唯一部分，钯-银将仅被淀积在侧壁上和在金属线的边缘形成纳米线。接下来，剩余的钛804被刻蚀掉，留下如图8c所示的组件。或者，钛804可在高温下氧化或留在基底上。不除去金属层传感器也能起作用，但是S/N比较低。除去金属层提供较高的S/N比。

用于图8c中示出的实施例的和在高温可操作的侧壁技术可以通过下述方式实现：基底可在三电极电镀系统中用作为工作电极，而饱和甘汞电极作为参考电极，铂线作为反电极。使用传统的电化学淀积/电镀，三电极可被浸入由2.5mM PdCl₂、0.5mM AgNO₃、0.05M NaNO₃、0.05M Hcl和在水中的2M(在100mL中20g)NaCl组成的钯银合金电镀溶液槽的溶液。标准的电化学程序，也就是说计时电位法可用于此过程。在基底上为了形成纳米线，电化学电镀条件可以如下：使用纯钯电镀浴，施加-300微安达10秒，然后施加-20微安达450秒。电镀后，基底可浸入丙酮中，之后采用IPA和水以去除表面上的光刻胶。

用于图8c中示出的实施例的和在室温可操作的侧壁技术可以通过下述方式实现：基底可在三电极电镀系统中用作为工作电极，而饱和甘汞电极作为参考电极，铂线作为反电极。使用传统的电化学淀积/电镀，三电极可被浸入由1mM PdCl₂和在水中的0.1M HCl组成的纯钯电镀浴。标准的电化学程序，也就是说计时电位法可用于此过程。在基底上为了形成纳米线，电化学电镀条件可以如下：使用纯钯电镀浴，施加-300微安达10秒，然后施加-20微安达450秒。电镀后，基底可浸入丙酮中，之后采用IPA和水以去除表面上的光刻胶。

图8d描绘了通过使用光刻以电镀多条纳米线到钛带804的侧壁形成基底的图案产生的实施例。与图8(a)到图8(c)相似的样式做出图8(d)。图8(d)示出多条以阵列排列的纳米线。通过把导线连接到以平行方式电气地连接纳米线的到纳米线阵列的末端利用氢传感器。在该实施例中，银膏被施加到纳米线阵列的末端且分开的线在每个末端上连接到银膏。然后在平行的纳米线两端施加电压，并且测量总电流以确定是否存在氢。使用钯-银合金纳米线，在当氢存在时的电流要大于当氢不存在时的电流。

如在图8d中描述的具体的实施例可由下述方式制造：使用电子束蒸发器将500埃SiO₂项802淀积在4英寸硅晶片项800上，随后用200埃钛层项804淀积。然后以700RMP用光刻胶亚己基乙硅烷(HMDS)涂敷基底30秒，随后以3000RMP用正光刻胶涂敷90秒。然后采用自制H传感器(H-sensor)5mm线掩膜(未示出)将基底在紫外光下曝光25秒，并进一步用被稀释的光刻胶显影液显影40秒。然后用水清洗基底30分钟，使用吹风干燥机干燥，并在烘箱中在120℃加热10分钟。没有被光刻胶覆盖的钛层然后被钛刻蚀剂刻蚀掉，在整个基底上暴露出钛层的侧壁。在对传感器图案做适当校正后，该图案在紫外光下用自制的掩膜(未示出)曝光25秒。然后用被稀释的400K显影液显影40秒。然后用水清洗基底30分钟，使用吹风干燥机干燥，在烘箱中在120℃加热10分钟。

然后使用侧壁电镀技术将纳米微粒子808电镀到基底上。电镀后，基底浸入丙酮，随后用IPA和水去除表面的光刻胶。在本实施例中，不用将纳米线从802去除，纳米线808从钛804分开。

图8e示出如图8c中描绘的实施例的检测例的结果。检测从室温开始。温度被增加到103℃，然后136℃，且然后178℃。当温度增加时，由于钯-银相比SiNx具有较大的热膨胀系数，电流增加。钯-银纳米线膨胀得比基底快且阻抗降低。用103℃的检测室，用浓度为0.25％、1.0％和4.0％的氢检测传感器。如图8e所示，传感器响应每一浓度水平。即使在178℃，设备也起作用。

图9a-9b描述了本发明的另一个实施例。图9a-9b的实施例产生了在此描述的其它实施例的典型的特性曲线，但是图9a-9b中的实施例适宜于制造在大气中和在诸如变压器油的油中都可工作的氢传感器。

图9a-9b中的实施例能够使用光刻法按如下所述制造：使用电子束蒸发器将500埃氮化硅层912淀积在4英寸硅晶片900上，随后淀积200埃钛层902。然后以700RMP用光刻胶亚己基乙硅烷(HMDS)涂敷基底30秒，随后以3000RMP用正光刻胶涂敷90秒。然后采用自制H传感器(H-sensor)5mm线掩膜(未示出)将基底在紫外光下曝光25秒，并进一步用被稀释的光刻胶显影液显影40秒。然后用水清洗基底30分钟，使用吹风干燥机干燥，并在烘箱中在120℃加热10分钟。使用电子束淀积100埃铬层904和300埃金层项906。在本实施例中，基底的阻抗被测量为小于10ohms。使用适宜的去膜剂，随后在烘箱中在90℃加热30分钟及接下来干燥，光刻胶可以被起飞剥离。

然后以700RMP用光刻胶908涂敷基底30秒，，随后以3000RMP用正光刻胶涂敷90秒。在对传感器图案做适当校正后，该图案在紫外光下用自制的掩膜(未示出)曝光25秒。然后将基底用被稀释的光刻胶显影液显影40秒。然后用水清洗基底30分钟，使用吹风干燥机干燥，在烘箱中在120℃加热10分钟。然后使用侧壁电镀技术将纳米微粒子910电镀到基底上。注意，因为钛在这个过程没有被刻蚀，在本实施例中没有使用侧壁电镀技术。电镀后，基底浸入丙酮中，随后用IPA和水去除表面的光刻胶。〕

图10a-10d示出了本发明的不同应用。图10a描述了利用氢传感器在车辆中和燃料电池内监控氢水平的应用。在车辆驾驶室的传感器监控以保证危险的氢浓度不对司机和乘客产生不安全的环境。在燃料电池中的传感器保证燃料电池正确地运转和正常状态。图10b表示用于监控燃料电池正常状态的的燃料电池。氢传感器被放置以保证在进气口中适当的氢水平和监控在排气口的氢水平。

类似的，图10d描述了使用燃料电池监控在家中和在家周围的氢浓度的应用。在家中的氢传感器用于监控氢的危险水平通过防止氢累积爆炸来保护居住者。

图10c还描述氢传感器在发电设备中的另一个应用。如前面所论述的，电力变压器和开关设备常常填充有绝缘油。绝缘油的泄漏或污染会引起短路并导致危险的爆炸和火灾。通过监控在变压器油中氢和其它气体的累积可以预测一些潜在的故障。图10c示出了放在变压器绝缘油下的氢传感器。另一个传感器可以放在油的上面以监控氢水平。本领域的一个普通技术人员可以认识到氢传感器也可以放置在氢累积象征危险环境的任何应用。

本发明涉及使用把钯-银合金薄膜(或阵列，网络)和纳米/介子(namo/meso)线作为氢传感应用中的有源元件。本发明的实施例在氮中可以探测0.25％的氢。使用本发明，通过制备非常薄的金属层(例如，钛)或氧化钛层到TiO₂并在不太导电的钛或TiO₂表面制备导电的钯或钯-银纳米结构，不需要导致在高温传感器变差的转移处理。检测结果示出了在钛(或TiO₂)上钯或钯-银纳米微粒子(或纳米线)能够用于在非常高的温度(178℃)检测非常低的浓度的氢(0.25％)。

虽然本发明和它的优点已经详细做出描述，应当理解，可以在不背离由附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围下进行各种改变，替代和变换。

Claims

1. 一种感测氢的装置，包括：基底，其中多个纳米微粒子淀积在基底上以形成至少一个纳米微粒子路径，其中所述至少一个纳米微粒子路径在存在氢时显示出电导率的增加和在不存在氢时显示出电导率降低，以及，其中所述至少一个纳米微粒子路径使用侧壁电镀技术在接近基底处形成，以及，其中由于所述基底的不导电性质，在整个基底的电导率上，至少所述一个纳米微粒子路径的电导率是容易辨别的，

其中多个纳米微粒子被淀积到金属层的至少一个侧壁，以及其中当金属层在基底上的同时淀积多个纳米微粒子，并且在淀积多个纳米微粒子后从基底去除金属层。

2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：至少一个纳米微粒子路径形成至少一根纳米线。

3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：至少一个纳米微粒子路径由Pd和Ag的组合构成。

4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：基底由SiNx构成。

5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：基底由SiO₂构成。

6. 一种用于感测氢的装置，包括：

具有上表面的半导体基底；

设置在所述半导体基底上表面上的TiO₂层，其中所述TiO₂层具有上表面；以及

设置在所述TiO₂层的上表面上的纳米微粒子路径，其中所述纳米微粒子路径具有上表面，并且，其中在存在氢时所述纳米微粒子路径显示出电导率增加。

7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于：通过氧化具有上表面的Ti层形成TiO₂层，以及其中在所述纳米微粒子路径设置在Ti层的上表面后所述Ti层被氧化。

8. 如权利要求6所述的装置，其特征在于：还包括通过氧化Ti层形成TiO₂层后设置在纳米微粒子上表面的第二个纳米微粒子路径。

9. 一种用于感测氢的装置，包括：

具有上表面的半导体基底；

设置在所述半导体基底上表面上的SiNx层，其中所述SiNx层具有上表面；

设置在所述SiNx层上表面的Ti层，其中所述Ti层具有至少一个侧壁；以及

设置在所述SiNx层的上表面上的多个纳米微粒子，其中所述多个纳米微粒子形成纳米微粒子路径，其在存在氢时比不存在氢时具有更高导电率，

其中通过侧壁电镀多个纳米微粒子到Ti层的至少一个侧壁，多个纳米微粒子被设置在SiNx层上。

10. 一种用于感测氢的装置，包括：

具有上表面的半导体基底；

淀积在所述半导体基底上表面上的第一金属层，其中所述第一金属层具有上表面；

淀积在所述第一金属层上表面的第二金属层，产生第一金属层的上表面的遮蔽区域和第一金属层上表面暴露的区域，以及，其中所述第二金属层具有至少一个侧壁；以及

设置到第二金属层的至少一个侧壁的多个纳米微粒子，并且设置到第一金属层的暴露区域的多个纳米微粒子，其中多个纳米微粒子形成至少一个在存在氢时表现出增加的导电率的纳米微粒子路径。