CN114323449A - 一种氢气传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种氢气传感器及其制备方法，该氢气传感器包括：基底和沿远离基底的方向上依次设置的第一薄膜、传感器组件和第二薄膜；基底朝向第一薄膜的一侧设置有绝热通腔，部分第一薄膜设置在绝热通腔的腔体开口处；传感器组件包括布置于第一薄膜上的第一电阻、第二电阻和环境温度电阻，第一电阻与第二电阻相邻布置；第一电阻与第二电阻设置于绝热通腔的腔体开口范围内；基底上还设置有贯穿基底且穿过绝热通腔的腔体的气体交换通道，气体交换通道设置在远离第一薄膜的一侧，本申请制备的氢气传感器能够检测浓度小于等于0.1％的氢气，且具有响应时间短、使用寿命长和热容低的优势，进而有助于提了车辆的安全性能。

Description

一种氢气传感器及其制备方法

技术领域

本申请涉及氢能源车辆安全应用技术领域，特别涉及一种氢气传感器及其制备方法。

背景技术

氢能因其燃值高、无污染性副产物、易于运输和存贮等特点，受到极大的关注，尤其是利用氢气作为动力系统的重型运输车，正在逐步取代传统柴油车。但是氢气也是易燃易爆气体，一旦发生泄漏，可能造成严重的安全事故，因此通常采用氢气传感器进行氢气泄漏检测。

常用的氢气传感器多采用催化燃烧原理，检测低浓度氢气时具有很高的可靠性。但是催化料容易中毒，需要定期维护或更换，一般工业现场中3-6个月就需要做一次零点校准，2年就需要更换新传感器。如果用在锂电池包中，有机硅等各类挥发性气体会使传感器使用寿命更短。

传统热导式氢气传感器是根据氢气的高热导系数制作的，例如，用一个加热电阻丝来感知周围环境气体热导率的变化，具有所检测范围宽和寿命长等优点，而且没有催化料，不会中毒失效，很适合在氢能源汽车上应用。但是，传统热导式原理的氢气传感器在检测氢气浓度过低时，如低于1％，因信号值极低而难以生成检测响应，为了提高传感器对低浓度氢气的响应值，通常需要增加热敏电阻丝和气室的长度，以增加氢气作用于热敏电阻的范围，但这样会极大地增加传感器响应时间，这在氢能源车辆安全应用领域是不允许的。所以，目前还没有真正符合氢能源车要求的氢气传感器。

因此，需要一种改进的氢气传感器技术方案，来解决传统的氢气传感器存在的无法检测氢气泄露浓度过低、使用寿命较短以及响应速度较慢等问题。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本申请实施例提供了一种氢气传感器及其制备方法的技术方案，来解决传统的氢气传感器存在的无法检测氢气泄露浓度过低、使用寿命较短以及响应速度较慢等问题，所述技术方案如下：

一方面，提供了一种氢气传感器，包括：基底和沿远离所述基底的方向上依次设置的第一薄膜、传感器组件和第二薄膜；

所述基底朝向所述第一薄膜的一侧设置有绝热通腔，部分所述第一薄膜设置在所述绝热通腔的腔体开口处；

所述传感器组件包括布置于所述第一薄膜上的第一电阻、第二电阻和环境温度电阻，所述第一电阻与所述第二电阻相邻布置；所述第一电阻与所述第二电阻设置于所述绝热通腔的腔体开口范围内；

所述基底上还设置有贯穿所述基底且穿过所述绝热通腔的腔体的气体交换通道，所述气体交换通道设置在远离所述第一薄膜的一侧。

进一步地，所述第一电阻与所述第二电阻均为薄膜电阻。

进一步地，所述第一电阻和所述第二电阻中的一个为加热电阻，另一为热敏电阻。

进一步地，在所述第一电阻为加热电阻的情况下，所述第一电阻与用于提供第一预设值的恒流源、恒压源或恒阻源的外界控制电路耦接；

在所述第一电阻为所述热敏电阻的情况下，所述第一电阻与用于提供第二预设值的恒流源的所述外界控制电路耦接。

在所述第二电阻为所述加热电阻的情况下，所述第二电阻与用于提供第三预设值的恒流源、恒压源或恒阻源的所述外界控制电路耦接；

在所述第二电阻为所述热敏电阻的情况下，所述第二电阻与用于提供第四预设值的恒流源的所述外界控制电路耦接。

进一步地，所述环境温度电阻设置于远离所述绝热通腔的腔体开口处的一侧的所述第一薄膜上。

进一步地，所述气体交换通道长度方向上的中轴线贯穿所述第一电阻和所述第二电阻在所述绝热通腔中的投影区域。

进一步地，所述第二薄膜覆盖所述传感器组件。

进一步地，所述氢气传感器还包括焊盘结构，所述焊盘结构的一端分别与所述第一电阻、第二电阻和环境温度电阻连接，所述焊盘结构的另一端与所述外界控制电路连接。

进一步地，所述第一薄膜的材质包括氧化硅、氮化硅和氧化铝中的任意一种或几种。

另一方面，提供了一种制备上述氢气传感器的方法，包括如下步骤：

提供基底，对所述基底进行清洗；

对所述基底进行薄膜沉积，在所述基底上形成预设深度的第一薄膜；

对所述第一薄膜远离所述基底的一侧进行金属薄膜沉积，形成预设深度的金属薄膜；并对所述金属薄膜进行刻蚀处理，在预设位置上形成第一电阻、第二电阻、温度电阻和焊盘结构；

对所述第一电阻、所述第二电阻和所述环境温度电阻远离所述第一薄膜的一侧进行薄膜沉积，形成预设深度的第二薄膜；

对与所述第一电阻和所述第二电阻对应的所述基底进行刻蚀处理，形成预设宽度的绝热腔与气体交换通道，所述气体交换通道贯穿所述基底且穿过所述绝热通腔，得到氢气传感器。

本申请提供的一种氢气传感器及其制备方法，具有如下技术效果：

1、本申请制备的氢气传感器具有响应时间短、使用寿命长和热容低的优势，进而提高了车辆的安全性能。

2、本申请制备的氢气传感器通过在基底上设置气体交换通道，，以使第一电阻与第二电阻处的第一薄膜也能够接触到氢气，进而提高了对氢气检测的灵敏度，能够检测氢气浓度小于等于0.1％的情况，突破了传统检测氢气浓度的极限，具有较高的应用价值。

3、本申请制备的氢气传感器通过将第一电阻和第二电阻设置成薄膜电阻丝，以增大氢气与第一电阻和第二电阻的热传导面积，进而提高在氢气浓度较低时的响应信号值。

4、本申请制备的氢气传感器通过将第一电阻和第二电阻设置在绝热腔上以及气体交换通道的布局，可进一步增大氢气与第一电阻、第二电阻的热传导面积，进而减少氢气传感器的热容，提高检测对应的响应速度，其氢气检测速度可小于0.5秒，实现了车规级氢气传感器秒级内报警的需求。

5、本申请通过设置第一薄膜、第二薄膜和气体交换通道，使得氢气传感器能够在增大与氢气的热传导面积的同时，不影响氢气传感器结构的耐冲击性，以便于承受对氢气传感器强烈的冲击测试。

6、本申请通过微纳米技工工艺制作技术来制备氢气传感器，使得氢气传感器具有成品一致性的优势，同时降低了制备成本。

7、本申请中氢气传感器的制备方法，操作简单，成本低，便于大量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种氢气传感器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的氢气传感器在检测氢气浓度为0.1％的情况下输出响应时间与热敏电阻的阻值之间的关系示意图；

图3为本申请实施例提供的氢气传感器的一种俯视图；

图4为本申请实施例提供的氢气传感器的另一种俯视图；

图5为本申请实施例提供的一种氢气传感器的制备方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的氢气传感器制备流程的示意图；

其中，附图标记对应为：1-基底；2-第一薄膜；3-第二薄膜；4-第一电阻；5-第二电阻；6-环境温度电阻；7-绝热通腔；8-气体交换通道；9-焊盘结构。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请实施例提供了一种氢气传感器，请参阅图1、图3和图4，其图1为本申请实施例提供的一种氢气传感器的结构示意图，图3为本申请实施例提供的氢气传感器的一种俯视图，图4为本申请实施例提供的氢气传感器的另一种俯视图，该氢气传感器具体包括：基底1和沿远离基底1的方向上依次设置的第一薄膜2、传感器组件和第二薄膜3；基底1朝向第一薄膜2的一侧设置有绝热通腔7，部分第一薄膜2设置在绝热通腔7的腔体开口处；传感器组件包括布置于第一薄膜2上的第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6，第一电阻4与第二电阻5相邻布置；第一电阻4与第二电阻5设置于绝热通腔7的腔体开口范围内；基底1上还设置有贯穿基底1且穿过绝热通腔7的腔体的气体交换通道8，气体交换通道8设置在远离第一薄膜2的一侧。

在本申请实施例中，通过在基底1上设置绝热通腔7以及气体交换通道8，使得传感器组件靠近第一薄膜2的一侧以及靠近第二薄膜3的一侧均能够接触到所泄露的氢气，进而提高了对氢气检测的灵敏度，能够检测到氢气浓度小于等于0.1％的情况，突破了传统氢气传感器检测氢气浓度的极限，具有较高的应用价值。

具体的，气体交换通道8为贯穿基底1且穿过绝热通腔7的腔体的方式进行设置，且设置在远离第一薄膜2的一侧，使得氢气能够通过气体交换通道8到达绝热通腔7内，并接触到传感器组件，以便传感器组件中的第一电阻4和第二电阻5能够充分与氢气进行接触，进而提高传感器组件对氢气进行检测的响应速度。需要说明的是，传感器组件中的第一电阻4和第二电阻5是通过氢气具有较高的热传导的原理，感知氢气的存在，以便对氢气进行检测。

优选的，基底1可以为硅基底1，也可以为其他基底1材料，在此不做具体的限定。

在一个具体的实施例中，如图2所示，其为本申请实施例提供的氢气传感器在检测氢气浓度为0.1％的情况下输出响应时间与热敏电阻的阻值之间的关系示意图，从图中可以看出，当氢气的浓度小于等于0.1％时，该氢气传感器的响应时间为0.5秒，突破了传统检测氢气浓度的极限，实现了车规级氢气传感器秒级内报警的需求，具有较高的应用价值。

在一个可选的实施方式中，第一电阻4和第二电阻5中的一个为加热电阻，另一为热敏电阻。

在本申请实施例中，通过将第一电阻4和第二电阻5与外界控制电路耦接，外界控制电路用于提供不同预设值的恒流源、恒压源或恒阻源，进一步，确定第一电阻4是加热电阻还是热敏电阻。

其中，加热电阻用于对氢气传感器提供热源，以便根据加热电阻的温度变化值，确定氢气浓度值，热敏电阻用于检测加热电阻的温度变化值，具体的，该氢气传感器检测氢气的工作原理为热导式，具有热导式原理的氢气传感器在对氢气浓度进行检测时，需要加热电阻向氢气传感器提供热源，该加热电阻在没有氢气存在时，温度保持不变，当存在氢气时，因为氢气的热导率极高，致使加热电阻的温度迅速降低，此时，热敏电阻检测到加热电阻的温度变化值，进而根据温度变化值确定对应的氢气浓度值，以便在氢能源汽车使用环境下，快速获取氢气浓度值，提高检测对应的响应速度，其氢气检测速度可小于等于0.3秒，实现了车规级氢气传感器秒级内报警的需求。

第一电阻4与第二电阻5均设置在绝热通腔7的腔体开口范围内，即绝热通腔7设置在第一电阻4和第二电阻5的下侧，绝热通腔7用于隔绝第一电阻4与第二电阻5的温度传递至基底1，显著降低氢气传感器的热容，以便氢气传感器能够快速对氢气作出响应。

在一个可选的实施方式中，在第一电阻4为加热电阻的情况下，第一电阻4与用于提供第一预设值的恒流源、恒压源或恒阻源的外界控制电路耦接；

在第一电阻4为热敏电阻的情况下，第一电阻4与用于提供第二预设值的恒流源的外界控制电路耦接。

在第二电阻5为加热电阻的情况下，第二电阻5与用于提供第三预设值的恒流源、恒压源或恒阻源的外界控制电路耦接；

在第二电阻5为热敏电阻的情况下，第二电阻5与用于提供第四预设值的恒流源的外界控制电路耦接。

在本申请实施例中，通过对第一电阻4和第二电阻5通入不同预设值的恒流源、恒压源或恒阻源，实现第一电阻4与第二电阻5在氢气传感器中的功能互换，可避免第一电阻4或第二电阻5长时间通入较大电流、较大电压或较大电阻时，而导致第一电阻4或第二电阻5电阻失效，使得氢气传感器出现故障，减少第一电阻4或第二电阻5的使用寿命。

当第一电阻4为加热电阻时，第一电阻4与用于提供第一预设值的恒流源、恒压源或恒阻源的外界控制电路耦接，第二电阻5为热敏电阻，并与用于提供第四预设值的恒流源的外界控制电路耦接。具体的，当第一电阻4需要接入用于提供第一预设值的恒流源的外界控制电路时，则第二电阻5接入用于提供第四预设值的恒流源的外界控制电路，此时，第一预设值大于第四预设值，第一电阻4能够作为加热电阻，以作为氢气传感器的热源，第二电阻5能够作为热敏电阻用于检测第一电阻4的温度变化值，以便于根据加热电阻的温度变化值，确定该温度变化值对应的氢气浓度值。需要说明的是，令接入第一电阻4的第一预设值的恒流源大于接入第二电阻5的第二预设值的恒流源，当对第二电阻5通入较小电流值时，能够避免干扰第二电阻5对第一电阻4的温度检测，进而减小误差。

进一步地，当第一电阻4为热敏电阻时，第一电阻4与用于提供第二预设值的恒流源的外界控制电路耦接，第二电阻5为加热电阻，并与提供第三预设值的恒流源、恒压源或恒阻源的外界控制电路耦接，具体的，当第一电阻4接入用于提供第二预设值的恒流源的外界控制电路时，第二电阻5接入用于提供第三预设值的恒流源的外界控制电路，此时，第二预设值小于第三预设值，第二电阻5能够作为加热电阻对氢气传感器提供热源，第一电阻4能够作为热敏电阻用于检测第二电阻5的温度变化值，以便于根据加热电阻的温度变化值，确定该温度变化值对应的氢气浓度值。需要说明的是，令接入第二电阻5的第三预设值的恒流源大于接入第一电阻4的第二预设值的恒流源，能够避免干扰第一电阻4对第二电阻5的温度检测，进而减小误差。

需要说明的是，将氢气传感器中的加热电阻接入外界控制电路时，可根据需求接入恒压源或恒阻源，当对氢气传感器提供热源的电阻接入恒压源或恒阻源时，同样需要保证所通入的恒压源或恒阻源对应的预设值大于通入氢气传感器中热敏电阻的预设值，以避免氢气传感器中的热敏电阻在进行温度检测时，产生误差，影响氢气传感器对氢气的检测。

在一个可选的实施方式中，第一电阻4与第二电阻5均为薄膜电阻。

在本申请实施例中，将第一电阻4和第二电阻5设置成具有较薄厚度的薄膜电阻，以增加第一电阻4和第二电阻5与氢气的热传导面积，在氢气浓度较低时，有效降低氢气传感器的响应时间，显著提高氢气传感器的灵敏度。

在一个可选的实施方式中，薄膜电阻的厚度可以为20～2000nm，薄膜电阻的宽度为0.5～50um。

优选的，第一电阻4与第二电阻5均为金属薄膜电阻，也可以为其他材质的薄膜电阻，在此不做具体的限定。

进一步地，薄膜电阻的厚度可以为20～100nm、100～500nm、500～900nm、900～1300nm、1300～1700nm和1700～2000nm，优选的，薄膜电阻的厚度为200～800nm；薄膜电阻的宽度可以为0.5～10um、10～20um、20～30um、30～40um和40～50um，优选的，薄膜电阻的宽度为10～20um。

在一个可选的实施方式中，环境温度电阻6设置于远离绝热通腔7的腔体开口处的一侧的第一薄膜2上。

在本申请实施例中，环境温度电阻6用于检测环境温度，设置在第一薄膜2上，具体的，将其设置在远离绝热通腔7的腔体开口处的一侧，环境温度电阻6下的薄膜结构与绝热通腔7不接触以便于检测氢气传感器内部的温度值，实现对氢气传感器所处的环境温度的监控，以增强氢气传感器的准确性。

在一个可选的实施方式中，气体交换通道8长度方向上的中轴线贯穿第一电阻4和第二电阻5在绝热通腔7中的投影区域。

优选的，如图1、图3和图4所示，其中，图4中所展示出的气体交换通道8与图1中所展示出的气体交换通道8相对应，图3和图4为示例性的展出，对气体交换通道8的布置方向不做限定。气体交换通道8穿过绝热通腔7，使得氢气能够进入绝热通腔7，以使第一电阻4与第二电阻5处的第一薄膜2也能够接触到氢气，也就是说，第一电阻4与第二电阻5处的第一薄膜2和第二薄膜3均与氢气接触，进而提高电阻的有效检测面积。在不影响氢气传感器结构的耐冲击性的同时，提高氢气传感器的检测灵敏度，进而增强氢气传感器对氢气的响应值。

在一个可选的实施方式中，第一电阻4与第二电阻5均呈蛇形线布置在第一薄膜2上，呈蛇形线布置的第一电阻4和第二电阻5走线布局一致。优选的，第一电阻4和第二电阻5在绝热通腔7中的投影区域与气体交换通道8的位置相对应，能够加大第一电阻4和第二电阻5与氢气的热传导面积，进而提高氢气传感器的灵敏度。

在一个可选的实施方式中，第二薄膜3覆盖传感器组件。

在一个可选的实施方式中，第一薄膜2的材质包括氧化硅、氮化硅和氧化铝中的任意一种或几种。

在本申请实施例中，第一薄膜2的材质包括氧化硅、氮化硅和氧化铝中的任意一种或几种，氢气传感器中的第一薄膜2具有双重作用，第一用于隔离基底1与传感器组件，防止基底1和传感器组件进行温度传递，实现了有效隔热，使得传感器组件的温度不会传递至基底1，确保基底1始终保持常温的状态，这在一定程度上降低了氢气传感器的热容，进而提高氢气传感器对氢气检测的响应速度；第二用于保护传感器组件，第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6等传感器组件主要为金属电阻丝，结构较脆弱，极易损坏，若传感器组件损坏则会使得氢气传感器失效。

具体的，第二薄膜3由氧化硅、氮化硅和氧化铝中的任意一种或几种制作而成，其中，第二薄膜3覆盖传感器组件，一方面是避免传感器组件暴露在空气中，使传感器组件与空气发生反应，起到了保护传感器组件的作用，另一方面，还能够让焊盘结构9裸露在外，以便于焊盘结构9可以与外界控制电路连接。

在一个可选的实施方式中，第一薄膜2的厚度为0.1～10um，第二薄膜3的厚度为0.1～10um。

进一步地，第一薄膜2的厚度可以为0.1～0.5um、0.5～3um、0.5～4um、1.0～3um、1.0～4um、1.0～5um、2.0～3um、2.0～4um、2.0～5um、3.0～4um、3.0～5um、4.0～5um、5.0～8um和8.0～10um等，优选的，第一薄膜2的厚度为2.0～4um；第二薄膜3的厚度可以为0.1～3um、0.1～4um、0.1～5um、0.5～3um、0.5～4um、1.0～2um、1.0～3um、1.0～4um、1.0～5um、2.0～3um、2.0～4um、2.0～5um、3.0～4um、3.0～5um、4.0～5um、5.0～6um、6.0～7um、7.0～8um、8.0～9um和9.0～10um等，优选的，第二薄膜3的厚度为2.0～4um。

在一个可选的实施方式中，氢气传感器还包括焊盘结构9，焊盘结构9的一端分别与第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6连接，焊盘结构9的另一端与外界控制电路连接。

在本申请实施例中，继续参见图3和图4，该焊盘结构9不仅可以固定第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6，还与外界控制电路相连接，以通过外界控制电路向第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6提供恒流源、恒压源或恒压源，以便于确定第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6的温度变化情况，进而确定氢气的浓度值。

由本申请实施例的上述技方案可见，具有如下有益效果：

1、本申请制备的氢气传感器具有响应时间短、使用寿命长和热容低的优势，进而提高了车辆的安全性能。

2、本申请制备的氢气传感器通过在基底上设置气体交换通道，，以使第一电阻与第二电阻处的第一薄膜也能够接触到氢气，进而提高了对氢气检测的灵敏度，能够检测氢气浓度小于等于0.1％的情况，突破了传统检测氢气浓度的极限，具有较高的应用价值。

3、本申请制备的氢气传感器通过将第一电阻和第二电阻设置成薄膜电阻丝，以增大氢气与第一电阻和第二电阻的热传导面积，进而提高在氢气浓度较低时的响应信号值。

4、本申请制备的氢气传感器通过将第一电阻和第二电阻设置在绝热腔上以及气体交换通道的布局，可进一步增大氢气与第一电阻、第二电阻的热传导面积，进而减少氢气传感器的热容，提高检测对应的响应速度，其氢气检测速度可小于0.5秒，实现了车规级氢气传感器秒级内报警的需求。

5、本申请通过设置第一薄膜、第二薄膜和气体交换通道，使得氢气传感器能够在增大与氢气的热传导面积的同时，不影响氢气传感器结构的耐冲击性，以便于承受对氢气传感器强烈的冲击测试。

本申请实施例中还提供了一种制备上述氢气传感器的方法，请参阅图5，其为本申请实施例提供的一种氢气传感器的制备方法的流程示意图，包括如下步骤：

S1：提供基底1，对基底1进行清洗；

需要说明的是，在本申请实施中，基底1可以为硅基底1，也可以为其他基底1材料，在此不做界定。

S2：对基底1进行薄膜沉积，在基底1上形成预设深度的第一薄膜2；

在本申请实施例中，第一薄膜2的厚度为0.5-10um，第一薄膜2既可以作为第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6的支撑层，还可以作为传感器组件与基底1的绝热层。

需要说明的是，薄膜沉积可以包括热氧化、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、电子束蒸发、磁控溅射和原子层沉积其中之一，可根据具体的实际情况来确定使用薄膜沉积的方法，在此不做具体的限定。

S3：对第一薄膜2远离基底1的一侧进行金属薄膜沉积，形成预设深度的金属薄膜；并对金属薄膜进行刻蚀处理，在预设位置上形成第一电阻4、第二电阻5、温度电阻和焊盘结构9；

在本申请实施例中，第一薄膜2的金属薄膜的厚度为0.1～0.5um，金属薄膜可为镍、钨和铂等单质金属，亦或是上述单质金属的合金，在此不做具体界定，其中，薄膜沉积至少包括电子束蒸发、磁控溅射和原子层沉积其中之一。

S4：对第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6远离第一薄膜2的一侧进行薄膜沉积，形成预设深度的第二薄膜3；

在本申请实施例中，第二薄膜3的厚度为0.1～10um，第二薄膜3的材质包括氧化硅、氮化硅和氧化铝中的任意一种或几种，在此不做限定，第二薄膜3的薄膜沉积至少包括热氧化、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、电子束蒸发、磁控溅射和原子层沉积其中之一，其中，第二薄膜3用于隔绝在预设位置上形成的第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6与空气接触，避免第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6暴露在空气中，使第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6与空气发生反应，起到保护第一电阻4、第二电阻5和环境温度电阻6的作用。

S5：对与第一电阻4和第二电阻5对应的基底1进行刻蚀处理，形成预设宽度的绝热腔与气体交换通道8，气体交换通道8贯穿基底1且穿过绝热通腔7，得到氢气传感器。

在本申请实施例中，如图6所示，其为本申请实施例提供的氢气传感器制备流程的示意图，通过图6的制备流程制作氢气传感器，该制备流程简单，成本低，便于大量生产。

关于上述实施例中的制备上述氢气传感器的方法，其中各个部件、各个部件所布置的位置关系以及有益效果的具体体现已经在有关氢气传感器的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

由本申请实施例的上述技方案可见，具有如下有益效果：

1、本申请制备的氢气传感器具有响应时间短、使用寿命长和热容低的优势，进而提高了车辆的安全性能。

2、本申请制备的氢气传感器通过在基底上设置气体交换通道，，以使第一电阻4与第二电阻5处的第一薄膜2也能够接触到氢气，进而提高了对氢气检测的灵敏度，能够检测氢气浓度小于等于0.1％的情况，突破了传统检测氢气浓度的极限，具有较高的应用价值。

3、本申请制备的氢气传感器通过将第一电阻和第二电阻设置成薄膜电阻丝，以增大氢气与第一电阻和第二电阻的热传导面积，进而提高在氢气浓度较低时的响应信号值。

4、本申请制备的氢气传感器通过将第一电阻和第二电阻设置在绝热腔上以及气体交换通道的布局，可进一步增大氢气与第一电阻、第二电阻的热传导面积，进而减少氢气传感器的热容，提高检测对应的响应速度，其氢气检测速度可小于0.5秒，实现了车规级氢气传感器秒级内报警的需求。

5、本申请通过设置第一薄膜、第二薄膜和气体交换通道，使得氢气传感器能够在增大与氢气的热传导面积的同时，不影响氢气传感器结构的耐冲击性，以便于承受对氢气传感器强烈的冲击测试。

6、本申请通过微纳米技工工艺制作技术来制备氢气传感器，使得氢气传感器具有成品一致性的优势，同时降低了制备成本。

7、本申请中氢气传感器的制备方法，操作简单，成本低，便于大量生产。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统和服务器实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种氢气传感器，其特征在于，包括：基底(1)和沿远离所述基底(1)的方向上依次设置的第一薄膜(2)、传感器组件和第二薄膜(3)；

所述基底(1)朝向所述第一薄膜(2)的一侧设置有绝热通腔(7)，部分所述第一薄膜(2)设置在所述绝热通腔(7)的腔体开口处；

所述传感器组件包括布置于所述第一薄膜(2)上的第一电阻(4)、第二电阻(5)和环境温度电阻(6)，所述第一电阻(4)与所述第二电阻(5)相邻布置；所述第一电阻(4)与所述第二电阻(5)设置于所述绝热通腔(7)的腔体开口范围内；

所述基底(1)上还设置有贯穿所述基底(1)且穿过所述绝热通腔(7)的腔体的气体交换通道(8)，所述气体交换通道(8)设置在远离所述第一薄膜(2)的一侧。

2.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述第一电阻(4)与所述第二电阻(5)均为薄膜电阻。

3.根据权利要求2所述的氢气传感器，其特征在于，所述第一电阻(4)和所述第二电阻(5)中的一个为加热电阻，另一为热敏电阻。

4.根据权利要求3所述的氢气传感器，其特征在于，

在所述第一电阻(4)为加热电阻的情况下，所述第一电阻(4)与用于提供第一预设值的恒流源、恒压源或恒阻源的外界控制电路耦接；

在所述第一电阻(4)为所述热敏电阻的情况下，所述第一电阻(4)与用于提供第二预设值的恒流源的所述外界控制电路耦接。

在所述第二电阻(5)为所述加热电阻的情况下，所述第二电阻(5)与用于提供第三预设值的恒流源、恒压源或恒阻源的所述外界控制电路耦接；

在所述第二电阻(5)为所述热敏电阻的情况下，所述第二电阻(5)与用于提供第四预设值的恒流源的所述外界控制电路耦接。

5.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述环境温度电阻(6)设置于远离所述绝热通腔(7)的腔体开口处的一侧的所述第一薄膜(2)上。

6.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述气体交换通道(8)长度方向上的中轴线贯穿所述第一电阻(4)和所述第二电阻(5)在所述绝热通腔(7)中的投影区域。

7.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述第二薄膜(3)覆盖所述传感器组件。

8.根据权利要求4所述的氢气传感器，其特征在于，所述氢气传感器还包括焊盘结构(9)，所述焊盘结构(9)的一端分别与所述第一电阻(4)、第二电阻(5)和环境温度电阻(6)连接，所述焊盘结构(9)的另一端与所述外界控制电路连接。

9.根据权利要求1所述的氢气传感器，其特征在于，所述第一薄膜(2)的材质包括氧化硅、氮化硅和氧化铝中的任意一种或几种。

10.一种用于制备如权利要求1～9任一项所述的一种氢气传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供基底(1)，对所述基底(1)进行清洗；

对所述基底(1)进行薄膜沉积，在所述基底(1)上形成预设深度的第一薄膜(2)；

对所述第一薄膜(2)远离所述基底(1)的一侧进行金属薄膜沉积，形成预设深度的金属薄膜；并对所述金属薄膜进行刻蚀处理，在预设位置上形成第一电阻(4)、第二电阻(5)、温度电阻(6)和焊盘结构(9)；

对所述第一电阻(4)、所述第二电阻(5)和所述环境温度电阻(6)远离所述第一薄膜(2)的一侧进行薄膜沉积，形成预设深度的第二薄膜(3)；

对与所述第一电阻(4)和所述第二电阻(5)对应的所述基底(1)进行刻蚀处理，形成预设宽度的绝热腔(7)与气体交换通道(8)，所述气体交换通道(8)贯穿所述基底(1)且穿过所述绝热通腔(7)，得到氢气传感器。

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