CN218629628U - 一种钯合金氢气传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钯合金氢气传感器，涉及氢气传感器技术领域，包括作为基底的硅片，沉积于所述硅片上中心位置的第一氮化硅薄膜，沉积于所述第一氮化硅薄膜的上方正中间的两个呈迂回折线状的铂叉指电极，将两个所述铂叉指电极完全覆盖的第二氮化硅薄膜，分别沉积于所述第二氮化硅薄膜上方左右两侧呈折线分布的钯镍氢敏电阻和氢敏参比电阻，覆盖于所述第二氮化硅薄膜上并将所述钯镍氢敏电阻裸露的二氧化硅保护层；两个所述铂叉指电极分别为铂测温电阻和铂加热电阻。本实用新型中铂测温电阻和铂加热电阻的共同作用为传感器提供了适宜的工作环境，使氢气传感器具有更好的精度和稳定性，从而延长传感器的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及氢气传感器技术领域，具体为一种钯合金氢气传感器。
背景技术
在常温常压条件下，氢气浓度在4～75％时极容易发生爆炸。无论是在平常的化学化工、医学医药，还是航空航天领域，对氢气进行检测和运用都极为迫切。
目前使用的氢气传感器工作原理主要有电化学型、光学型、电阻型三种，但光学型的传感器操作难度大且功耗高；电化学型极容易被其他气体干扰、检测精度较差；而电阻型氢气传感器检测灵敏度高，制备工艺简单，功耗低。所以电阻型氢气传感器的使用越来越广泛，但在温度较低的环境中，其检测灵敏度会受到较大的影响且检测数据的稳定性较差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种钯合金氢气传感器，结构简单，有较好的检测灵敏度和稳定性。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种钯合金氢气传感器，包括作为基底的硅片，沉积于所述硅片上中心位置的第一氮化硅薄膜，沉积于所述第一氮化硅薄膜的上方正中间的两个呈迂回折线状的铂叉指电极，将两个所述铂叉指电极完全覆盖的第二氮化硅薄膜，分别沉积于所述第二氮化硅薄膜上方左右两侧呈折线分布的钯镍氢敏电阻和氢敏参比电阻，覆盖于所述第二氮化硅薄膜上并将所述钯镍氢敏电阻裸露的二氧化硅保护层；两个所述铂叉指电极分别为铂测温电阻和铂加热电阻。
进一步地，所述铂测温电阻、铂加热电阻、钯镍氢敏电阻、氢敏参比电阻的两端均连接有用于焊接引线的金焊盘。
进一步地，所述第一氮化硅薄膜的大小为1.5×1.5mm，厚度为300nm。
进一步地，两个所述铂叉指电极沉积于第一氮化硅薄膜上方0.8×0.8mm的区域，且线宽为30μm，线间距为15μm，厚度为500nm；所述铂测温电阻和铂加热电阻的阻值均为100Ω。
进一步地，所述第二氮化硅薄膜的大小为1.5×1.5mm，厚度为300nm。
进一步地，所述钯镍氢敏电阻和氢敏参比电阻沉积于所述第二氮化硅薄膜上方0.8×0.8mm的区域，且钯镍氢敏电阻和氢敏参比电阻线宽均为2～20μm，沉积厚度均为60nm；钯镍氢敏电阻和氢敏参比电阻之间间隔0.08mm。
进一步地，所述二氧化硅保护层的沉积厚度为300nm。
进一步地，所述钯镍氢敏电阻和氢敏参比电阻均采用Pd 88:Ni12合金作为氢气敏感层。
进一步地，所述金焊盘的大小均为0.3×0.3mm。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型提供的钯合金氢气传感器中设置有铂测温电阻和铂加热电阻，铂加热电阻可以使测试环境保持在20～60℃的范围内，也能使吸附在钯镍氢气敏电阻中氢气加速脱氢；而铂测温电阻可以测量传感器的工作温度和环境温度。铂测温电阻和铂加热电阻的共同作用为传感器提供了适宜的工作环境，使氢气传感器具有更好的精度和稳定性，从而延长传感器的使用寿命。
(2)本实用新型选择Pd 88:Ni12合金作为氢敏电阻的氢气敏感层，对氢气具有良好的选择性，钯镍合金厚度为60nm，线宽2～20μm，且钯镍薄膜呈折线形结构，与纯钯材料相比而言，该钯镍氢敏薄膜内部能产生更多的敏感位点用于吸收氢气，这不仅增大了钯镍氢敏材料薄膜的比表面积，还提高了传感器的稳定性和灵敏度，使测量下限进一步扩大。
(3)本实用新型在铂测温电阻、铂加热电阻的上下表面均沉积了一层极薄的氮化硅氢阻挡层(第一氮化硅薄膜和第二氮化硅薄膜)，能避免氢气从硅片基底的一侧通过扩散导致铂测温电阻和铂加热电阻引起电阻阻值的变化，由此可以提高传感器的检测精度和稳定性；沉积的二氧化硅保护层可以阻挡环境中的其他气体及水蒸气对钯镍合金传感器产生干扰，可进一步提高传感器探测的精度，也增加了传感器的抗干扰能力。
附图说明
图1为本实用新型的剖面图；
图2为本实用新型的平面图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-硅片，2-第一氮化硅薄膜，3-铂测温电阻，4-铂加热电阻，5-第二氮化硅薄膜，6-钯镍氢敏电阻，7-氢敏参比电阻，8-二氧化硅保护层，9-金焊盘。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1～2所示，本实施例提供一种钯合金氢气传感器，包括硅片1、第一氮化硅薄膜2、铂叉指电极、第二氮化硅薄膜5、钯镍氢敏电阻6、氢敏参比电阻7、二氧化硅保护层8以及金焊盘9。
其中硅片1作为基底，在进行加工之前需要用丙酮、酒精等进行清洗并干燥。第一氮化硅薄膜2采用磁控溅射方法沉积于硅片1中心位置，厚度为300nm，大小为1.5×1.5mm。第一氮化硅薄膜2作为氢气阻挡层，可以防止氢气从硅片基底的一侧通过扩散导致铂叉指电极电阻阻值的变化。
在第一氮化硅薄膜2上方正中间0.8×0.8mm区域采用磁控溅射方法沉积一对500nm厚、线宽30μm、线间距15μm的折线状的铂叉指电极，分别为铂测温电阻3和铂加热电阻4。铂测温电阻3和铂加热电阻4的阻值均为100Ω，采用迂回折线状的排布方式，可以增加受热面积。其中铂加热电阻4可以使传感器工作环境保持在20～60℃的范围内，为传感器提供适宜的工作温度，也能使吸附在钯镍氢气敏电阻6中氢气加速脱氢，而铂测温电阻3可以测量传感器的工作温度和环境温度。
第二氮化硅薄膜5沉积于铂测温电阻3和铂加热电阻4的上方，并将铂测温电阻3和铂加热电阻4完全覆盖，可以防止氢气对这两个铂电阻造成干扰，沉积厚度为300nm，大小为1.5×1.5mm。
钯镍氢敏电阻6和氢敏参比电阻7均采用Pd 88:Ni12合金作为氢气敏感，采用射频磁控溅射沉积于第二氮化硅薄膜5上方0.8×0.8mm的区域，钯镍氢敏电阻6和氢敏参比电阻7分别位于0.8×0.8mm的区域的左右两侧，且均呈折线分布。钯镍氢敏电阻6和氢敏参比电阻7线宽均为2～20μm，沉积厚度均为60nm；钯镍氢敏电阻6和氢敏参比电阻7之间间隔0.08mm。钯镍氢敏电阻6通过吸收氢气导致钯镍合金产生晶格畸变，从而使钯镍氢敏电阻6的阻值发生变化，以此可测得氢气的浓度。其中钯镍薄膜呈折线形结构，与纯钯材料相比而言，该钯镍氢敏薄膜内部能产生更多的敏感位点用于吸收氢气，这不仅增大了钯镍氢敏材料薄膜的比表面积，还提高了传感器的稳定性和灵敏度。
铂测温电阻3、铂加热电阻4、钯镍氢敏电阻6、氢敏参比电阻7的两端均连接有用于焊接引线的金焊盘9，共八个金焊盘，该金焊盘9为0.3×0.3mm的金属电极，用于焊接传感器芯片的引线，输入供电和信号数据的传输。
二氧化硅保护层8是沉积于第二氮化硅薄膜5上的一层厚300nm的二氧化硅薄膜，除钯镍氢敏电阻6裸露，其余部分包括氢敏参比电阻和八个金焊盘全部被二氧化硅覆盖。二氧化硅保护层8能阻挡环境中的其他气体及水蒸气对钯镍合金传感器产生干扰。
上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钯合金氢气传感器，其特征在于，包括作为基底的硅片(1)，沉积于所述硅片(1)上中心位置的第一氮化硅薄膜(2)，沉积于所述第一氮化硅薄膜(2)的上方正中间的两个呈迂回折线状的铂叉指电极，将两个所述铂叉指电极完全覆盖的第二氮化硅薄膜(5)，分别沉积于所述第二氮化硅薄膜(5)上方左右两侧呈折线分布的钯镍氢敏电阻(6)和氢敏参比电阻(7)，覆盖于所述第二氮化硅薄膜(5)上并将所述钯镍氢敏电阻(6)裸露的二氧化硅保护层(8)；两个所述铂叉指电极分别为铂测温电阻(3)和铂加热电阻(4)。
2.根据权利要求1所述的种钯合金氢气传感器，其特征在于，所述铂测温电阻(3)、铂加热电阻(4)、钯镍氢敏电阻(6)、氢敏参比电阻(7)的两端均连接有用于焊接引线的金焊盘(9)。
3.根据权利要求1所述的种钯合金氢气传感器，其特征在于，所述第一氮化硅薄膜(2)的大小为1.5×1.5mm，厚度为300nm。
4.根据权利要求1所述的种钯合金氢气传感器，其特征在于，两个所述铂叉指电极沉积于第一氮化硅薄膜(2)上方0.8×0.8mm的区域，且线宽为30μm，线间距为15μm，厚度为500nm；所述铂测温电阻(3)和铂加热电阻(4)的阻值均为100Ω。
5.根据权利要求1所述的种钯合金氢气传感器，其特征在于，所述第二氮化硅薄膜(5)的大小为1.5×1.5mm，厚度为300nm。
6.根据权利要求1所述的种钯合金氢气传感器，其特征在于，所述钯镍氢敏电阻(6)和氢敏参比电阻(7)沉积于所述第二氮化硅薄膜(5)上方0.8×0.8mm的区域，且钯镍氢敏电阻(6)和氢敏参比电阻(7)线宽均为2～20μm，沉积厚度均为60nm；钯镍氢敏电阻(6)和氢敏参比电阻(7)之间间隔0.08mm。
7.根据权利要求1所述的种钯合金氢气传感器，其特征在于，所述二氧化硅保护层(8)的沉积厚度为300nm。
8.根据权利要求1所述的种钯合金氢气传感器，其特征在于，所述钯镍氢敏电阻(6)和氢敏参比电阻(7)均采用Pd 88:Ni12合金作为氢气敏感层。
9.根据权利要求2所述的种钯合金氢气传感器，其特征在于，所述金焊盘(9)的大小均为0.3×0.3mm。
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|---|---|---|---|---|
| CN116626113A (zh) * | 2023-07-21 | 2023-08-22 | 浙江朗德电子科技有限公司 | 一种双通道氢气传感器、制备方法及检测方法 |
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