一种NOx气体传感器制造技术

本发明专利技术公开了属于气体传感器领域的一种NOx气体传感器；其中自下而上依次包括：硅基底层、支撑层、加热电极、绝缘层、测试电极层；其中硅基底层上方的测试端一侧开有隔热腔；支撑层完全覆盖硅基底层；加热电极设置于支撑层和绝缘层之间，绝缘层用于隔离加热电极和测试电极层；所述测试电极层包括：平行排列的第二电极、第一电极和第三电极，其中第一电极、第二电极和第三电极均由电极端延伸至测试端。本发明专利技术中第一电极选用对NOx敏感材料制作，第二、第三电极采用贵金属制作，并构成三电极体系。测试时，第三电极作为参比电极，可调控第二电极极化电压；通入NOx气体后，可通过记录第一、第二电极间电流变化确定NOx含量。间电流变化确定NOx含量。间电流变化确定NOx含量。

【技术实现步骤摘要】
一种NOx气体传感器


[0001]本专利技术属于气体传感器
，具体为一种NOx气体传感器。

技术介绍

[0002]目前广泛应用的NOx气体传感器，包括半导体式和固态电解质式两类。其中，半导体式NOx气体传感器精确性差，难以满足日益严苛的使用环境；固态电解质式NOx气体传感器，则需要将NOx完全分解为O2进行测试，传感器结构复杂，电极数量较多，操作缺乏便宜性。因此，调整传感器结构，改变传感器运行模式，是NOx气体传感器的主要技术难点。
[0003]考虑到电化学类气体传感器在检测精度方面的优势，开展相关结构设计，实现传感器检测定量化分析具有一定意义。此外，随着MEMS技术的研究与发展，增加了平面结构器件制作的可操作性，因此，制备以硅基为衬底的传感器在降低成本、增加集成性等方面具有一定优势。
[0004]针对这一问题，我们提出了一种选用选用对NOx敏感材料制作而成的气体传感器，结构简便，易于操作。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种NOx气体传感器，其特征在于，自下而上依次包括：硅基底层、支撑层、加热电极、绝缘层、测试电极层；其中硅基底层上方的测试端一侧开有隔热腔；支撑层完全覆盖硅基底层；加热电极设置于支撑层和绝缘层之间，绝缘层用于隔离加热电极和测试电极层；
[0006]所述测试电极层包括：平行排列的第二电极、第一电极和第三电极，其中第一电极、第二电极和第三电极均由电极端延伸至测试端。
[0007]所述隔热腔为截面呈V形或弧形的凹槽。
[0008]所述支撑层由支撑层绝缘区、中部以及支撑层支撑区组成，在测试端的支撑层绝缘区位于隔热腔的正上方。
[0009]所述加热电极包括：加热电极加热区、供电引线和供电电极，设置于测试端的加热电极加热区呈折线形，位于支撑层的支撑层绝缘区正上方。
[0010]所述支撑层为SiO2/Si3N4复合膜。
[0011]所述支撑层绝缘区为矩形。
[0012]所述加热电极的成分为Pt。
[0013]所述绝缘层为SiO2/Si3N4复合膜。
[0014]所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的长度相同；所述第一电极到所述第二电极以及到第三电极的距离相等。
[0015]所述第一电极的材料成分为WO
3 60-80％、Pt 20-40％；第二电极和第三电极成分为Pt。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]1.本专利技术的气体传感器基于MEMS工艺，与传统片式传感器相比，具有体积小、功耗低、成本低、易集成的优点。
[0018]2.本专利技术采用正面体硅腐蚀制备的空腔，可降低传感器热耗，增加传感器热量利用，且加工工艺稳定易控。
[0019]3.本专利技术中第一电极选用对NOx敏感材料制作，第二、第三电极采用贵金属制作，并构成三电极体系。测试过程中，第三电极作为参比电极，可调控第二电极极化电压。通入NOx气体后，可通过记录第一、第二电极间电流变化确定NOx含量，从而实现NOx检测的目的。本专利技术结构简便，易于操作。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一种NOx气体传感器实施例的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例中支撑层的俯视图；
[0022]图3为本专利技术实施例中加热电极和支撑层的俯视图；
[0023]图4为本专利技术实施例中绝缘层的俯视图；
[0024]图5为本专利技术实施例中绝缘层和测试电极层的俯视图。
[0025]其中：
[0026]1-硅基底层，2-支撑层，3-加热电极，4-绝缘层，5-测试电极层，11-基底层空腔，21-支撑层绝缘区，22-支撑层支撑区，31-加热电极加热区，32-供电引线，33-供电电极，41-绝缘层通孔，51-第一电极，52-第二电极，53-第三电极。
具体实施方式
[0027]以下结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。
[0028]如图1～图5所示的本专利技术实施例，结构自下而上依次包括：硅基底层1、支撑层2、加热电极3、绝缘层4、测试电极层5；其中硅基底层1为长条状矩形体，硅基底层1上方的测试端一侧开有隔热腔11；支撑层2完全覆盖硅基底层1；加热电极3设置于支撑层2和绝缘层4之间，绝缘层4用于隔离加热电极3和测试电极层5；
[0029]设置于绝缘层4上方的测试电极层5包括：平行排列的第二电极52、第一电极51和第三电极53，其中第一电极51、第二电极52和第三电极53均由电极端延伸至测试端；且第一电极51、第二电极52和第三电极53的长度基本相同，第一电极51与第二电极52的间距以及与第三电极53的间距基本相等。
[0030]在本实施例中，支撑层2由支撑层绝缘区21、中部以及支撑层支撑区22组成，在测试端的支撑层绝缘区21位于隔热腔11的正上方，支撑层绝缘区21俯视呈矩形；
[0031]在本实施例中，支撑层为SiO2/Si3N4复合膜；
[0032]在本实施例中，测试电极层5沉积于绝缘层4上；
[0033]在本实施例中，第一电极51材料成分为WO3 60-80％、Pt 20-40％，第二电极52和第三电极53成分均为Pt 100％，
[0034]在本实施例中，第一电极51、第二电极52和第三电极53非电极端部分(测试端和中部)的宽度小于电极端的宽度。
[0035]在本实施例中，绝缘层为SiO2/Si3N4复合膜；
[0036]如图1所示的隔热腔11为截面呈V形或弧形的凹槽；在本实施例中，隔热腔11通过正面体硅腐蚀制备实现。
[0037]如图3所示的加热电极3包括：加热电极加热区31、供电引线32和供电电极33，设置于测试端的加热电极加热区31呈折线形，位于支撑层绝缘区21正上方；加热电极加热区31通过供电引线32和供电电极33与外部电源相连，通过加热电极3加热后，测试区温度可达到200-700℃；加热电极3分布于支撑层2的上方，支撑层2除支撑作用外还起到绝缘作用，用于隔离硅基底层1和加热电极3，同时进一步稳定保证了下方空腔热量的稳定和利用；
[0038]在本实施例中，加热电极3的成分为Pt。
[0039]如图4和图5所示的绝缘层4，绝缘层4的电极端开有两个与供电电极33形状和位置相匹配的通孔41，用于引出加热层的供电电极33；绝缘层4用于在测试端隔离下方的加热电极3和上方的测试电极层5。
[0040]本专利技术的测试过程及原理：
[0041]步骤1、通过加热电极2对测试区域加热至200-500℃，使第一电极51、第二电极52和第三电极53所在的测试区域升温。
[0042]步骤2、对居中的第一电极51通电，第一电极51与第二电极52测试回路以及第二电极52、第三电极53测试回路之间同时产生5-15V电压，记录第一电极51、第三电极53测试回路与第二电极52、第三电极53测试回路的电流变化；其中第一电极51与第二电极52测试回路用于测量因检测气体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NOx气体传感器，其特征在于，自下而上依次包括：硅基底层(1)、支撑层(2)、加热电极(3)、绝缘层(4)、测试电极层(5)；其中硅基底层(1)上方的测试端一侧开有隔热腔(11)；支撑层(2)完全覆盖硅基底层(1)；加热电极(3)设置于支撑层(2)和绝缘层(4)之间，绝缘层(4)用于隔离加热电极(3)和测试电极层(5)；所述测试电极层(5)包括：平行排列的第二电极(52)、第一电极(51)和第三电极(53)，其中第一电极(51)、第二电极(52)和第三电极(53)均由电极端延伸至测试端。2.根据权利要求1所述的一种NOx气体传感器，其特征在于，所述隔热腔(11)为截面呈V形或弧形的凹槽。3.根据权利要求1所述的一种NOx气体传感器，其特征在于，所述支撑层(2)由支撑层绝缘区(21)、中部以及支撑层支撑区(22)组成，在测试端的支撑层绝缘区(21)位于隔热腔(11)的正上方。4.根据权利要求1或3之一所述的一种NOx气体传感器，其特征在于，所述支撑层(2)为SiO2/Si3N4复合膜。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓，明安杰，崔建东，杨志民，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：