一种氢气检测芯片及制造方法技术

本申请公开了一种氢气检测芯片及制造方法，其中，一种氢气检测芯片，包括硅基底层和位于硅基底层上的绝缘层，绝缘层上设置有电阻单元；电阻单元包括压敏电阻、加热电阻、测温电阻和氢敏电阻；硅基底层的内部开设出空腔；压敏电阻设置在空腔的边缘位置，加热电阻、测温电阻和氢敏电阻靠近空腔的中部位置设置。通过在硅基底层内开设空腔，将绝缘层上的压敏电阻设置在空腔的边缘位置，再结合加热电阻、测温电阻和氢敏电阻，本发明专利技术实现了一颗芯片同时具备加热、测温、氢气检测和压力检测功能，进而能够直接根据压力变化值对氢气浓度输出值进行校准，得到真实环境中的氢气浓度值。得到真实环境中的氢气浓度值。得到真实环境中的氢气浓度值。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气检测芯片及制造方法


[0001]本申请涉及氢气检测
，特别涉及一种氢气检测芯片及制造方法。

技术介绍

[0002]钯合金薄膜检测氢气原理为：钯合金薄膜电阻吸收氢原子后，导致其电阻值变化。根据Sievert定理：双原子分子在固体中的溶解度与其压力的平方根成正比，即其中C为氢原子在钯原子中的溶解度，K为Sievert常数，P为环境中氢气分压。所以，传感器的检测结果只有在考虑压强变化时才是可靠的。
[0003]然而现有技术中，钯合金薄膜氢气传感器没有考虑压强对氢气检测结果的影响。以利用氢气传感器检测变压器绝缘油中溶解氢的浓度值为例，目前设备厂商为了减少油压变化导致的误差，想尽办法加装一个压力传感器，但是变压器套管狭窄的空间使加装压力传感器非常困难。另外，一些特高压变压器套管长达数米，传感器一般安装于其底部，此处油压相对于液面处约高了一个大气压，传感器若不事先单独校准，示数也会有误差。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种氢气检测芯片及制造方法，能够在输出端直接根据压力变化值对氢气浓度输出值进行校准，至少避免检测结果失效、检测结果误差大、额外增加传感器困难的问题。
[0005]本专利技术实施例提供了一种氢气检测芯片，包括：
[0006]硅基底层和位于硅基底层上的绝缘层，绝缘层上设置有电阻单元；
[0007]电阻单元包括压敏电阻、加热电阻、测温电阻和氢敏电阻；
[0008]硅基底层的内部开设出空腔；压敏电阻设置在空腔的边缘位置，加热电阻、测温电阻和氢敏电阻靠近空腔的中部位置设置。
[0009]可选的，该氢气检测芯片还包括连接电阻；连接电阻分别与压敏电阻、加热电阻、测温电阻和氢敏电阻相连。
[0010]可选的，该氢气检测芯片还包括与连接电阻相连的焊盘区。
[0011]可选的，焊盘区内的焊盘集中分布于同一侧。
[0012]可选的，该氢气检测芯片还包括保护层；保护层覆盖电阻单元和连接电阻。
[0013]可选的，压敏电阻的材质为掺杂硅；压敏电阻与连接电阻相接触区域的掺杂浓度大于压敏电阻其它区域的掺杂浓度；其它区域是指未与连接电阻相接触的区域。
[0014]可选的，氢敏电阻的材质为钯合金。
[0015]可选的，加热电阻、测温电阻、连接电阻和焊盘区的材质均为铂。
[0016]本专利技术实施例提供了一种氢气检测芯片制造方法，包括：
[0017]对带有绝缘层的硅衬底中的硅顶层进行压敏电阻成型处理，得到压敏电阻；带有绝缘层的硅衬底包括硅基底层、绝缘层和硅顶层；
[0018]在绝缘层上分别形成氢敏电阻、加热电阻和测温电阻；压敏电阻、加热电阻、测温
电阻和氢敏电阻构成电阻单元；
[0019]在硅基底层的内部开设出空腔；空腔的边缘靠近压敏电阻，空腔的中部位置靠近加热电阻、测温电阻和氢敏电阻。
[0020]可选的，在绝缘层上形成与电阻单元相连的连接电阻和与连接电阻相连的焊盘区；在绝缘层上生长一层保护层，并去除焊盘区上的保护层，以暴露焊盘区。
[0021]本专利技术的有益效果是：通过在硅基底层内开设空腔，并将绝缘层上的压敏电阻设置在空腔的边缘位置，制作出带有压力检测功能的氢气检测芯片。再结合加热电阻、测温电阻和氢敏电阻，实现一颗芯片同时具备加热、测温、氢气检测和压力检测功能。进而在实际使用芯片时，能够在输出端直接根据压力变化值对氢气浓度输出值进行校准，得到真实环境中的氢气浓度值。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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它附图。
[0023]图1是本专利技术实施例提供的一种氢气检测芯片的俯视示意图；
[0024]图2是图1在A
‑
A处的剖视图；为方便理解，将焊盘区移到了图2，同时对压敏电阻、加热电阻、测温电阻和氢敏电阻作了简化处理，只突出各个部分的相对位置；
[0025]图3是本专利技术实施例提供的一种压敏电阻和空腔配合工作的示意图；
[0026]图4是本专利技术实施例提供的一种氢气检测芯片制备方法的流程示意图。
[0027]图中附图标记对应为：1
‑
硅基底层；2
‑
绝缘层；3
‑
压敏电阻；4
‑
加热电阻；5
‑
测温电阻；6
‑
氢敏电阻；7
‑
焊盘区；8
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保护层；9
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基板；101
‑
空腔；301
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压敏电阻与连接电阻相接触区域。
具体实施方式
[0028]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。
[0029]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。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0030]实施例一
[0031]请参阅图1和图2，图1是本专利技术实施例提供的一种氢气检测芯片的俯视示意图，图
2是图1在A
‑
A处的剖视图。该氢气检测芯片包括硅基底层1和位于硅基底层1上的绝缘层2，绝缘层2上设置有电阻单元。电阻单元包括压敏电阻3、加热电阻4、测温电阻5和氢敏电阻6，可选的，压敏电阻3的材质为掺杂硅，厚度为0.1
‑
10微米；加热电阻4和测温电阻5的材质均为铂，厚度均为10
‑
1000纳米；氢敏电阻6的材质为钯合金，厚度为10
‑
1000纳米。
[0032]硅基底层1的内部开设出空腔101，可选的，空腔101形状为圆形，直径为0.2
‑
2毫米。压敏电阻3设置在空腔101的边缘位置，当外界压力变化时，此处形变量最大，便于感测压力信号。如图3(a)所示，当外部环境为常压时，压敏电阻3无形变，无压力信号输出；如图3(b)所示，当外部环境压强增大时，压敏电阻3发生形变，有压力信号值输出。相反，加热电阻4、测温电阻5和氢敏电阻6则靠近空腔101的中部位置设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气检测芯片，其特征在于：包括硅基底层(1)和位于所述硅基底层(1)上的绝缘层(2)，所述绝缘层(2)上设置有电阻单元；所述电阻单元包括压敏电阻(3)、加热电阻(4)、测温电阻(5)和氢敏电阻(6)；所述硅基底层(1)的内部开设出空腔(101)；所述压敏电阻(3)设置在所述空腔(101)的边缘位置，所述加热电阻(4)、所述测温电阻(5)和所述氢敏电阻(6)靠近所述空腔(101)的中部位置设置。2.根据权利要求1所述的氢气检测芯片，其特征在于，还包括连接电阻；所述连接电阻分别与所述压敏电阻(3)、所述加热电阻(4)、所述测温电阻(5)和所述氢敏电阻(6)相连。3.根据权利要求2所述的氢气检测芯片，其特征在于，还包括与所述连接电阻相连的焊盘区(7)。4.根据权利要求3所述的氢气检测芯片，其特征在于，所述焊盘区(7)内的焊盘集中分布于同一侧。5.根据权利要求1所述的氢气检测芯片，其特征在于，还包括保护层(8)；所述保护层(8)覆盖所述电阻单元和所述连接电阻。6.根据权利要求2所述的氢气检测芯片，其特征在于，所述压敏电阻(3)的材质为掺杂硅；所述压敏电阻与所述连接电阻相接触区域(301)的掺杂浓度大于所述压敏电阻(3)其它区域的掺杂浓度；所述其它区域是指未与所述连接电阻相接触的区...

【专利技术属性】
技术研发人员：马可贞，沈方平，徐晓苗，吴楠，
申请(专利权)人：苏州芯镁信电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：