【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢气传感检测，具体为一种双功能氢气传感器及其制备方法和使用方法。
技术介绍
1、氢能被公认为最具发展潜力的清洁能源，具有能量密度大、转化效率高、储量丰富和应用范围广泛等特点，已成为全球能源转型的核心，但氢气分子小、渗透性强，在生产、储存、运输和使用的过程中易发生泄漏，且由于氢气无色无味，不能被人鼻所察觉，且着火能量仅约为0.02mj，空气中含量在4％～75％(v/v)范围内，遇明火即发生爆炸，故在氢气的使用中必须利用氢气传感器对环境中氢气的含量进行检测并对其泄漏进行监测。
2、高灵敏、高可靠氢气传感器是实现氢气泄露快速检测与在线动态监测、保障氢能安全产业链安全的核心基础器件，基于催化燃烧原理或热导率原理的氢气传感器，因其响应速度快、制造成本低等特点，已成为现阶段氢气泄露监测的常用氢气传感器，但由于这两种氢气传感器固有的低选择性属性，常存在误报和低浓度段(<0.5％)精度差等问题，而其他原理的氢气传感器，虽然检测精度更高，但其响应时间(t90)远大于氢气泄露监测的需求，难以胜任保障氢能产业链安全的需求。
3、针对上述问题，本专利技术提出了一种同时兼顾快速响应和准确检测需求的氢气传感器，它集热导原理和钯合金薄膜氢气传感原理为一体，利用热导单元快速侦测氢气泄露、氢传感单元准确检测氢气泄露含量，同时具备快速、准确的检测能力。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种双功能氢气传感器及其制备方法和使用方法，具备集热导原理和钯合金薄
2、本专利技术提供如下技术方案：一种双功能氢气传感器，包括传感器本体，所述传感器本体包括有衬底、悬膜、测温单元、热导单元、氢传感单元和硅杯腔，所述传感器本体为中心对称结构，所述衬底的背部设置有硅杯腔，所述衬底和硅杯腔重叠处设置有悬膜，所述传感器本体的左下角与右下角分布有测温单元，所述测温单元包括有测温单元1和测温单元2，所述热导单元和氢传感单元设置在悬膜的侧面，且为中心对称结构，所述热导单元包括有测量臂1和测量臂2，所述氢传感单元包括有测量单元一和测量单元二，所述测量单元一包括有测氢电阻一、参比电阻一、金焊盘1、金焊盘2、金焊盘3和隔氢涂层，所述隔氢涂层为中心对称结构，所述测量单元二包括有测氢电阻二和参比电阻二。
3、一种双功能氢气传感器制备方法，包括以下步骤：
4、s1、采用热氧化工艺，在衬底表面制备厚度300nm～1000nm的二氧化硅；
5、s2、采用pecvd方法，在热氧化二氧化硅衬底表面制备致密厚度为100nm～300nm的致密氮化硅；
6、s3、采用电子束蒸发或磁控溅射工艺，在步骤s2基础上制备测温单元，镍厚度为100nm～500nm；
7、s4、采用电子束蒸发或磁控溅射工艺，在步骤s3基础上制备氢传感单元，厚度为50nm～200nm；
8、s5、采用电子束蒸发或磁控溅射工艺，在步骤s4基础上制备热导单元，厚度为50nm～200nm；
9、s6、采用电子束蒸发或磁控溅射工艺，在步骤s5基础上制备焊盘，金厚度为200nm～500nm；
10、s7、采用pecvd方法，在步骤s6基础上沉积致密氮化硅层，厚度为100nm～500nm；在此基础上采用ald方法，沉积致密氧化铝层，厚度为20nm～100nm，制备隔氢涂层；
11、s8、采用pecvd或磁控溅射或电阻热蒸发方法，在步骤s7基础上制备致密氢气选择性涂层；
12、s9、采用湿法或干法刻蚀工艺，在衬底背面刻蚀形成硅杯腔；
13、s10、最后，激光划片，制备成多用途氢气传感器。
14、一种双功能氢气传感器使用方法，包括以下步骤：
15、(1)通过测温单元获得该氢气传感器的环境温度；
16、(2)通过热导单元获得环境气体的热导系数；
17、(3)利用环境气体热导率与氢气浓度的工作曲线，计算获得氢气浓度粗测值；
18、(4)通过氢传感单元获得环境气体中氢气含量的精确值；
19、(5)当检测时间t<氢传感单元的响应时间t90时，氢气浓度输出值为氢气浓度粗测值；当t≥t90时，氢气浓度输出值为氢气浓度精确值。
20、与现有技术对比，本专利技术具备以下有益效果：
21、(1)本专利技术涉及一种双功能氢气传感器，对称冗余设计，具有高可靠性和环境适应性；
22、(2)本专利技术采用悬膜结构，具有低功耗，5s内达到稳定工作状态的能力；
23、(3)本专利技术设计有测温电阻，可原位测量传感器的实时温度，可实时补偿环境温度；
24、(4)本专利技术设计有四个独立的钯合金薄膜电阻，为中心对称结构，具有完全等效的电气性质，且独立工作不相互干扰；
25、(5)本专利技术中对角两个钯合金薄膜电阻表面沉积有隔氢涂层，对氢气不敏感，作为参比端；剩余对角两个钯合金薄膜表面沉积有氢气选择性涂层，对氢气专一响应，作为氢气感应端；
26、(6)本专利技术氢气传感器的为冗余工作方式，具有显著增强的可靠性；
27、(7)本专利技术氢气传感器的带内参比结构的“wheatstone bridge”模式，2倍灵敏度；
28、(8)本专利技术氢气传感器兼具快速和准确检测特点，可显著的缩短检测时间至3s以内，满足氢能安全的氢气泄露监测需求；
29、(9)本专利技术氢气传感器工作时不要氧气参与，在有氧或无氧惰性气体环境中均能正常工作；
30、(10)本专利技术氢气传感器成本低，与现有mems工艺兼容，可批量生产。
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1.一种双功能氢气传感器，其特征在于，包括传感器本体(7)，所述传感器本体(7)包括有衬底(1)、悬膜(2)、测温单元(3)、热导单元(4)、氢传感单元(5)和硅杯腔(6)，所述传感器本体(7)为中心对称结构，所述衬底(1)的背部设置有硅杯腔(6)，所述衬底(1)和硅杯腔(6)重叠处设置有悬膜(2)，所述传感器本体(7)的左下角与右下角分布有测温单元(3)，所述测温单元(3)包括有测温单元1(31)和测温单元2(32)，所述热导单元(4)和氢传感单元(5)设置在悬膜(2)的侧面，且为中心对称结构，所述热导单元(4)包括有测量臂1(41)和测量臂2(42)，所述氢传感单元(5)包括有测量单元一(51)和测量单元二(52)，所述测量单元一(51)包括有测氢电阻一(5101)、参比电阻一(5102)、金焊盘1(5103)、金焊盘2(5104)、金焊盘3(5105)和隔氢涂层(5106)，所述隔氢涂层(5106)为中心对称结构，所述测量单元二(52)包括有测氢电阻二(5201)和参比电阻二(5202)。
2.根据权利要求1所述的一种双功能氢气传感器制备方法，包括以下步骤：p>
3.根据权利要求1所述的一种双功能氢气传感器使用方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种双功能氢气传感器，其特征在于，包括传感器本体(7)，所述传感器本体(7)包括有衬底(1)、悬膜(2)、测温单元(3)、热导单元(4)、氢传感单元(5)和硅杯腔(6)，所述传感器本体(7)为中心对称结构，所述衬底(1)的背部设置有硅杯腔(6)，所述衬底(1)和硅杯腔(6)重叠处设置有悬膜(2)，所述传感器本体(7)的左下角与右下角分布有测温单元(3)，所述测温单元(3)包括有测温单元1(31)和测温单元2(32)，所述热导单元(4)和氢传感单元(5)设置在悬膜(2)的侧面，且为中心对称结构，所述热导单元(4)包括有测量臂1(...
【专利技术属性】
技术研发人员：胥海洲，
申请(专利权)人：深圳市鹏翔半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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