【技术实现步骤摘要】
本申请涉及热导率测量，尤其涉及一种热导气体传感器、制备方法及气体热导率检测方法。
技术介绍
1、对气体导热系数的测量通常采用热丝法，基本方法是将一根细长的导线（通常是电阻丝）放置在待测气体中，通过电流加热导线，使导线温度升高，并在导线周围的待测气体中产生温度场；之后，通过测量导线温度（通常为电阻）随时间的变化，能够根据热传导方程计算待测气体的热导率；然而，现有技术中采用热丝法原理进行测量的器件极易受到环境温度的干扰，即使采用了温度补偿，补偿效果也十分有限，无法进一步提升传感器的检测下限和精度。
技术实现思路
1、针对上述现有技术中存在的问题，本申请提供了一种热导气体传感器、制备方法及气体热导率检测方法，所述技术方案如下：
2、一方面，本申请提供了一种热导气体传感器，包括开设有悬空槽的衬底和至少部分悬空设置于所述悬空槽上的温场层，所述温场层包括间隔设置的恒温热源和至少两个测温单元；所述悬空槽用于容纳待测气体，所述至少两个测温单元中的至少部分测温单元与所述恒温热源间的间距非等距设置。
3、进一步地，所述恒温热源和所述至少两个测温单元位于同一平面内。
4、进一步地，所述测温单元包括多个测温点，在同一所述测温单元中，所述多个测温点中至少部分测温点分别位于同一平面中的多条等温线上；在不同所述测温单元中，至少两个所述测温单元彼此的至少部分测温点位于同一等温线上。
5、进一步地，所述至少两个测温单元位于所述恒温热源的同一侧；或者
6、至
7、进一步地，所述温场层满足下述特征中的至少之一：
8、非等距设置的至少部分测温单元中，至少一个所述测温单元与所述恒温热源间的间距为1μm～10μm，至少另一所述测温单元与所述恒温热源间的间距为2μm～50μm；
9、非等距设置的至少部分测温单元中，至少一个所述测温单元与所述恒温热源间的间距，和至少另一所述测温单元与所述恒温热源间的间距的差值为1μm～40μm。
10、进一步地，所述恒温热源和所述至少两个测温单元为条形结构，所述至少两个测温单元和所述恒温热源位于同一平面内且平行设置。
11、进一步地，所述温场层包括复合介质层和图案化的金属层，所述复合介质层包括相互连接的悬空部和支撑部，所述支撑部位于所述衬底上，所述悬空部位于所述悬空槽上，所述金属层位于所述悬空部中，所述金属层包括所述恒温热源和所述至少两个测温单元。
12、进一步地，所述复合介质层包括第一介质层、第二介质层和第三介质层，所述第一介质层位于所述衬底上，所述金属层位于所述第一介质层和所述第二介质层之间，所述第三介质层位于所述第二介质层上；所述温场层满足下述特征中的至少之一：
13、所述第一介质层的厚度为0.5μm～1.5μm；
14、所述第二介质层的厚度为0.5μm～1.5μm；
15、所述第三介质层的厚度为0.1μm～0.3μm；
16、所述金属层的厚度为200nm～800nm。
17、进一步地，所述金属层还包括至少一个加强结构，所述加强结构位于所述测温单元远离所述恒温热源的一侧，所述加强结构贯穿所述悬空槽并与所述支撑部的位于所述悬空槽边壁的端部连接。
18、进一步地，所述热导气体传感器还包括焊盘，所述焊盘位于所述复合介质层的支撑部上，所述焊盘与所述金属层的端部电连接。
19、另一方面，本申请还提供了一种热导气体传感器的制备方法，包括：
20、在开设有悬空槽的衬底上形成温场层；所述温场层至少部分悬空设置于所述悬空槽，所述温场层包括间隔设置的恒温热源和至少两个测温单元；所述悬空槽用于容纳待测气体，所述至少两个测温单元中的至少部分测温单元与所述恒温热源间的间距非等距设置。
21、进一步地，所述在开设有悬空槽的衬底上形成温场层包括：
22、在初始衬底的表面上形成第一初始介质层；
23、在所述第一初始介质层上形成图案化的金属层；
24、在所述金属层上形成第二初始介质层和第三初始介质层，得到初始温场层；所述初始温场层包括所述第一初始介质层、金属层、所述第二初始介质层和所述第三初始介质层；
25、对所述初始温场层进行图案化处理，得到所述温场层；所述温场层包括间隔设置的所述恒温热源和所述至少两个测温单元；
26、对所述初始衬底进行湿法腐蚀，以去除所述温场层底部的衬底材料形成悬空槽，得到热导气体传感器；所述热导气体传感器包括开设有悬空槽的所述衬底和至少部分悬空设置于所述悬空槽上的所述温场层。
27、另一方面，本申请还提供了一种气体热导率检测方法，基于如上任一项所述的热导气体传感器进行检测，所述方法包括：
28、在悬空槽中通入待测气体并且在恒温热源发热的过程中，获取至少两个测温单元的温度测量数据集；所述温度测量数据集包括所述悬空槽中多个位置的温度信息；
29、基于所述温度测量数据集和所述至少两个测温单元彼此间的距离信息进行温场计算，得到所述悬空槽中所述恒温热源的温场信息；所述距离信息用于指示所述至少两个测温单元与所述恒温热源间的间距；所述温场信息用于指示所述恒温热源周侧的所述待测气体中的等温线分布状态；
30、基于所述温场信息进行热导转换运算，得到所述待测气体的热导率。
31、实施本申请，具有如下有益效果：
32、1、本申请采用不对称温场测量技术，通过在悬空设置的温场层中将至少两个测温单元与恒温热源非等距设置，测量悬空槽中待测气体的温场，能够通过该温场中各等温线的漂移计算该待测气体的热导率，有效消除环境温度带来的干扰，无需温度补偿，能够大大提升该热导气体传感器的检测灵敏度和检测精度。
33、2、本申请的至少两个测温单元分布于恒温热源的两侧，布置方便难度低，测温单元之间分布较为分散，有利于提升温度测量的准确性，并且，能够避免部分测温单元位于恒温热源和较远的测温单元之间而对恒温热源在待测气体中的等温线分布产生不良影响，也避免对较远的测温单元的温度检测结果产生不良影响，有利于进一步提升整体温度和温场的测量精准性和测量可靠性，进而有利于提升最终待测气体的热导率测量精准性和测量可靠性。
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1.一种热导气体传感器，其特征在于，包括开设有悬空槽的衬底和至少部分悬空设置于所述悬空槽上的温场层，所述温场层包括间隔设置的恒温热源和至少两个测温单元；所述悬空槽用于容纳待测气体，所述至少两个测温单元中的至少部分测温单元与所述恒温热源间的间距非等距设置。
2.根据权利要求1所述的热导气体传感器，其特征在于，所述恒温热源和所述至少两个测温单元位于同一平面内。
3. 根据权利要求1所述的热导气体传感器，其特征在于，所述测温单元包括多个测温点，在同一所述测温单元中，所述多个测温点中至少部分测温点分别位于同一平面中的多条等温线上；在不同所述测温单元中，至少两个所述测温单元彼此的至少部分测温点位于同一等温线上。
4.根据权利要求1所述的热导气体传感器，其特征在于，所述至少两个测温单元位于所述恒温热源的同一侧；或者
5.根据权利要求1-4中任一项所述的热导气体传感器，其特征在于，所述温场层满足下述特征中的至少之一：
6.根据权利要求1-4中任一项所述的热导气体传感器，其特征在于，所述恒温热源和所述至少两个测温单元为条形结构，所述至少
7.根据权利要求1-4中任一项所述的热导气体传感器，其特征在于，所述温场层包括复合介质层和图案化的金属层，所述复合介质层包括相互连接的悬空部和支撑部，所述支撑部位于所述衬底上，所述悬空部位于所述悬空槽上，所述金属层位于所述悬空部中，所述金属层包括所述恒温热源和所述至少两个测温单元。
8.根据权利要求7所述的热导气体传感器，其特征在于，所述复合介质层包括第一介质层、第二介质层和第三介质层，所述第一介质层位于所述衬底上，所述金属层位于所述第一介质层和所述第二介质层之间，所述第三介质层位于所述第二介质层上；所述温场层满足下述特征中的至少之一：
9.根据权利要求7所述的热导气体传感器，其特征在于，所述金属层还包括至少一个加强结构，所述加强结构位于所述测温单元远离所述恒温热源的一侧，所述加强结构贯穿所述悬空槽并与所述支撑部的位于所述悬空槽边壁的端部连接。
10.根据权利要求7所述的热导气体传感器，其特征在于，所述热导气体传感器还包括焊盘，所述焊盘位于所述复合介质层的支撑部上，所述焊盘与所述金属层的端部电连接。
11.一种热导气体传感器的制备方法，其特征在于，包括：
12.根据权利要求11所述的热导气体传感器的制备方法，其特征在于，所述在开设有悬空槽的衬底上形成温场层包括：
13.一种气体热导率检测方法，其特征在于，基于如权利要求1-10任一项所述的热导气体传感器进行检测，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种热导气体传感器，其特征在于，包括开设有悬空槽的衬底和至少部分悬空设置于所述悬空槽上的温场层，所述温场层包括间隔设置的恒温热源和至少两个测温单元；所述悬空槽用于容纳待测气体，所述至少两个测温单元中的至少部分测温单元与所述恒温热源间的间距非等距设置。
2.根据权利要求1所述的热导气体传感器，其特征在于，所述恒温热源和所述至少两个测温单元位于同一平面内。
3. 根据权利要求1所述的热导气体传感器，其特征在于，所述测温单元包括多个测温点，在同一所述测温单元中，所述多个测温点中至少部分测温点分别位于同一平面中的多条等温线上；在不同所述测温单元中，至少两个所述测温单元彼此的至少部分测温点位于同一等温线上。
4.根据权利要求1所述的热导气体传感器，其特征在于，所述至少两个测温单元位于所述恒温热源的同一侧；或者
5.根据权利要求1-4中任一项所述的热导气体传感器，其特征在于，所述温场层满足下述特征中的至少之一：
6.根据权利要求1-4中任一项所述的热导气体传感器，其特征在于，所述恒温热源和所述至少两个测温单元为条形结构，所述至少两个测温单元和所述恒温热源位于同一平面内且平行设置。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的热导气体传感器，其特征在于，所述温场层包括复合介质层和图案化的金属层...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈方平，徐晓苗，徐宗亮，姜熙君，王震怀，
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：
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