[发明专利]有灵敏吸气层的表面声波气体传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用表面声波或SAW技术的气体传感器，具体是真空或氢气传感器。本发明还涉及制造这种传感器的方法。

背景技术

已知的气体传感器包括SAW装置，其中一个对确定气体灵敏的材料层安排在它的叉指式换能器之间SAW装置的压电基片上。

Y.J.Lee在Sensors and Actuators A 64(1998)的文件“Development of a SAW gas sensor for monitoring SO₂gas”中公开一种用于测量SO₂浓度的灵敏的硫化镉层。

US 5592215公开一种用于测量汞浓度的灵敏的金，银或铜层。

US 2004/0107765公开一种用于测量丙酮，苯，二氯乙烷，乙醇或甲苯浓度的灵敏的硝酸纤维素层。

然而，所述传感器不能测量简单分子的浓度，或甚至不能测量抽空环境下的真空度，这是由于其灵敏层有相对低的灵敏度。

发明内容

所以，本发明的目的是提供一种没有所述缺点的SAW传感器。实现所述目的是利用这样的传感器和制造方法，在权项1和权项19中分别公开它们的主要特征，而在其余的权项中公开其他的特征。

由于在气体灵敏层中包含吸气材料，若在该灵敏层上覆盖一个能够渗透这些分子的特定材料层，则可以采用按照本发明的传感器作为真空传感器或作为简单分子的传感器，例如，氢气。具体地说，该传感器可以安排在已经有吸气剂的抽空系统中，为的是检测必须何时再生这种吸气剂。

在压电基片与气体灵敏层之间可以安排一种电阻形装置，用于在高温下激活和/或再生吸气材料，而该热量不会损坏传感器。

最好是，灵敏层是由薄的吸气薄膜制成，它借助于物理汽相沉积或“PVD”，通常称之为“溅射”，为的是简化传感器制造方法并尽可能使它的灵敏度保持恒定，从而提高它的测量精度。

为了进一步提高传感器的测量精度，在压电基片上可以安排第二对叉指式换能器，其中灵敏层仅仅安排在第一对叉指式换能器之间。

为了制造这种传感器，可以利用有校准开孔的掩模，用于沉积有精确尺寸的各层到已经配置多对换能器的晶片上，为的是减小制造时间和成本以及可重复地保持高的传感器质量。

附图说明

参照附图并根据以下详细和非限制性描述本发明的一些实施例，按照本发明传感器及其制造方法的其他优点和特征对于专业人员是显而易见的，其中：

图1表示第一个实施例传感器的顶视图；

图2表示第二个实施例传感器的部分剖面图；

图3表示第三个实施例传感器的部分剖面图；

图4表示第四个实施例传感器的顶视图；和

图5表示第五个实施例传感器的顶视图。

具体实施方式

参照图1，可以看出，按照本发明第一个实施例的气体传感器包括：压电基片1，在压电基片上安排有一个或多个输入或输出导线4，5的两个叉指式换能器2，3，可以有线或无线连接到电路和/或电子控制装置。至少一个气体灵敏材料层6安排在两个换能器2，3之间的基片1的表面上。

按照本发明，灵敏层6适当地包含吸气材料，所以，被这个吸气材料吸收的分子可以改变换能器2，3之间传输的电信号的频率。因此，通过合适的定标曲线，可以测量抽空环境下的真空度，其中在这种环境下安排传感器并测量所述频率的变化。

具体地说，灵敏层6是吸气薄膜，其厚度是在0.5μm与5μm之间，并利用溅射方法施加到基片1上。该吸气材料可以包括：选自以下的金属：锆，钛，铌，钽，钒，或这些金属的合金，或这些金属与选自以下的一种或多种其他元素的合金：铬，锰，铁，钴，镍，铝，钇，镧和稀土元素。Ti-V，Zr-V，Zr-Fe，Zr-Al，和Zr-Ni二元合金，以及Zr-Mn-Fe，Zr-V-Fe和Zr-Co-MM三元合金(其中MM代表稀土金属混合物，它是钇，镧和稀土元素的商品混合物)被证明是特别合适的，尤其是以下的重量百分比：70％Zr-24.6％V-5.4％Fe或84％Zr-16％Al。

参照图2，在本发明的第二个实施例中可以看到，仅仅有选择地渗透一种或多种确定气体的一层材料7安排在灵敏层6之上，所以，传感器可以测量能够渗透通过渗透层7的气体的浓度，渗透层7也是在非抽空的环境中。具体地说，渗透层7的厚度是在50nm与500nm之间，并包含贵金属，最好是钯或铂或其合金，为的是仅让氢分子渗透，从而使该气体被灵敏的吸气材料层6吸收。