[发明专利]一种氢气传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氢气传感器制备方法，包括步骤：将硫系软玻璃薄膜沉积于基片上；采用光刻刻蚀工艺将硫系软玻璃薄膜初步加工为硫系软玻璃微盘腔；腐蚀硫系软玻璃微盘腔下的保护层；选择性地沉积金属钯薄膜作为氢气吸收层；加工基片，完成氢气传感器的制作。本发明还公开了一种氢气传感器，包括微盘腔基片、和从下至上依次制备于基片上的保护层、硫系软玻璃微盘腔、氢气吸收层。本发明采用回音壁模式的光学微腔作为基本的传感单元，具有功耗低，抗电磁干扰性强、安全性好、灵活性强的优点。

技术领域

本发明涉及气体浓度测量技术领域，特别涉及一种基于硫系软玻璃光学回音壁模式微盘腔的高灵敏度氢气传感器。

背景技术

氢气是一种无色、无嗅、易燃易爆的气体。氢气分子量很小，再生产、储存、运输、使用过程中很容易发生泄漏，并且氢气具有很强的渗透能力。同时，由于氢气的着火点为585℃，当空气中的氢气含量在4％至75％的范围时，遇到明火就会发生爆炸，这给氢气的储存和使用带来很大不便。

目前常用测量氢气浓度的方法是基于气相色谱仪的检测技术，这种测量手段误差较大，灵敏度低，操作复杂，不可连续测量。常用的氢气传感器主要包括电化学氢气传感器，其工作范围覆盖较广，并且功耗很低，灵敏度高，但是其电极寿命有限，并且工作时需要提供给传感器电流或电压，安全系数差，不适用于易燃易爆场所。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种氢气传感器及其制备方法，此氢气传感器可准确测量氢气浓度大小，具有抗电磁干扰性强、安全性好、灵活性强等优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种氢气传感器制备方法，具体包括如下的步骤：

S1、将硫系软玻璃薄膜沉积于基片上；

S2、采用光刻刻蚀工艺将硫系软玻璃薄膜初步加工为硫系软玻璃微盘腔；

S3、腐蚀硫系软玻璃微盘腔下的保护层；

S4、选择性地沉积金属钯薄膜作为氢气吸收层，以提高硫系微盘腔响应氢气浓度变化的作用，减弱对光波传输造成的影响；

S5、加工基片，完成氢气传感器的制作。

优选的，所述步骤S1利用热蒸镀或溶液旋涂的方法在基片上沉积一层厚度为0.1um—2um的硫系化合物薄膜，要求薄膜均匀平整，粘附力强。

更进一步的，所述步骤S1中对于热蒸镀的硫系玻璃薄膜材料，视不同组分材料的玻璃化温度Tg(热重分析)的差异，选择高于Tg点20-80℃进行处理；对于溶液旋涂法制备的硫系玻璃薄膜，需要结合溶剂的沸点与材料的玻璃化温度，以高于两者中更高温度10-60℃的加温进行退火处理。

优选的，所述步骤S2基于传统半导体光刻刻蚀的工艺步骤，首先旋涂光刻胶，在光刻胶薄膜上制作出不同尺寸的微盘结构，之后利用反应离子刻蚀工艺将光刻胶上的图形转移到硫系玻璃薄膜上，去胶即可完成硫系微盘腔的初步加工。

更进一步的，所述步骤S2对光刻胶掩膜进行优化，采用高于玻璃化温度Tg点10-80℃的加温进行退火处理，通过热回流达到平滑处理光胶的目的。

更进一步的，所述步骤S2对硫系微盘腔侧壁形貌进行优化，一方面优化刻蚀气体流速、压强、射频功率等工艺参数，流速选10-100sccm，压强选10-30mTorr，射频功率选20-600W；另一方面利用无定型硫系玻璃材料在Tg点形变的物理特性进行快速退火处理。

优选的，所述步骤S3选用二氧化硅作为保护层，利用硫系化合物微盘腔作为掩膜，采用氢氟酸缓冲溶液湿法腐蚀保护层二氧化硅，通过控制溶液浓度与反应时间，调整硫系微盘下二氧化硅保护层的大小。