[发明专利]一种梯度微孔过滤气体传感器及其制备方法

说明书

本发明属于气体传感器制造领域，并具体公开了一种梯度微孔过滤气体传感器及其制备方法。该传感器包括从上至下依次设置的采样上腔室、传感阵列、电路板和采样下腔室，其中：采样上腔室用于通入测试气体并将其送入传感阵列；传感阵列包括预设数量的传感单元，用于对测试气体进行梯度微孔过滤；电路板与传感阵列连接，用于接收传感阵列的识别信号；采样下腔室用于通入零气，从而保证采样下腔室的气压小于采样上腔室的气压，提高测试气体的通过速度。本发明能够在上下腔室内形成气压差，有效提高测试气体的通过速度，进而缩短响应恢复时间，同时能够实现测试气体的梯度微孔过滤，实现复杂气氛的多组分气体检测。

技术领域

本发明属于气体传感器制造领域，更具体地，涉及一种梯度微孔过滤气体传感器及其制备方法。

背景技术

气体多组分检测是一种区分各组分气体的类别及相应浓度的检测方式，对于空气质量检测和工业气体排放组分检测十分重要。其检测种类和方式十分丰富，传统的方式一般采用气相色谱、离子迁移谱、连续光谱吸收等技术，基于气体的扩散属性、离化属性或光谱吸收属性，在对应的扩散时间谱、离子迁移空间谱、吸收光谱上展开信号，从而区分多组分中各组分气体对应的种类和浓度。但利用气体谱学信号来分离各种气体存在着一定局限性，特别是由于检测设备的繁重无法做到微型化、低功耗，更因为其高昂的成本限制了其广泛应用。

半导体气体传感器是一种结构最简单、最易微型化的传感器，但其对各类气体的检测无法做到“一对一”的高选择性。为实现多组分气体的检测，可利用微孔过滤膜与气敏膜组合的方式进行气体筛分检测。

目前，利用丝网印刷、原位生长等方式，能在气敏膜上沉积一层微孔膜，但这种接触式叠层结构会存在以下问题：1.过滤膜下传感器的响应恢复速度极慢；2.微孔过滤膜的成膜需以气敏膜为晶种/基体，较难制备连续过滤膜；3.原位生长等制备方法较难兼容半导体批量工艺；4.金属氧化物气敏膜需要在一定工作温度(室温至400℃)下工作，温度冲击易导致微孔过滤膜结构破损。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种梯度微孔过滤气体传感器及其制备方法，其中该传感器通过在传感阵列两侧设置采样上腔室和采样下腔室，能够在上下腔室内形成气压差，有效提高测试气体的通过速度，进而缩短响应恢复时间，同时利用梯度微孔过滤实现待测气体的分离，提高测试的准确度，此外本发明还采用了气敏膜与微孔过滤膜空间隔离式的叠层结构，有效解决了气敏膜与微孔过滤膜接触式叠层结构存在的问题，因而尤其适用于气体测试的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种梯度微孔过滤气体传感器，其包括从上至下依次设置的采样上腔室、传感阵列、电路板和采样下腔室，其中：

所述采样上腔室用于通入测试气体并将其送入所述传感阵列；

所述传感阵列利用具有通气口的封装外壳进行密封，其包括预设数量的传感单元，用于对测试气体进行识别，同时所述传感单元中微孔过滤膜的孔径沿水平方向依次减小，从而实现对所述测试气体的梯度微孔过滤；

所述电路板与所述传感阵列连接，用于接收所述传感阵列的识别信号；

所述采样下腔室用于通入零气，从而保证所述采样下腔室的气压小于所述采样上腔室的气压，提高测试气体的通过速度。

作为进一步优选地，所述传感单元包括从下至上依次设置的金属电极、气敏膜、多孔基板和微孔过滤膜，其中利用绝缘支架支撑所述多孔基板，从而保证所述气敏膜与微孔过滤膜实现空间隔离。

作为进一步优选地，所述传感单元的数量大于等于两个。

按照本发明的另一方面，提供了一种梯度微孔过滤气体传感器的制备方法，其包括如下步骤：

S1沿水平方向在基片上制备预设数量的金属电极；

S2在每个所述金属电极的上表面制备气敏膜；