气体传感器和电子设备的制作方法

本技术涉及传感器，尤其涉及一种气体传感器和电子设备。

背景技术：

1、随着科技的飞速发展，气体传感器在气体探测领域得到了广泛的应用。气体传感器是一种可以将待检测气体(以一氧化氮no(nitric oxide)为例)的体积分数转化成电信号的传感器。相关技术提供的气体传感器中，气敏层的材料通常为二氧化锡sno2(stannicoxide)。但是由于二氧化锡的固有特性，导致气敏层对一氧化氮的灵敏度不高，且不能排除除一氧化氮以外的其他干扰气体，也就是导致气体传感器的选择性较低。

2、因此，亟需一种高灵敏度高和高选择性的气体传感器。

技术实现思路

1、本技术提供了一种气体传感器和电子设备，气体传感器中的气敏层采用含有钨和锌中的至少一种元素的金属氧化物，不仅可以提高气体传感器的灵敏度，同时也提高了气体传感器的选择性。

2、第一方面，本技术提供了一种气体传感器，可以包括基片、第一绝缘层、电极单元和气敏层。

3、可选的，第一绝缘层与基片可以层叠设置。电极单元可以位于第一绝缘层的第一表面，其中，基片和绝缘层之间具有明确的边界，第一表面可以用于指示第一绝缘层背离基片的表面。

4、示例性的，气敏层可以覆盖部分电极单元。气敏层采用的材料可以包括金属氧化物。金属氧化物可以含有钨w(tungsten)和锌zn(zinc)中的至少一种元素。例如，金属氧化物可以含有钨。又例如，金属氧化物可以含有锌。还例如，金属氧化物可以含有钨和锌。

5、需要说明的是，气敏层还可以采用除金属氧化物以外的其他材料，且金属氧化物还可以含有除钨和锌中至少一种元素以外的其他元素，本技术不做限定。

6、本技术提供的气体传感器通过含有钨和锌中的至少一种元素的金属氧化物作为气敏层的材料。由于含有钨和/或锌的金属化合物的晶貌结构有利于与一氧化氮等待检测气体发生反应，能够提高气体传感器的灵敏度和选择性。

7、进一步地，气敏层采用的金属氧化物可以包括氧化钨(wo3，tungsten trioxide)和氧化锌zno(zinc oxide)中的至少一种。例如，气敏层的材料可以包括氧化钨。又例如，气敏层的材料可以包括氧化锌。还例如，气敏层的材料可以包括氧化钨和氧化锌，也就是即氧化钨和氧化锌的混合材料。由于氧化钨和/或氧化锌与一氧化氮等待检测气体容易发生反应，与其他干扰气体不容易发生反应，于是能够进一步提高气体传感器的选择性。对于一氧化氮这种待检测气体来说，干扰气体可以包括挥发性有机化合物(volatile organiccompounds，voc)、硫化物、甲烷ch4(methane)、氨气nh3(ammonia)、乙醇c2h5oh(ethanol)、二氧化氮no2(nitrogen dioxide)、一氧化二氮n2o(nitrous oxide)、一氧化碳co(carbonmonoxide)、氢气h2(hydrogen)等。当然，金属氧化物还可以包括其他类型，本技术不做限定。

8、在一种可能的实现方式中，气敏层可以含有掺杂材料。

9、在一示例中，掺杂材料可以含有铌nb(niobium)、钽ta(tantalum)和铟in(indium)中的至少一种元素。例如，掺杂材料可以含有铌。又例如，掺杂材料可以含有钽。还例如，掺杂材料可以含有铟。再例如，掺杂材料可以含有铌和钽。当然，掺杂材料还可以含有其他元素，本技术不做限定。

10、在另一示例中，掺杂材料的浓度可以为0.5％～10％。当然，掺杂材料的浓度还可以为其他范围，本技术不做限定。

11、本技术中掺杂材料的选择以及相应的浓度范围可以使气敏层的晶貌结构发生改变，有利于气敏层与一氧化氮等待检测气体发生反应，提高气体传感器的灵敏度和选择性。

12、在另一种可能的实现方式中，电极单元可以包括加热电极、测温电极和信号电极。

13、可选的，加热电极可以用于：根据电源提供的电流加热。

14、测温电极可以用于：测量加热电极的温度。

15、一方面，气敏层可以用于：在加热电极的温度达到预设的第一温度阈值的情况下，与待检测气体(如一氧化氮等)发生反应。另一方面，气敏层可以用于：在加热电极的温度达到预设的第二温度阈值的情况下，脱附气敏层表面的吸附物。

16、其中，第二温度阈值可以大于第一温度阈值。示例性的，第二温度阈值可以为300℃，第一温度阈值可以为150℃。当然，第二温度阈值和第一温度阈值还可以为其他温度，本技术不做限定。

17、也就是说，在第二温度阈值这一相对较高的温度下，气敏层可以脱附吸附物，进而气敏层处于可反应状态。换句话说，在相对较高的温度下，提高了气敏层的灵敏度。在第一温度阈值这一相对较低的温度下，气敏层可以与待检测气体发生反应，进而改变气敏层的电阻值。

18、于是，信号电极可以用于输出气敏层的电阻值。

19、本技术可以通过加热电极和测温电极为气敏层提供与待检测气体发生反应的温度，还可以通过信号电极输出气敏层因与待检测气体发生反应而变化的电阻值。

20、在又一种可能的实现方式中，本技术提供的气体传感器还可以包括第二绝缘层。

21、在一示例中，第二绝缘层可以覆盖加热电极和测温电极。第二绝缘层可以避免气敏层覆盖加热电极和测温电极，可以提高气体传感器的温控精度。

22、进一步地，第二绝缘层的材料可以包括氧化铝。当然，第二绝缘层的材料还可以包括其他材料，本技术不做限定。

23、在另一示例中，气敏层可以覆盖整个信号电极，提高信号电极输出的气敏层的电阻值的精度。当然，气敏层也可以覆盖部分信号电极，本技术不做限定。

24、在又一种可能的实现方式中，本技术提供的气体传感器还可以包括垫片。垫片和基片可以层叠设置，且垫片可以位于基片的第二表面。其中，垫片和基片之间具有明确的边界，第二表面可以用于指示基片背离第一绝缘层的表面。

25、可以看出，上述第一绝缘层和垫片分别可以位于基片的两个表面，也可以认为，垫片、基片和第一绝缘层层叠设置。本技术中的垫片可以起到支撑基片、第一绝缘层和电极单元的作用。

26、进一步地，垫片和基片可以分别设有镂空结构，可以为电极单元提供均匀散热的通道，且可以避免不同通道之间的热干扰。

27、在一示例中，上述基片的材料可以包括氧化锆。相对于硅等材料，氧化锆的热导率较低，可以用于对电极单元进行保温。

28、在另一示例中，垫片的材料可以包括氧化铝。由于空气的热导率低于氧化铝的热导率，因此，设有镂空结构的垫片又可以对电极单元进行保温。

29、在又一示例中，与第二绝缘层类似，第一绝缘层的材料可以包括氧化铝。当然，第一绝缘层的材料还可以包括其他材料，本技术不做限定。

30、在又一示例中，电极单元的材料可以包括金属材料。也就是说，加热电极、测温电极和信号电极的材料分别可以包括金属材料，能够提高加热电极、测温电极和信号电极的导电性。

31、进一步地，金属材料可以含有金和铂中的至少一种元素。例如，金属材料可以含有金。又例如，金属材料可以含有铂。还例如，金属材料可以含有金和铂。由于含有金和铂中的至少一种元素的金属材料的阻值较低且线性度较高，因此，可以提高测温电极测量的加热电极温度的精度，同时也可以提高信号电极输出的气敏层的电阻值的精度。

32、在一种可能的实现方式中，基片的热膨胀系数与第一绝缘层的热膨胀系数的比值可以大于或等于0.5且小于或等于2。

33、类似的，电极单元的热膨胀系数与第一绝缘层的热膨胀系数的比值可以大于或等于0.5且小于或等于2.5。

34、也就是说，基片的热膨胀系数、第一绝缘层的热膨胀系数和电极单元的热膨胀系数接近，保证在温度的变化过程中，电极单元与第一绝缘层之间以及第一绝缘层与基片之间不易脱离，进而提高了气体传感器的可靠性。

35、第二方面，本技术提供了一种电子设备，可以包括流量计、电磁阀、气泵、电源、控制模块以及上述第一方面及其可能实现的方式提供的气体传感器。

36、其中，流量计可以与电磁阀连接，电磁阀与气泵连接，气泵、电源和控制模块可以分别与气体传感器连接。

37、可选地，流量计可以用于测量待检测气体的流量。电磁阀可以用于控制待检测气体的流量。气泵可以用于将待检测气体抽送至气体传感器。电源可以用于为气体传感器提供电流。气体传感器可以用于根据电源提供的电流输出气敏层的电阻值。控制模块可以用于基于气敏层的电阻值检测待检测气体的浓度值。

38、可以看出，本技术提供的电子设备可以实现待检测气体浓度值的检测，且通过气体传感器可以提高电子设备的对待检测气体的检测灵敏度和选择性。

39、进一步地，控制模块可以包括控制单元和采样单元。

40、一方面，控制单元可以用于：增大电源提供的电流，使加热电极的温度达到第二温度阈值。另一方面，控制单元可以用于：减小电源提供的电流，使加热电极的温度从第二温度阈值降至第一温度阈值。

41、采样单元可以用于：在加热电极的温度从第二温度阈值降至第一温度阈值的情况下，测量气敏层的电阻值。

42、其中，气敏层的电阻值可以包括第一电阻值和第二电阻值。第一电阻值可以用于指示电子设备内部残留气体与气敏层发生反应引起的气敏层的电阻值。第二电阻值可以用于指示电子设备内部残留气体和待检测气体分别与气敏层发生反应引起的气敏层的电阻值。

43、控制单元还可以用于：根据第二电阻值和第一电阻值的比值得到气敏层的第三电阻值，并基于第三电阻值，根据对应关系得到待检测气体的浓度值。

44、其中，第三电阻值可以用于指示待检测气体与气敏层发生反应引起的气敏层的电阻值。对应关系可以用于指示第三电阻值与待检测气体的浓度值之间的对应关系。

45、在一种可能的实现方式中，电子设备还可以包括电路板，流量计、电磁阀、气泵、电源、控制模块以及气体传感器可以设置在电路板上。

46、在另一种可能的实现方式中，电子设备可以为手持式居家检测设备。当然，电子设备还可以为其他类型，本技术不做限定。

47、应当理解的是，本技术的第二方面与本技术的第一方面的技术方案一致，各方面及对应的可行实施方式所取得的有益效果相似，不再赘述。