高原制氧机专用小尺寸氧分压型氧传感器及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种高原制氧机专用小尺寸氧分压型氧传感器，其特征在于，结构自上而下依次为：顶层多孔pt电极(1)、上层钇稳定氧化锆固体电解质(2)、第二层多孔pt电极(3)、回字形致密pt电极层(4)、第三层多孔pt电极(5)、下层钇稳定氧化锆固体电解质(6)、底层多孔pt电极(7)、绝缘层(8)和加热电极(9)，其中：回字形致密pt电极层(4)中间的空腔(11)与第二层多孔pt电极层(3)、第三层多孔pt电极层(5)共同形成密封的传感室；顶层多孔pt电极(1)、回字形致密pt电极层(4)和底层多孔pt电极(7)上各连接有一根导电丝，并且通过此三根导电丝实现电连接通路；加热电极(9)上连接有两根导电丝，加热电极(9)和绝缘层(8)均呈s形并且二者的大小完全一致。2.一种权利要求1所述的高原制氧机专用小尺寸氧分压型氧传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：step1：采用超声清洗的方式清洗硅基底；step2：将硅基底固定在多靶磁控溅射的衬底盘上，设置溅射室环境参数；step3：在第一块硅基底上依次溅射顶层多孔pt电极(1)、上层钇稳定氧化锆固体电解质(2)、第二层多孔pt电极(3)和回字形致密pt电极层(4)，溅射完毕后去掉第一块硅基底，得到上半部分芯体；step4：在第二块硅基底上依次溅射第三层多孔pt电极(5)、下层钇稳定氧化锆固体电解质(6)、底层多孔pt电极(7)、绝缘层(8)和加热电极(9)，溅射完毕后去掉第二块硅基底，得到下半部分芯体；step5：在顶层多孔pt电极(1)、回字形致密pt电极层(4)和底层多孔pt电极(7)上各连接一根导电丝，在加热电极(9)上连接两根导电丝，将上半部分芯体与下半部分芯体叠加到一起，整体进行叠压，得到初产品；step6：对叠压后得到的初产品进行热退火处理。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在step2中，设置溅射室环境参数具体如下：真空抽至4
×
10-5
pa～6
×
10-3
pa，通入o2与ar的混合气体，o2与ar的体积比例为1：1～20，气体流速16sccm～75sccm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在step3和step4中，溅射顶层多孔pt电极(1)、第二层多孔pt电极(3)、第三层多孔pt电极(5)和底层多孔pt电极(7)的工艺参数具体如下：以购买得到的电极用商业pt靶材作为目标靶材，设置溅射室的压力为20～80pa、薄膜沉积速度为6～15nm/min、薄膜沉积厚度为0.2～3μm，采用直流溅射的方式进行溅射沉积。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在step3和step4中，溅射上层钇稳定氧化锆固体电解质(2)和下层钇稳定氧化锆固体电解质(6)的工艺参数具体如下：将掺杂有质量比例为3％～8％的y2o3的钇稳定氧化锆制备成溅射用靶材，设置靶基距为90mm、溅射室压力为0.1～0.75pa、薄膜沉积速度为2～5nm/min、薄膜沉积厚度为0.3～12μm，采用射频溅射的方式进行溅射沉积。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在step3中，溅射回字形致密pt电极层
(4)的工艺参数具体如下：以购买得到的电极用商业pt靶材作为目标靶材，首先利用掩模板对第二层多孔pt电极(3)进行溅射遮挡，然后设置沉积功率为400w、溅射室压力为0.1～0.75pa、薄膜沉积速度为2～5nm/min、薄膜沉积厚度为0.3～5μm，采用直流溅射的方式进行溅射沉积，溅射完毕撤掉掩模板。7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在step4中，溅射绝缘层(8)的工艺参数具体如下：将纯度为99％以上的氧化铝制备成靶材进行磁控溅射，设置沉积功率为400w、溅射室压力为0.1～0.75pa、薄膜沉积速度为2～5nm/min、薄膜沉积厚度为0.2～3μm，采用射频溅射的方式进行溅射沉积。8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在step4中，溅射加热电极(9)的工艺参数具体如下：以购买得到的电极用商业pt靶材作为目标靶材，设置溅射室的压力为0.1～0.75pa、薄膜沉积速度为2～5nm/min、薄膜沉积厚度为0.2～3μm，采用直流溅射的方式进行溅射沉积。9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在step5中，叠压的参数具体如下：叠压施加的压力为0.5～5mpa，叠压温度为50～100℃，叠压时间为15～30min。10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在step6中，热退火处理的参数具体如下：退火温度为500℃～1000℃，退火时间为0.5h～1.5h。

技术总结
本发明公开了一种高原制氧机专用小尺寸氧分压型氧传感器及其制备方法，其中，该氧传感器的结构自上而下依次为：顶层多孔Pt电极、上层钇稳定氧化锆固体电解质、第二层多孔Pt电极、回字形致密Pt电极层、第三层多孔Pt电极、下层钇稳定氧化锆固体电解质、底层多孔Pt电极、绝缘层和加热电极。本发明提供的氧传感器以氧化锆固体电解质作为功能层，可以测量氧分压，并进一步换算获得氧浓度，进而可以实时监控环境下的氧分压和氧浓度；本发明采用磁控溅射工艺制备传感器，整个传感器的厚度可降低至2.1～47μm，从而可以降低功耗，改善加热的均匀性，最终保持氧的输运特性一致，进一步提升测氧精度。氧精度。氧精度。


技术研发人员：高峰 孙志檬 初菲 刘皓 刘皞 杨杰 孙俊杰
受保护的技术使用者：明石创新产业技术研究院有限公司
技术研发日：2022.05.18
技术公布日：2022/8/19