用于氮氧化物传感器的新型芯片的制作方法

本发明涉及汽车尾气控制系统的设计领域，尤其涉及传感器的芯片，具体是指一种用于氮氧化物传感器的新型芯片。

背景技术：

随着我国城镇化进程的加速，化石燃料消耗迅速增加，很多的有毒、有害的气体被释放到大气中污染环境，其中最典型的一类，就是NOx气体，它不仅会导致光化学烟雾以及酸雨、破坏臭氧层，还会对人类的呼吸系统产生副作用，出现脱发、喉咙发炎、视力受损、呼吸系统抵抗力下降等症状。因此氮氧化物减排被列为环境保护的要求之一。很多的毒理以及流行病学研究发现了NOx的副作用。NO₂以及NO气体(合称NOx)目前受到较大的关注。这种气体在一些道路特别是高人口密度的居住区的浓度较高，这就显得问题更加严重了。研究表明，75％的NOx气体是由汽车排放产生的，这其中大约一半是由非道路运输的车辆产生的，如工程机械、农业机械等，同时这些机械的寿命要远远大于道路运输车辆，对这些机械车辆降低NOx的排放就变得更加有效了。因此人们投入了很大的精力和财力来降低这种气体的产生并通过更为严厉的法规来限制这类气体的排放。

在汽车行业中降低NOx的方法主要有两种，NOx气体捕获以及NOx还原。但是无论哪种方法，准确的测定NOx的浓度是首先要解决的问题。

NOx的测试方法有很多种，如共振电离光谱法、傅立叶转换红外光谱法、气相色谱/质谱法、化学发光分析等，这些方法可以很精确的测定NOx的浓度，但是也有很多的缺点，如不能在线测试，测试设备体积庞大等。这些缺点导致不能应用于汽车尾气的处理。

目前基于氧化锆基的电化学电流测试方法NOx传感器是采用6层氧化锆基片叠层共烧而成，中间加入了加热体，测试电极、氧泵电极等。它首先通过降低汽车尾气中的O₂的含量，将尾气中O₂含量降到了很低的程度(10～3ppm)，NOx气体在测试电极表面分解成N₂和O₂气体，通过测定O₂气体产生的电流强度，测试NOx的浓度。这种装置的优点在于可以在线测试NOx的浓度，体积小，安装方便。但是缺点也是很明显的，这种芯片制备工艺复杂，有很多的制备步骤，有多达8个电极，这些步骤中的任何一步失误的话都会导致前功尽弃。如果简化NOx传感器的结构的话，可以提高产品的成品率。

本发明针对这种情况提出简化结构的用于氮氧化物传感器的新型芯片。

技术实现要素：

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种结构简单、大幅度降低工艺难度、保障测试电极的催化活性的用于氮氧化物传感器的新型芯片。

为了实现上述目的，本发明的用于氮氧化物传感器的新型芯片具有如下构成：

所述的芯片由第一基片、第二基片、第三基片、第四基片依次层叠而成，

所述的第二基片为具有开槽的基片，包括相间隔开的第一区域和第二区域，所述的第一基片上设有一贯穿于所述的第二基片的第一区域的通孔，所述的第一区域中以该通孔为轴线设置有圆柱形凹槽，所述的圆柱形凹槽以通孔为轴线向外依次设置有第一扩散障碍层、第二扩散障碍层，所述的第一扩散障层与第二扩散障层之间的上部设有第一氧泵电极，所述的第二扩散障层与圆柱形凹槽的槽壁之间的上部设有第二氧泵电极，所述的第二扩散障层与圆柱形凹槽的槽壁之间的下部设有测试电极，所述的第二区域设置有参比气体通道，所述的参比气体通道内设置有参比电极，

所述的第三基片和第四基片之间设置有加热体，所述的加热体的上下表面均设有绝缘层。

较佳地，所述的通孔的直径为0.01～0.5mm，所述的通孔与汽车尾气相连通。

较佳地，，所述的第一基片的外表面的通孔处设置有外电极。

较佳地，所述的外电极和测试电极表面均覆盖有多孔保护层。

更佳地，所述的外电极的表面覆盖的多孔保护层为多孔氧化铝层，所述的测试电极的表面覆盖的多孔保护层为多孔尖晶石层。

较佳地，所述的绝缘层为致密氧化铝层。

较佳地，所述的第一氧泵电极、第二氧泵电极均包括Pt和1％Au，所述的测试电极、参比电极以及外电极均为Pt。

较佳地，所述的基片均为氧化锆基片。

采用了该发明中的用于氮氧化物传感器的新型芯片，所有的氧泵电极、测试电极、以及外电极都集中在第一层基片的正反面，且为同心圆结构，结构简单，工艺步骤简单，可以大幅度的降低工艺难度。并且测试电极的表面覆盖保护层，可以防止烧结时氧泵电极中Au的挥发对测试电极的污染，从而保障了测试电极的催化活性不受影响，只需一次烧结即可完成，从而简化了制作过程降低了制作难度。

附图说明

图1为本发明的用于氮氧化物传感器的新型芯片的结构示意图。

图2为本发明的用于氮氧化物传感器的新型芯片中的同心圆结构的俯视图。

附图标记

1 第一基片

2 第二基片

3 第三基片

4 第四基片

5 加热体

6 加热体表面绝缘层

7 第一氧泵电极

8 第二氧泵电极

9 测试电极

10 多孔氧化铝层

11 外电极

12 第一扩散障层

13 第二扩散障层

14 参比电极

15 参比气体通道

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的用于氮氧化物传感器的新型芯片由第一基片、第二基片、第三基片、第四基片依次层叠而成，所述的第二基片为具有开槽的基片，包括相间隔开的第一区域和第二区域，所述的第一基片上设有一贯穿于所述的第二基片的第一区域的通孔，所述的第一区域中以该通孔为轴线设置有圆柱形凹槽，所述的圆柱形凹槽以通孔为轴线向外依次设置有第一扩散障碍层、第二扩散障碍层，所述的第一扩散障层与第二扩散障层之间的上部设有第一氧泵电极，所述的第二扩散障层与圆柱形凹槽的槽壁之间的上部设有第二氧泵电极，所述的第二扩散障层与圆柱形凹槽的槽壁之间的下部设有测试电极，所述的第二区域设置有参比气体通道，所述的参比气体通道内设置有参比电极，所述的第三基片和第四基片之间设置有加热体，所述的加热体的上下表面均设有绝缘层。

其中，所述的通孔的直径为0.01～0.5mm，所述的通孔与汽车尾气相连通；所述的第一基片的外表面的通孔处设置有外电极；所述的外电极和测试电极表面均覆盖有多孔保护层；所述的外电极的表面覆盖的多孔保护层为多孔氧化铝层，所述的测试电极的表面覆盖的多孔保护层为多孔尖晶石层；所述的绝缘层为致密氧化铝层；所述的第一氧泵电极、第二氧泵电极均包括Pt和1％Au，所述的测试电极、参比电极以及外电极均为Pt；所述的基片均为氧化锆基片。

如图1所示的本发明的一个具体实施例中，芯片由第一基片1、第二基片2、第三基片3、第四基片4依次层叠而成，第二基片2为具有开槽的基片，包括相间隔开的第一区域和第二区域，所述的第一基片1上设有一贯穿于所述的第二基片的第一区域的通孔，所述的第一区域中以该通孔为轴线设置有圆柱形凹槽，所述的圆柱形凹槽以通孔为轴线向外依次设置有第一扩散障碍层12、第二扩散障碍层13，所述的第一扩散障层与第二扩散障层之间的上部设有第一氧泵电极7，所述的第二扩散障层与圆柱形凹槽的槽壁之间的上部设有第二氧泵电极8，所述的第二扩散障层与圆柱形凹槽的槽壁之间的下部设有测试电极9，所述的第二区域设置有参比气体通道15，所述的参比气体通道内设置有参比电极14，所述的第三基片3和第四基片4之间设置有加热体5，所述的加热体的上下表面均设有绝缘层6。

通孔的直径为0.01～0.5mm，所述的通孔与汽车尾气相连通；第一基片的外表面的通孔处设置有外电极11。外电极和测试电极表面均覆盖有多孔保护层。所述的外电极的表面覆盖的多孔保护层为多孔氧化铝层10，所述的测试电极的表面覆盖的多孔保护层为多孔尖晶石层。

第一扩散障层和第二扩散障层之间构成第一测试腔，第二扩散障层与凹槽的槽壁之间构成第二测试腔。采用了该发明中的用于氮氧化物传感器的新型芯片，所有的氧泵电极、测试电极、以及外电极都集中在第一层基片的正反面，且为同心圆结构，结构简单，工艺步骤简单，可以大幅度的降低工艺难度。并且测试电极的表面覆盖保护层，可以防止烧结时氧泵电极中Au的挥发对测试电极的污染，从而保障了测试电极的催化活性不受影响，只需一次烧结即可完成，从而简化了制作过程降低了制作难度。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。