电容式氢气传感器芯体及其制备方法、电容式氢气传感器

本发明涉及氢气浓度检测技术领域，尤其涉及的是电容式氢气传感器芯体及其制备方法、电容式氢气传感器。

背景技术：

地球上的氢元素存量非常丰富，可以通过电解水、光催化及化工过程等制备氢气。氢能源来源广泛，绿色可再生，有望在不远的未来成为最重要的能源形式广泛应用于氢燃料电池汽车、航天航空、化工、电子等领域。然而，氢气无色、无味、无臭、透明，在生产、运输和使用过程即使泄露也不易发现。氢气是易燃易爆气体，其在空气中体积浓度为4～75％时容易发生燃烧或爆炸事故。因此，需要可以快速检测出氢气浓度的传感器对氢气泄露进行预警预报，同时氢气作为消化道疾病的重要标志物，氢气传感器在医疗上也是呼气疾病诊断中极其重要的核心元器件。这些场合都要求氢气传感器具有低的检测下限lod和快速检测能力，从而尽早发现氢气泄露现象并采取相关防护措施。

目前氢气传感器主要有光纤传感式、金属半导体氧化物电阻式、电化学式、催化燃烧式、场效应晶体管式和电容式等等。光纤传感式检测仪安全性好，但主要测试高浓度氢气；金属半导体氧化物电阻式传感器结构简单、成本低廉、可以测试低浓度的氢气，但响应时间长；催化燃烧式传感器目前已在部分氢燃料电池汽车上得到应用，该传感器具有超快响应速度，同时具有高的稳定性和宽的检测范围，然而该传感器普遍只能检测1000ppm以上浓度的氢气，无法检测低浓度的氢气；电容式传感器具有基线漂移小，对环境变化不敏感等优异特点，且在工作时不会产生电火花，即使发生高浓度氢气泄露也不会将其引燃引爆，具有很高的安全性和可靠性。目前市售的传感器要么检测下限高，要么响应速度慢(大于3s)，要么安全性不好。因此，如何提供一种兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的氢气传感器，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供电容式氢气传感器芯体及其制备方法、电容式氢气传感器，旨在解决现有技术中氢气传感器不能兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种电容式氢气传感器芯体，其包括：

自下至上依次设置的基体、介质片和第二电极；

其中，所述基体设置为导电材料层；所述第二电极设置为氢气敏感层；所述介质片为ⅲ族氮化物层，且所述介质片背离所述基体的端面氧化为ⅲ族氧化物层。

上述电容式氢气传感器芯体，通过将所述第二电极设置为氢气敏感层，当与氢气接触时，第二电极会吸附并且分解氢气为氢原子；同时，将所述基体设置为导电材料层，进而由所述基体构成电极，同时通过将所述介质片设置为ⅲ族氮化物层，由ⅲ族氮化物作为电容器的隔离层，由所述第二电极和导电材料层、介质片构成电容式氢气传感器芯体，氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氮化物层和第二电极的界面处，形成偶极子层从而导致电容变化，进而实现安全、可靠和低检测下限的效果；同时，直接将所述ⅲ族氮化物表面的区域进行氧化，将所述ⅲ族氮化物表面形成ⅲ族氧化物层；使得第二电极与所述ⅲ族氧化物层接触，也使氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氧化物层和第二电极的界面处，同时所述ⅲ族氧化物层直接与所述氢原子相互作用，可以很快使氢原子的吸附和脱附达到平衡状态，进而实现超快响应速度的特点，最终使得所述电容式氢气传感器芯体同时兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能。

进一步的，所述基体设置为单晶硅片或碳化硅片，厚度为0.001～3mm；

所述电容式氢气传感器芯体还包括第一电极；

所述第一电极设置于所述基体背离所述介质片的端面上；或，所述第一电极设置于所述介质片背离所述基体的面上，且所述第一电极与所述第二电极间隔设置。

上述电容式氢气传感器芯体，所述基体可以兼顾导电作用；同时，还可以额外设置第一电极，通过控制所述第一电极的设置位置，进而在保障所述电容式氢气传感器芯体兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能基础上，同时通过将所述第一电极和第二电极都有设置于所述介质片背离所述基体的面上，进一步的提升所述电容式氢气传感器芯体的响应速度，降低所述电容式氢气传感器芯体的厚度，有利于所述电容式氢气传感器芯体的小型化。

进一步的，所述ⅲ族氮化物层包括gan层、alxga1-xn层或inxga1-xn层；所述ⅲ族氧化物层包括ga2o3层、alxga2-xo3层或inxga2-xo3层，其中，所述x为0-0.5；

所述介质片的厚度为0.02～10μm，所述ⅲ族氧化物层的厚度为2～30nm；

所述第一电极设置为铝电极、金电极、钛铝电极、镍金电极、铬金电极、铜金电极、钛金电极、铂电极或钯电极，所述第一电极的厚度为1～500nm；

所述第二电极设置为铂电极或钯电极，所述第二电极的厚度为1～1000nm。

上述电容式氢气传感器芯体，通过控制所述第二电极的材料，进而将所述第二电极设置为氢气敏感层；所述第一电极和第二电极都可以设置为氢气敏感层，进而可以进一步的提升所述电容式氢气传感器芯体的灵敏度。

本发明解决技术问题所采用的又一技术方案如下：一种电容式氢气传感器芯体的制备方法，其包括：

在导电的基体上生成ⅲ族氮化物材质的介质片；

对所述介质片进行预处理，并在预处理后的介质片背离所述基体的一端处进行氧化，获得ⅲ族氧化物层；

通过磁控溅射法或电子束蒸发法在所述ⅲ族氧化物层上生成第二电极。

上述电容式氢气传感器芯体的制备方法，通过将所述介质片设置为ⅲ族氮化物层，由ⅲ族氮化物作为电容器的隔离层，由所述第二电极和导电材料层、介质片构成电容式氢气传感器芯体；进而当第二电极与氢气接触时，第二电极会吸附并且分解氢气为氢原子，氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氮化物层和第二电极的界面处，形成偶极子层从而导致电容变化，进而实现安全、可靠和低检测下限的效果；同时，通过直接将所述ⅲ族氮化物表面的区域进行氧化，将所述ⅲ族氮化物表面形成ⅲ族氧化物层，即所述ⅲ族氧化物层由所述ⅲ族氮化物直接氧化获得，而非在所述ⅲ族氮化物表面重新沉积获得一层ⅲ族氧化物层，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量；使得第二电极与所述ⅲ族氧化物层接触，也使氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氧化物层和第二电极的界面处，同时所述ⅲ族氧化物层直接与所述氢原子相互作用，可以很快使氢原子的吸附和脱附达到平衡状态，进而实现超快响应速度的特点，最终使得所述电容式氢气传感器芯体同时兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能。

进一步的，所述通过磁控溅射法或电子束蒸发法在所述ⅲ族氧化物层上生成第二电极，之后还包括：

在所述基体背离所述介质片的端面上，以磁控溅射法或电子束蒸发法生成第一电极；或，

在所述ⅲ族氧化物层上，以磁控溅射法或电子束蒸发法生成第一电极，并控制所述第一电极和第二电极间隔设置。

上述电容式氢气传感器芯体的制备方法，还可以额外设置第一电极，通过在制备过程中控制所述第一电极的设置位置，进而保障了在保障所述电容式氢气传感器芯体兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能，同时通过将所述第一电极和第二电极都有设置于所述介质片背离所述基体的面上，进而进一步的提升所述电容式氢气传感器芯体的灵敏度，降低所述电容式氢气传感器芯体的厚度，有利于所述电容式氢气传感器芯体的小型化。

进一步的，所述对所述介质片进行预处理，并在预处理后的介质片背离所述基体的一端处进行氧化，获得ⅲ族氧化物层，包括：

将生长在基体上的ⅲ族氮化物材质的介质片依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗5min，并用氮气枪将介质片吹干；

将所述介质片置入高温炉中，并在所述高温炉中充入氧气并保持压力至1.01×10⁵pa，将介质层加热到500-800℃并且保温5-100min，控制升温速度和降温速度为10℃/min，获得ⅲ族氧化物层；或，将所述介质片置入硫酸或双氧水中，浸泡3-30min，获得ⅲ族氧化物层；或，将所述介质片置入氧等离子仪器中，控制氧等离子仪器的功率为10-500w，内部气压为1-50pa，处理时间为1-100min，获得ⅲ族氧化物层。

上述电容式氢气传感器芯体的制备方法，通过在不直接与氢原子相互作用的ⅲ族氮化物材质的介质片表面氧化出ⅲ族氧化物层，而所述ⅲ族氧化物层可以与所述氢原子相互作用，可以有效的加快电容式氢气传感器芯体响应速度。

进一步的，所述通过磁控溅射法或电子束蒸发法在所述ⅲ族氧化物层上生成第二电极，包括：

采用磁控溅射法制备钯电极或铂电极，靶材为钯单质或铂单质，电源为直流源，工作气体为氩气或氮气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射钯薄膜或铂薄膜，工作气压为0.4pa，氩气或氮气流量为12sccm，溅射功率为5～200w，溅射时间为3min，溅射厚度为1-500nm；或，

采用电子束蒸发法制备铂电极或钯电极，蒸发源为铂颗粒或钯颗粒，将蒸发腔抽真空至1.0×10^-5pa，电子束电流为5a，蒸镀时间为5min，获得厚度为50nm的铂电极或钯电极。

上述电容式氢气传感器芯体的制备方法，所述第二电极生成于所述ⅲ族氧化物层(例如ga2o3层)上，且通过采用所述磁控溅射法或电子束蒸发法可以快速且精准控制所述第二电极的制备参数，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量。

进一步的，所述在所述基体背离所述介质片的端面上，以磁控溅射法或电子束蒸发法生成第一电极，包括：

采用磁控溅射法制备钛铝电极，靶材为钛单质靶和铝单质靶，电源为直流源，工作气体为氩气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射钛铝电极，工作气压为0.4pa，溅射功率为50w，氩气流量为12sccm，溅射厚度为15nm钛薄膜，再在钛薄膜上相同条件溅射一层厚度为60nm的铝薄膜；或，

采用磁控溅射法制备镍金电极，靶材为镍单质和金单质，电源为直流源，工作气体为氩气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射镍薄膜，工作气压为0.4pa，溅射功率为50w，氩气流量为12sccm，溅射10nm的镍薄膜；然后在镍薄膜上再溅射一层金薄膜，工作气压为0.4pa，溅射功率为30w，氩气流量为12sccm，金薄膜的厚度为80nm；或，

利用电子束蒸发法制备镍金电极，蒸发源为镍单质和金单质，沉积厚度为10nm的镍薄膜，再在所述镍薄膜上沉积厚度为100nm的金薄膜，其中，将蒸发腔抽真空至1.0×10^-5pa，电子束电流5a，镍薄膜的溅射时间为3min，金薄膜的溅射时间为10min。

上述电容式氢气传感器芯体的制备方法，通过额外设置所述第一电极，进而保障了所述电容式氢气传感器芯体的运行稳定性和使用寿命；通过采用磁控溅射法和电子束蒸发法制备所述第一电极，可以方便地控制所述第一电极的制备参数，保障所述电容式氢气传感器的质量。

进一步的，在所述ⅲ族氧化物层上，以磁控溅射法或电子束蒸发法生成第一电极，并控制所述第一电极和第二电极间隔设置，包括：

采用磁控溅射法制备与第二电极间隔设置的钯电极或铂电极，靶材为钯单质或铂单质，电源为直流源，工作气体为氩气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射钯薄膜或铂薄膜，工作气压为0.66pa，氩气或氮气流量为12sccm，溅射功率为70w，溅射时间为2min；或，

采用电子束蒸发法制备与第二电极间隔设置的铂电极或钯电极，蒸发源为铂颗粒或钯颗粒，将蒸发腔抽真空至1.0×10^-5pa，电子束电流为8a，蒸镀时间为10min，获得厚度为50nm的铂电极或钯电极。

上述电容式氢气传感器芯体的制备方法，通过将所述第一电极和第二电极同时设置于所述ⅲ族氧化物层上，并且控制所述第一电极设置为与所述第二电极相同的氢气敏感材质，进而使得本方法获得的电容式氢气传感器具有两个电极，都可以和氢原子相互作用，使输出信号翻倍，从而使传感器具有更高的灵敏度和更低的检测下限。

本发明解决技术问题所采用的又一技术方案如下：一种电容式氢气传感器，其包括：如上所述的电容式氢气传感器芯体的制备方法制备获得的电容式氢气传感器芯体。

上述电容式氢气传感器，通过采用由本申请中提供的电容式氢气传感器制备方法制备获得的电容式氢气传感器芯体，进而可以同时兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能；具体的，通过采用所述ⅲ族氮化物作为介质片，进而可有效保障所述电容器氢气传感器的安全可靠性；通过在所述ⅲ族氮化物表面直接氧化出ⅲ族氧化物层，进而当第二电极吸附并且分解氢气为氢原子时，氢原子扩散并且吸附在ⅲ族氧化物层和第二电极的界面处，并且所述ⅲ族氧化物层和第二电极同时与所述氢原子相互作用，进而有效提升所述电容式氢气传感器的响应速度，并降低所述电容式氢气传感器的检测下限。

有益效果：

本发明所提供的电容式氢气传感器芯体及其制备方法、电容式氢气传感器，电容式氢气传感器芯体，包括：自下至上依次设置的基体、介质片和第二电极；其中，所述基体设置为导电材料层；所述第二电极设置为氢气敏感层；所述介质片为ⅲ族氮化物层，且所述介质片背离所述基体的端面氧化为ⅲ族氧化物层。可以理解，通过将所述介质片设置为ⅲ族氮化物层，由ⅲ族氮化物作为电容器的隔离层，由所述第二电极和导电材料层、介质片构成电容式氢气传感器芯体；进而当第二电极与氢气接触时，第二电极会吸附并且分解氢气为氢原子，氢原子扩散并且吸附在ⅲ族氮化物层和第二电极的界面处，形成偶极子层从而导致电容变化，进而实现安全、可靠和低检测下限的效果；同时，通过直接将所述ⅲ族氮化物表面的区域进行氧化，在所述ⅲ族氮化物表面形成ⅲ族氧化物层，即所述ⅲ族氧化物层由所述ⅲ族氮化物直接氧化获得，而非在所述ⅲ族氮化物表面重新沉积获得一层ⅲ族氧化物层，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量；使得第二电极与所述ⅲ族氧化物层接触，也使氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氧化物层和第二电极的界面处，同时所述ⅲ族氧化物层直接与所述氢原子相互作用，可以很快使氢原子的吸附和脱附达到平衡状态，进而实现超快响应速度的特点，最终使得所述电容式氢气传感器芯体同时兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能。

附图说明

图1是本发明中提供的电容式氢气传感器的结构示意图；

图2是本发明中提供的电容式氢气传感器的介质片的剖视示意图；

图3是本发明中提供的电容式氢气传感器的变形结构示意图；

图4是本发明较佳实施例中提供的电容式氢气传感器变形结构示意图；

图5是本发明中提供的电容式氢气传感器的制备方法的流程示意图；

图6是本发明中提供的电容式氢气传感器的制备方法的较佳的流程示意图；

图7是本发明中提供的电容式氢气传感器的制备方法的介质片的较佳的流程示意图；

图8是本发明中提供的电容式氢气传感器的制备方法的介质片的较佳的流程示意图；

图9是本发明中提供的电容式氢气传感器的制备方法的介质片的较佳的流程示意图；

附图标记说明：

10、电容式氢气传感器芯体；11、基体；12、介质片；13、第二电极；14、第一电极；15、ⅲ族氮化物层；16、ⅲ族氧化物层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

地球上的氢元素存量非常丰富，可以通过电解水、光催化及化工过程等制备氢气。氢能源来源广泛，绿色可再生，有望在不远的未来成为最重要的能源形式广泛应用于氢燃料电池汽车、航天航空、化工、电子等领域。然而，氢气无色、无味、无臭、透明，在生产、运输和使用过程即使泄露也不易发现。氢气是易燃易爆气体，其在空气中体积浓度为4～75％时容易发生燃烧或爆炸事故。因此，需要可以快速检测出氢气浓度的传感器对氢气的泄露进行预警预报，同时氢气作为消化道疾病的重要标志物，氢气传感器在医疗上也是呼气疾病诊断中极其重要的核心元器件。这些场合都要求氢气传感器具有低的检测下限lod和快速检测能力，从而尽早发现氢气泄露现象并采取相关防护措施。

目前氢气传感器主要有光纤传感式、金属半导体氧化物电阻式、电化学式、催化燃烧式、场效应晶体管式和电容式等等。光纤传感式检测仪安全性好，但主要测试高浓度氢气；金属半导体氧化物电阻式传感器结构简单、成本低廉、可以测试低浓度的氢气，但响应时间长；催化燃烧式传感器目前已在部分氢燃料电池汽车上得到应用，该传感器具有超快响应速度，同时具有高的稳定性和宽的检测范围，然而该传感器普遍只能检测1000ppm以上浓度的氢气，无法检测低浓度的氢气；电容式传感器具有基线漂移小，对环境变化不敏感等优异特点，同时其工作时不会产生电火花，即使发生高浓度氢气泄露也不会将其引燃引爆，具有很高的安全性和可靠性。目前市售的传感器要么检测下限高，要么安全性不好，要么响应速度慢(大于3s)等缺点。

本发明基于上述现有技术中氢气传感器不能兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的问题，提供了电容式氢气传感器芯体及其制备方法、电容式氢气传感器，通过将所述介质片设置为ⅲ族氮化物层，由ⅲ族氮化物作为电容器的隔离层，由所述第二电极和导电材料层、介质片构成电容式氢气传感器芯体；进而当第二电极与氢气接触时，第二电极会吸附并且分解氢气为氢原子，氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氮化物层和第二电极的界面处，形成偶极子层从而导致电容变化，进而实现安全、可靠和低检测下限的效果；同时，通过直接将所述ⅲ族氮化物背离基体的表面区域进行氧化，将所述ⅲ族氮化物表面形成ⅲ族氧化物层，即所述ⅲ族氧化物层由所述ⅲ族氮化物直接氧化获得，而非在所述ⅲ族氮化物表面重新沉积获得一层ⅲ族氧化物层，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量；第二电极与所述ⅲ族氧化物层接触，使得氢原子扩散并吸附在ⅲ族氧化物层和第二电极的界面处，同时所述ⅲ族氧化物层直接与所述氢原子相互作用，可以快速使氢原子的吸附和脱附达到平衡状态，进而实现超快响应速度的特点，最终使所述电容式氢气传感器芯体同时兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能，具体详参下述实施例。

请结合参阅图1和图2，本发明的第一实施例中提供了一种电容式氢气传感器芯体10，所述电容式氢气传感器芯体10兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能；具体的，所述电容式氢气传感器芯体10包括：自下至上依次设置的基体11、介质片12和第二电极13；所述介质片12设置于所述基体11沿高度方向的上端面上；所述第二电极13设置于所述介质片12背离所述基体11的面上；其中，所述基体11设置为导电材料层；所述介质片12设置为ⅲ族氮化物层15，所述介质片12背离所述基体的端面氧化为ⅲ族氧化物层16；所述第二电极13设置为氢气敏感层。

可以理解，通过将所述第二电极13设置为氢气敏感层，当与氢气接触时，第二电极13会吸附并且分解氢气为氢原子；同时，将所述基体11设置为导电材料层，进而由所述基体11构成电极，通过将所述介质片12设置为ⅲ族氮化物层15，由ⅲ族氮化物作为电容器的隔离层，由所述第二电极13和导电材料层11、介质片12构成电容式氢气传感器芯体10，氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氮化物层15和第二电极13的界面处，形成偶极子层从而导致电容变化，进而实现安全、可靠和低检测下限的效果；同时，直接将所述ⅲ族氮化物表面的区域进行氧化，将所述ⅲ族氮化物表面形成ⅲ族氧化物层16；使得第二电极13与所述ⅲ族氧化物层16接触，也使氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氧化物层16和第二电极13的界面处，同时所述ⅲ族氧化物层16直接与所述氢原子相互作用，可以很快使氢原子的吸附和脱附达到平衡状态，进而实现超快响应速度的特点，最终使得所述电容式氢气传感器芯体10同时兼顾检测下限低(≤500ppb)、响应速度快(≤3s)及安全可靠的性能。

在一些较佳的实施方式中，所述基体11设置为单晶硅片或碳化硅片，厚度为0.001～3mm。

可以理解，所述基体11可以兼顾导电作用，进而可以配合所述第二电极13和介质片12，构成所述电容式氢气传感器芯体10，进而在保障所述电容式氢气传感器芯体10性能的同时，有利于所述电容式氢气传感器芯体10的小型化。

请结合参阅图3，在一些较佳的实施方式中，所述电容式氢气传感器芯体10还包括第一电极14，所述第一电极14设置于所述基体11背离所述介质片12的端面上。

可以理解，本实施方式中基体还可以设置为非导电材料层，如蓝宝石层；此时，通过额外设置第一电极14，进而可以保障所述电容式氢气传感器芯体10的继续运行；进而有效的提升所述电容式氢气传感器芯体10的稳定性。

请结合参阅图4，在一些较佳的实施方式中，所述第一电极14设置于所述介质片12背离所述基体11的面上，且所述第一电极14与所述第二电极13间隔设置。

可以理解，通过控制所述第一电极14的设置位置，进而保障了所述电容式氢气传感器芯体10兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能，同时通过将所述第一电极14和第二电极13都有设置于所述介质片12背离所述基体11的面上，进而进一步的提升所述电容式氢气传感器芯体10的灵敏度，降低所述电容式氢气传感器芯体10的厚度，有利于所述电容式氢气传感器芯体10的小型化。

在另一些较佳的实施方式中，所述介质片12包括所述ⅲ族氮化物层15包括gan层、alxga1-xn层或inxga1-xn层；所述ⅲ族氧化物层16包括ga2o3层、alxga2-xo3层或inxga2-xo3层，其中，所述x为0-0.5；所述介质片12的厚度为0.02～10μm，所述ga2o3层的厚度为2～30nm；所述第一电极14设置为铝电极、金电极、钛铝电极、镍金电极、铬金电极、铜金电极、钛金电极、铂电极或钯电极，所述第一电极14的厚度为1～500nm；所述第二电极13设置为铂电极或钯电极，所述第二电极13的厚度为1～1000nm。

可以理解，通过控制所述第二电极13的材料，进而将所述第二电极13设置为氢气敏感层；所述第一电极14和第二电极13都可以设置为氢气敏感层，进而可以进一步提升所述电容式氢气传感器芯体10的灵敏度。

在另一些较佳的实施方式中，所述介质片12设置为gan层，且所述gan层与所述第二电极13接触的一侧氧化为ga2o3层；所述介质片12的厚度为0.02～10μm，所述ga2o3层的厚度为2～30nm。

请结合参阅图5，本发明的第二实施例中还提供了一种电容式氢气传感器芯体的制备方法，其包括：

步骤s11、在导电的基体上生成ⅲ族氮化物材质的介质片；

步骤s12、对所述介质片进行预处理，并在预处理后的介质片背离所述基体的一端处进行氧化，获得ⅲ族氧化物层；

步骤s13、通过磁控溅射法或电子束蒸发法在所述ⅲ族氧化物层上生成第二电极。

可以理解，通过将所述介质片设置为ⅲ族氮化物层，由ⅲ族氮化物作为电容器的隔离层，由所述第二电极和导电材料层、介质片构成电容式氢气传感器芯体；进而当第二电极与氢气接触时，第二电极会吸附并且分解氢气为氢原子，氢原子会扩散并吸附在ⅲ族氮化物层和第二电极的界面处，形成偶极子层从而导致电容变化，进而实现安全、可靠和低检测下限的效果；同时，通过直接将所述ⅲ族氮化物背离所述导电材料层的表面区域进行氧化，将所述ⅲ族氮化物表面形成ⅲ族氧化物层，即所述ⅲ族氧化物层由所述ⅲ族氮化物直接氧化获得，而非在所述ⅲ族氮化物表面重新沉积获得一层ⅲ族氧化物层，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量；使得第二电极与所述ⅲ族氧化物层接触，也使氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氧化物层和第二电极的界面处，同时所述ⅲ族氧化物层直接与所述氢原子相互作用，可以很快使氢原子的吸附和脱附达到平衡状态，进而实现超快响应速度的特点，最终使得所述电容式氢气传感器芯体同时兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能。

请结合参阅图6，在另一些较佳的实施方式中，所述步骤s13之后还包括步骤s14a，所述步骤s14a包括：

在所述基体背离所述介质片的端面上，以磁控溅射法或电子束蒸发法生成第一电极。

请结合参阅图6，在另一些较佳的实施方式中，所述步骤s13之后还包括步骤s14b，所述步骤s14b包括：

在所述ⅲ族氧化物层上，以磁控溅射法或电子束蒸发法生成第一电极，并控制所述第一电极和第二电极间隔设置。

可以理解，还可以额外设置第一电极，通过在制备过程中控制所述第一电极的设置位置，进而保障了在保障所述电容式氢气传感器芯体兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能，同时通过将所述第一电极和第二电极都有设置于所述介质片背离所述基体的面上，进而进一步地提升所述电容式氢气传感器芯体的灵敏度，降低所述电容式氢气传感器芯体的厚度，有利于所述电容式氢气传感器芯体的小型化。

请结合参阅图7，在一些实施方式中，所述步骤s12包括：

步骤s121、将生长在基体上的ⅲ族氮化物材质的介质片依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗5min，并用氮气枪将介质片吹干；

步骤s122a、将所述介质片置入高温炉中，并在所述高温炉中充入氧气并保持压力至1.01×10⁵pa，将介质层加热到500-800℃并且保温5-100min，并控制升温速度和降温速度为10℃/min，获得ⅲ族氧化物层。

可以理解，预先将所述基体和基体上的介质片进行去污处理；然后通过高温氧化方式，在所述ⅲ族氮化物材质的介质片表面氧化出ⅲ族氧化物层，而所述ⅲ族氧化物层可以与所述氢原子相互作用，可以有效加快电容式氢气传感器芯体响应速度。

在一些具体实施方式中，所述步骤s12包括：

步骤s121、将生长在基体上的gan材质的介质片依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗5min，并用氮气枪将介质片吹干；

步骤s122a、将所述介质片置入高温炉中，并在所述高温炉中充入氧气并保持压力至1.01×10⁵pa，将介质层加热到500-800℃并且保温5-100min，并控制升温速度和降温速度为10℃/min，获得ga2o3层。

可以理解，预先将所述基体和基体上的介质片进行去污处理；然后通过高温氧化方式，在所述gan材质的介质片表面氧化出ga2o3层，而所述ga2o3层可以与所述氢原子相互作用，可以有效地加快电容式氢气传感器芯体响应速度。

请结合参阅图8，在一些具体实施方式中，所述步骤s12包括：

步骤s121、将生长在基体上的gan材质的介质片依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗5min，并用氮气枪将介质片吹干；

步骤s122b、将所述介质片置入硫酸或双氧水中，浸泡3-30min，获得ga2o3层。

可以理解，预先将所述基体和基体上的介质片进行去污处理；然后通过化学溶液氧化方式，在所述gan材质的介质片表面氧化出ga2o3层，而所述ga2o3层可以与所述氢原子相互作用，可以有效地加快电容式氢气传感器芯体响应速度。

请结合参阅图9，在另一些具体实施方式中，所述步骤s12包括：

步骤s121、将生长在基体上的gan材质的介质片依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗5min，并用氮气枪将介质片吹干；

步骤s122c、将所述介质片置入氧等离子仪器中，控制氧等离子仪器的功率为10-500w，内部气压为1-50pa，处理时间为1-100min，获得ga2o3层。

可以理解，预先将所述基体和基体上的介质片进行去污处理；然后通过等离子氧化方式，在所述gan材质的介质片表面氧化出ga2o3层，而所述ga2o3层可以与所述氢原子相互作用，可以有效地加快电容式氢气传感器芯体响应速度。

在一些实施方式中，所述步骤s13包括：

采用磁控溅射法制备钯电极，靶材为钯单质，电源为直流源，工作气体为氩气或氮气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射钯薄膜，工作气压为0.4pa，氩气或氮气流量为12sccm，溅射功率为5～200w，溅射时间为3min，溅射厚度为1-500nm。

可以理解，所述第二电极生成于所述ⅲ族氧化物层上，且通过采用所述磁控溅射法可以快速且精准控制所述第二电极的制备参数，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量。

在一些实施方式中，所述步骤s13包括：

采用磁控溅射法制备钯电极，靶材为铂单质，电源为直流源，工作气体为氩气或氮气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射铂薄膜，工作气压为0.4pa，氩气或氮气流量为12sccm，溅射功率为5～200w，溅射时间为3min，溅射厚度为1-500nm。

可以理解，所述第二电极生成于所述ⅲ族氧化物层上，且通过采用所述磁控溅射法可以快速且精准控制所述第二电极的制备参数，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量。

在另一些实施方式中，所述步骤s13还可以包括：

采用电子束蒸发法制备铂电极，蒸发源为铂颗粒，将蒸发腔抽真空至1.0×10^-5pa，电子束电流为5a，蒸镀时间为5min，获得厚度为50nm的铂电极。

可以理解，所述第二电极生成于所述ⅲ族氧化物层上，且通过采用所述电子束蒸发法可以快速且精准控制所述第二电极的制备参数，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量。

在另一些实施方式中，所述步骤s13还可以包括：

采用电子束蒸发法制备钯电极，蒸发源为钯颗粒，将蒸发腔抽真空至1.0×10^-5pa，电子束电流为5a，蒸镀时间为5min，获得厚度为50nm的钯电极。

可以理解，所述第二电极生成于所述ⅲ族氧化物层上，且通过采用所述电子束蒸发法可以快速且精准控制所述第二电极的制备参数，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量。

在一些实施方式中，所述步骤s14a包括：

采用磁控溅射法制备钛铝电极，靶材为钛单质靶和铝单质靶，电源为直流源，工作气体为氩气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射钛铝电极，工作气压为0.4pa，溅射功率为50w，氩气流量为12sccm，溅射厚度为15nm钛薄膜，再在钛薄膜上相同条件溅射一层厚度为60nm的铝薄膜。

可以理解，通过额外设置所述第一电极，进而保障了所述电容式氢气传感器芯体的运行稳定性和使用寿命；通过采用磁控溅射法制备所述第一电极，可以方便的控制所述第一电极的制备参数，保障所述电容式氢气传感器的质量。

在另一些实施方式中，所述步骤s14a包括：

采用磁控溅射法制备镍金电极，靶材为镍单质和金单质，电源为直流源，工作气体为氩气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射镍薄膜，工作气压为0.4pa，溅射功率为50w，氩气流量为12sccm，溅射10nm的镍薄膜；然后在镍薄膜上再溅射一层金薄膜，工作气压为0.4pa，溅射功率为30w，氩气流量为12sccm，金薄膜的厚度为80nm。

可以理解，通过额外设置所述第一电极，进而保障了所述电容式氢气传感器芯体的运行稳定性和使用寿命；通过采用磁控溅射法制备所述第一电极，可以方便地控制所述第一电极的制备参数，保障所述电容式氢气传感器的质量。

在另一些实施方式中，所述步骤s14a包括：

利用电子束蒸发法制备镍金电极，蒸发源为镍单质和金单质，沉积厚度为10nm的镍薄膜，再在所述镍薄膜上沉积厚度为100nm的金薄膜，其中，将蒸发腔抽真空至1.0×10^-5pa，电子束电流5a，镍薄膜的溅射时间为3min，金薄膜的溅射时间为10min。

可以理解，通过额外设置所述第一电极，进而保障了所述电容式氢气传感器芯体的运行稳定性和使用寿命；通过采用电子束蒸发法制备所述第一电极，可以方便的控制所述第一电极的制备参数，保障所述电容式氢气传感器的质量。

在一些较佳的实施方式中，在步骤s14b包括：

采用磁控溅射法制备与第二电极间隔设置的钯电极，靶材为钯单质，电源为直流源，工作气体为氩气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射钯薄膜，工作气压为0.66pa，氩气或氮气流量为12sccm，溅射功率为70w，溅射时间为2min。

可以理解，通过将所述第一电极和第二电极同时设置于所述ⅲ族氧化物层上，并且控制所述第一电极设置为与所述第二电极相同的氢气敏感材质，进而使得本方法获得的电容式氢气传感器具有两个电极，均可与氢原子相互作用，使输出信号翻倍，从而使传感器具有更高的灵敏度和更低的检测下限。

在一些较佳的实施方式中，在步骤s14b还包括：

采用磁控溅射法制备与第二电极间隔设置的铂电极，靶材为铂单质，电源为直流源，工作气体为氩气，将生长腔抽真空至1.0×10^-4pa，启辉和预溅射3min去污，开始溅射铂薄膜，工作气压为0.66pa，氩气或氮气流量为12sccm，溅射功率为70w，溅射时间为2min。

可以理解，通过将所述第一电极和第二电极同时设置于所述ⅲ族氧化物层上，并且控制所述第一电极设置为与所述第二电极相同的氢气敏感材质，进而使得本方法获得的电容式氢气传感器具有两个电极，都可以和氢原子相互作用，使输出信号翻倍，从而使传感器具有更高的灵敏度和更低的检测下限。

在一些较佳的实施方式中，在步骤s14b包括：

采用电子束蒸发法制备与第二电极间隔设置的铂电极，蒸发源为铂颗粒，将蒸发腔抽真空至1.0×10^-5pa，电子束电流为8a，蒸镀时间为10min，获得厚度为50nm的铂电极。

可以理解，通过将所述第一电极和第二电极同时设置于所述ⅲ族氧化物层上，并且控制所述第一电极设置为与所述第二电极相同的氢气敏感材质，进而使得本方法获得的电容式氢气传感器具有两个电极，都可以和氢原子相互作用，使输出信号翻倍，从而使传感器具有更高的灵敏度和更低的检测下限。

在一些较佳的实施方式中，在步骤s14b包括：

采用电子束蒸发法制备与第二电极间隔设置的钯电极，蒸发源为钯颗粒，将蒸发腔抽真空至1.0×10^-5pa，电子束电流为8a，蒸镀时间为10min，获得厚度为50nm的钯电极。

可以理解，通过将所述第一电极和第二电极同时设置于所述ⅲ族氧化物层上，并且控制所述第一电极设置为与所述第二电极相同的氢气敏感材质，进而使得本方法获得的电容式氢气传感器具有两个电极，都可以和氢原子相互作用，使输出信号翻倍，从而使传感器具有更高的灵敏度和更低的检测下限。

本发明的第三实施例中还提供了一种电容式氢气传感器，其包括：如本发明上述实施例中提供的电容式氢气传感器芯体的制备方法制备获得的电容式氢气传感器芯体。

可以理解，通过采用由本申请中提供的电容式氢气传感器制备方法制备获得的电容式氢气传感器芯体，进而可以同时兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能；具体的，通过采用所述ⅲ族氮化物作为介质片，进而可以有效地保障所述电容器氢气传感器的安全可靠性；通过在所述ⅲ族氮化物表面直接氧化出ⅲ族氧化物层，进而当第二电极吸附并且分解氢气为氢原子，氢原子扩散并吸附在ⅲ族氧化物层和第二电极的界面处，且所述ⅲ族氧化物层和第二电极同时与所述氢原子相互作用，进而有效地提升所述电容式氢气传感器的响应速度，并降低所述电容式氢气传感器的检测下限。

综上所述，本发明所提供的电容式氢气传感器芯体及其制备方法、电容式氢气传感器，电容式氢气传感器芯体，包括：自下至上依次设置的基体、介质片和第二电极；其中，所述基体设置为导电材料层；所述第二电极设置为氢气敏感层；所述介质片为ⅲ族氮化物层，且所述介质片背离所述基体的端面氧化为ⅲ族氧化物层。可以理解，通过将所述介质片设置为ⅲ族氮化物层，由ⅲ族氮化物作为电容器的隔离层，由所述第二电极和导电材料层、介质片构成电容式氢气传感器芯体；进而当第二电极与氢气接触时，第二电极会吸附并且分解氢气为氢原子，氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氮化物层和第二电极的界面处，形成偶极子层从而导致电容变化，进而实现安全、可靠和低检测下限的效果；同时，通过直接将所述ⅲ族氮化物表面的区域进行氧化，将所述ⅲ族氮化物表面形成ⅲ族氧化物层，即所述ⅲ族氧化物层由所述ⅲ族氮化物直接氧化获得，而非在所述ⅲ族氮化物表面重新沉积获得一层ⅲ族氧化物层，保障所述电容式氢气传感器芯体的质量；使得第二电极与所述ⅲ族氧化物层接触，也使氢原子会扩散并且吸附在ⅲ族氧化物层和第二电极的界面处，同时所述ⅲ族氧化物层直接与所述氢原子相互作用，可以很快使氢原子的吸附和脱附达到平衡状态，进而实现超快响应速度的特点，最终使得所述电容式氢气传感器芯体同时兼顾检测下限低、响应速度快及安全可靠的性能。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。