[发明专利]一种高精度石墨烯超低温温度传感器

说明书

本发明属于温度传感器技术领域，具体涉及一种高精度石墨烯超低温温度传感器，包括基板、专用集成电路、衬底、温度敏感层、引线，所述专用集成电路设置在基板上，所述衬底设置在专用集成电路上，所述温度敏感层设置在衬底上，所述温度敏感层电性连接有叉指电极，所述叉指电极设置在温度敏感层上，所述叉指电极通过引线与专用集成电路电性连接。本发明在原有电阻式温度传感器基础上，利用包含具有优良特性的新材料石墨烯，相比于传统金属或半导体作为温敏材料，在小体积的前提下，极大的提高了电阻式温度传感器的灵敏度。

技术领域

本发明属于温度传感器技术领域，具体涉及一种高精度石墨烯超低温温度传感器。

背景技术

近年来，低温技术获得迅速发展，在制冷机获取低温环境方面进步显著。对超低温技术的研究不但具有重要理论价值，还有很强的实践意义。温度传感器是指将感知的温度转换成其他可处理信号的的装置。尤其在航天航空领域经常涉及对低温的测量，低温技术对航空航天、生命科学和超导等领域的发展具有重要意义。特殊地，在超导和高能实验中，低温技术属于核心技术，对最终结果具有决定性作用。

超低温的测量工具主要有热电阻温度计、核取向温度计、声学温度计、氦相变温度计等，其中，热电阻温度计应用最为广泛。在超低温测量领域，最常使用的温度传感器有铂电阻温度计、锗温度计、铑铁温度计和氮氧化锆薄膜温度传感器，铂电阻温度计、铑铁温度计体积大安装不便，锗温度计抗磁效应弱并且锗薄膜难以和金属电极形成良好欧姆接触，氮氧化锆薄膜温度传感器测温范围小其热稳定性差。因此，市面上急需一种体积小、响应时间短、灵敏度高，抗干扰能力强，测温范围广的超低温温度传感器。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提供了一种高精度石墨烯超低温温度传感器，基板直接作为温度传感器的封装外壳，温度信号从基板传递给温度敏感层，引起其电阻发生变化，并通过叉指电极传输电信号变化。封装盖帽为温度敏感单元提供无氧、密封的环境，防护层能够避免制作过程中化学试剂与材料对石墨烯的污染与破坏，防磁层能够减少外部环境对温度敏感层的干扰。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高精度石墨烯超低温温度传感器，包括基板、专用集成电路、衬底、温度敏感层、叉指电极、引线，所述专用集成电路设置在基板上，所述衬底设置在专用集成电路上，所述温度敏感层设置在衬底上，所述温度敏感层电性连接有叉指电极，所述叉指电极设置在温度敏感层上，所述叉指电极通过引线与专用集成电路电性连接。

所述温度敏感层采用石墨烯薄膜，所述温度敏感层上设置有防护层，所述防护层采用非晶态氧化铝薄膜、BN纳米级薄膜或SiN纳米级薄膜。

所述叉指电极通过引线电性连接有外部引线，所述外部引线通过Sn63/Pb37焊锡丝电性连接有外部检测组件。

所述叉指电极为平行叉指电极，所述平行叉指电极的对数为5～30；所述叉指电极与温度敏感层之间设置有黏附层，所述黏附层采用铬，所述叉指电极采用金、银、铂或钛的一种或多种。

所述基板的下表面紧贴在被测物体表面，所述基板的上表面固定连接有封装盖帽，所述专用集成电路、衬底、温度敏感层和叉指电极均设置在封装盖帽内，所述基板与封装盖帽形成密封腔。

所述基板与封装盖帽通过键合材料固定连接，所述封装盖帽的外表面上设置有防磁层，所述防磁层采用铌、低温铁镍合金、银系金属、镍系金属或铜系金属，所述键合材料采用有机物、玻璃焊料、金属焊料或合金焊料。

所述键合材料采用金属焊料，所述键合材料与基板、封装盖帽之间设置有金属化层，所述金属化层采用钛、镍、铜或金，所述外部引线上设置有绝缘层，所述绝缘层采用氧化硅或氧化铝。

所述叉指电极上设置有焊盘，所述焊盘上设置有互连焊点，所述互连焊点通过引线与专用集成电路电性连接。