微結構氣體傳感器設計中的關鍵技術研究.pdf

1、20世紀80年代后期以來, MEMS（Micro Electro Mechanical System）技術得到了迅猛發(fā)展。利用該技術制作的微結構氣體傳感器由于具有體積小、功耗低、靈敏度高、重復性好、易批量生產(chǎn)、成本低等優(yōu)點，已逐漸在氣體傳感器行業(yè)占有重要的地位；利用MEMS工藝制作的電子鼻是一種由具有部分選擇性的微傳感器陣列和適當?shù)哪Ｊ阶R別系統(tǒng)組成、能夠識別簡單或復雜氣味和濃度的儀器。微結構氣體傳感器和電子鼻以其在功耗、體積、選擇性等方

2、面的突出優(yōu)勢在化工領域、食品工業(yè)、航空航天、環(huán)境監(jiān)測等方面具有誘人的應用前景，因此，這一研究領域受到廣泛關注和普遍重視，近年來發(fā)展迅速。 本文以微結構氣體傳感器和氣體傳感器陣列為研究對象，結合江蘇省自然科學基礎研究基金預研項目（BK2004214）“微小型化學機械系統(tǒng)制造的關鍵技術研究”的子課題“微化學機械系統(tǒng)的建立及其測試技術”，研究了微型氣體傳感器和電子鼻設計中的關鍵技術。涉及到的研究工作有以下幾方面： 1．首先介紹

3、了以MEMS技術為基礎的微結構半導體氣體傳感器以及電子鼻系統(tǒng)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀，介紹了半導體氣體傳感器的和電子鼻結構和工作原理； 2．在氣敏薄膜的導電機理和傳熱學中的有限元理論的基礎上，設計了封閉膜式微加熱板的傳感器，利用ANSYS對其進行溫度場的有限元模擬。對材料的導熱系數(shù)對氣敏薄膜上的溫度分布的影響、微熱板的溫度與絕緣材料的關系、加熱功率與薄區(qū)膜片邊長的關系以及利用硅島結構來改善氣敏薄膜上的溫度分布等方面進行了研究。最后對

4、傳感器的結構進行了優(yōu)化； 3．對微機械的典型加工工藝進行了介紹，并對由不同加工工藝制作出來的3種傳感器進行了有限元分析，分析了加工工藝對傳感器功耗的影響；并為本文所分析的封閉膜式結構的微傳感器設計了工藝制作流程； 4．對微型傳感器陣列的結構和工作原理進行了分析，并給出了微傳感器陣列的數(shù)學模型；并討論了集成在同一襯底上的具有獨立加熱器的2×2的傳感器陣列中，各傳感器之間的熱效應影響； 5．采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡和RBF