微結(jié)構(gòu)氣體傳感器設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、20世紀(jì)80年代后期以來, MEMS（Micro Electro Mechanical System）技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。利用該技術(shù)制作的微結(jié)構(gòu)氣體傳感器由于具有體積小、功耗低、靈敏度高、重復(fù)性好、易批量生產(chǎn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，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(dāng)?shù)哪Ｊ阶R別系統(tǒng)組成、能夠識別簡單或復(fù)雜氣味和濃度的儀器。微結(jié)構(gòu)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(lǐng)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(yīng)用前景，因此，這一研究領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注和普遍重視，近年來發(fā)展迅速。 本文以微結(jié)構(gòu)氣體傳感器和氣體傳感器陣列為研究對象，結(jié)合江蘇省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究基金預(yù)研項目（BK2004214）“微小型化學(xué)機(jī)械系統(tǒng)制造的關(guān)鍵技術(shù)研究”的子課題“微化學(xué)機(jī)械系統(tǒng)的建立及其測試技術(shù)”，研究了微型氣體傳感器和電子鼻設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)。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(shù)為基礎(chǔ)的微結(jié)構(gòu)半導(dǎo)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(dǎo)體氣體傳感器的和電子鼻結(jié)構(gòu)和工作原理； 2．在氣敏薄膜的導(dǎo)電機(jī)理和傳熱學(xué)中的有限元理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計了封閉膜式微加熱板的傳感器，利用ANSYS對其進(jìn)行溫度場的有限元模擬。對材料的導(dǎo)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(guān)系、加熱功率與薄區(qū)膜片邊長的關(guān)系以及利用硅島結(jié)構(gòu)來改善氣敏薄膜上的溫度分布等方面進(jìn)行了研究。最后對

4、傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化； 3．對微機(jī)械的典型加工工藝進(jìn)行了介紹，并對由不同加工工藝制作出來的3種傳感器進(jìn)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(jié)構(gòu)的微傳感器設(shè)計了工藝制作流程； 4．對微型傳感器陣列的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析，并給出了微傳感器陣列的數(shù)學(xué)模型；并討論了集成在同一襯底上的具有獨(dú)立加熱器的2×2的傳感器陣列中，各傳感器之間的熱效應(yīng)影響； 5．采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和RBF