MEMS气体传感器的设计与工艺@@

在物联网@@的推动下@@,气体传感器的应用日益广泛@@,逐渐向小型化@@、集成化@@、模块化@@、智能化方向发展@@。其中@@,具有代表性的基于@@金属氧化物半导体敏感材料@@的气体传感器已广泛应用于安全@@、环境@@、楼宇控制@@等领域的气体检测@@。

MEMS技术@@的进步@@,为气体传感器的集成化@@提供了坚实的基础@@,毋庸置疑@@,基于@@MEMS的设计方案将成为未来气体传感器的主要发展方向之一@@。

目前@@,市场上以单晶硅材料@@为衬底@@,非硅材料@@为敏感层的@@MEMS气体传感器最为常见@@,今天就给大家介绍一下市场上常见的@@MEMS气体传感器类型@@。

1、MEMS电导型气敏传感器@@

MEMS电导型气敏传感器@@的敏感材料@@是金属氧化物半导体或@@导电聚合物@@,使用最多的金属氧化物半导体是二氧化锡@@,其次是二氧化钛@@、氧化锌等@@。为提高@@气敏传感器灵敏度和选择性@@,往往会向金属氧化物中加入催化剂@@,如铂@@、钯等贵金属或@@合适的金属氧化物@@。

当敏感材料@@暴露于被测气体中@@,气体会与它们发生反应@@,引起电导率或@@电阻率的变化@@,产生的电信号经过信号处理后@@,输出为可识别气体成分或@@气体浓度的信号@@。

MEMS金属氧化物半导体气敏传感器采用微电子@@技术@@的成膜工艺在硅衬底上淀积金属氧化物敏感层@@,利用敏感层下的电阻做加热器@@,利用二极管做测温@@188足彩外围@@app ,必要的信号电路和读出电路也可以集成在同一硅芯片@@@@上@@。

硅芯片@@@@

MEMS微气体传感器的制作工艺如图所示@@,其特点在于将加热电极@@、绝缘层和测试电极一层一层依次堆积叠加在一起@@。

2、MEMS固体电解质气敏传感器@@

固体电解质气敏传感器@@有电流型和电压型两种@@,电流型的灵敏度高@@,测量范围大@@,温漂小@@。但它的输出电流和敏感性能与电极尺寸关系密切@@。传统的烧结体型器件难于控制@@电极尺寸@@,因而@@输出的电流和敏感性能也难于控制@@@@。由于@@MEMS技术@@制作的器件电机尺寸精度高@@,因而@@MEMS固体电解质电流型气敏传感器性能优异@@。

目前@@基于@@@@“三明治@@”结构的传感器@@,可以实现@@MEMS工艺的兼容与加工@@,解决了传统固体电解质式气体传感器工艺兼容性差@@、器件结构复杂等问题@@。

MEMS气体传感器的优势@@

MEMS气体传感器的优势@@

(1)微型化@@:MEMS器件体积小@@,一般单个@@@@ MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位@@,重量轻@@、耗能低@@。同时微型化@@以后的机械@@部件具有惯性小@@、谐振频率高@@、响应时间短等优点@@。MEMS更高的表面体积比@@(表面积比体积@@)可以提高@@表面传感器的敏感程度@@。

(2)硅基加工工艺@@,可兼容传统@@ IC生产工艺@@:硅的强度@@、硬度和杨氏模量与铁相当@@,密度类似铝@@,热传导率接近钼和钨@@,同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺@@@@。

(3)批量生产@@:以单个@@@@ 5mm×5mm尺寸的@@ MEMS传感器为例@@,用硅微加工工艺在一片@@ 8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约@@ 1000个@@ MEMS芯片@@,批量生产@@可大大降低单个@@@@ MEMS的生产成本@@。

(4)集成化@@:一般来说@@,单颗@@ MEMS往往在封装机械@@传感器的同时@@,还会集成@@ASIC芯片@@,控制@@ MEMS芯片@@以及转换模拟量为数字量输出@@。同时不同的封装工艺可以把不同功能@@、不同敏感方向或@@致动方向的多个@@传感器或@@执行器集成于一体@@,或@@形成微传感器阵列@@、微执行器阵列@@,甚至把多种功能的器件集成在一起@@,形成复杂的微系统@@。

(5)多学科交叉@@: MEMS涉及电子@@@@、机械@@、材料@@、制造@@、信息与自动控制@@@@、物理@@、化学和生物等多种学科@@,并集约了当今科学技术@@发展的许多尖端成果@@。

来源@@:传感器专家网@@@@