具有代表性的基于金屬氧化物半導(dǎo)體敏感材料(MOS)氣體傳感器已廣泛應(yīng)用于安全、環(huán)境、樓宇控制等領(lǐng)域的氣體檢測(cè)，該類傳感器的能耗是制約其大規(guī)模布設(shè)的核心節(jié)點(diǎn)，MEMS技術(shù)為解決MOS氣體傳感器的該類問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的有效途逕和方案。MEMS技術(shù)的應(yīng)用也為該類傳感器的集成化提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。毫無(wú)疑問(wèn)，基于MEMS的設(shè)計(jì)方案將成為未來(lái)氣體傳感器的主要發(fā)展方向之一。

 

目前，市場(chǎng)上以單晶硅材料為襯底，非硅材料為敏感層的MEMS氣體傳感器最為常見(jiàn)，現(xiàn)就市場(chǎng)常見(jiàn)MEMS氣體傳感器類型加以介紹：

 

MEMS電導(dǎo)型氣敏傳感器

 

這種氣敏傳感器的敏感材料是金屬氧化物半導(dǎo)體或?qū)щ娋酆衔?。?dāng)這些材料暴露于被測(cè)氣體中，氣體會(huì)與它們發(fā)生作用，引起電導(dǎo)率或電阻率的變化，產(chǎn)生包含氣體成分和濃度的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路處理后，即可識(shí)別氣體的成分和濃度。

 

使用最多的金屬氧化物半導(dǎo)體是二氧化錫，其次是二氧化鈦、氧化鋅等。為提高氣敏傳感器靈敏度和選擇性，往往會(huì)向金屬氧化物中加入催化劑，如鉑、鈀等貴金屬或合適的金屬氧化物。

 

MEMS金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器采用微電子技術(shù)的成膜工藝在硅襯底上淀積金屬氧化物敏感層，利用敏感層下的電阻做加熱器，利用二極管做測(cè)溫元件，必要的信號(hào)電路和讀出電路也可以集成在同一硅芯片上。

 

MEMS微氣體傳感器的制作工藝如圖所示，其特點(diǎn)在于將加熱電極、絕緣層和測(cè)試電極一層一層依次堆積疊加在一起。

 

 

MEMS固體電解質(zhì)氣敏傳感器

 

固體電解質(zhì)氣敏傳感器有電流型和電壓型兩種，電流型的靈敏度高，測(cè)量范圍大，溫漂小。但它的輸出電流和敏感性能與電極尺寸關(guān)系密切。傳統(tǒng)的燒結(jié)體型器件難于控制電極尺寸，因而輸出的電流和敏感性能也難于控制。由于MEMS技術(shù)制作的器件電機(jī)尺寸精度高，因而MEMS固體電解質(zhì)電流型氣敏傳感器性能優(yōu)異。

 

目前基于“三明治”結(jié)構(gòu)的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)MEMS工藝的兼容與加工，解決了傳統(tǒng)固體電解質(zhì)式氣體傳感器工藝兼容性差、器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。

 

 

MEMS氣體傳感器的優(yōu)勢(shì)在于：

 

(1)微型化： MEMS器件體積小，一般單個(gè) MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計(jì)量單位，重量輕、耗能低。同時(shí)微型化以后的機(jī)械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。 MEMS更高的表面體積比(表面積比體積)可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?/div>