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硅基微结构气体传感器的研制

刘丽  
【摘要】: 本文提出和设计了一种硅基共平面型微结构气体传感器,它具有与硅平面工艺和传统厚膜工艺均能实现兼容的特点,采用理论模拟和实验相结合的方法对该种微传感器的结构和版图进行了优化和验证。首先,利用有限元分析软件Ansys对微型气体传感器中的一个重要的组成部分--微热板进行了设计与分析,通过对微气体传感器的版图进行模拟,初步设计了尺寸均为3.6×1.2mm2的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型结构版图。其次,通过实验研究了分别以Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型结构版图制作的传感器对乙醇的敏感特性,发现它们的功耗较高,进而对微传感器进行了优化,设计出了尺寸分别为2×1mm2和2×0.5mm2两种新结构的微型传感器版图,分别称为Ⅴ型和Ⅵ型结构版图。再次,实验研究了以La0.7Sr0.3FeO3为敏感材料基于Ⅴ型结构的Ⅴ型乙醇气体传感器,对于500ppm乙醇气体,元件的响应与恢复时间约为1.5秒和2.5秒,灵敏度约是8.2,加热功耗为261mW。实验研究了以掺杂的SnO2为敏感材料分别制作了Ⅴ型和Ⅵ型CO气体传感器,对50ppm CO,Ⅴ型CO微传感器的响应与恢复时间分别为5秒和22秒,灵敏度约是8.6,加热功耗约为82mW;Ⅵ型CO微传感器响应与恢复时间分别为17秒和30秒,灵敏度约是11.2,加热功耗约为39mW。本文还,设计制作了一种利用光功率计测量微热板表面温度的系统,该系统能够精确地完成微区(50×50um2)温度的测量,解决了微热板及其它微小器件表面温度的测量难题。


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