激光微加工纳米zno气敏传感器阵列制备技术研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要本文利用脉冲YAG激光微加工技术，以氧化Al2O3为基片，开槽填敷RuO2制作加热器，采用银浆料流延法制备电极膜，浆料滴定覆盖成膜制备了四单元纳米ZnO气敏阵列，研究了阵列的加热特性、气敏特性及制备工艺的重复性，并着重探讨了电极及气敏膜的厚度对阵列的气敏特性及长期稳定性的影响。激光开槽填敷RuO2作加热器的气敏传感器阵列具有好的加热特性、热响应、温度分布。阵列单元平均能耗低于500mW、热响应时间小于20秒、平面温度梯度小于5℃/mm，阵列的灵敏度高、性能稳定、制备工艺重复性好。激光剥离银膜制备气敏电极稳定性、一致性好，电极间距可通过改变激光的离焦

2、量而准确灵活调整。平行银电极能均匀拾取气敏膜各部分的气敏反应信息，充分发挥气敏材料的性能。通过模拟使用环境中的热冲击实验，对比不同厚度的银电极膜的形貌，研究发现电极膜厚度及均匀性对电极的稳定性具有决定性的影响。7--15μm厚电极具有更好的长期稳定性，电极为密网状或薄膜状；21μm厚电极成三维多层片状，电极的稳定性最差。对此结果进行了初步的理论分析。对不同材料及不同厚度的气敏膜的敏感性及长期稳定性进行了对比研究，并进行了机理分析，发现在厚膜工艺中气敏膜太薄具有不稳定性，2、3、4倍厚气敏膜的稳定性较好。膜越厚热冲击（即使用过程中）产生的应力越大，裂纹扩展的将越快，气敏膜的稳定

3、期即使用寿命就越短。本文第一部分介绍了微气敏传感器及阵列的制备技术的研究现状，并阐述了本课题的研究目的及意义；第二、三部分分别研究了激光开槽填敷RuO2加热电阻的制备工艺及特性、气敏电极的制备与可靠性；第四部分探讨纳米ZnO气敏传感器阵列的制备及气敏特性；第五部分深入讨论了电极及敏感膜的厚度对阵列气敏特性和长期稳定性影响。关键词：纳米ZnO气敏传感器阵列激光电极气敏膜I华中科技大学硕士学位论文AbstractGassensorarraysweremanufacturedthroughthepulsedYAGlasermicromachiningofAl2O3plates,pa

4、stingtechnique,andtheRuO2heaterandtheelectrodesintegratedontotwosidesofplates,respectively.Someimportantcharacteristicsoftheintegratedsensorarrays,suchastheheatingproperties,thesensitivityandtherepetitionofthetechnique,wereinvestigated.Peculiarly,theeffectontheintegratedsensorsarrayssensiti

5、vityandstabilitybythedifferentthickelectrodeandsensitivefilmwasstudied.TheburiedRuO2heaterbylasermicromachiningmakesthearrayhavegoodcharacteristics,suchastheheatingproperties,theheatresponseandthetemperaturedistributionontheplateandthesensitivityoftheintegratedgassensorarrays.Theaveragepowe

6、rconsumptionperunitat400℃,thethermalresponsivetimeandtheplanetemperaturedistributiongradientare500mＷ,20sand5℃/mm,respectively.Thesensitivityofthedifferentarraysishigh,stable,andrepeatable.TheAgelectrodes,whichwerefabricatedthroughthelaserablation,arestableanduniform.Lasercanadjustthespacebe

7、tweentheelectrodesconveniently.Theparallelelectrodecanequablypickuptheinformationofthegassensingreactionontheparts.Comparedwiththechangeofthedifferentthickelectrodeappearanceaftertheperiodicheatimpactfromroomtemperatureto400℃,itshowsthatthestabilityofthe