新型微气敏传感器的设计、仿真及优化

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1、学分类号：TP212.2单位代码：10183研究生学号：2013322105密级：公开吉林大学硕士学位论文新型微气敏传感器的设计、仿真及优化Design,simulationandoptimization大林吉平保曲ofnewmicrogassensor作者姓名：刘丽丽专业：光学工程研究方向：微结构气敏传感器指导教师：李守春教授合作导师：刘丽教授培养单位：物理学院2016年6月未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修

2、改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使巧不在此限）。否Ｉ贝Ｊ，应承担侵权的法律责任。吉林大学博或硕古）学位论文原创性声明本人郑重声明，独：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下立进行研究工作所取得的成果。除义中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体Ｂ经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体。本人完全，均已在文中臥明硝方式标明意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：而雨之。（占月（日日期：（年—————

3、————————————————————————————新型微气敏传感器的设计、仿真及优化—————————————————————————————————Design,simulationandoptimizationofnewmicrogassensor—————————————————————————————————作者姓名：刘丽丽专业名称：光学工程指导教师：李守春教授合作导师：刘丽教授学位类别：工学硕士答辩日期：2016年05月28日摘要新型微气敏传感器的设计、仿真及优化随着科技的发展和社会的进步，易燃、易爆

4、、有毒、有害气体的种类和应用范围都在持续性增加，作为监测与控制这些危害性气体的气敏传感器得到了广泛的应用，其中基于MEMS技术的微气敏传感器更是广受国内外学者的关注，成为了气敏传感器领域的研究热点之一。本文围绕微结构气敏传感器进行了一系列研究，首先设计了三种新型微气敏传感器的微热板结构，然后借助于有限元分析软件ANSYS中的热场分析和磁场分析分别对它们进行了仿真、优化和比较，最后对基于这三种微热板结构的二氧化锡微气敏传感器进行了热场分析和比较，具体工作如下：1.I型微气敏传感器微热板的设计、仿真及优化设计了一种新型微

5、气敏传感器的微热板结构，即为I型结构，其基底采用圆2柱体状，截面圆面积为1.5mm，厚度为300µm。利用ANSYS软件对其进行了仿真和优化，结果得出：基底结构中的SiO2-Si-SiO2的厚度分别为10µm、120µm、170µm，加热电极和测量电极宽度均为10µm，传感器微热板的中心获得了oo352.26C的高温，且在中心区域内温差仅为0.1C，而此时中心区域的磁感应强-10度值位于彩色等值线的最小数值范围段，最小为9.84×10T，与加热电极处的最大值383.066T相比可忽略不计，有效的削弱了磁场对测量信号的

6、干扰。2.II型微气敏传感器微热板的设计、仿真及优化设计的II型微气敏传感器的微热板的器件尺寸为1mm×1.5mm×300µm，经ANSYS仿真优化后结果如下：传感器微热板的基底为硅杯状基座结构，且在SiO2绝缘层与硅基座之间另加了Si导热层和SiO2保护层，加热电极宽度和间距各自o为50µm和60µm，测量电极宽度为50µm，微热板的中心温度为364.76C，中o-9心区域温差为0.3C，同时中心区域的磁感应强度值最小为3.48×10T，与最大-4值1×10T相比影响极小，满足了中心区域高温均匀分布和磁场影响小的要

7、求。3.III型微气敏传感器微热板的设计、仿真及优化设计了III型微气敏传感器微热板结构，其元件尺寸为1mm×1.5mm×300µm，基底结构选用硅杯状结构，加热电极的宽度和间距经仿真后分别优化为50µm和io100µm，测量电极的宽度为50µm，此时微热板中心温度为361.77C，温差在o-12-41C左右，中心区域的磁感应强度值最小为1.38×10T，与最大值1.66×10T相较几乎可忽略，成功的降低了磁场对测量电路的干扰度。4.三种新型微气敏传感器微热板的比较对三种新型微气敏传感器微热板的温度分布和磁场分布进行

8、了比较，结果表o明：在功耗相同的条件下，II型结构具有最高的364.76C的中心温度，其中心ooo区域的温差为0.3C；其次为III型结构的361.77C，中心区域的温差为1C左右；oo最后为I型结构的352.26C，对应的温差为0.1C。三种结构的中心区域的磁感-12应强度值均位于彩色等值线的最小范围段，III型结构为1.38×10T最小，I