集成薄膜型气体传感器的研究

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1、黑龙江人学硕士学位论文集成薄膜型气体传感器的研究姓名刘鑫申请学位级别硕士专业微电子学与固体电子学•微电子机械加工系统指导教师邱成军20060603中文摘要中文摘要微结构气体传感器是近年來国际上传感技术领域的研究热点。集成薄膜型气体传感器是利用微电子、微机械加工和薄膜技术将加热、温度检测电阻、测试电极和敏感薄膜集成一体的气敏器件具有低功耗、易集成、易智能化等优点。奉文采用技术制作了集成薄膜型气体传感器。从理论上阐述了薄膜型气体传感器的上作原理对气体传感器的结构进行设计、模拟和优化。根据实际工艺条件及工艺设备制定可行的工艺方案研制

2、出气体传感器。此外对多晶硅电极的电阻温度特性进行测试。选用高分子聚合物瞅菁铜作为敏感膜阐述駄菁材料的结构从半导体理论的角度解释了瞅菁类物质的敏感机理。制各台成駄菁铜采用真空蒸发镀膜法制各瞅菁铜敏感膜并给出敏感膜的灵敏度、温度特性、响应时间和恢复时间的测试结果。关键词集成气体传感器瞰菁铜二氧化氮黑龙江大学硕士学位论文——第章绪论第章绪论现代电子信息的三大支柱技术是传感器技术、计算机技术和通讯系统技术。其屮传感器技术是信息获取的核心被列为近十年世界现代电子技术的首位。它在交通运输、信息技术、医疗保健、工农业生产、环境保护、航空航天

3、、国防军事乃至人们的口常生活等许多领域中都得到了广泛应用。在信息技术高速发展的今犬随着各种系统的自动化程度和复朵性的增加需要获取的信息量越來越多。对信息的处理、转换、存储和显示等都与计算机直接相关属于共性技术而以计算机为核心的测控系统都需要传感器。传感器作为获取信息、技术的源头它的性能好坏与否直接关系到测控的精确性。气体传感器及其发展历程人类的H常生活和生产活动与周围气氛环境紧密和关气氛的变化对人类有极大的影响。例如气氛小缺氧会使人感到窒息甚至昏迷致死气氛中含有毒气体则会给人体带来更大危害可燃性气体的泄漏会引起爆炸和火灾使人的

4、生命和财产遭受巨大的损失。正因为气氛与人类的生命财产密切相关所以人类很早就开始了对气氛的检测和控制方法的研究。气体传感器是种把气体中的特定成分检测出来并将它转换成电信号的器件以便提供有关待测气体的存在及其浓度大小的信息气休传感器是化学传感器的一个重要分支随着科学技术的发展工农业生产规模逐渐扩大产品的种类不断增多气体传感器在生产和生活的许多方面所扮演的角色越来越重要。例如在一俩豪华的轿车内常装有上白个传感器而气体传感器的主要作用在于控制发动机的燃烧黑龙江大学硕士学位论文过程使燃烧完全减少有害、有毒气体的排出。在国防和军事方面气体

5、传感器可用于非法药物检查、化学细菌武器的防御等在化学化工领域气体传感器可用于监测和控制化学反应过程在食晶加工工业屮气体传感器可用于质量监测生产过程控制等。随着家用屯器的发展气体传感器已经进入家庭如家用气体泄漏报警、空气质量监控等等。因此气体传感器在许多方面尤其是在防灾警报、防治公害和计量检测方面有着广泛的应用前景。近年來酸雨、温室效应、奥氧层破坏、环境污染等问题给气体传感器提出了新的研究课题增加新的研究内容和难度。检测气体的种类也有很大的扩展例如检测各种有毒有害的气体、、、、和等探测备种可燃性气体、、等探测温室效应气体和污染环

6、境气体监测和监控汽车尾气、工业废气探测和分析鱼、肉等食品发出的气味和人的呼气以了解食品的新鲜度和人的健康状况。气体传感器的历史并不十分悠久但从最初传统的分立传感器发展到现今的集成气体传感器也经历了多个发展阶段。就半导体气体传感器而言最先研制的半导休气体传感器是年代初期的薄膜器件。它是利用加热条件F薄膜屯阻随着接触的可燃性气体浓度的增加而下降的特性实现对可燃性气体的检测。继而又发现在。烧结体中添加或等贵金属对检测可燃性气体也是有效的并采取了一些措施克服机械强度和稳定性等在实际应用方面的不足。年本费加罗研制生产的分立烧结型二氧化锡

7、气体传感器第一次进入市场“其结构示意图如图所示。第章绪论加热电图分立式烧结型气体传感器示意图分立式烧结型气敏器件根据加热元件位置可分为直热式和旁热式两种。直热式传感器是将加热元件与测试电极一同烧结在氧化物材料及催化添加剂的混合体内加热元件直接对氧化物敏感器件加热。旁热式传感器是釆用陶瓷管作为基底将加热元件装入陶瓷管内而测试电极、氧化物材料及催化添加剂则烧结在陶瓷管的外壁。加热元件经陶瓷管壁均匀地对氧化物敏感元件加热。这类传感器由于结构简单、制作方便、寿命长等特点冃前仍是产屋较大、应用较广的一类传感器。但是这类传感器也有体积大、

8、功耗大、响应慢和选择性差等不可避免的弱点。年代初随着硅技术的发展出现了以硅技术为基础的压力、加速度等物理量传感器。自年代起硅技术也同样成功地应用于化学传感器包括气体传感器。于是出现了用半导体和厚膜、薄膜技术制作的氧化锡气体传感器如图、所示。气皱材料检测电极图分立式厚膜型气体传