气体传感器叉指电极结构设计及电极间分布电阻计算.pdf

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1、2011拄仪表技术与传感器2011第8期InstrumentTechniqueandSensorNO．8气体传感器叉指电极结构设计及电极间分布电阻计算朱斌，殷晨波，陶春曼，张子立(南京工业大学车辆与工程机械研究所，江苏南京210009)摘要：气敏材料在工作环境下初始电阻值的大小，是影响其气敏特性的重要因素。叉指电极的应用在降低初始电阻值的同时会影响气敏材料工作区域的温度分布。利用热分析确定了叉指电极结构参数，理论计算了叉指电极间气敏材料电阻值，并与实验比较，验证了计算方法的可靠性，为进一步优化电

2、极结构提供参考。关键词：气体传感器；分布电阻；叉指电极；热分析中图分类号：TP212．2文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)08—0014—03StructuralDesignandCalculationofDistributedFilmResistanceofGasSensor’SInterdigitalElectrodesZHUBin，YINChen—bo，TAOChun—min，ZHANGZi—li(InstituteofAutomationandConstruction

3、Machinery，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China)Abstract：Theinitialresistancevalueofthesensingmaterialattheworkenvironmentisanimportantfactortothesensor’Sperformance．Theapplicationoftheinterdigitalelectrodescanreducetheinitialresistanceva

4、lueofthegassensingmaterialnever-thelessaffecttemperaturedistributioninitsworkarea．Theparametersoftheinterdigitalelectrodesstructureweredeterminedthroughtheuseofthethermalanalysis．Theoreticalcalculationofdistributedfilmresistancewascarriedout，andwasco

5、mparedwith渤experimentaldatatoverifythereliabilityofthecalculationmethod．Itprovidesamethodforfurtheroptimizationoftheelectrodestructure．Keywords：gassensor；distributedresistance；interdigitalelectrodes；thermalanalysis0引言电极结构尺寸进行有限元优化。图1为传感器模型，在保证金金属氧化物半

6、导体气体传感器因其气敏特性好，工艺结构电极覆盖基底的面积不变的前提下，改变测试电极宽度n、间距简单，易于大规模生产，正受到越来越多的关注。传感器的工作b，分别进行热分析。取仿真中热场分布的中轴线温度分布情原理是气敏材料电阻值的变化对应于相应的气体浓度的变况，如图2所示。化。因此，气敏材料的初始电阻值的选择是关键。如果气敏气敏薄膜材料在工作环境下初始电阻值过大，极有可能受到环境因素的叉指电极绝缘层影响，尤其是周围空气等效电阻值与气敏材料电阻值相当时，会测温电极引起元件测量的不准确。一般来说，叉指电

7、极的应用，能有效降绝缘层加热电极低气敏材料工作状态下的初始电阻值，但叉指电极结构本身及硅基座电极间间距又影响气敏材料工作区域温度分布，文中利用热分析确定了电极参数，对叉指电极间气敏薄膜分布电阻进行理论图1气体传感器结构示意图计算，并与实验测试值进行比较，验证了该电极间分布电阻计算方法的可行性，为日后传感器的设计及优化提供参考。1气敏传感器电极设计基于SnO：纳米薄膜的半导体金属氧化物气体传感器，一般都需要工作在一定温度下，才能有效激发出SnO：的化学活p性，因此传感器电极，包括加热电极尺寸和测试

8、电极结构直接{醚赠关系到敏感材料的气敏特性能否工作在最佳条件I4J。然而测试电极的存在又会影响气敏薄膜工作区域温度分布情况，为了使SnO。纳米薄膜的有效温度区域分布均匀，有必要对测试距离d／mra基金项目：国家自然科学基金项目(50875122)；江苏省自然科学基金项目(BK2007185)；江苏省高校自然科学基金项目(07KJB460044)图2不同电极参数的温度分布曲线收稿日期：2010—11—29收修改稿日期：2011一o4—29第8期朱斌等：气体传感器叉指电极结构设计及电极间分布电阻计算