新型三维敏感气体传感器的结构设计与性能分析

摘要

随着科学技术的进步，近年来气敏传感器发展十分迅速。目前已在环境、工业、农业、国防、与人民生活息息相关的各个领域得到了广泛的应用。但仍存在着元件的灵敏度低、稳定性差、选择性差、催化剂中毒、使用寿命短和响应时间长等问题，限制了气体传感器的发展和应用。针对气敏元件的响应时间较长的问题，论文对传统的气敏传感器结构进行了优化设计。 论文在详细阐述了气敏传感器的分类与原理的基础上，根据MEMS技术，引入离散阵列的概念，提出了两种新型气体传感器结构模型。这两种结构中，敏感部分的主体结构分别是由多条微型半圆柱体组成的阵列和多条微型长方体组成的阵列，这些离散立体敏感阵列使气体传感器具有了三维敏感特性，并用扩散模型响应理论分析了敏感阵列对气体的响应，对设计器件的响应时间性能进行了分析比较。 分析结果表明：离散敏感阵列结构器件的响应时间性能优于平面型敏感膜结构的传感器。离散半圆柱阵列器件结构中，传感器的响应时间随着相邻两个半圆柱体间距的减小而缩短，当离散半圆柱直径与沟槽跨度相同时，器件的响应时间为连续平面型敏感膜结构的传统气敏传感器的64％；当沟槽跨度为零，器件响应时间为传统结构器件的40％，这种器件结构的响应时间性能达到最佳效果。离散长方体阵列器件结构中，当长方体的宽度与平面型敏感膜厚度相等时，新型传感器的响应时间为传统结构器件的25％。当长方体的宽度等于半圆柱的高时，离散长方体阵列传感器的响应时间性能优于离散半圆柱体阵列结构的器件。对于文章讨论的平面型和离散半圆柱敏感膜结构的气体传感器，响应时间随着敏感膜厚度的增加而延长。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1研究背景

1.2气体传感器

1.2.1气体传感器分类与原理

1.2.2提高气敏传感器性能的技术途径

1.3研究内容及文章结构

第2章新型三维敏感气敏传感器的结构设计

2.1 MEMS技术

2.1.1表面加工技术

2.1.2体加工技术

2.1.3 LIGA技术

2.2微平面电极式器件结构简介

2.2.1微电极传感器电极结构分析

2.2.2微电极的制备

2.2.3微电极器件结构与膜厚的关系

2.3新型三维敏感气体传感器的结构设计

2.3.1离散半圆柱阵列器件结构

2.3.2离散长方体阵列器件结构

2.3.3新型器件结构分析

2.4本章小结

第3章离散半圆柱阵列结构传感器性能分析

3.1气敏传感器扩散敏感机理分析

3.2气敏传感器敏感膜响应分析

3.2.1连续平面型单元

3.2.2独立半圆柱单元

3.3气体传感器响应时间性能分析

3.4本章小结

第4章离散长方体阵列结构传感器性能分析

4.1离散长方体阵列的响应分析

4.1.1长方体阵列间隙中的气体浓度

4.1.2侧面扩散引起长方体阵列电导的变化

4.2气体传感器响应时间性能分析

4.2.1离散长方体阵列器件响应时间分析

4.2.2敏感膜厚度对气体传感器响应时间的影响

4.3两种新型结构传感器的性能比较

4.4本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文