仪器仪表学报
儀器儀錶學報
의기의표학보
CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT
2014年
2期
350-359
,共10页
谷俊涛%张永德%姜金刚%李抒桐
穀俊濤%張永德%薑金剛%李抒桐
곡준도%장영덕%강금강%리서동
三明治结构%微双桥结构%催化燃烧%气体传感器
三明治結構%微雙橋結構%催化燃燒%氣體傳感器
삼명치결구%미쌍교결구%최화연소%기체전감기
sandwich structure%dual bridge microstructure%catalytic combustion%gas sensor
针对传统的催化燃烧式气体传感器因手工制作,造成配对难、一致性差、功耗高、不能互换等问题,基于硅MEMS技术设计并制造了一种集成双桥催化燃烧式酒精气体传感器.通过ANSYS有限元分析方法对传感器的温度场进行分析,采用硅氧化-PECVD-氧化工艺制作三明治结构的SiO2-Si3N2-SiO2微双桥结构载体,湿法腐蚀掉硅形成梁膜结构,减少热功耗.采用薄膜工艺制作铂膜敏感电阻,涂敷纳米Al2O3-ZrO-ThO形成载体,在敏感单元上浸渍pt-pd催化剂溶液,形成催化敏感桥臂,未涂覆催化剂载体构成参比单元,实现在微双桥上的芯片集成,制成传感器.电镜观察了Pt薄膜电阻的线条,能谱分析了载体敏感材料和补偿材料成分.测试结果表明:传感器可实现体积分数0 ～4 500×10-6酒精检测,具有良好的线性输出特性,温度为-20～ +40 ℃和湿度范围为30％ RH ～85％ RH的传感器的最大零点输出小于±2.0％ FS,功耗≤0.2 W,响应恢复时间均在30 s以内.
針對傳統的催化燃燒式氣體傳感器因手工製作,造成配對難、一緻性差、功耗高、不能互換等問題,基于硅MEMS技術設計併製造瞭一種集成雙橋催化燃燒式酒精氣體傳感器.通過ANSYS有限元分析方法對傳感器的溫度場進行分析,採用硅氧化-PECVD-氧化工藝製作三明治結構的SiO2-Si3N2-SiO2微雙橋結構載體,濕法腐蝕掉硅形成樑膜結構,減少熱功耗.採用薄膜工藝製作鉑膜敏感電阻,塗敷納米Al2O3-ZrO-ThO形成載體,在敏感單元上浸漬pt-pd催化劑溶液,形成催化敏感橋臂,未塗覆催化劑載體構成參比單元,實現在微雙橋上的芯片集成,製成傳感器.電鏡觀察瞭Pt薄膜電阻的線條,能譜分析瞭載體敏感材料和補償材料成分.測試結果錶明:傳感器可實現體積分數0 ～4 500×10-6酒精檢測,具有良好的線性輸齣特性,溫度為-20～ +40 ℃和濕度範圍為30％ RH ～85％ RH的傳感器的最大零點輸齣小于±2.0％ FS,功耗≤0.2 W,響應恢複時間均在30 s以內.
침대전통적최화연소식기체전감기인수공제작,조성배대난、일치성차、공모고、불능호환등문제,기우규MEMS기술설계병제조료일충집성쌍교최화연소식주정기체전감기.통과ANSYS유한원분석방법대전감기적온도장진행분석,채용규양화-PECVD-양화공예제작삼명치결구적SiO2-Si3N2-SiO2미쌍교결구재체,습법부식도규형성량막결구,감소열공모.채용박막공예제작박막민감전조,도부납미Al2O3-ZrO-ThO형성재체,재민감단원상침지pt-pd최화제용액,형성최화민감교비,미도복최화제재체구성삼비단원,실현재미쌍교상적심편집성,제성전감기.전경관찰료Pt박막전조적선조,능보분석료재체민감재료화보상재료성분.측시결과표명:전감기가실현체적분수0 ～4 500×10-6주정검측,구유량호적선성수출특성,온도위-20～ +40 ℃화습도범위위30％ RH ～85％ RH적전감기적최대영점수출소우±2.0％ FS,공모≤0.2 W,향응회복시간균재30 s이내.
