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智能气体传感器共性关键技术

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核心提示: ● 材料技术  对半导体、催化燃烧式气体传感器材料的研究表明,金属氧化物半导体材料 ZnO,SnO2,Fe2O3等己趋于成熟化,特别是在 CH4
 ● 材料技术

  对半导体、催化燃烧式气体传感器材料的研究表明,金属氧化物半导体材料 ZnO,SnO2,Fe2O3等己趋于成熟化,特别是在 CH4、C2H5OH、CO等气体检测方面。现在这方面的工作主要有两个方向:一是利用化学修饰改性方法,对现有气体敏感膜材料进行掺杂、改性和表面修饰等处理,并对成膜工艺进行改进和优化,提高气体传感器的稳定性和选择性;二是研制开发新的气体敏感膜材料,如复合型和混合型半导体气敏材料、高分子气敏材料,使得这些新材料对不同气体具有高灵敏度、高选择性、高稳定性。由于有机高分子敏感材料具有材料丰富、成本低、制膜工艺简单、易于与其它技术兼容、在常温下工作等优点,已成为研究的热点。

  在世界范围内,实用化的电化学气体传感器目前仍以液态电解质做导电解质为主流,半固态、固态电化学元件生产技术还不够成熟。最主要的电化学气体传感器生产企业有英国城市技术公司和阿尔法公司、国内的河南汉威电子股份有限公司。目前电化学气体传感器材料技术发展的重点主要在电解液从液态向半固态、固态方向发展。

  ● 设计技术

  智能气体传感器的设计目标包括:能同时完成对多种气体的自动监测;监测结果与外部的实时通讯;监测结果自动用于决策处理过程;针对多变的应用领域,设计多样化的智能气体传感器,满足特殊应用的需求等。

  纳米、薄膜技术等新材料研制技术的成功应用为气体传感器集成化和智能化提供了很好的前提条件。智能气体传感器的设计技术将在充分利用微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、传感技术、故障诊断技术、智能技术等多学科综合技术的基础上得到发展。

  ● 工艺、制备技术

  在气体传感器技术领域,针对红外光学式、电化学式、催化燃烧式、半导体式等多种类型的气体传感器等,气体传感器的制造工艺很多。但针对气体传感器的特性、材料,采用微电子机械技术(MEMS)将是智能气体传感器发展的趋势。微电子机械技术是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。

  微电子机械技术是以微电子技术和微加工技术为基础的一种新技术,分为体微机械技术、表面微机械技术和 X射线深层光刻电铸成型( LIGA)技术。体微机械技术加工对象以硅单晶为主,加工厚度几十至数百微米,关键技术是腐蚀技术和键合技术,优点是设备和工艺简单,但可靠性差;表面微机械技术利用半导体工艺,如氧化、扩散、光刻、薄膜沉积、牺牲层和剥离等专门技术进行加工,厚度为几微米,优点是与IC工艺兼容性好,但纵向尺寸小,无法满足高深宽比的要求,受高温的影响较大; LIGA技术采用传统的X射线曝光,厚光刻胶作掩膜,电铸成型工艺,加工厚度达到数微米至数十微米,可实现重复精度很高的大批量生产。

  将微电子机械技术用于未来智能气体传感器的制备工艺,主要涵盖两个层面的含义:( 1)已有气体传感器移植到微电子机械技术领域;( 2)基于微电子机械技术,开发具有新原理、新功能的智能气体传感元件和系统。

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