智能氣體傳感器共性關(guān)鍵技術(shù)
發(fā)布日期：2022-10-09 點(diǎn)擊率：74
● 材料技術(shù)
對(duì)半導(dǎo)體、催化燃燒式氣體傳感器材料的研究表明，金屬氧化物半導(dǎo)體材料 ZnO，SnO2，F(xiàn)e2O3等己趨于成熟化，特別是在 CH4、C2H5OH、CO等氣體檢測(cè)方面。現(xiàn)在這方面的工作主要有兩個(gè)方向：一是利用化學(xué)修飾改性方法，對(duì)現(xiàn)有氣體敏感膜材料進(jìn)行摻雜、改性和表面修飾等處理，并對(duì)成膜工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，提高氣體傳感器的穩(wěn)定性和選擇性；二是研制開發(fā)新的氣體敏感膜材料，如復(fù)合型和混合型半導(dǎo)體氣敏材料、高分子氣敏材料，使得這些新材料對(duì)不同氣體具有高靈敏度、高選擇性、高穩(wěn)定性。由于有機(jī)高分子敏感材料具有材料豐富、成本低、制膜工藝簡(jiǎn)單、易于與其它技術(shù)兼容、在常溫下工作等優(yōu)點(diǎn)，已成為研究的熱點(diǎn)。
在世界范圍內(nèi)，實(shí)用化的電化學(xué)氣體傳感器目前仍以液態(tài)電解質(zhì)做導(dǎo)電解質(zhì)為主流，半固態(tài)、固態(tài)電化學(xué)元件生產(chǎn)技術(shù)還不夠成熟。最主要的電化學(xué)氣體傳感器生產(chǎn)企業(yè)有英國(guó)城市技術(shù)公司和阿爾法公司、國(guó)內(nèi)的河南漢威電子股份有限公司。目前電化學(xué)氣體傳感器材料技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)主要在電解液從液態(tài)向半固態(tài)、固態(tài)方向發(fā)展。
● 設(shè)計(jì)技術(shù)
智能氣體傳感器的設(shè)計(jì)目標(biāo)包括：能同時(shí)完成對(duì)多種氣體的自動(dòng)監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)結(jié)果與外部的實(shí)時(shí)通訊；監(jiān)測(cè)結(jié)果自動(dòng)用于決策處理過(guò)程；針對(duì)多變的應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)多樣化的智能氣體傳感器，滿足特殊應(yīng)用的需求等。
納米、薄膜技術(shù)等新材料研制技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器集成化和智能化提供了很好的前提條件。智能氣體傳感器的設(shè)計(jì)技術(shù)將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。
● 工藝、制備技術(shù)
在氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)紅外光學(xué)式、電化學(xué)式、催化燃燒式、半導(dǎo)體式等多種類型的氣體傳感器等，氣體傳感器的制造工藝很多。但針對(duì)氣體傳感器的特性、材料，采用微電子機(jī)械技術(shù)（MEMS）將是智能氣體傳感器發(fā)展的趨勢(shì)。微電子機(jī)械技術(shù)是通過(guò)系統(tǒng)的微型化、集成化來(lái)探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。
微電子機(jī)械技術(shù)是以微電子技術(shù)和微加工技術(shù)為基礎(chǔ)的一種新技術(shù)，分為體微機(jī)械技術(shù)、表面微機(jī)械技術(shù)和 X射線深層光刻電鑄成型（ LIGA）技術(shù)。體微機(jī)械技術(shù)加工對(duì)象以硅單晶為主，加工厚度幾十至數(shù)百微米，關(guān)鍵技術(shù)是腐蝕技術(shù)和鍵合技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，但可靠性差；表面微機(jī)械技術(shù)利用半導(dǎo)體工藝，如氧化、擴(kuò)散、光刻、薄膜沉積、犧牲層和剝離等專門技術(shù)進(jìn)行加工，厚度為幾微米，優(yōu)點(diǎn)是與IC工藝兼容性好，但縱向尺寸小，無(wú)法滿足高深寬比的要求，受高溫的影響較大； LIGA技術(shù)采用傳統(tǒng)的X射線曝光，厚光刻膠作掩膜，電鑄成型工藝，加工厚度達(dá)到數(shù)微米至數(shù)十微米，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)精度很高的大批量生產(chǎn)。
將微電子機(jī)械技術(shù)用于未來(lái)智能氣體傳感器的制備工藝，主要涵蓋兩個(gè)層面的含義：（ 1）已有氣體傳感器移植到微電子機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域；（ 2）基于微電子機(jī)械技術(shù)，開發(fā)具有新原理、新功能的智能氣體傳感元件和系統(tǒng)。
