探析MEMS气体传感器的分类和优势

目前，气体传感器的应用日趋广泛，在物联网等泛在应用的推动下，其威廉希尔官方网站 发展方向开始向小型化、集成化、模块化、智能化方向发展。

具有代表性的基于金属氧化物半导体敏感材料(MOS)气体传感器已广泛应用于安全、环境、楼宇控制等领域的气体检测，该类传感器的能耗是制约其大规模布设的核心节点，MEMS威廉希尔官方网站 为解决MOS气体传感器的该类问题提供了强有力的有效途迳和方案。MEMS威廉希尔官方网站 的应用也为该类传感器的集成化提供坚实的基础。毫无疑问，基于MEMS的设计方案将成为未来气体传感器的主要发展方向之一。

目前，市场上以单晶硅材料为衬底，非硅材料为敏感层的MEMS气体传感器最为常见，现就市场常见MEMS气体传感器类型加以介绍：

MEMS电导型气敏传感器

这种气敏传感器的敏感材料是金属氧化物半导体或导电聚合物。当这些材料暴露于被测气体中，气体会与它们发生作用，引起电导率或电阻率的变化，产生包含气体成分和浓度的电信号，经过信号处理电路处理后，即可识别气体的成分和浓度。

使用最多的金属氧化物半导体是二氧化锡，其次是二氧化钛、氧化锌等。为提高气敏传感器灵敏度和选择性，往往会向金属氧化物中加入催化剂，如铂、钯等贵金属或合适的金属氧化物。

MEMS金属氧化物半导体气敏传感器采用微电子威廉希尔官方网站 的成膜工艺在硅衬底上淀积金属氧化物敏感层，利用敏感层下的电阻做加热器，利用二极管做测温元件，必要的信号电路和读出电路也可以集成在同一硅芯片上。

MEMS微气体传感器的制作工艺如图所示，其特点在于将加热电极、绝缘层和测试电极一层一层依次堆积叠加在一起。

MEMS固体电解质气敏传感器

固体电解质气敏传感器有电流型和电压型两种，电流型的灵敏度高，测量范围大，温漂小。但它的输出电流和敏感性能与电极尺寸关系密切。传统的烧结体型器件难于控制电极尺寸，因而输出的电流和敏感性能也难于控制。由于MEMS威廉希尔官方网站 制作的器件电机尺寸精度高，因而MEMS固体电解质电流型气敏传感器性能优异。

目前基于“三明治”结构的传感器，可以实现MEMS工艺的兼容与加工，解决了传统固体电解质式气体传感器工艺兼容性差、器件结构复杂等问题。

MEMS气体传感器的优势在于：

(1)微型化： MEMS器件体积小，一般单个 MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位，重量轻、耗能低。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。 MEMS更高的表面体积比(表面积比体积)可以提高表面传感器的敏感程度。

(2)硅基加工工艺，可兼容传统 IC生产工艺：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨，同时可以很大程度上兼容硅基加工工艺。

(3)批量生产：以单个 5mm×5mm尺寸的 MEMS传感器为例，用硅微加工工艺在一片 8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约 1000个 MEMS芯片，批量生产可大大降低单个 MEMS的生产成本。

(4)集成化：一般来说，单颗 MEMS往往在封装机械传感器的同时，还会集成ASIC芯片，控制 MEMS芯片以及转换interwetten与威廉的赔率体系 量为数字量输出。同时不同的封装工艺可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。

(5)多学科交叉： MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学威廉希尔官方网站 发展的许多尖端成果。