关键词:
甲烷
微加热板
有限元分析
磁控溅射
氧化锌
摘要:
随着微机电系统(MEMS)的发展,运用该技术的半导体传感器也跟着迅速发展,逐渐走向微型化、集成化和智能化.基于MEMS的微加热板(MHP)的金属氧化物甲烷传感器具有功耗小、响应快等优点,广泛应用于甲烷检测.其中,氧化锌(ZnO)甲烷敏感材料因其灵敏度高、中毒效应小、工作温度低等优点,广受关注.但是,该敏感材料制备的传感器响应性能依然受加热温度及热量分布的强烈影响.使用有限元分析(FEA)软件COMSOL中的Multiphysics模块对物理场中的温度进行仿真分析与比较,揭示了在相同工作条件下加热电极结构对温度分布的影响,优选的微加热板达到300℃时需要75 mW左右的功率.在商用微加热板的叉指电极上采用无遮挡全表面溅射氧化锌敏感材料构建ZnO薄膜甲烷传感器,并使用合肥微纳公司HIS9010测试了气体传感器的响应.采用静态测量的方法向1 L的气体腔内注射甲烷气体,经过测试,与现在不同形貌的ZnO相比,本课题组使用的磁控溅射制备的氧化锌薄膜气体传感器,在(1000~10000)×10^(-6)甲烷浓度区间内响应线性度比较好,对浓度为10000×10^(-6)的甲烷响应值达到了30.与国内外商用甲烷传感器的甲烷响应性能进行了对比,结果表明本课题组制作传感器响应更高,更具有应用优势.