陶瓷微板热隔离半导体气体传感器阵列设计与实现.pdf

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1、第37卷第7期2016年7月仪器仪表学报ChineseJournalofScientificInstrumentV01．37No．7Jul．2016陶瓷微板热隔离半导体气体传感器阵列设计与实现赵文杰1”，王欣1，王暄2，施云波1，周真1(1．哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室哈尔滨150080；2．哈尔滨理工大学黑龙江省电介质工程国家重点实验室培育基地哈尔滨150080)摘要：具有高浓度、挥发性、强氧化性的液氯、氮氧化物等危化品泄露、爆炸的安全检测一直是一个难点问题，要求检测传感器具有较宽量程和抗腐蚀设

2、计。基于AIN陶瓷的微热板半导体气体传感器阵列设计，采用耐腐蚀的A1N陶瓷为衬底，物理化学性能稳定的Pl膜作为信号和加热器电极，经杂化修饰的In．Nb复合半导体氧化物为敏感材料，结合柔性光刻剥离工艺和激光微加工工艺，制备了陶瓷微板热隔离气体传感器阵列。为验证传感器阵列热结构设计的合理性，进行了有限元热仿真分析，优化了设计结构。经静态气敏测试分析，传感器阵列对浓度体积比500×10“的cl：和100×10“的NO：两种气体的气敏响应时间分别为30S和60S左右，灵敏度最高分别为275倍和4倍，且在0—500×10“和0—

3、100×10“检测范围均具有良好的气敏特性，对cl：等高浓度宽量程危化品气体检测具有良好的应用前景。关键词：气体传感器阵列；氯气；二氧化氮；微机电系统中图分类号：TP212TH86文献标识码：A国家标准学科分类代码：460．4020Designandrealizationofceramicmicro—platethermalisolationsemiconductorgassensorarraysZhaoWenjiel”，WangXinl，WangXuan2，ShiYunb01，ZhouZhenl(』．Thehighe

4、reducationalkeylaboratoryforMeasuring&ControlTechnologyandInstrumentationsofHeilongfiangProvince，HarbinUniversityofScienceandTechnology，Harbin150080，China；2．State研LaboratoryBreedingBaseofDielectricsEngineering．HarbinUniveniffofScienceandTechnology，Harbin150080，C

5、hina)Abstract：Itisadifficultproblemtorealizethesecuritydetectionoftheleakageandexposureofdangerousandtoxicchemicalswithhighconcentration，strongvolatilityandoxidizability，suchasliquidchlorineandnitrogenoxides．Toaddressthisproblem，widerangeandcorrosionresistancesh

6、ouldbedesignedfordetectionsensors．BasedonthedesignofAINceramicmicro—hotplatesemiconductorgassensorsarray，corrosion—resistantAINceramicisusedassubstrate，Ptfilmswithstablephysicalandchemicalpropertiesayeusedassignalandheatingelectrodes，anddopedIn—Nbcompositesemico

7、nductoroxideisusedassensingmaterial．Combinedwithflexiblelithographylift—offprocessandlasermicromachiningtechnology，theA1Nceramicmicro·hotplatethermalisolationgassensorarrayisfabricated．Inaddition，thefiniteelementthermalsimulationanalysisisusedforvalidatingthestr

8、ucturaldesignofsensorarray．Experimentalresultsofstaticgassensingshowthattheresponsetimeisabout30sand60sfor500×10～concentrationC12and100×10一oconcentrationN02，respectiv