新型微气体传感器的ANSYS分析与优化.pdf

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1、2016笠仪表技术与传感器2016第2期InstrumentTechniqueandSensorNo.2新型微气体传感器的ANSYS分析与优化刘丽丽,李守春,王连元,何越,刘丽,王雪松,苏畅(超硬材料国家重点实验室,吉林大学物理学院。吉林长春130012)摘要:设计了一种新型微气体传感器的结构,并利用有限元分析软件ANSYS对该传感器的基底和电极进行了分析与优化。结果得出:传感器的基底设计为硅杯状基座结构,且在SiO绝缘层与硅基座之间另加了si导热层和SiO保护层,加热电极宽度和间距分别为50m和60m,此时微传感器的中心工作区域可获得高且均匀的温度分布,同时中心区域的磁感应强度值极小,有利

2、于传感器整体性能的提高。关键词:微气体传感器;ANSYS;结构优化;温度分布;磁场分布中图分类号:TP212.2文献标识码:A文章编号:1002-1841(2016)02-0015-03AnalysisandOptimizationofANSYSAppliedonNovelMicroGasSensorLIULi·li,LIShou-chun,WANGLian—yuan,HEYue,LIULi,WANGXue-song,SUChang(StateKeyLaboratoryofSuperhardMaterials,CollegeofPhysics,JilinUniversity,Changchu

3、n130012,China)Abstract:Anovelstructurewasdesignedformicrogassensor,andthesubstrateandelectrodestructuresofthemicrogassen—sorwereanalyzedandoptimizedbyusingfiniteelementanalysistoo1.Theresultsshowthatwhenthesubstrateofthesensorisde—signedassiliconcupstructure,siliconlayerofthermalconductivityandprot

4、ectivelayerofSiO2beingsandwichedbetweentheinsu—latinglayerofSiO2andsiliconpedestal,andtheheatingelectrodewidthandspacingare50mand60m,theeen~eareaofthesensorcanobtainhighanduniformtemperaturedistribution,atthesametimetheminimummagneticfluxdensityvalueisfoundinthecenterregionofthesensor,whichishelpfu

5、ltoimprovethewholeperformanceofthesensor.Keywords:microgassensor;ANSYS;structureoptimization;temperaturedistribution;magneticfielddistribution0引言极设计于同一平面,且均选用金属材料铂。2个加热电极位于各类有毒有害或易燃易爆气体会危害人类的健康与安全,传感器的边围处,这是由于加热电极通电流时会产生一定的磁因而作为检测及报警终端元件的气体传感器的市场需求越来场,尤其是加热电极处的磁感应强度值最大,因此把加热电极越大j。近些年来,随着微电子机械系统(MEM

6、S)技术的发位置设计到传感器边围,使远离加热电极的中心区域的磁感应展,推动了气体传感器向微型化、低功耗和集成化发展,微结构强度相对较小,以降低磁场对测量信号的影响。图中加热电极气体传感器在此基础上应运而生并很快成为气体传感器领域上的小箭头指向为电流方向,最后汇聚于同一引脚处。的一种主要结构形式J。基于MEMS技术而制作的微结构信号电极气体传感器,拥有体积小、功耗低、灵敏度高、成本低、加工工艺稳定、易批量生产、机械电气性强等优点,并且有助于提高气体加热传感器的选择性及可靠性,促进其智能化、集成化、多功电极能化一。在工业、医疗、环境等各领域中,对气体传感器的精度、检测下限、稳定性等性能上的要求越

7、来越高,而气体传感器性能的提高可以通过新型气敏材料的应用、对传统材料进行掺杂以及器件结构的优化等途径来实现。本文设计了一种新型微电流汇聚于该gl脚气体传感器结构,由于气体传感器的工作性能要依赖于所选用图1传感器的电极形状图的敏感材料的特性,但无论气敏材料的种类是什么,其气敏特2传感器的基底结构优化性都与温度密切相关,因此本文利用有限元分析软件ANSYS常见气体传感器基底结构一般为3种:第一种为常见的对传感器的

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