硅基MEMS苯传感器制作及其检测技术的研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxiang62
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苯是室内环境中的主要污染物,同时也是一种危险的化学原料,它严重的影响着人们的健康生活和财产安全。而目前的分光光度法、色谱法都无法达到现场快速检测苯的要求,且操作复杂、测试结果因人而异、检测设备体积大、费用昂贵。因此,研制出一种便携式现场苯检测装置是十分必要的。本课题主要针对传统的苯检测的不足以及当前国内市场的需求,通过对聚合物/无机杂化气体敏感材料的气敏机理分析,结合硅基MEMS工艺,设计了一种硅基聚苯胺/二氧化锡MEMS微结构苯传感器,使之能够高精度、快速的实现现场苯的检测。本文主要研究内容如下:1.设计了新型硅基MEMS微结构传感器。依据设计的具体要求设计了微传感器的尺寸和结构,应用ANSYS10.0有限元软件对微结构的温度分布进行了仿真计算,验证了工艺的可行性。2.完成了硅基MEMS苯传感器的制备。通过磁控溅射、光刻和湿法刻蚀工艺完成了传感器微电极的制备;通过化学氧化合成法合成了聚苯胺(PANI)气敏材料,溶胶凝胶法合成了二氧化锡(SnO2)气敏材料;通过水热法合成PANI/SnO2杂化气敏材料。最后通过激光切割、敏感材料涂敷、烧结、焊接引线封装等工艺完成传感器的制作。3.对硅基MEMS苯传感器的性能进行了测试,包括气体浓度性能测试、灵敏度性能测试和选择性性能测试等,并分析了测试结果。4.针对硅基MEMS苯传感器的性能,设计了硬件检测电路,其中包括:芯片及环境测温电路、加热电路和气敏浓度信号调理电路;并完成了相应的固件编程。制备的硅基MEMS苯传感器具有:尺寸小、功耗低、温度分布均匀;响应时间为33s,恢复时间为33s,检测范围为0.1ppm-90ppm,最佳工作温度为20℃-25℃,对苯、氨气有良好的选择性;但一致性及重复性相对一般,还需进一步改进。
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