Transcript 微型气体传感器和监测系统

微型气体传感器和监测系统
单位：交大聊城科技园产学研中心
联系人：徐伟中
电话：0635-8908909 15315767298
EMAIL：[email protected]
汇报内容
 研究工作简介
 基于固体电解质的微型电化学气体传感器
 基于微加热板的集成式半导体气体传感器
 基于红外吸收原理的气体检测系统
研究工作简介
 西安交通大学精密工程研究长期从事MEMS技术研究与应用，在微传感器的研
究方面处于国内领先地位。王海容课题则主要进行微型气体传感器的研究、开
发与技术咨询工作，在全薄膜固体电解质气体传感器、微型半导体气体传感器
及微型红外监测系统研究方面取得一系列成果。已研制成功微型低功耗CO2，
O2，CH4，CO等气体传感器与监测系统。
 课题组依托机械制造系统工程国家重点实验室的微纳制造平台，该平台具有先
进微纳制造设备和理念，研究开发适合国情的先进微纳制造理论和技术，已形
成一个微纳制造系统的研究和开发基地。
实验平台
丝网印刷机
磁控溅射机
电阻蒸发镀膜机
电子束光刻机
四通道精密配气系统
全薄膜固体电解质气体传感器研制
•应用：环境保护、农业生产、
食品储藏、工业废气、
舱室环境监测等
•特色：
（1）微型化、低功耗，集
成温控装置，可实现实
时便携监测；
（2）高精度、高选择性，
快速响应，稳定可靠寿
命长。
传感器断面结构
传感器平面结构
传感器芯片
有限元分析结果
传感器响应特性
全薄膜固体电解质气体传感器研制
优点：
常温气体传感器结构示意图

传感器在常温下工作，不需要外部热源提供高温工作环境，
可简化传感器结构。

反应电极和参比电极的结构尺寸及电极间距可通过微细制
备工艺准确控制。

控制电极结构尺寸，研究电极结构宽度（w）、电极间距
（B）对传感器响应特性的影响，建立结构尺寸参数与传
感器响应时间、恢复时间的对应数学模型。
SiO2 isolation
layer
LaF3 solid
electrolyte
Pt sensing
electrode
平面气体传感器
Sn reference
electrode
常温气体传感器芯片
传感器响应特性
基于微加热板的集成半导体气体传感器
•应用：半导体式气体传感器热源；
固体电解质式气体传感器热
源
•特点：
（1）自带测温电阻，根据工
作需要可以方便的控制
温度；
（2）采取加热丝嵌入式结构,
性能稳定，寿命长；
（3）微型化尺寸，功耗低，
响应快。
传感器结构
单元结构图案的硅片
微加热板结构单元的SEM图
微加热板温度场分布
基于红外吸收原理的瓦斯检测系统
 应用：精确监测CH4和CO气体浓度和报警；可以推广
至其他有毒有害气体的检测。
 特点：（1）MEMS工艺制备闪耀光栅，降低了监测系
统成本；
（2）监测系统复杂度低，监测精度高；
（3）互换性好，更换元件即可对其他气体进行
监测。
纳米压印技术制备的闪耀光栅
微分光红外瓦斯检测系统光路
红外瓦斯检测系统
谢 谢！