MEMS-MOS氣體傳感器的簡介

一、基本原理

MEMS-MOS氣體傳感器主要利用金屬氧化物半導(dǎo)體材料對特定氣體的敏感特性來檢測氣體。這些傳感器通常以單晶硅材料為基底，金屬氧化物組分為氣體敏感材料。當(dāng)氣敏材料暴露于被測氣體中時，氣體會與材料發(fā)生反應(yīng)，引起電導(dǎo)率或電阻率的變化，從而產(chǎn)生包含氣體成分和濃度的電信號。經(jīng)過信號處理電路處理后，即可識別氣體的成分和濃度。

二、技術(shù)特點(diǎn)

1、微型化：MEMS器件體積小，一般單個MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計量單位，重量輕、耗能低。同時微型化以后的機(jī)械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時間短等優(yōu)點(diǎn)。MEMS更高的表面體積比可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?/span>

2、低功耗：由于MEMS加工工藝的優(yōu)勢，傳感器加熱區(qū)域可以控制在100~300微米直徑范圍內(nèi)，通過懸臂梁設(shè)計可以大大降低傳感器功耗，一般MEMS氣體傳感器功耗是傳統(tǒng)半導(dǎo)體MOS傳感器的6%~10%，非常適合物聯(lián)網(wǎng)對功耗的要求。

3、集成化：采用硅基加工工藝，可集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。生產(chǎn)成本相對傳統(tǒng)MOS傳感器成本低。同時不同的封裝工藝可以把不同功能、不同敏感方向或致動方向的多個傳感器或執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。

4、低成本：以單個1mm×1mm尺寸的MEMS傳感器芯片為例，用MEMS工藝在一片6英寸的硅片上可同時切割出大約13000個MEMS芯片，批量生產(chǎn)可大大降低單個MEMS的生產(chǎn)成本。

5、智能化：一般來說，可以把多個MEMS氣體傳感器或執(zhí)行器集成于一體，形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的傳感器陣列芯片，如同人的嗅覺細(xì)胞，通過算法實(shí)現(xiàn)人工嗅覺功能。

三、應(yīng)用場景

1、工業(yè)領(lǐng)域：用于檢測工業(yè)生產(chǎn)過程中的有害氣體泄漏，如氫氣、一氧化碳等，保障生產(chǎn)安全。還可用于監(jiān)測工業(yè)廢氣排放，確保符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

2、環(huán)境監(jiān)測：在城市環(huán)境中監(jiān)測空氣中的污染物濃度，如二氧化硫、氮氧化物等，為環(huán)境治理提供數(shù)據(jù)支持。

3、醫(yī)療健康：應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備中，如呼吸機(jī)、麻醉機(jī)等，用于監(jiān)測患者呼吸氣體中的氧氣、二氧化碳等成分濃度，輔助醫(yī)療診斷。還可用于早期疾病篩查，如通過檢測人體呼出氣體中的特定成分來輔助診斷某些疾病。

4、智能家居與家電：集成到智能家居系統(tǒng)中，實(shí)時監(jiān)測室內(nèi)空氣質(zhì)量，自動控制通風(fēng)設(shè)備、空氣凈化器等，為人們創(chuàng)造舒適的居住環(huán)境。例如，當(dāng)檢測到室內(nèi)二氧化碳濃度過高時，自動開啟換氣功能。

5、汽車領(lǐng)域：用于車內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測，檢測車內(nèi)的一氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物等有害氣體，保障駕乘人員的健康。還可用于電動汽車電池?zé)崾Э厍暗臍錃?、一氧化碳預(yù)警，提高車輛的安全性。