MEMS-MOS氣體傳感器的簡(jiǎn)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(duì)特定氣體的敏感特性來(lái)檢測(cè)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(cè)氣體中時(shí)，氣體會(huì)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(hào)。經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路處理后，即可識(shí)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(gè)MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計(jì)量單位，重量輕、耗能低。同時(shí)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(shí)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(shì)，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(guò)懸臂梁設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)傳統(tǒng)MOS傳感器成本低。同時(shí)不同的封裝工藝可以把不同功能、不同敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)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(gè)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(shí)切割出大約13000個(gè)MEMS芯片，批量生產(chǎn)可大大降低單個(gè)MEMS的生產(chǎn)成本。

5、智能化：一般來(lái)說(shuō)，可以把多個(gè)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(jué)細(xì)胞，通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)人工嗅覺(jué)功能。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

1、工業(yè)領(lǐng)域：用于檢測(cè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(cè)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(cè)：在城市環(huán)境中監(jiān)測(cè)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(cè)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(guò)檢測(cè)人體呼出氣體中的特定成分來(lái)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(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)空氣質(zhì)量，自動(dòng)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(cè)到室內(nèi)二氧化碳濃度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)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(cè)，檢測(cè)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(dòng)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。