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(duì)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(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，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(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：一般來說，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(shí)監(jiān)測室內(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)檢測到室內(nèi)二氧化碳濃度過高時(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,，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(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,。