MEMS氣體傳感器的常見類型與優勢

隨著物聯網技術的快速發展與推動，氣體傳感器的應用范圍日益廣泛，發展方向逐漸向小型化、集成化、模塊化、智能化的方向發展。其中，具有代表性的基于金屬氧化物半導體敏感材料的氣體傳感器已廣泛應用于安全防控、環境監測、樓宇控制等領域的氣體檢測。

MEMS技術的進步，為氣體傳感器的集成化提供了堅實的基礎，毋庸置疑，基于MEMS的設計方案將成為未來氣體傳感器的主要發展方向之一。

目前，市場上以單晶硅材料為襯底，非硅材料為敏感層的MEMS氣體傳感器最為常見，今天就給大家介紹一下市場上常見的MEMS氣體傳感器類型。

MEMS電導型氣敏傳感器

MEMS電導型氣敏傳感器的敏感材料是金屬氧化物半導體或導電聚合物，使用最多的金屬氧化物半導體是二氧化錫，其次是二氧化鈦、氧化鋅等。為提高氣敏傳感器靈敏度和選擇性，往往會向金屬氧化物中加入催化劑，如鉑、鈀等貴金屬或合適的金屬氧化物。

當敏感材料暴露于被測氣體中，氣體會與它們發生反應，引起電導率或電阻率的變化，產生的電信號經過信號處理后，輸出為可識別氣體成分或氣體濃度的信號。

MEMS金屬氧化物半導體氣敏傳感器采用微電子技術的成膜工藝在硅襯底上淀積金屬氧化物敏感層，利用敏感層下的電阻做加熱器，利用二極管做測溫元件，必要的信號電路和讀出電路也可以集成在同一硅芯片上。

MEMS微氣體傳感器的特點在于將加熱電極、絕緣層和測試電極一層一層依次堆積疊加在一起。

MEMS固體電解質氣敏傳感器

固體電解質氣敏傳感器有電流型和電壓型兩種，電流型的靈敏度高，測量范圍大，溫漂小。但它的輸出電流和敏感性能與電極尺寸關系密切。傳統的燒結體型器件難于控制電極尺寸，因而輸出的電流和敏感性能也難于控制。由于MEMS技術制作的器件電機尺寸精度高，因而MEMS固體電解質電流型氣敏傳感器性能優異。

目前基于三明治結構的傳感器，可以實現MEMS工藝的兼容與加工，解決了傳統固體電解質式氣體傳感器工藝兼容性差、器件結構復雜等問題。

MEMS氣體傳感器的優勢

(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械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應時間短等優點。MEMS更高的表面體積比(表面積比體積)可以提高表面傳感器的敏感程度。

(2)硅基加工工藝，可兼容傳統 IC生產工藝：硅的強度、硬度和楊氏模量與鐵相當，密度類似鋁，熱傳導率接近鉬和鎢，同時可以很大程度上兼容硅基加工工藝。

(3)批量生產：以單個 5mm×5mm尺寸的 MEMS傳感器為例，用硅微加工工藝在一片 8英寸的硅片晶元上可同時切割出大約 1000個 MEMS芯片，批量生產可大大降低單個 MEMS的生產成本。

(4)集成化：一般來說，單顆 MEMS往往在封裝機械傳感器的同時，還會集成ASIC芯片，控制 MEMS芯片以及轉換模擬量為數字量輸出。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行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復雜的微系統。

(5)多學科交叉：MEMS涉及電子、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學和生物等多種學科，并集約了當今科學技術發展的許多尖端成果。

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