敏感器件设计敏感元件概述敏感元件和传感器SandiaNationalLaboratoriesiMEMS敏感元件的集成化和智能化敏感元件的种类MEMS微电子机械系统BasictechnologyofMEMSMicromirrorarraysforcompactprojectorsAccelerometersforautomotiveairbagsMicromirrorsforopticalswitchingManyothersMEMS有何应用?–ApplicationAreas敏感器件设计敏感元件的种类敏感元件的种类微传感器微执行部件喷雾给药中的微喷嘴敏感元件基础传感器的一般特性传感器静态特性传感器动态特性阵列集成结构汽车工业敏感器件设计传感器的发展方向传感器的发展方向传感器的发展方向传感器的发展方向传感器的发展方向敏感元件材料基础二、技术开发的总体目标和重点任务三、主要技术开发内容及指标敏感元件的种类四、经济、社会效益和市场前景微执行部件敏感器件设计敏感器件设计力敏传感器和力敏元件薄膜敏感元件压阻片压阻片压阻片压阻片压阻片压电晶体压力式物位传感器电容式物位传感器敏感器件设计主要类型的传感器气体敏感器件应用特点研究现状理想的气敏传感器应有如下几个特点：气体传感器的研究现状Ⅱ质量型器件——利用气体敏感膜吸附了被测气体后敏感膜的质量发生变化类进行气体的检测。特点：可将被测量转换为频率输出，精度高、抗干扰能力强、易于与计算机等处理系统接口。石英晶体气体传感器：硅梁谐振器气体传感器Ⅲ质量电量型器件——既能利用气体敏感膜的质量变化，又能利用气体敏感膜的电学量变化来实现对气体的检测。声表面波气体传感器：在压电晶体表面的声波传输路径上涂覆一层选择性地吸附特定气体成分的敏感膜，当其吸附气体时，引起声表面波传播速度的变化，进而引起振荡频率的变化，从频率的变化可测定气体的浓度。压电晶体谐振传感器：在传感器上淀积聚吡咯导电复合膜，在吸附甲醇、乙醇等气体后电导会发生改变，同时通过测量传感器上压电晶体的谐振频率的变化来检测气体。——在两个传感器上分别进行测量，压电材料很难与常规微电子工艺相兼容。二检测原理及其实现基本原理若设气体敏感膜吸附的气体分子数为k2，则可求出单个气体分子的质量ms为：该气体分子的荷质比r为：研究举例叉指加热测温电极的版图3.模拟与优化2.工作原理电阻检测系统1）叉指电极2）气体敏感膜3）外接测量电路质量检测系统电容检测：is=dq/dt=dCs/dt*Vs激光检测（光学多普勒效应）2.Si3N4的应力实验实验过程⑴选片，测量硅片的原始应力;⑵热氧化形成2000Å的SiO2,测量应力;⑶LPCVDSi3N42000Å，测量应力;⑷对Si3N4进行离子注入，分别采用不同的工艺条件5.Pt黏附性实验——增强表面金属连线的抗腐蚀性⑴选片，三种材料：Si3N4（2000Å）、SiO2（2000Å）、Si为衬底的样片;⑵溅射Pt(1000Å)或Au/Pt，在溅射之前每种样片分出一片进行反溅，目的是将衬底表面粗糙化以增强铂与其的黏附性。⑶进行氢氟酸HF腐蚀实验，时间分别为7分钟（牺牲层释放时间）和更长的10分钟；⑷在显微镜下观察样片表面的情况；实验结果五传感器的测试被测气体：H2O测试内容：频率测试：33%、53%、75%（频率变化、Q值、灵敏度）电阻测试：11%、33%、53%、75%（电阻变化）目的：证明该传感器吸附气体后电学量和质量均应该有明显的变化从而验证可表征气体的特征信息1.频率测试测试结果（直流18V,交流的峰峰值为9.9V）（c）湿度为75％（a）L=350mm矩形梁2.电阻测试需要继续探索或改进的问题：工艺：下电极也可采用先反溅后溅Pt的方法；结构：提高Q值，可以采用另一种电容式谐振梁结构（梁谐振方式为水平方向）以减小谐振梁振动的阻尼；测试：频率检测方式如采用电容电流检测方式将有利于集成化、产品化检测电路的设计；增加测试气体的种类进一步验证理论的正确性