MEMS-MOS气体传感器介绍

MEMS-MOS气体传感器的简介

一、基本原理

MEMS-MOS气体传感器主要利用金属氧化物半导体材料对特定气体的敏感特性来检测气体。这些传感器通常以单晶硅材料为基底，金属氧化物组分为气体敏感材料。当气敏材料暴露于被测气体中时，气体会与材料发生反应，引起电导率或电阻率的变化，从而产生包含气体成分和浓度的电信号。经过信号处理电路处理后，即可识别气体的成分和浓度。

二、技术特点

1、微型化：MEMS器件体积小，一般单个MEMS传感器的尺寸以毫米甚至微米为计量单位，重量轻、耗能低。同时微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点。MEMS更高的表面体积比可以提高表面传感器的敏感程度。

2、低功耗：由于MEMS加工工艺的优势，传感器加热区域可以控制在100~300微米直径范围内，通过悬臂梁设计可以大大降低传感器功耗，一般MEMS气体传感器功耗是传统半导体MOS传感器的6%~10%，非常适合物联网对功耗的要求。

3、集成化：采用硅基加工工艺，可集成ASIC芯片，控制MEMS芯片以及转换模拟量为数字量输出。生产成本相对传统MOS传感器成本低。同时不同的封装工艺可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的微系统。

4、低成本：以单个1mm×1mm尺寸的MEMS传感器芯片为例，用MEMS工艺在一片6英寸的硅片上可同时切割出大约13000个MEMS芯片，批量生产可大大降低单个MEMS的生产成本。

5、智能化：一般来说，可以把多个MEMS气体传感器或执行器集成于一体，形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集成在一起，形成复杂的传感器阵列芯片，如同人的嗅觉细胞，通过算法实现人工嗅觉功能。

三、应用场景

1、工业领域：用于检测工业生产过程中的有害气体泄漏，如氢气、一氧化碳等，保障生产安全。还可用于监测工业废气排放，确保符合环保标准。

2、环境监测：在城市环境中监测空气中的污染物浓度，如二氧化硫、氮氧化物等，为环境治理提供数据支持。

3、医疗健康：应用于医疗设备中，如呼吸机、麻醉机等，用于监测患者呼吸气体中的氧气、二氧化碳等成分浓度，辅助医疗诊断。还可用于早期疾病筛查，如通过检测人体呼出气体中的特定成分来辅助诊断某些疾病。

4、智能家居与家电：集成到智能家居系统中，实时监测室内空气质量，自动控制通风设备、空气净化器等，为人们创造舒适的居住环境。例如，当检测到室内二氧化碳浓度过高时，自动开启换气功能。

5、汽车领域：用于车内空气质量监测，检测车内的一氧化碳、挥发性有机化合物等有害气体，保障驾乘人员的健康。还可用于电动汽车电池热失控前的氢气、一氧化碳预警，提高车辆的安全性。