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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體材料對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。當氣敏材料暴露于被測氣體中時，氣體會與材料發(fā)生反應，引起電導率或電阻率的變化，從而產(chǎn)生包含氣體成分和濃度的電信號。經(jīng)過信號處理電路處理后，即可識別氣體的成分和濃度。

二、技術(shù)特點

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(yōu)點。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)，通過懸臂梁設計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)半導體MOS傳感器的6%~10%，非常適合物聯(lián)網(wǎng)對功耗的要求。

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)成本相對傳統(tǒng)MOS傳感器成本低。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(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，形成復雜的微系統(tǒng)。

4、低成本：以單個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切割出大約13000個MEMS芯片，批量生產(chǎn)可大大降低單個MEMS的生產(chǎn)成本。

5、智能化：一般來說，可以把多個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，形成復雜的傳感器陣列芯片，如同人的嗅覺細胞，通過算法實現(xiàn)人工嗅覺功能。

三、應用場景

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)保標準。

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：應用于醫(yī)療設備中，如呼吸機、麻醉機等，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，實時監(jiān)測室內(nèi)空氣質(zhì)量，自動控制通風設備、空氣凈化器等，為人們創(chuàng)造舒適的居住環(huán)境。例如，當檢測到室內(nèi)二氧化碳濃度過高時，自動開啟換氣功能。

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)性有機化合物等有害氣體，保障駕乘人員的健康。還可用于電動汽車電池熱失控前的氫氣、一氧化碳預警，提高車輛的安全性。