目前,我国已经发展成为化工能源生产和消耗大国,然而化工厂毒气泄漏爆炸事件频发对人们的生产生活安全带来了极大的威胁。除此之外,家庭装修中所用装潢材料释放出的大量苯和甲醛等气体也对人体健康造成了严重危害,其中甲醛更是在我国有毒化学品优先控制名单上居于榜首。由于目前的危化品气体检测方法存在体积大、功耗大、成本高、操作复杂、选择性差、稳定性差等缺点,无法满足现代检测的需求。因此,需研制出一种便于携带、灵敏度高、响应速度快且可以检测多种气体的新型集成式传感器。本课题主要针对传统检测技术的不足以及当前国内市场的智能化及网络化需求,通过对半导体金属氧化物敏感材料的气敏机理以及传感器性能进行分析探讨,结合硅基MEMS微结构传感器的制备工艺以及阵列集成方式,设计出一种基于纳米二氧化锡气敏材料的四阵列硅基集成气体传感器。且每个传感器单元各不相同,使其实现了针对多种有毒有害气体的高精度、高速率、低功耗的实时监测。主要研究内容如下:1. 设计了硅基微结构传感器。根据本课题要求设计出MEMS传感器结构以及每部分材料;通过ANSYS有限元分析软件对传感器进行了温度分布的仿真计算和热应力分析;根据结果对微结构进行了优化,并验证了设计结构及工艺的合理性与可行性。2. 通过溶胶凝胶法制备了二氧化锡（SnO₂）敏感材料,并掺杂一定比例的氯铂酸和三氧化二锑（Sb₂O₃）提高气敏性能;通过差热失重分析确保了氧化物完全煅烧;通过扫描电镜分析验证了气敏材料颗粒为纳米级,保证了比表面积从而提高传感特性;采用氧化铝（Al₂O₃）催化层修饰的二氧化锡双层膜改善了选择性。3. 制备了硅基MEMS传感器阵列。通过磁控溅射、氧化和光刻工艺等制备了硅基底微热板气体传感器;表面分别涂覆不同敏感膜后,将四个MEMS传感器芯片集成到同一电路板上,并完成了焊接引线以及传感器封装等后续工艺。4. 对集成传感器阵列进行了性能测试。通过气体检测装置测试分析了传感器阵列的浓度特性、灵敏度特性、响应-恢复特性以及选择性等;对采集到的四路数据进行比对分析;通过改变气敏材料掺杂和涂覆表面修饰层方式来使传感器阵列中四个单元分别实现了对乙醇、甲醛、氨气和苯四种典型有毒有害气体的定量检测;完成了对传感器的性能评价,验证了系统的可行性。5. 探讨了传感器微结构的热理论,纳米二氧化锡的气敏机理、掺杂机理以及表面修饰层的催化机理。制作的传感器阵列可实现:传感器A1单元对乙醇蒸汽进行检测,测量范围为0.25-250ppm,响应时间为20s,恢复时间为38s;传感器A2单元对甲醛蒸汽进行检测,测量范围为0.5-200ppm,响应时间为6s,恢复时间为18s;传感器B1单元对氨气进行检测,测量范围为1-850ppm,响应时间为20s,恢复时间为35s;传感器B2单元对苯蒸汽进行检测,测量范围为0.5-160ppm,响应时间为35s,恢复时间为48s。传感器阵列各单元的一致性和重复性均一般。