氯苯作为众多苯系物反应的中间体以及溶剂,在化工、医疗等领域都有广泛的应用。氯苯气体在环境中不易消散且具有高毒性,已经被环境保护机构列为危险废物、优先有毒污染物和致癌物,一旦泄露将会对我们的生命造成很大的伤害。在空气中,允许氯苯气体暴露的安全浓度为75 ppm,当气体浓度超过2400 ppm,短时间内就会危及生命。由于它的毒性,对在低浓度的环境下检测氯苯气体显得尤为重要。传统的氯苯分析方法是气相色谱法,但这种方法检测周期长、费用昂贵,不能满足对环境监测的快速、低成本、便携的现场应用。由于微机械具有体积小、重量轻、性能稳定、响应快且灵敏度高等优点,应用于氯苯气体传感器中可以发挥重要的作用。目前,关于检测氯苯的气体传感器的相关报道仍然很少。这可能是由于氯苯气体的化学特性相对稳定,传统的气体传感器在检测氯苯时响应低和选择性比较差。本论文的主要工作是在微机械加工技术上制造了微加热平台并优化了微型加热器的图案,对不同形貌的微加热器进行测试和性能研究;研究了修饰不同的半导体金属敏感材料对氯苯传感器的应用,并对敏感特性进行了研究。通过对微型加热器图案的优化,气体传感器的30 mW功耗下可以达到220°C高温,实现了一种对气体传感器优化设计。通过COMSOL对加热丝在205°C到240°C其进行仿真验证,发现器件的温度均一性较好,在该温度范围内的有效面积可以达到58%。通过水热法合成ZnFe₂O₄纳米敏感材料,滴涂修饰在基于MEMS的微型加热器上,制备一种超高灵敏的半导体金属氧化物气体传感器。研究表明,ZnFe₂O₄纳米敏感材料对氯苯气体的最适温度为220°C。同时实现了从500 ppb到10 ppm浓度的氯苯气体检测,该传感器的检测限为500 ppb。通过氧离子陷阱势垒模型,解释了ZnFe₂O₄纳米材料对氯苯气体的响应机理。通过水热法合成ZnO纳米材料并修饰在微型加热器上,实现了对基于ZnO纳米材料氯苯气体传感器的制备。研究表明,ZnO材料在氯苯气氛下的最适温度为257°C。通过从微量浓度200 ppb的氯苯到10 ppm级别氯苯气体检测,发现该氯苯气体传感器的LOD在200 ppb级别。通过吸附氧原理,解释了ZnO纳米材料与氯苯气体接触时电阻变化。本课题通过将纳米材料与加热器相结合,实现了一种低功耗、高选择性和高响应的金属氧化物气体传感器。这种传感器相较于传统的陶瓷传感器具有功耗需求低、易于集成和便于携带等优点,将为进一步发展高性能的气体传感器提供思路。