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氧化锡气体传感器目前被广泛应用于许多领域。一方面,由于人们对自身健康和周围环境日益重视,因此氧化锡气体传感器被应用于监测环境中的有害气体或有毒气体;另一方面,随着人们安全意识的不断增强,氧化锡气体传感器也被用于检测生产生活中的易燃易爆气体。氧化锡气体传感器的产业化对器件的性能提出了更高的要求。本论文首先根据基本理论知识对氧化锡薄膜气体传感器进行优化设计,随后利用ANSYS有限元分析软件对器件的结构进行建模并对其进行仿真验证,然后采用微电子机械系统(MEMS)技术成功制备了氧化锡薄膜气体传感器,最后利用测试系统对器件的性能参数进行了检测并分析了实验结果。 论文对氧化锡薄膜气体传感器结构进行了优化设计。由于加热电极上电流密度的均匀性会对器件的可靠性产生直接影响,并且加热电极几何形状影响了加热电极上电流密度均匀性,因此考虑通过优化加热电极几何形状来提高器件的可靠性;因为传感器衬底的材料和几何参数对器件的功耗有影响,所以考虑通过合理选择衬底的材料及其几何参数来降低器件的功耗;由于传感器反应区温度分布的均匀性对器件的选择性有直接影响,并且加热电极几何参数影响了反应区温度分布均匀性,因此考虑通过优化加热电极的几何参数来提高器件的选择性。论文中ANSYS有限元分析软件的仿真结果证明了优化设计方案的合理性和可行性。 论文采用MEMS技术制备了气体传感器。其中,加热电极和测量电极被沉积在石英玻璃衬底上的同一层中,并且通过采用直流磁控反应溅射法氧化锡气敏薄膜被沉积在梳齿电极上。在制备器件的过程中,通过改变通入溅射氧化锡设备中的氩氧体积比以及改变退火条件,气敏薄膜的性质以及器件的气敏性能会因此受影响。论文采用X射线光电子能谱(XPS)对制得的氧化锡气敏薄膜进行组分分析,并利用外围测试电路在不同的测试条件下对器件的灵敏度进行测量。实验结果表明:气敏薄膜中的组分以及器件对酒精和水蒸气的灵敏度会受工艺条件的影响,例如,当加热电压为8.000 V、负载电阻为10 kΩ时,通入到溅射设备中的氩氧体积比比值从1.5∶1减小为1.25∶1并保持其他工艺参数为某一特定的值,器件对100 ppm酒精的灵敏度从190.0增大为391.6;另外加热电压和待测气体浓度也会影响传感器对水蒸气与酒精的灵敏度。论文还从氧化锡材料气敏机理的角度对实验结果进行了分析解释。因此,可以通过选择恰当的工艺条件以及测试条件来提高传感器的灵敏度。