聚苯胺滲透納米孔Al2O3修飾硅基傳感器及氣敏特性研究.pdf

1、人們逐漸認識到室內(nèi)空氣污染有時比室外更會危害人體健康，如何采取安全預警措施避免事故發(fā)生已成為當今國家和社會十分關注的安全問題。目前，室內(nèi)污染氣體的檢測方法有很多，其中，傳感器法具有使用簡單，除維修校正外，無需操作可直接讀數(shù)，無需專業(yè)人員操作，適用于在線檢測等優(yōu)點。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的傳感器因缺乏集成和嵌入功能，已無法滿足系統(tǒng)匹配的需求，而MEMS傳感器的高度集成化和兼容性為解決這一問題帶來希望。
　　MEMS傳感器以

2、硅基芯片為研究熱點，目前的硅基MEMS傳感器以壓力、加速度、位移等物理量傳感器為主。而對于化學量傳感器而言，硅基上需要沉積敏感材料，由于硅基的表面光滑，使之與敏感材料的親和性較差，造成敏感材料的附著結合性能較低，影響傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，成功的案例還很少。因此，開展適用于毒氣檢測的化學量傳感器的硅基芯片材料及微加工技術研究是很有必要的。
　　本文針對硅基表面光滑,不易與氣敏材料親和，提出在硅基底上引入中間層納米孔氧化鋁膜形成新型

3、硅基微結構傳感器，通過ANSYS有限元仿真方法驗證結構的合理性;開展基于鋁膜的陽極氧化工藝，將納米孔氧化鋁膜移植到硅基表面:以聚苯胺與金屬氧化物為源物質，采用原位化學聚合方法合成聚苯胺/無機物復合材料，通過理化分析手段進行表征;通過微加工工藝、薄膜工藝、電化學陽極氧化工藝、溶膠凝膠工藝、焊接工藝等制成MEMS氣體傳感器，分別以苯蒸汽、氨氣和甲醛作為檢測對象，進行了性能測試和分析，同時對其敏感機理進行探討。研究的主要內(nèi)容如下:
　　

4、1.設計新型硅基微結構芯片。在硅基微結構中引入一層納米孔氧化鋁膜中間層，利用其表面的多孔蜂窩狀結構，增加基底與敏感材料之間的附著性。根據(jù)微加熱器、信號電極和納米孔氧化鋁層的位置不同，設計四個方案。根據(jù)設計要求設計微熱板的具體結構和尺寸，利用ANSYS有限元方法仿真計算各個方案中微結構的溫度分布，根據(jù)仿真結果和結構的復雜程度選出最佳方案。
　　2.進行聚苯胺/無機物復合敏感材料的合成及特性研究。聚合物/無機復合材料可在低溫下使用，既

5、可以發(fā)揮高分子聚合物氣敏材料具有針對檢測對象進行適當?shù)母男?、修飾、設計合成的特點，又可以綜合無機材料的氣敏響應特性，在一定程度上改善傳感器的選擇性、靈敏度、穩(wěn)定性等各項指標。研究聚苯胺/無機物復合敏感材料合成及改性過程，通過掃描電鏡、紫外可見光光譜、差熱失重等理化分析手段對敏感材料進行表征分析，確定其工藝正確性及最終產(chǎn)物的基本特性。
　　3.研究基于鋁膜的陽極氧化工藝以及介孔內(nèi)生長有機半導體的方法。在硅基底上通過磁控濺射和真空蒸發(fā)

6、法制備鋁膜，并通過電化學陽極氧化的方法制備成納米孔氧化鋁膜;研究鋁膜成膜技術，電化學拋光、電解液種類和濃度、鋁膜形成的方法等對納米孔氧化鋁膜的影響，以及納米孔氧化鋁膜的形成機理;通過溶膠凝膠法在納米孔氧化鋁膜表面形成敏感材料薄膜，并探討形成機理。
　　4.硅基微結構傳感器的制備及測試。采用Fe/Cr/Al-Ni/Cr合金取代Pt電阻作為新的加熱器材料，研究其制備工藝及加熱特性。以半導體微加工工藝、薄膜工藝和電化學陽極氧化工藝為依托