摘 要：傳統(tǒng)的金屬氧化物氣體傳感器通常用于測(cè)量可燃性烴類氣體和其他有毒氣體。但是,他們存在兩種缺陷,即（a）較高的工作溫度（不小于300℃）及（b）較大的功耗（大于1 瓦）。正在研制的硅材料微型金屬氧化物氣體傳感器克服了這些缺陷。微機(jī)械氣體傳感器的大部分功耗包括各種通過硅襯底傳導(dǎo)的熱損失,通過所有接觸面和輻射向空氣中傳送。微機(jī)械金屬氧化物系氣敏元件的熱特性要針對(duì)低功耗進(jìn)行優(yōu)化，通過傳感層和瞬態(tài)響應(yīng)適當(dāng)?shù)目刂茰囟确植?。但是MEMS 金屬氧化物氣體傳感器中的微加熱器還沒有得到優(yōu)化。在本文中,我們已經(jīng)研究出一種方法（軟件）用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化MEMS 氣體傳感器中的微加熱器。使用這一軟件,可以估算達(dá)到某一溫度所需功率以及活躍層的溫度分布。 關(guān)鍵詞：MEMS 金屬氧化物氣體傳感器；微加熱器；熱分析；動(dòng)力優(yōu)化 1 引言 半導(dǎo)體金屬氧化物如氧化錫,氧化鋅,二氧化鈦一直通過傳導(dǎo)率的改變檢測(cè)有毒（ CO ）和可燃性氣體（甲烷）。敏感氣體的傳感層溫度提高到某個(gè)值（通常是從300-450℃）需要大量的能量。在微型機(jī)械結(jié)構(gòu)或MEMS 出現(xiàn)之前，氣體傳感器（主要是陶瓷基）因?yàn)槠溥^多的熱量已經(jīng)具有很高的功耗（正常為500mw - 2w ）。此外響應(yīng)時(shí)間也非?？臁?yīng)用于他們的微加熱器已經(jīng)設(shè)計(jì)并優(yōu)化。但隨著MEMS 與傳感元件和基板間熱隔離技術(shù)的發(fā)展, 這一功率消耗已經(jīng)縮小到只有約30-150 兆瓦。嵌入式加熱器是維持敏感金屬氧化物層在某一溫度（在某特定溫度傳感器的金屬氧化物的敏感程度是最高的）的,從而最終導(dǎo)致高功耗。對(duì)于確定的熱特性,還有一些軟件,如ANSYS 和Coventorware 使用的有限元方法（ FEM ）。但這些軟件非常昂貴,因此也無法廣泛地應(yīng)用。本文提出了一種新的設(shè)計(jì)方法來分析功耗和熱特性。在本文中,我們揭示了基于基礎(chǔ)熱力學(xué)方程的傳熱學(xué)理論。結(jié)果建立在此理論基礎(chǔ)上的一些采樣運(yùn)行的程序顯示它的有效性,并且通過coventorware 獲得的東西已經(jīng)被證實(shí)。通過這種方便和廉價(jià)的方法,任何人都可以使某一敏感溫度的功耗達(dá)到最優(yōu)化（到達(dá)某一溫度要求多大的功耗）。 智能MEMS氣體傳感器中微加熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)全文下載