硅基微结构气敏传感器的微热板设计及Si-NPA的有机蒸汽气敏性研究

发布时间：2023-02-26 09:21

　　微型化热设备,如微加热器、温度传感器、流量传感器、气体和湿度传感器等,通常需要低导热系数的薄底物,以减少热损失,提高灵敏度和效率。由于气体传感器的工作性能要仰赖于采用的敏感材料的属性,而所有气敏材料,它们的气敏特性都与温度有着密切的关系。因此本文利用有限元分析软件ANSYS对加热板的温度分布进行了模拟,进而对其基底结构和电极结构进行了优化,来达到提升气体传感器的敏感性能和降低功耗的目的。本文在气敏薄膜的导电机理和传热学中的有限元理论的基础上,利用多孔硅的低导热性设计一种比SiO₂绝热层功耗更低的以多孔硅作为绝热层的新式微气体传感器微热板结构。通过仿真分析在加热电极上加载的热生成率为10¹⁰ W/m3的载荷,其余相同条件下,多孔硅作绝热层的加热板产生的温度比SiO₂绝热层产生的高11℃,因此当需要达到相同温度时,多孔硅作绝热层功耗更低。本文还对一种区域有序的且大小可控的基于硅纳米孔柱阵列的室温气体传感器进行了性能分析,它被作为室温有机蒸气传感器研究对于乙醇、丙酮的气敏性能。并用I-V曲线表示。I-V曲线表明,这些硅纳米孔柱...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 薄膜电导型传感器
        1.1.2 场效应管
        1.1.3 肖特基势垒
        1.1.4 多孔硅传感器
    1.2 微热板的研究概述
        1.2.1 微热板的分类
    1.3 微结构气体传感器的国内外发展状况
    1.4 论文研究的主要内容
第二章 微热板及有限元软件介绍
    2.1 微热板的工作流程
    2.2 微热板理论模型
    2.3 有限元软件
        2.3.1 ANSYS热分析理论
        2.3.2 ANSYS稳态热分析GUI分析过程
        2.3.3 ANSYS的热应力GUI分析过程
    2.4 本章小结
第三章 微热板的设计与仿真
    3.1 微热板的隔热材料
        3.1.1 硅氧化物
        3.1.2 聚合物
        3.1.3 气凝胶
    3.2 多孔硅作为隔热材料
    3.3 微热板的结构设计
        3.3.1 衬底材料设计
        3.3.2 绝热层的设计
        3.3.3 电极的设计
    3.4 微热板的模拟仿真
        3.4.1 衬底间距的影响
        3.4.2 绝热层的仿真
        3.4.3 电极的仿真
        3.4.4 微热板的热应力分析
    3.5 本章小结
第四章 硅纳米孔柱阵列的制备及其有机蒸汽气敏特性研究
    4.1 Si-NPA的制备技术简要介绍及特征形貌分析
    4.2 有机蒸汽传感器工作原理
    4.3 基于Si-NPA的有机蒸汽气敏传感特性研究
        4.3.1 Si-NPA传感器在乙醇和丙酮气体的电学性能
        4.3.2 Si-NPA传感器的传感器响应与气体浓度关系
    4.4 Si-NPA传感器的传感器响应恢复时间
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 工作展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢



本文编号：3750265