半导体气体传感器及其阵列的检测技术研究

中国科学技术大学硕士学位论文半导体气体传感器及其阵列的检测技术研究姓名：郭振华申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：刘锦淮20070501半导体气体传感器及其阵列的检测技术研究作者：郭振华学位授予单位：中国科学技术大学相似文献(10条)1.会议论文任恕.周宜开传感器的未来之路1997该文借鉴细胞膜受体，依托纳米科学与技术，探讨了传感器的未来之路，包括：传感器的统一模式，传感器的纵深发展－－分子传感器、分子系统与分子网络等以及研制未来传感器的设计思想、识别材料与制作工艺等。综合和交叉、深化与发展、贯穿于新一代传感器设计与研制的全过程，在应用前景部分，还举例说明了这些新型传感器在监控大脑、调控基因、研制纳米机器与修建分子工厂中的作用。最后，强调指出，传感器的未来之路是一条崎岖之路，但它是历史发展的必由之路，知难而进是唯一出路。2.学位论文何茂先微结构气体传感器设计中的关键技术研究200620世纪80年代后期以来,MEMS（MicroElectroMechanicalSystem）技术得到了迅猛发展。利用该技术制作的微结构气体传感器由于具有体积小、功耗低、灵敏度高、重复性好、易批量生产、成本低等优点，已逐渐在气体传感器行业占有重要的地位；利用MEMS工艺制作的电子鼻是一种由具有部分选择性的微传感器阵列和适当的模式识别系统组成、能够识别简单或复杂气味和浓度的仪器。微结构气体传感器和电子鼻以其在功耗、体积、选择性等方面的突出优势在化工领域、食品工业、航空航天、环境监测等方面具有诱人的应用前景，因此，这一研究领域受到广泛关注和普遍重视，近年来发展迅速。本文以微结构气体传感器和气体传感器阵列为研究对象，结合江苏省自然科学基础研究基金预研项目（BK2004214）“微小型化学机械系统制造的关键技术研究”的子课题“微化学机械系统的建立及其测试技术”，研究了微型气体传感器和电子鼻设计中的关键技术。涉及到的研究工作有以下几方面：1．首先介绍了以MEMS技术为基础的微结构半导体气体传感器以及电子鼻系统的发展历程及研究现状，介绍了半导体气体传感器的和电子鼻结构和工作原理；2．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，设计了封闭膜式微加热板的传感器，利用ANSYS对其进行温度场的有限元模拟。对材料的导热系数对气敏薄膜上的温度分布的影响、微热板的温度与绝缘材料的关系、加热功率与薄区膜片边长的关系以及利用硅岛结构来改善气敏薄膜上的温度分布等方面进行了研究。最后对传感器的结构进行了优化；3．对微机械的典型加工工艺进行了介绍，并对由不同加工工艺制作出来的3种传感器进行了有限元分析，分析了加工工艺对传感器功耗的影响；并为本文所分析的封闭膜式结构的微传感器设计了工艺制作流程；4．对微型传感器阵列的结构和工作原理进行了分析，并给出了微传感器阵列的数学模型；并讨论了集成在同一衬底上的具有独立加热器的2×2的传感器阵列中，各传感器之间的热效应影响；5．采用BP神经网络和RBF神经网络模拟了电子鼻的识别过程。并对单隐层的BP网络中的隐含神经元数对神经网络的性能影响，单隐层的网络和多隐层的网络对神经网络性能的影响，以及RBF网络中的分布密度SPREAD对网络识别精度的影响等作了分析。3.期刊论文李松.MartinJaegle.HaraldBoettner.LISong.MartinJaegle.HaraldBoettner关于低功耗气体传感器阵列的研究-传感技术学报2006,19(1)由电池驱动以微机械技术制造的气体传感器的功耗是十分关键的实际问题.为了研制低功耗气体传感器,在传感器阵列上表面制备完成后,从下表面腐蚀传感器芯片的基底,以造成传感器芯片和封装室之间形成一个空气夹层.从而对有空气夹层的传感器芯片和没有空气夹层的传感器芯片的能耗做比较.实验结果显示,腐蚀过的传感器芯片具有较低的功耗.4.期刊论文李松.MartinJaegle.HaraldBoettner.LISong.MartinJaegle.HaraldBoettner金属氧化物气体传感器阵列的制备-传感技术学报2005,18(1)利用薄膜技术制作的半导体金属氧化物气体传感器阵列是由一个基底上的四个传感器单元组成的.基本结构是在4英寸的硅片上制作完成的.首先,沉积金属铂电极,加热棒和温度传感器.其次,沉积半导体金属氧化物SnO2.然后进行传感器阵列电极的焊接,封装.最后进行测量,测量结果显示了传感器阵列对不同气体甲烷(CH4),一氧化碳(CO),氢气(H2),二氧化氮(NO2)和氨气(NH3)的响应.5.期刊论文杨建华.侯宏.王磊.刘福基于集成气体传感器阵列的电子鼻系统-传感器技术2003,22(8)介绍一种基于集成气体传感器阵列的电子鼻系统硬件实现方法.描述了系统的一般组成,重点介绍了所采用的集成气体传感器及其信号拾取方法.该系统可实现对检测气体的自动数据采集、微机传送,具有高的灵敏性和可靠性.另外,对采用的集成气体传感器系列,该电子鼻系统具有一定的通用性.利用该系统对五种葡萄酒进行了检测,结果表明:该电子鼻系统可有效地用于葡萄酒的定性识别,识别准确率达到100%.6.学位论文杜海英甲醛气体敏感元件测试系统的研究2006随着人类的文明和社会的进步，人们对于自身健康的认识逐步深入，尤其甲醛等化工原料对健康所带来的危害已经引起世界各国人们的广泛关注，甲醛、甲苯等挥发性有机气体的低浓度检测一直是课题研究的瓶颈，本文根据半导体气敏元件的工作原理，设计并组建了一套用于甲醛气敏元件性能的自动测试系统。该测试系统由计算机、自动配气装置、传感器阵列、信号测量电路、PCI-8322接口卡、PCI-8319接口卡等几部分组成。本论文对甲醛气敏材料的制备、气敏元件的设计与制作等都做了多次的比较与测试，尤其对于对测试系统的硬件部分与软件部分的设计与开发等做了几次改进，进行了大量的实验工作，最终确定了实验方案。该系统通过台湾固纬电子生产的GPS-3303C型直流电源的四路输出对半导体气体传感器进行加热，计算机利用D/A卡控制质量流量器实现低浓度下被测气体的精确配气，并通过数据采集卡实时采集气体传感器的动态响应信号；在测试系统的工作界面中，可实时输出对应数据采集卡不同采集通道的4条不同颜色的数据曲线，并把数据采集卡采集到的电压信号数据存入文本文件中，供使用者以后作进一步信号处理。此外，为了满足使用者处理数据上的方便，也可以把文本文件转换成EXCEL文件，充分发挥EXCEL的强大数据处理和绘图能力。在系统的软件设计中，采用微软公司的VB6.0的多媒体定时器来控制数据采集时间间隔以及气体通入测试箱中的持续时间，动态测试半导体气体传感器在不同情况下的响应信号。该自动测试系统功能齐全，用户操作界面友善，操作简单，数据观察和分析方便，为半导体气体传感器特性的研究将提供可靠的数据。本文将气体传感器阵列和模式识别技术结合，运用BP神经网络实现了气体的定性与定量的分析。并对自动测试系统可能产生误差的多种因素进行了分析和估算。7.期刊论文惠国华.陈裕泉.HUIGuohua.CHENYuquan基于碳纳米管微传感器阵列和随机共振的气体检测方法研究-传感技术学报2010,23(2)提出了一种基于多壁碳纳米管微传感器阵列和非线性随机共振算法的新型气体检测方法.微传感器阵列包括碳纳米管阳极传感器和碳纳米管阴极传感器以减小检测系统的交叉灵敏度.实验检测了乙醇、丙酮和氨气三种气体,传感器阵列响应输入随机共振系统进行处理,结果表明,信噪比曲线参数能够标定气体浓度和种类,且随机共振处理方法可以有效的降低系统的交叉灵敏度,检测系统具有较好的灵敏度和重复性,具有较好的实用价值.8.期刊论文龚树萍.刘欢.周东祥.GONGShu-Ping.LIUHuan.ZHOUDong-Xiang纳米氧化锡气敏材料及其传感器阵列的研究进展-无机材料学报2006,21(3)对纳米氧化锡气敏材料的理论及应用研究进行了综合性阐述,重点介绍了运用纳米技术和薄膜技术制备氧化锡气体传感器的研究进展,并讨论了氧化锡气体传感阵列在电子鼻智能嗅觉系统中的应用现状和前景.9.学位论文马亚彬气体传感器阵列检测系统的研究与设计2009电子鼻是近年来迅速发展起来的一个研究领域，最初的灵感源于生物学。它是一门涉及化学、材料、传感器、模式识别、电子技术、计算机和应用数学等的交叉学科。它包括一个化学传感器阵列、一个信号处理系统和一个模式识别系统。电子鼻系统克服了传统的单一气体传感器在检测中存在的交叉敏感等缺点，能够对混合气体中各种气体成分进行定性或定量分析，在食品、医疗、环境监测、能源、化工、交通、战争毒气检测和机器控制等行业和领域有着广泛的应用价值。本文对电子鼻系统的原理、构成、实现和应用进行了介绍和研究，在实验室先前工作的基础上，设计并开发了针对挥发性的易制毒化学品检测的电子鼻系统。实现了对易制毒化学品的实时检测和数据采集，整个检测过程能进行实时控制调节，并结合多种模式识别方法对检测结果进行数据分析和鉴别。最终建立了一个可以实现易制毒化学品快速检测的电子鼻检测装置和分析平台。本文简要叙述了电子鼻的提出、进展以及广泛的应用范围，着重对气体传感器、传感器阵列以及电子鼻的结构组成进行了设计介绍，包括系统硬件和软件的组成。在此基础上又分别介绍了静态加热和动态加热两种不同测试方法的实验过程和实验结果，比较了各自的优缺点。在此基础上本文的最后提出了传感器阵列结构的改进方法，设计出了一种可任意组合的阵列结构，实现了传感器实时检测，并采用与前面不同的软件LabVIEW来对数据采集的结果进行了分析。10.期刊论文马戎.周王民.陈明基于传感器阵列与神经网络的气体检测系统-传感技术学报2004,17(3)在分析研究电子鼻理论和系统组成的基础上,设计构建了一套传感器阵列与人工神经网络相结合的混合气体检测系统.并采用该系统对三种气体传感器(一氧化碳CO、二氧化硫SO2和二氧化氮NO2)进行了实验,对实验数据用神经网络(BP和RBF)进行了分析、识别和气体体积分数的计算.结果显示该检测系统识别准确,不仅能够解决气体传感器交叉敏感问题,提高器件的选择性,而且具有智能化和多功能化等优点.本文链接：授权使用：合肥工业大学(hfgydx)，授权号：740b2e52-0116-4a6b-8b00-9dea00cfc5a0下载时间：2010年9月7日