刘丽丽，何 越，刘 震，王连元，刘 丽，苏 畅，薄小庆，张晓波

(超硬材料国家重点实验室，吉林大学物理学院，吉林长春 130012)



微气体传感器微热板的优化设计

刘丽丽，何 越，刘 震，王连元，刘 丽，苏 畅，薄小庆，张晓波

(超硬材料国家重点实验室，吉林大学物理学院，吉林长春 130012)

基于铂的热敏热阻特性和SiO2的绝热绝缘特性，设计了一种以铂作为电极材料，SiO2作为隔热层和绝缘层材料的微气体传感器的硅基微热板结构。利用有限元分析工具对微热板的基底和电极分别进行了设计和优化，并分析了微热板的热场和磁场分布。当基底设计为前SiO2层、中间Si层、后SiO2层3层结构且厚度分别为25 μm、100 μm、175μm，加热电极宽度为150 μm时，微热板能够获得高且均匀的中心温度。该电极结构有助于消除磁场对测量信号的干扰，提高了传感器的整体性能。

微热板；结构设计；温度分布；磁场分布

0 引言

微电子机械系统(MEMS)是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，它是指运用微制造技术在一块普通的硅片基体上制造出集机械零件、传感器执行元件及电子元件于一体的系统，具有尺寸小、质量轻、响应快、可集成控制、成本低等优点[1]。而基于微电子系统 (MEMS) 技术的微结构气体传感器将加热单元、敏感芯片、测量电极等集成于一体，相较于传统传感器具有功耗低、一致性好、集成化程度高等优点，现已逐渐成为气体传感器领域的主要结构形式[2-4]。

自1962年以来，金属氧化物半导体材料已越来越多地用于气体检测[5-7]，但半导体材料需要一定的温度才可以与气体发生反应，而在微结构气体传感器中，微热板是起到加热敏感材料使其达到工作温度的作用，因此微热板的设计是至关重要的。……