摘 要：利用MEMS技术将化学生长的Al2O3模板加工成传感器的微悬梁结构，并将其应用于催化燃烧式气体传感器的基底。采用平面薄膜工艺制作出铂薄膜电阻器，涂敷Al2O3-SnO2-Ti02-Pd和Al2O3-SnO2-Ti02-Pt乙炔传感器，形成催化敏感桥臂和温湿度补偿桥臂乙炔传感器，从而制作出乙炔传感器。测试结果表明：传感器可实现乙炔浓度为0～15000×10-6的检测氨气报警器，具有线性输出特性，同时对乙炔传感器的长期稳定性进行了研究。

关键词：微悬梁;Al2O3膜板;催化燃烧;乙炔传感器

0 引言

乙炔是一种易燃易爆气体，其爆炸下限很低[1](15000×10-6)，尤其是在运输期间，一旦发生爆炸，立刻产生人身伤亡和财产损失。国家针对危险化学品安全出台了相关法规[2]，根据危险化学品运输[3]的特殊性，进行了面向安全监测与跟踪的网络化微系统研究，包括对乙炔气体的检测。

采用非硅基MEMS技术制作微气体传感器是国外20世纪90年代的研究热点，材料范围主要包括陶瓷、玻璃、有机聚合物及其复合材料。由于采用MEMS技术、纳米技术、半导体工艺及平面薄膜工艺等新技术、新工艺，产品具有批量化、低成本、一致性好、可靠性高的特点乙炔传感器，这是半导体烧结式、厚膜式、接触燃烧式及电化学式等传感器所无可比拟的，具有强劲的发展势头。

本文借鉴了微桥细丝的设计理念[4]，研制了一种微悬梁结构的催化燃烧式乙炔传感器。

1 工作机理

在通电状态下，可燃气体在催化剂作用下氨气报警器，在敏感材料(如铂膜)表面燃烧而引起敏感材料电阻阻值改变。通过标定，建立起敏感电阻的变化量与被测气体浓度变化量的对应关系，从而检测被测气体浓度。

微悬梁结构的催化燃烧式乙炔传感器由敏感桥臂和补偿桥臂组成，在两个桥臂上制作了等阻值的一对铂薄膜电阻，采用纳米γ-Al2O3陶瓷粉体作为催化剂载体，铂和钯作为催化剂，并将敏感电阻与补偿电阻构成惠斯顿电桥，利用其输出与乙炔浓度存在定量关系，从而实现对乙炔的检测[5]。

2 实验方法

2.1 氧化锡(SnO2)的制备

纳米结构的氧化锡由于其在电子学、光学和光子学方面的卓越性质已经引起广泛关注。SnO2的化学制备有多种方法，有化学沉淀一步法、化学沉淀热分解二步法、水热法、微乳化法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法、固相法等[6]。本文采用溶胶-凝胶法制备SnO2。

以 SnCl4·5H2O 为原料，以氨水作为沉淀剂。待沉淀完全，洗涤、离心，直至沉淀中的氯离子洗净为止。将沉淀物烘干，研磨、烧结，得到SnO2敏感材料。

SnCl4 + 4NH3·H2O = Sn(OH)4↓ + 4NH4Cl

Sn(OH)4 = SnO2 + 2H2O

2.2 乙炔传感器结构设计

图1为乙炔传感器敏感芯片的设计图。乙炔传感器的结构包括有催化剂的敏感桥臂和无催化剂的补偿桥臂，桥臂结构尺寸为×，厚度为80～90μm。

2.3 微悬梁结构制作

微悬梁结构的制作基于MEMS技术，采用电化学方法制作100μm的Al2O3膜板，利用光刻及湿法刻蚀工艺制作出微结构，高温处理后形成稳定的Al2O3微悬梁结构。

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