金属氧化物半导体MEMS气体传感器研究进展

随着物联网的快速发展,各领域对气体监测的需求越来越大,基于先进微机电系统(Micro-electro-mechanical systems, MEMS)技术的金属氧化物半导体(Metal oxide semiconductor, MOS)气体传感器在过去几十年里取得了很大发展。MEMS微热板的多样化设计、MOSs纳米结构的多样化以及机器学习算法的出现为MEMS的传感性能以及智能传感系统的构建提供了很大助力。本文从MEMS气体传感器的分类、制备和应用以及传感器阵列的构建等方面综述了金属氧化物半导体MEMS气体传感器的最新研究进展,并对MEMS基气体传感器的发展前景进行了总结和展望。

针对半导体气体传感器的电信号采集装置

针对半导体气体传感器对环境敏感、电阻跨度大的特性,设计了一种针对半导体气体传感器灵敏度高、体积小、适用性广的电信号采集装置。采用多档位分压法实现对欧姆(Ω)至吉欧姆(GΩ)范围的电阻测量,通过滤波与温湿度补偿消除物理、温湿度干扰;同时装置具有本地报警、上位机报警、气室等设计。本文装置实现了半导体气体传感器的精确测量,同时设计集成电路,将传感器封装为可实际应用系统,采用国产EDA与核心芯片设计,有效填补了该领域的空白。

基于二维半导体的图像传感器

图像传感器作为获取视觉信息的重要器件,可将感知到的光信号转换为电信号进行输出。目前,基于互补型金属氧化物半导体构建的图像传感器制造技术已相当成熟。然而,在某些特定的应用场景下,对微型化和多功能的图像传感器的需求仍待解决。面对此挑战,结合二维半导体丰富的材料体系及优异的光电特性,以及器件向微型化和多功能化发展的趋势,基于二维半导体的图像传感器在微型化和高集成度方面显示出巨大潜力,为图像传感器领域的发展带来了新机遇。本文首先介绍了二维半导体的带隙特性及其对应的光谱响应波段范围,展示了基于二维半导体的单像素成像技术;接着,阐述了如何利用二维半导体原子排布呈面内各向异性的特征,成功构筑了偏振敏感的图像传感器;最后,探讨了随着大面积二维半导体材料生长技术的不断成熟,如何进一步实现基于二维半导体像素阵列图像传感器的构筑。

微机电系统半导体气体传感器检测方法

为解决微机电系统半导体气体传感器检测自主性大,一致性欠缺等问题,对传感器进行全面评价,促进性能进行,本文针对其检测方法进行了研究,检测项目包括传感器检测误差、漂移、温湿度影响试验、振动跌落试验、长期稳定性试验等通用项目,以及功率、传感器检测下限、响应时间和恢复时间等传感器特有性能参数。

半导体气敏传感器对车内一氧化碳污染的检测

随着生活水平的提高,汽车在逐渐走进人们生活的同时也带来了一系列引人关注的问题,由于车内的空气环境密闭,有效空间较小,车内空气质量对人体健康安全有着越来越密切的影响。一氧化碳是一种常见的无色无味有毒气体,不易被察觉,如何保证车内人员身体安全健康及保障驾驶人的安全驾驶,简单便捷高效地对车内空气环境污染进行有效监测已经成为一个亟需解决的问题。

基于金属氧化物敏感材料的一氧化碳传感器研究进展

由于具有高毒、无色、无味的特性,一氧化碳气体成为近年来工矿作业、日常生活中的“隐形杀手”。目前,市面上涌现出许多基于电学、电化学以及光学原理的一氧化碳传感装置。应用于一氧化碳传感平台的气敏材料十分丰富,其中金属氧化物敏感材料由于其良好的电学、光学以及传感特性应用广泛。传感器性能的改进主要依托于敏感材料的形貌修饰以及不同材料之间的掺杂与复合,以起到“1+1>2”的作用,使之具备更优异的灵敏度和选择性,更短的响应和恢复时间。本文综述了几种基于金属氧化物的一氧化碳传感器,对制备方法、改性技术和传感特性进行了概述,并提出一氧化碳传感器现在面临的挑战与未来的发展方向。

基于金属氧化物半导体的瓦斯气体传感器研究现状及进展

瓦斯是我国煤矿以及相关金属矿山安全事故发生的主要诱因。甲烷是瓦斯的主要成分,利用高性能气体传感器对甲烷进行及时的监测预警,可有效保障矿山井下作业的安全。金属氧化物半导体型传感器相比电化学式、气相色谱式、接触燃烧式、光学式等气体传感器,具有成本低、体积小、稳定性好和响应快等优点,因此应用前景广泛。介绍了几种常见的金属氧化物半导体甲烷气敏材料,分析其用于甲烷气体传感的基本原理和优势,总结得出提升金属氧化物半导体材料气敏性能的3个主要方向为形貌调控、贵金属掺杂和构建异质结。目前需要进一步围绕表面电阻控制、化学敏化和电子敏化等3种气敏提升机制进行优化制备。总体而言,金属氧化物半导体气敏材料的研究为开发高性能瓦斯传感器奠定了基础,并将有助于矿山的安全和可持续生产。

半导体一氧化碳敏感材料研究进展

金属氧化物半导体由于具有耐热、耐腐蚀、成本低廉等特点,常用于制作气体传感器的敏感元件。本文简要介绍了SnO_2半导体材料、TiO_2半导体材料作为一氧化碳敏感材料的最新研究进展。

低功耗电阻型MEMS半导体气体传感器研究进展

电阻型MEMS半导体气体传感器在环境空气质量监测和有毒有害气体检测等领域得到了广泛应用,但是受限于功耗较高的原因,这类传感器难以广泛应用于便携式气体检测系统。文章综述了近年来低功耗电阻型MEMS半导体气体传感器的研究进展,分别从气敏材料、传感器结构和传感器模组的集成电路等方面探讨如何实现低功耗的电阻型MEMS半导体气体传感器的制备,并展望低功耗的电阻型MEMS半导体气体传感器未来的发展方向。

基于RF共存的一氧化碳监测系统设计与研究

在工业生产过程中,会释放不同浓度的一氧化碳,一氧化碳报警器对现场环境进行24 h不间断的监测,时刻保护着工作人员的人身安全。提出一种基于ESP32C3芯片和电化学一氧化碳传感器的Wi-Fi蓝牙共存的多点无线测温系统。该系统使用ESP32C3运行蓝牙从机作为一氧化碳传感器节点,同时运行蓝牙主机和Wi-Fi客户端充当温度汇聚节点,并利用阿里云物联网平台进行数据可视化。该监测系统经过测试,表现出运行稳定性、数据可靠性,以及实现了超低功耗的无线数据采集与监测功能。

半导体式乙炔传感器研究进展及发展趋势

乙炔(C_(2)H_(2))是电力变压器中火花放电和电弧故障诊断的主要特征气体,检测C_(2)H_(2)的浓度是判断油浸变压器早期潜在故障的重要且便捷的方法。半导体气体传感器由于其优异的性能和发展潜力,一直是气体传感器研究领域的主流方向。本文介绍了半导体C_(2)H_(2)传感器的敏感机理,综述了C_(2)H_(2)传感器的最新研究进展、性能提高策略,及其应用中遇到的一些关键问题及应对方法。最后,对未来C_(2)H_(2)传感器的发展方向和趋势进行了展望。

半导体氧化物气体传感器测试新原理与方法

本文基于半导体氧化物的气体敏感机理，提出对其测试的新原理和方法，通过试验发现，这种动态测试方法不仅能提高半导体氧化物的选择性和稳定性，而且能从混合气体中分辨出特定的气体成分，判断出大致的逍度．用这种方法，同一种气体传感器通过不同的测试手段可以检测不同的气体．

低功耗一氧化碳传感器研究进展

低功耗一氧化碳传感器是煤炭安全开采的重要保障和分布式无线传感技术的关键基础。阐述了低功耗一氧化碳传感器的工作原理,重点介绍了电化学和半导体一氧化碳传感器的最新研究进展,分析了它们的优缺点,展望了低功耗一氧化碳传感器的发展方向和前景。①电化学一氧化碳传感器主要由电极和电解质构成,有两电极和三电极结构,两电极电化学一氧化碳传感器没有参比电极,结构简单,易于设计和制造,成本较低,适用于低浓度一氧化碳的监测;三电极电化学一氧化碳传感器引入参比电极,具有较宽的量程和较高的精度,但成本高。电化学一氧化碳传感器响应时间较短,具有分布式无线传感应用前景,其研究重点在于铂-碳复合电极的制备,但电化学一氧化碳传感器仍然使用了水溶剂,存在漏液风险,且难以微型化;未来的发展趋势一方面要避免采用液体溶剂,研究全固态电化学一氧化碳传感器,并控制其孔隙率,缩短响应与恢复时间,另一方面要寻找廉价高效的电极材料,降低传感器成本;此外,制造微型化的电化学一氧化碳传感器也是未来重要的工作内容。②半导体一氧化碳传感器可分为非微加热板型和微加热板型。非微加热板型一氧化碳传感器采用的是陶瓷管基底或者氧化铝平板基底,由于加热器尺寸较大,且热传导严重,功耗较高,通常在100 mW以上,难以用于分布式无线传感场合。微加热板型一氧化碳传感器热质量低,可以大大降低加热器运行功耗,还可与集成电路工艺兼容,可得到片上系统型一氧化碳传感器,降低外围电路功耗,适合物联网应用。微加热板型一氧化碳传感器体积比固体电解液电化学一氧化碳传感器更小,且具有成本低廉、灵敏度高、易于片上集成等优点,但易受湿度影响,基线易漂移;未来研究方向是对敏感材料进行修饰改进,优化封装工艺,并采用智能算法对基线进行自校准;可以使用沸石修饰敏感材料减少湿度对传感器的影响,或者在封装工艺上采用聚四氟乙烯等的憎水膜;智能算法可以采用支持向量机和人工神经网络结合算法或人工智能算法,未来希望可以实现高效率的边缘计算,以提高效率和准确率。

矿用一氧化碳传感器的设计

文章介绍了一种以单片机AT89C52为核心的矿用一氧化碳传感器的工作原理及其软、硬件设计。该传感器可以连续地将井下气体浓度信号转换成标准频率信号传送给上位机,并具有实时显示浓度值、超限声光报警、频率信号输出等功能,适宜于井下需设置一氧化碳传感器的场所固定使用。

基于单片机C8051F005的一氧化碳传感器

基于单片机C8051F005,对矿用一氧化碳传感器的工作原理以及其软、硬件设计模块进行了研究。该传感器可以与矿井安全监测系统配套使用,对煤矿井下作业环境空气中的一氧化碳气体浓度进行监测,与上位机进行数据通讯,同时具有实时显示浓度、超标声光报警等功能。通过实验,对传感器的可靠性和稳定性进行了验证,得出了一氧化碳传感器系统精度以及误差等参数能够满足生产要求的结论。

碳纳米管及其掺杂氧化物半导体气敏传感器

碳纳米管气敏传感器以其工作温度低和最低检出限较低等优点而备受关注,而碳纳米管掺杂氧化物半导体气敏传感器兼备了氧化物半导体气敏传感器和碳纳米管气敏传感器二者的优点,具有灵敏度较高、最低检出限低和工作温度低等特性。综述了这两类传感器的研究进展,介绍了其气敏机理,并对相应存在的问题及今后的发展趋势进行了概述。

一氧化碳传感器的应用与进展

简要介绍了一氧化碳传感器的特点、组成、工作原理及分类 ,总结了一氧化碳传感器在各个领域的应用概况。

新型氧化物半导体气敏传感器的研究进展

空气质量日益恶化问题引起了人们的重视。为了监控空气质量,研究者开发了很多种类的气敏传感器,其中氧化物半导体气敏传感器具有灵敏度高、制造成本低和信号测量手段简单等优点,成为了目前的主流产品。综述了该类型新型传感器的研究进展,介绍了其气敏机理、结构和制作方法,并概述了其存在的问题及今后的发展趋势。

氧化物半导体气敏传感器的改性研究进展

氧化物半导体气敏传感器具有灵敏度高、制造成本低、信号测量手段简单、使用方便等优点,在有毒有害气体实时监测方面极具应用潜力。综述了新型氧化物半导体气敏感器改性的研究进展、存在的问题及发展趋势。

氧化物半导体甲烷传感器研究进展

介绍了氧化物半导体甲烷气体传感器的工作机理,论述了改善氧化物半导体甲烷气敏传感器性能的几种途径。采用加入催化剂、控制材料的微细结构、利用新的制备工艺和表面修饰等新方法、新技术可提高氧化物半导体甲烷气敏元件的灵敏度、选择性、响应和恢复特性、稳定性。