气体MEMS传感器技术展望-乔冠军.pdf

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1、MEMS气体传感器技术展望迈向高性能、微型化与智能化的未来乔冠军微集电科技（苏州）有限公司目录01背景02MEMS气体传感器技术案例03未来发展趋势展望04挑战与机遇背景CO2、CH4、CO、冷媒等气体探测智慧家居汽车行业CO2、CH4、CO、冷媒、尾气等电力行业SF6、O3等气体探测；火焰探测CO2、CH4、CO、冷媒等气体探测能源环保智慧农业CO2、CH4、NH3等气体探测气体传感器典型应用领域气体传感器是一种能将气体成分、浓度等信息转化为可识别电信号的器件，广泛应用于石化安全检测、环保大气监测、汽车尾气监控、智慧家居、智慧农业及医疗呼气诊断等领域。石油化工H2S、NH3、CH4、VOC等

2、气体探测经典气体检测技术：通过气体在敏感材料表面氧化还原反应探测气体，敏感器件与被测气体直接接触NDIR气体检测技术：根据气体分子对特定波长红外光的选择性吸收来检测气体，敏感元件与气体不直接接触典型气体的红外吸收光谱技术难度大，成本高优点：抗中毒 长期稳定性优异 气体选择性好 无需氧气 抗交叉干扰能力强缺点：寿命短、稳定性差 易“中毒”易被干扰气体传感器技术对比体积与功耗传统气体传感器体积庞大，功耗显著，限制便携与集成应用。成本与一致性高昂制造成本与一致性问题，阻碍大规模生产与市场普及。交叉敏感性对多种气体响应，难以精确区分，影响检测准确性与可靠性。气体传感器面临的挑战体积大、功耗高、成本高、

3、一致性差、交叉敏感半导体i电化学固体电解质i催化燃烧iPID光离子气体传感器NDIRMEMS概念MEMS，即微机电系统，融合微加工技术与传统机械原理，实现微型化与集成化。小尺寸优势MEMS传感器体积小巧，易于集成，适合便携与穿戴设备，拓宽应用边界。成本与功耗降低批量生产降低成本，低功耗设计延长电池寿命，适应物联网时代需求。高一致性与可靠性标准化制造流程确保产品一致性，提高传感器网络的稳定性和可靠性。MEMS技术小尺寸、低成本、低功耗、高一致性MEMS气体传感器 迈向高性能、微型化与智能化的未来MEMS气体传感器高性能响应速度快，检测精度高低功耗，延长设备使用寿命微型化体积小，便于集成到各种设备

4、减少材料使用，降低生产成本智能化自动校准，减少人工干预数据处理与分析，提供决策支持纳米结构提高传感器灵敏度和选择性促进新型材料的应用和发展芯片技术集成多种功能于单一芯片实现快速、准确的数据传输生活应用环境监测，实时检测空气质量智能家居，提升居住舒适度MEMS气体传感器以半导体、NDIR、热导式为例01工作原理气体吸附至MOS表面，改变其电阻特性，实现对特定气体的检测。02核心优势高灵敏度、成本效益显著、适用气体种类广泛，满足多样检测需求。MEMS半导体MOS气体传感器 工作原理与优势气敏陶瓷膜陶瓷管加热丝金信号电极MEMS片型版型管型核心结构：MEMS微热板内疏外密的设计更均匀的温度场低浓度/

5、高选择性/高稳定性非晶碳负载WOS薄膜WO3film,a-Carbon/WO3 film低浓度/低温(120oC)/抗湿材料创新 MOS多孔薄膜用于高性能H2S/NO2检测a-Carbon film,p-SnO2 film以非晶碳模版制备多孔SnO2薄膜WS2基复合材料基复合材料（WO3/WS2,MoS2/WS2,Au-Pt/WS2,WS2-Au-BP）Ti3C2Tx基复合材料基复合材料(TiO2/Ti3C2Tx,SnO2/Ti3C2Tx,ZnO/Ti3C2Tx)WS2WO3/WS2WS2MoS2MoS2/WS2选择性选择性暴露001晶面、富含氧空位的TiO2-x/Ti3C2Tx复合材料富含氧

6、空位材料创新二维材料用于室温低浓度NO2检测材料创新 高选择性/高稳定性VOCs检测TEA(三乙胺)：In2O3/WO3 EG(乙二醇)：La-Bi2Fe4O9HCHO(甲醛):Pt-CoFe2O4/Co3O4材料创新P-TiO2 纳米花用于氧气检测选择性重复性长期稳定性MEMS-MOS型传感器应用与挑战MOS传感器应用广泛应用于空气净化器与智能手表，监测VOCs、CO及可燃气体等，保障环境与人体健康。技术挑战面临选择性不足、受温湿度影响及功耗问题，限制了其在复杂环境下的精确度与续航能力。NDIR气体传感器结构原理与核心元器件100 m核心技术1气体探测专用热电堆芯片新构型高光-热转化效率：外