半岛平台：浅析Micralyne金属氧化物气体传感材料和MEMS工艺

空气污染早已渐渐沦为一个全球问题。无论你是谁，身处何地，健康状况如何，我们每天排便的空气无时无刻不出影响我们。

尽管我们无法看见它或气味它，但空气污染却实实在在的对我们的身体健康产生威胁。空气污染的种类很多，还包括颗粒物污染（PM2.5、PM10）、温室气体（CO2、CH4）以及剧毒危害气体（VOC、CO、NOx、SOx、H2S）等。现在，由政府反对的空气监测站正在追踪并记录空气污染状况。

尽管这些仪器设备需要搜集很多高质量的数据，但是，它们价格昂贵且确保成本很高，而且仅有能分析受限的空气样本，经常由于加装方位不欠佳仅有能覆盖面积较小的区域，此外，它们还无法获取任何时间信息。随着对环境空气质量信息的本地化市场需求快速增长，气体传感器市场正在发生巨变。据麦姆斯咨询报导，全球气体传感器市场规模到2021年预计将快速增长至9.2亿美元，未来几年的填充年增长率为7.3%，如果未来气体传感器在消费类产品中取得广泛应用，那么前景将更为悲观，2021年的市场规模有可能突破10亿美元。

在此背景下，现有的气体传感器技术于是以面对新的市场需求和新技术所带给的各种挑战，例如大幅度增大器件尺寸、更加较低的功耗、提升的灵敏度、有所不同类型气体的观测能力以及更加较低的单位成本。气体传感未来将无处不在，这为使用MEMS技术的微型化气体传感器件建构了无限商机。Sensirion（盛思锐）最新款气体传感器SGP30逆向分析。

作为全球大于的数字气体传感器SGP家族的新产品，SGP30是第一款单一芯片上构建多个传感元件的金属氧化物气体传感器，可获取空气质量的详细信息，如二氧化碳（CO2）和挥发性有机化合物（VOC）的含量来源：《Sensirion气体传感器：SGP30》气体传感器根据其运营原理可以分成催化剂法、电化学法、化学场效应晶体管、谐振式、金属氧化物半导体（MOS）、红外（IR）、色谱法、光电离以及化学发光法等。基于MOS的气体传感器最适合于对成本脆弱的低功耗应用于，例如重复使用医疗应用于、智能家居以及消费类应用于等。

MOS气体传感器通过测量金属氧化物由于导电气体所导致的电阻变化，构建各种气体浓度的观测。其机理为，目标气体的经常出现导致MOS表面大气氧浓度减少，使电导带上中具备更好的电子，转变了半导体的电导率。这种电阻变化是共轭的，并根据传感材料的反应活性、催化剂材料的用于以及传感器工作温度而变化。

MEMS技术利用薄膜生产工艺制得冷却元件和传感元件，使MOS传感器增大到仅一颗单芯片大小。浅反应离子光刻为冷却元件和传感元件获取了热隔绝。

MEMS技术为MOS气体传感器带给了更加较低的功耗（持续运营时仅有为数十个毫瓦），基于晶圆的生产工艺构建了更加较低的成本、可反复生产性、规模生产能力以及更高的灵敏度。MOS器件合适与ASIC电路构建，以及使用芯片级尺寸PCB，构建更高的集成度和传感器阵列。

金属氧化物半导体材料可以以厚膜或薄膜展开沉积，最少见的涂层材料为SnO2，目标气体为VOC和CO。厚膜（膜薄3~10um）展开多孔处置，以提升比表面积。一般来说将薄膜沉积并展开工件（滴涂或印刷）。

而另一方面，薄膜型（表面效应占到主导地位的亚微米级厚度）一般来说使用喷发物沉积。薄膜具备更慢的响应速度和完全恢复时间。Micralyne从其客户了解到市场对微型气体传感器标准化建构模块的市场需求大大快速增长。

为了更佳的反对客户，Micralyne大力拓展其工艺和平台供应，获取超小型低功耗气体传感架构。如下图1右图，Micralyne的新平台可获取构建小至1x1mm微热板的MOS气体传感器。

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