微型化熱設(shè)備,如微加熱器、溫度傳感器、流量傳感器、氣體和濕度傳感器等,通常需要低導(dǎo)熱系數(shù)的薄底物,以減少熱損失,提高靈敏度和效率。由于氣體傳感器的工作性能要仰賴于采用的敏感材料的屬性,而所有氣敏材料,它們的氣敏特性都與溫度有著密切的關(guān)系。因此本文利用有限元分析軟件ANSYS對加熱板的溫度分布進(jìn)行了模擬,進(jìn)而對其基底結(jié)構(gòu)和電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,來達(dá)到提升氣體傳感器的敏感性能和降低功耗的目的。本文在氣敏薄膜的導(dǎo)電機(jī)理和傳熱學(xué)中的有限元理論的基礎(chǔ)上,利用多孔硅的低導(dǎo)熱性設(shè)計一種比SiO₂絕熱層功耗更低的以多孔硅作為絕熱層的新式微氣體傳感器微熱板結(jié)構(gòu)。通過仿真分析在加熱電極上加載的熱生成率為10¹⁰ W/m3的載荷,其余相同條件下,多孔硅作絕熱層的加熱板產(chǎn)生的溫度比SiO₂絕熱層產(chǎn)生的高11℃,因此當(dāng)需要達(dá)到相同溫度時,多孔硅作絕熱層功耗更低。本文還對一種區(qū)域有序的且大小可控的基于硅納米孔柱陣列的室溫氣體傳感器進(jìn)行了性能分析,它被作為室溫有機(jī)蒸氣傳感器研究對于乙醇、丙酮的氣敏性能。并用I-V曲線表示。I-V曲線表明,這些硅納米孔柱...

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
專用術(shù)語注釋表
第一章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 薄膜電導(dǎo)型傳感器
        1.1.2 場效應(yīng)管
        1.1.3 肖特基勢壘
        1.1.4 多孔硅傳感器
    1.2 微熱板的研究概述
        1.2.1 微熱板的分類
    1.3 微結(jié)構(gòu)氣體傳感器的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
    1.4 論文研究的主要內(nèi)容
第二章 微熱板及有限元軟件介紹
    2.1 微熱板的工作流程
    2.2 微熱板理論模型
    2.3 有限元軟件
        2.3.1 ANSYS熱分析理論
        2.3.2 ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析GUI分析過程
        2.3.3 ANSYS的熱應(yīng)力GUI分析過程
    2.4 本章小結(jié)
第三章 微熱板的設(shè)計與仿真
    3.1 微熱板的隔熱材料
        3.1.1 硅氧化物
        3.1.2 聚合物
        3.1.3 氣凝膠
    3.2 多孔硅作為隔熱材料
    3.3 微熱板的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.3.1 襯底材料設(shè)計
        3.3.2 絕熱層的設(shè)計
        3.3.3 電極的設(shè)計
    3.4 微熱板的模擬仿真
        3.4.1 襯底間距的影響
        3.4.2 絕熱層的仿真
        3.4.3 電極的仿真
        3.4.4 微熱板的熱應(yīng)力分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 硅納米孔柱陣列的制備及其有機(jī)蒸汽氣敏特性研究
    4.1 Si-NPA的制備技術(shù)簡要介紹及特征形貌分析
    4.2 有機(jī)蒸汽傳感器工作原理
    4.3 基于Si-NPA的有機(jī)蒸汽氣敏傳感特性研究
        4.3.1 Si-NPA傳感器在乙醇和丙酮氣體的電學(xué)性能
        4.3.2 Si-NPA傳感器的傳感器響應(yīng)與氣體濃度關(guān)系
    4.4 Si-NPA傳感器的傳感器響應(yīng)恢復(fù)時間
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文
附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利
附錄3 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目
致謝



本文編號：3750265