应用SU-8作为支撑桥的智能气体传感器微热板
2017-02-23 21:18:59 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
在我们的日常生活中，应用于气体泄漏警示和空气质量监测的气体传感器已经很常见。在执行传感功能的同时，还能够进行信号处理和通讯的智能气体传感器获得了广泛关注，正变得无处不在。另外，将这些功能集成进一颗单芯片中，便能得到低成本的微型智能气体传感系统。
在我们的日常生活中，应用于气体泄漏警示和空气质量监测的气体传感器已经很常见。在执行传感功能的同时，还能够进行信号处理和通讯的智能气体传感器获得了广泛关注，正变得无处不在。另外，将这些功能集成进一颗单芯片中，便能得到低成本的微型智能气体传感系统。
半导体气体传感器是应用最广泛的气体传感器，需要将传感器材料加热至数百度的高温。因此，要将这些气体传感器和电子电路（微热板：基于MEMS技术的加热结构）集成在一起，需要对传感器和电路进行热隔离。微热板（micro-hotplate, MHP）通常机械稳定性略差，在机械稳定性和绝热性之间往往存在着一个平衡。
据麦姆斯咨询报道，日本丰桥工业大学电气和电子信息工程系的一支研究团队近期提出应用SU-8光刻胶作为微热板的支撑材料，在保证绝热性的同时提高微热板的机械稳定性。而且，SU-8是一种聚合物材料，在MEMS领域应用广泛，具有良好的机械稳定性和低热导率。研究人员利用该材料制造了微热板，并研究了其加热特性。
该研究成果的第一作者、助理教授Tatsuya Iwata说：“通过使用一层聚合物厚膜，或能同时实现机械稳定性和良好的绝热性。此外，尽管我们还需要评估其机械稳定性，这款器件应该具有智能气体传感器应用前景。”
“机械稳定性是制造微热板要考虑的主要因素之一。利用聚合物材料来制作微热板看似不合常理，但惊讶的是，其效果令人惊喜。此外，该器件将促进我们研发包括气体传感器在内的多种多功能集成传感器，” Kazuaki Sawada教授说。
这款微热板包含一块140 μm × 140 μm加热薄膜，以及沉积在支撑桥体上厚度为33 μm的SU-8层。通过仿真确认这款微热板具有良好的绝热性能。在供电电压为5V时，这款微热板的温度达到了550°C。此外，在加热至300°C时，该微热板的功耗约为13.9mW，这与以前研究报道的功耗相当。而且，在恒定电压下，这款微热板可连续稳定运行100分钟。
得益于厚SU-8层，这款微热板无需对制造过程中出现的膜内应力进行严格的控制。这一优势结合良好的绝热性能，使其芯片设计能够更加灵活，因此，这款微热板有利于微型智能气体传感器芯片应用。研究人员将推进他们的研究以实现这种智能气体传感器。
该研究成果刊登于2017年1月发表的《微型机械与微型工程杂志》（Journal of Micromechanics and Microengineering）。T Iwata et al 2017 J. Micromech. Microeng. 27 024003。
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