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基于金属氧化物的乙醇检测气敏材料的研究进展(11)
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摘要：4.2 材料改性 目前，针对气敏材料的研究主要集中在减小材料颗粒尺寸、增大材料比表面积、制备掺杂MOx材料、构建异质结等方面。此外，利用石墨烯等材
4.2 材料改性
目前，针对气敏材料的研究主要集中在减小材料颗粒尺寸、增大材料比表面积、制备掺杂MOx材料、构建异质结等方面。此外，利用石墨烯等材料作为基底模板构建三维材料，利用石墨烯二维材料高效电子迁移率等优势提升材料导电性，或是作为p型半导体材料形成异质结结构同样在提升材料性能方面显示了优势。
对气敏材料采用结构、形貌控制、掺杂改性、异质结构建等手段进行气敏材料性能提升后，依然需要进一步进行材料沉积以制备MOS气体传感器的过程，繁复的工艺一方面不利于工业的高效生产，另一方面在沉积过程中引入的诸多黏结剂还可能影响气敏材料的多孔结构，甚至可能抵消在气敏材料制备上取得的进步。与此相对，直接采用“自下而上”的方法进行薄膜的制备，即先对基底进行表面修饰和图形化，并进一步采用外延等工艺获得不同结构多孔纳米材料阵列作为气敏层进而制备的MOS气体传感器可避免上述粉末样品的缺点。但是，由于气敏测试常处于加热环境中，薄膜材料极可能会因增加电压过载而熔化。采用“自下而上”方法进行气敏薄膜的制备依然需要进一步的研究。
4.3 材料应用
文中所述MEMS微气体传感器均是通过构建蛇形加热电极，通过电阻产热为MEMS气体传感器提供必要的能量，但如果可以利用光能、射频（RF）、机械振动等方式获得必要的能量，同样可以完成气敏材料的活化。其中，利用光能为MEMS气体传感器提供能量，需要一定波段的光源；利用RF同样可将电流转变为热能，但射频源及其能量、功率则是必要考虑条件；利用机械振动能转化为热量供能的方式，则需要一定的振动源和振动频率，这对于携带式气体传感器检测可能是一种有效的能量供给方式。无论采用何种能量供给方式，能量的收集、转换以及气体传感器操作温度的控制，均是MEMS气体传感器发展需要考虑的问题。
传统的微热板式MEMS气体传感器的研究近年来并无太大进展，相反，场效应管式、二极管型非电阻型MEMS气体传感器正得到研究，但这类传感器存在稳定性差、背景噪声大等缺点，尚无法推广。但也正是如此，气体传感器的发展依然具有极大的潜力，新型MEMS气体传感器结构的研究依然有待研究开发。
5 结语
随着人们对环境安全及气体检测的需求，基于MOx的MOS气体传感器由于制备简便、体积较小、成本低廉等优点，成为目前研究最为广泛的一类气体传感器。MOx乙醇检测气敏材料种类繁多，其中n型MOx性能优异、应用广泛，但选择性差；p型MOx性能不及n型MOx，但基线平稳，可作为催化活性位点提升材料选择性。目前研究常通过减小材料颗粒尺寸、制备多维材料、增大材料比表面积对材料响应度、响应/恢复时间进行改进，采用掺杂、复合构建异质结等方式进行材料响应度、选择性的改进。但这些研究依然处于实验室阶段，材料稳定性、一致性、响应时间、成本是材料实际应用过程中有待考虑的重要方面。
基于传感器微小化的趋势，以MEMS工艺为基础的微热板结构MEMS气体传感器成为了MOS气体传感器主要的发展平台。堆积式、共平面式及双面式MEMS气体传感器等不同结构的微热板各具优势，并在市场上出现了以堆积式MEMS气体传感器为代表的MEMS气体传感器。但进一步研究多结构、多工作机制的MEMS气体传感器对气敏材料具有更好表现性能依然十分必要，传感器结构的提升与气敏材料研究相匹配才能展现更好的MOS气体传感器。
气体传感器发展至今，虽然其应用面广、面向群体大，但是气体传感器尤其是MOS气体传感器的作用机理并没有实质性的进展。因此，从检测气体入手，建立气体扩散模型，从材料表面性能入手，建立气体吸脱附模型，并模拟气敏化学反应过程，从动力学、热力学多方面考虑，是理解并提升MOx气敏性能的理论基础和根本保障。材料、物理、化学等学科的结合将为解决这些问题提供有效解决途径。
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文章来源：《微电子学与计算机》 网址: http://www.wdzxyjsjzz.cn/qikandaodu/2020/0808/359.html