摘 要：傳統的金屬氧化物氣體傳感器通常用于測量可燃性烴類氣體和其他有毒氣體。但是,他們存在兩種缺陷,即（a）較高的工作溫度（不小于300℃）及（b）較大的功耗（大于1 瓦）。正在研制的硅材料微型金屬氧化物氣體傳感器克服了這些缺陷。微機械氣體傳感器的大部分功耗包括各種通過硅襯底傳導的熱損失,通過所有接觸面和輻射向空氣中傳送。微機械金屬氧化物系氣敏元件的熱特性要針對低功耗進行優化，通過傳感層和瞬態響應適當的控制溫度分布。但是MEMS 金屬氧化物氣體傳感器中的微加熱器還沒有得到優化。在本文中,我們已經研究出一種方法（軟件）用于設計和優化MEMS 氣體傳感器中的微加熱器。使用這一軟件,可以估算達到某一溫度所需功率以及活躍層的溫度分布。 關鍵詞：MEMS 金屬氧化物氣體傳感器；微加熱器；熱分析；動力優化 1 引言 半導體金屬氧化物如氧化錫,氧化鋅,二氧化鈦一直通過傳導率的改變檢測有毒（ CO ）和可燃性氣體（甲烷）。敏感氣體的傳感層溫度提高到某個值（通常是從300-450℃）需要大量的能量。在微型機械結構或MEMS 出現之前，氣體傳感器（主要是陶瓷基）因為其過多的熱量已經具有很高的功耗（正常為500mw - 2w ）。此外響應時間也非常快。應用于他們的微加熱器已經設計并優化。但隨著MEMS 與傳感元件和基板間熱隔離技術的發展, 這一功率消耗已經縮小到只有約30-150 兆瓦。嵌入式加熱器是維持敏感金屬氧化物層在某一溫度（在某特定溫度傳感器的金屬氧化物的敏感程度是最高的）的,從而最終導致高功耗。對于確定的熱特性,還有一些軟件,如ANSYS 和Coventorware 使用的有限元方法（ FEM ）。但這些軟件非常昂貴,因此也無法廣泛地應用。本文提出了一種新的設計方法來分析功耗和熱特性。在本文中,我們揭示了基于基礎熱力學方程的傳熱學理論。結果建立在此理論基礎上的一些采樣運行的程序顯示它的有效性,并且通過coventorware 獲得的東西已經被證實。通過這種方便和廉價的方法,任何人都可以使某一敏感溫度的功耗達到最優化（到達某一溫度要求多大的功耗）。 智能MEMS氣體傳感器中微加熱器的優化設計全文下載