[發明專利]基于MEMS技術的陣列式氣味檢測元件

有效

• 申請號: 201210018690.4
• 申請日: 2012-01-20
• 公開（公告）號: CN102590450A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 譚秋林;熊繼軍;朱思敏;劉文怡;張文棟;劉俊;薛晨陽;裴向東
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

技術領域

本發明涉及氣敏傳感器領域，具體是一種基于MEMS技術的陣列式氣味檢測元件。

背景技術

電子鼻是一種能夠識別和量化目標氣體的人工嗅覺系統，一般由氣敏傳感器陣列、數據采集設備和模式識別系統三部分構成，其中，氣敏傳感器陣列由多個材料體系、制作工藝和工作方式相同或不同的傳感器構成（例如：金屬氧化物半導體傳感器、質量型氣敏傳感器、電化學型氣敏傳感器、聲表面波傳感器等等），利用各氣敏傳感器對復雜成分氣體都有響應卻又互不相同這一特點，更加全面地獲得測試樣本的氣味信息，同時借助數據處理方法對多種氣味進行識別，進而對測試樣本的氣味進行分析與評定；為此，在條件允許的情況下，人們會選擇盡可能多的材料體系不同的氣敏傳感器構成傳感器陣列。

但是由于構成氣敏傳感器陣列的各傳感器存在材料體系、制作工藝和工作方式上的不同，各氣敏傳感器的穩定性必然存在差異，而且各氣敏傳感器受環境溫度、濕度的影響也必然不同，盡管人們通常會對這些外在條件進行控制，或用一些輔助或補償措施來彌補這方面的不足，各傳感器在使用過程中仍會因外在或內在因素（如：外界環境影響、元件使用過程中的正常老化等）的影響，使各傳感器的響應特性發生不一致的漂移（即各傳感器響應信號之間的平衡被打破），進而影響模式識別系統對目標氣味的正確識別和量化；此外，由于電子鼻的氣敏傳感器陣列是由多種傳感器組成，往往體積大、功耗多，也不利于電子鼻的集成化發展。

發明內容

本發明為了解決現有電子鼻所用氣敏傳感器陣列中的個體存在響應特性漂移不一致的問題，提出了一種基于MEMS技術的陣列式氣味檢測元件。

本發明是采取如下技術方案實現的：基于MEMS技術的陣列式氣味檢測元件，包括半導體基底，以及在半導體基底上采用MEMS加工工藝加工得到的：氣味敏感單元、用以檢測氣味敏感單元工作溫度的感溫單元、用以將氣味敏感單元加熱至所需工作溫度的加熱單元；所述氣味敏感單元包含按照陣列排布的若干氣敏型金屬氧化物薄膜，且各薄膜為尺寸參數各異的同種氣敏型金屬氧化物，各薄膜上分別設有兩個用于與數據采集設備連接的電極。其中，氣味敏感單元中氣敏型金屬氧化物薄膜的尺寸參數包括厚度、長度、寬度，氣味敏感單元中各薄膜的具體尺寸參數需根據本發明所述檢測元件的目標檢測氣體種類、具體應用場合，以及在各種濃度目標檢測氣體的環境下，該氣敏型金屬氧化物的選擇特性、靈敏度、長期穩定性等因素來共同確定；而整個確定過程是重復性勞動過程，需要重復進行軟件仿真、樣品加工、實驗室測試、依據測試結果調整尺寸參數，直至獲得多組可實現的最佳尺寸參數；以最佳尺寸參數加工檢測元件成品，進行實驗室測試，記錄檢測元件中各氣敏型金屬氧化物薄膜對不同濃度目標氣體的響應特性曲線，不同濃度目標氣體分別對應一組響應特性曲線，各組響應特性曲線是識別目標氣體種類、量化目標氣體濃度的基礎，即基準響應特性曲線，基準響應特性曲線以組劃分，每組基準響應特性曲線與相應濃度的目標氣體對應。此外，本發明所選氣敏型金屬氧化物應易于采用MEMS技術在半導體基底上加工為薄膜結構。

應用所述陣列式氣味檢測元件的電子鼻識別目標氣體的方法，所述電子鼻包括基于MEMS技術的陣列式氣味檢測元件、數據采集設備、與數據采集設備輸出端連接的模式識別系統，檢測元件與數據采集設備連接；模式識別系統按如下步驟識別目標氣體：

信息獲取步驟，經數據采集設備獲取檢測元件中各氣敏型金屬氧化物薄膜對目標氣體的響應特性曲線；

識別步驟，對信息獲取步驟獲得的響應特性曲線組進行分析，選取反映各響應特性曲線的特性參數，將各響應特性曲線的特征參數與基準響應特性曲線組各曲線的對應特征參數進行逐一比較，如比較結果一致，則相應基準響應特性曲線組對應的目標氣體種類和濃度即是電子鼻的檢測結果。?