（元琛科技）工業發展帶來的空氣污染問題已經越來越受到人們的重視。另一方面，在我們的生活中也不可避免的會與揮發性有機化合物（VOCs）接觸，包括甲醛，乙醇，氮氧化物等等。因此，人們急需要找到一種高效檢測這些污染氣體的方法與手段。而微電子機械系統（MEMS）技術的出現為實現低能耗，設備小型化，大規模設備生產以及新型功能（如無線監控）開辟了新的選擇。微機電系統是指通過將微型執行器、微型傳感器等結構組合在一起形成完整功能的微型器件或系統。它具有一定的集成特性以及可以批量生產的特點。MEMS氣體傳感器就是綜合使用微電子和微機械加工技術所加工出來的新型傳感器。

（1）MEMS氣體傳感器的發展
MEMS氣體傳感器的研究始于1990年代初期提出的方案，自90年代以來致力于優化MEMS布局，選擇用于加熱器和絕緣層的最佳材料，并改善高溫下材料之間的粘附力。而當前大規模生產的硅片已經可以在低于約400-450℃的溫度下使用MEMS技術加工微加熱板。

微型加熱器是通過設計一個與大塊基板熱絕緣的面積小且懸空的加熱器區域，這樣就可以在低輸入功率的情況下達到較高的感應溫度。基本工藝是利用MEMS工藝集成性，準確性等特點先在硅片表面附上微小的加熱層（利用磁控濺射，化學氣相沉積，原子層沉積等技術），接著再覆蓋一個僅暴露出加熱盤電極的絕緣層，在通電條件下，加熱盤就可以在特定的小區域內加熱而不會影響絕緣層之上材料的電信號。此外，為了保證較低的功耗，使用電感耦合等離子體發射以及化學蝕刻等方法去除加熱盤下方的硅，使加熱盤近乎懸空，實現在微小的區域內精確加熱，降低了使用功耗，是MEMS技術與傳感器完美結合的產物。

（2）MEMS氣體傳感器的技術優勢
MEMS傳感器最直觀的優勢就是微型化。MEMS傳感器的尺寸極小（毫米級），體積的減小帶來更高的比表面積，可以有效增強傳感器表面的敏感程度。微型化結合MEMS加工工藝的優勢，就帶來了另一個優點，那就是低能耗。通過一系列加工工藝，MEMS傳感器的加熱區域可以控制在100-300μm的直徑范圍內，而且通過懸臂梁設計可以大大降低傳感器的功耗。

新型MEMS氣體傳感器的功耗僅相當于涂覆金屬氧化物半導體傳感器功耗的6-10%，非常適合物聯網對傳感器功耗的要求。而發展成熟的MEMS工藝也帶來了器件生產效率與一致性方面的飛躍。它可以在大范圍內通過精確的加工生產出尺寸規格幾乎完全相同的傳感器，這使得傳感器的一致性得到了保證，而且傳感器的生產效率也遠超涂覆金屬氧化物半導體傳感器。以單個1mm×1mm的MEMS傳感器為例，在一個6英寸的硅片上使用MEMS工藝可有效生產出超過10000個微器件，極大降低每一個MEMS傳感器的生產成本。全自動化控制的生產工藝，排除了個體操作的誤差后，每一個MEMS芯片的質量都可以在工藝層面得到保證，大大提高了傳感器的良品率。

此外，將多個MEMS氣體傳感器集成在一起，形成復雜的傳感器陣列芯片，通過算法實現人工嗅覺功能。在萬物互聯的時代潮流下，MEMS傳感器必將是物聯網發展的中流砥柱。

（3）MEMS氣體傳感器面臨的挑戰
盡管MEMS氣體傳感器有著其它氣體傳感器無法比擬的優勢，但將傳感材料與基底通過MEMS技術集成在一起形成穩定的結構仍然是一項技術挑戰。當前，MEMS氣體傳感器結合方法可以分為兩類。第一類，將化學合成的納米材料漿料滴涂或印刷到MEMS微熱板上極其微小且有效的區域里。第二類傳感膜則是通過典型的MEMS或MEMS兼容技術進行沉積的（例如濺射，蒸發，化學氣相沉積和自組裝）。隨后需要進行額外的熱氧化，退火或酸處理，以修飾沉積時的致密的無定形結構。

然而大多數基于MEMS工藝的傳感膜在以下三個方面仍然存在挑戰。
挑戰一，由于致密的表面結構和低結晶度，通過MEMS技術沉積的MOS薄膜通常對目標氣體顯示出較差的靈敏度。
挑戰二，很難將含有MOS納米材料的漿料準確貼合到微加熱器的指定加熱區域上。
挑戰三，提高加熱器與感測納米材料之間的附著力，獲得穩定的參數（特別是在高溫下）較為困難。