集成纳米结构的光源与多敏感元一体化的红外气体传感器

Developing technology of Internet of things is widely calling for highly.integration, multi-function, low power consumption of infrared gas sensors..The new infrared gas sensing system integrates nanostructure MEMS light.source to achieve a high electrical-optical efficiency conversion, and also.nanostructures MEMS thermopile detector on the same chip to complete.the light-heat-electrical conversion. In this process comprehensive.measurements of a variety of gas parameters are exporting at the same.time. The project means to study on the electricity-light transformation.theory and explore the effect and its mechanization of nanostructure to.the conversion efficiency of electricity-light ; it will set up a light-heat-.electricity conversion model of MEMS thermopile detector, and deeply.study the influence and its mechanism of nanometer structure to light-.heat-electricity conversion ; it will build a structure which can isolate.heat reference between each sensing units and reduce the thermal.crosstalk between the source and sensitive units; it will also establish.a new manufactory to process the integration structure of infrared gas.sensor. Through solution of these basic problem, developed integrated.nano structure of more gas sensor system prototype,The basic method.and reference is provided for more gas, low power consumption infrared.gas sensor development and integrated manufacturing in special environment.

物联网技术的发展为集成化、低功耗、低成本的红外气体传感器带来了广泛的应用需求。本项目创新性地提出了集成纳米结构的光源与多敏感元一体化的新型红外气体传感器，该传感器利用集成纳米结构的MEMS光源实现电-光的高效率转换，利用同一芯片上集成纳米结构的MEMS热电堆探测器完成光-热-电的转换，最终实现对多种气体参数的综合测量。通过解决集成设计、制造等过程中的一系列基础问题，深入研究MEMS光源的电-光转换机理，探明纳米结构对电-光转换效率的影响；建立MEMS热电堆探测器的光-热-电转换模型，探明纳米结构对光-热-电转换的影响及其机理；构筑一种能实现光源和多敏感元之间的有效隔热、减少热串扰的结构，解决多参数集成时各元件间的干扰问题；形成一套集成化红外气体传感器系统的制造工艺标准。研制出集成纳米结构的多气体传感器系统原型，为物联网应用中多气体、低功耗的红外气体传感器发展、集成制造提供基本理论和方法。

集成纳米结构的多气体传感器系统的研究为物联网应用中多气体、低功耗的红外气体传感器发展、集成制造提供了基本理论和方法。本项目研究提出了集成纳米结构的光源与多敏感元一体化的红外气体传感器新结构，能够同时实现对多种气体参数的集成单片测量；通过深入研究MEMS光源的电-光转换机理，解决该传感器集成设计、制造等过程中的一系列基础问题，探明了纳米结构对电-光转换效率的影响；通过建立MEMS热电堆探测器的光-热-电转换模型，探明了纳米结构对光-热-电转换的影响及其机理；构筑了一种能实现光源和多敏感元之间可有效隔热并减少热串扰的结构，解决了多参数传感器集成时各元件间的干扰问题；形成一套集成化红外气体传感器系统的制造工艺标准。本项目在实施过程中，项目组在MEMS热电堆探测器器件、热释电探测器、MEMS红外光源、微纳米结构功能调制材料开发制备、微纳结构特性表征等气敏传感器的核心部件及功能材料方面开展了大量研究工作，取得了一系列高水平研究成果。项目组所取得的成果得到微纳领域主流国际期刊和国际会议的认可和刊发、报道，在微纳领域主流国际期刊(J. Micromech. Microeng.,Applied Surface Science, Sens. Actuators A: Phys.,Materials Letters，Optics and Lasers in Engineering 等)上发表高水平SCI论文21篇，在Transducers’15、IEEE MEMS、IEEE Sensors等国际主流学术会议报道最新研究成果，做口头及poster报告并发表会议论文24篇，申请专利30项，授权发明专利16余项。培养出站博士后2名；毕业博士研究生1名，在读博士研究生4名；毕业硕士研究生14名，在读硕士研究生2名。本项目所提出的器件结构和开发的关键工艺技术达到国际先进水平，所开发的探测器具有较好的应用前景。