基于一維納米電極的場(chǎng)致分子電離MEMS氣體傳感器應(yīng)用基礎(chǔ)研究的中期報(bào)告

基于一維納米電極的場(chǎng)致分子電離MEMS氣體傳感器應(yīng)用基礎(chǔ)研究的中期報(bào)告摘要：本報(bào)告介紹了一維納米電極的場(chǎng)致分子電離MEMS氣體傳感器的基礎(chǔ)研究中期情況。研究過(guò)程中，進(jìn)行了納米加工、器件設(shè)計(jì)、制備和測(cè)試等多個(gè)方面的工作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的納米電極能夠有效地產(chǎn)生局部場(chǎng)致電離效應(yīng)，并對(duì)氣體中的分子進(jìn)行電離。目前，已經(jīng)獲得了一些初步的氣體傳感實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但仍需要進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)，以提高其靈敏度和選擇性。關(guān)鍵詞：一維納米電極；場(chǎng)致分子電離；MEMS氣體傳感器；基礎(chǔ)研究1.研究背景和意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，氣體的污染問(wèn)題日益突出，因此研究和開(kāi)發(fā)高靈敏度、高可靠性、高選擇性的氣體傳感器對(duì)于保障環(huán)境和人類(lèi)健康具有重要的意義?，F(xiàn)有的氣體傳感器主要有電化學(xué)傳感器、光譜傳感器等，但其靈敏度、選擇性等方面還存在著一定的局限性。因此，開(kāi)發(fā)新型的氣體傳感器具有重要的研究?jī)r(jià)值。近年來(lái)，場(chǎng)致電離技術(shù)被廣泛應(yīng)用于氣體檢測(cè)領(lǐng)域。其中，場(chǎng)致電離質(zhì)譜（FI-MS）已經(jīng)成為氣體分析的重要手段。由于FI-MS的儀器價(jià)格昂貴，其應(yīng)用受到了一定的限制。因此，開(kāi)發(fā)基于場(chǎng)致電離的MEMS氣體傳感器成為了研究的熱點(diǎn)。2.研究?jī)?nèi)容和方法本研究以一維納米電極為核心，采用場(chǎng)致分子電離技術(shù)，在MEMS芯片上研制氣體傳感器。具體過(guò)程包括：（1）納米加工：采用電子束光刻技術(shù)和化學(xué)蝕刻技術(shù)對(duì)MEMS芯片進(jìn)行納米加工，制備出所需的納米電極結(jié)構(gòu)。（2）器件設(shè)計(jì)：根據(jù)場(chǎng)致電離質(zhì)譜的原理設(shè)計(jì)出適用于MEMS氣體傳感器的電極結(jié)構(gòu)。所設(shè)計(jì)的納米電極長(zhǎng)寬比為500∶1，尖端半徑約為20nm。（3）器件制備：采用標(biāo)準(zhǔn)的微納加工技術(shù)，在硅片上制備出所需的MEMS芯片。（4）器件測(cè)試：在氣體環(huán)境下對(duì)所制備的MEMS氣體傳感器進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過(guò)程包括氣體流量調(diào)節(jié)、電極電壓調(diào)節(jié)、信號(hào)采集等。3.中期研究結(jié)果和分析通過(guò)對(duì)所制備的MEMS氣體傳感器進(jìn)行測(cè)試，得到以下中期實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）當(dāng)電極電壓為800V時(shí)，所設(shè)計(jì)的納米電極能夠有效地產(chǎn)生局部電場(chǎng)，對(duì)氣體分子進(jìn)行電離。（2）所設(shè)計(jì)的納米電極的尖端半徑對(duì)傳感器的靈敏度有較大的影響，其最佳半徑約為20nm。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所研制的MEMS氣體傳感器對(duì)二氧化碳等氣體具有一定的靈敏度和選擇性。4.下一步工作計(jì)劃（1）優(yōu)化和改進(jìn)納米電極的制備和設(shè)計(jì)，提高傳感器的靈敏度和選擇性。（2）進(jìn)一步進(jìn)行氣體傳感實(shí)驗(yàn)，探究MEMS氣體傳感器的靈敏度和選擇性的影響因素。（3）改進(jìn)電路和信號(hào)采集系統(tǒng)，并與微控制器等集成，實(shí)現(xiàn)MEMS氣體傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。5.結(jié)論本研究以一維納米電極為核心，采用場(chǎng)致分子電離技術(shù)，在MEMS芯片上研制氣體傳感器。中期實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所研制的氣體傳感