（元琛科技）工业发展带来的空气污染问题已经越来越受到人们的重视。另一方面，在我们的生活中也不可避免的会与挥发性有机化合物（VOCs）接触，包括甲醛，乙醇，氮氧化物等等。因此，人们急需要找到一种高效检测这些污染气体的方法与手段。而微电子机械系统（MEMS）技术的出现为实现低能耗，设备小型化，大规模设备生产以及新型功能（如无线监控）开辟了新的选择。微机电系统是指通过将微型执行器、微型传感器等结构组合在一起形成完整功能的微型器件或系统。它具有一定的集成特性以及可以批量生产的特点。MEMS气体传感器就是综合使用微电子和微机械加工技术所加工出来的新型传感器。

（1）MEMS气体传感器的发展
MEMS气体传感器的研究始于1990年代初期提出的方案，自90年代以来致力于优化MEMS布局，选择用于加热器和绝缘层的最佳材料，并改善高温下材料之间的粘附力。而当前大规模生产的硅片已经可以在低于约400-450℃的温度下使用MEMS技术加工微加热板。

微型加热器是通过设计一个与大块基板热绝缘的面积小且悬空的加热器区域，这样就可以在低输入功率的情况下达到较高的感应温度。基本工艺是利用MEMS工艺集成性，准确性等特点先在硅片表面附上微小的加热层（利用磁控溅射，化学气相沉积，原子层沉积等技术），接着再覆盖一个仅暴露出加热盘电极的绝缘层，在通电条件下，加热盘就可以在特定的小区域内加热而不会影响绝缘层之上材料的电信号。此外，为了保证较低的功耗，使用电感耦合等离子体发射以及化学蚀刻等方法去除加热盘下方的硅，使加热盘近乎悬空，实现在微小的区域内精确加热，降低了使用功耗，是MEMS技术与传感器完美结合的产物。

（2）MEMS气体传感器的技术优势
MEMS传感器最直观的优势就是微型化。MEMS传感器的尺寸极小（毫米级），体积的减小带来更高的比表面积，可以有效增强传感器表面的敏感程度。微型化结合MEMS加工工艺的优势，就带来了另一个优点，那就是低能耗。通过一系列加工工艺，MEMS传感器的加热区域可以控制在100-300μm的直径范围内，而且通过悬臂梁设计可以大大降低传感器的功耗。

新型MEMS气体传感器的功耗仅相当于涂覆金属氧化物半导体传感器功耗的6-10%，非常适合物联网对传感器功耗的要求。而发展成熟的MEMS工艺也带来了器件生产效率与一致性方面的飞跃。它可以在大范围内通过精确的加工生产出尺寸规格几乎完全相同的传感器，这使得传感器的一致性得到了保证，而且传感器的生产效率也远超涂覆金属氧化物半导体传感器。以单个1mm×1mm的MEMS传感器为例，在一个6英寸的硅片上使用MEMS工艺可有效生产出超过10000个微器件，极大降低每一个MEMS传感器的生产成本。全自动化控制的生产工艺，排除了个体操作的误差后，每一个MEMS芯片的质量都可以在工艺层面得到保证，大大提高了传感器的良品率。

此外，将多个MEMS气体传感器集成在一起，形成复杂的传感器阵列芯片，通过算法实现人工嗅觉功能。在万物互联的时代潮流下，MEMS传感器必将是物联网发展的中流砥柱。

（3）MEMS气体传感器面临的挑战
尽管MEMS气体传感器有着其它气体传感器无法比拟的优势，但将传感材料与基底通过MEMS技术集成在一起形成稳定的结构仍然是一项技术挑战。当前，MEMS气体传感器结合方法可以分为两类。第一类，将化学合成的纳米材料浆料滴涂或印刷到MEMS微热板上极其微小且有效的区域里。第二类传感膜则是通过典型的MEMS或MEMS兼容技术进行沉积的（例如溅射，蒸发，化学气相沉积和自组装）。随后需要进行额外的热氧化，退火或酸处理，以修饰沉积时的致密的无定形结构。

然而大多数基于MEMS工艺的传感膜在以下三个方面仍然存在挑战。
挑战一，由于致密的表面结构和低结晶度，通过MEMS技术沉积的MOS薄膜通常对目标气体显示出较差的灵敏度。
挑战二，很难将含有MOS纳米材料的浆料准确贴合到微加热器的指定加热区域上。
挑战三，提高加热器与感测纳米材料之间的附着力，获得稳定的参数（特别是在高温下）较为困难。