基于一維納米電極的場致分子電離MEMS氣體傳感器應用基礎研究的中期報告

基于一維納米電極的場致分子電離MEMS氣體傳感器應用基礎研究的中期報告摘要：本報告介紹了一維納米電極的場致分子電離MEMS氣體傳感器的基礎研究中期情況。研究過程中，進行了納米加工、器件設計、制備和測試等多個方面的工作。實驗結(jié)果表明，所設計的納米電極能夠有效地產(chǎn)生局部場致電離效應，并對氣體中的分子進行電離。目前，已經(jīng)獲得了一些初步的氣體傳感實驗結(jié)果，但仍需要進一步的優(yōu)化和改進，以提高其靈敏度和選擇性。關鍵詞：一維納米電極；場致分子電離；MEMS氣體傳感器；基礎研究1.研究背景和意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，氣體的污染問題日益突出，因此研究和開發(fā)高靈敏度、高可靠性、高選擇性的氣體傳感器對于保障環(huán)境和人類健康具有重要的意義。現(xiàn)有的氣體傳感器主要有電化學傳感器、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，開發(fā)新型的氣體傳感器具有重要的研究價值。近年來，場致電離技術被廣泛應用于氣體檢測領域。其中，場致電離質(zhì)譜（FI-MS）已經(jīng)成為氣體分析的重要手段。由于FI-MS的儀器價格昂貴，其應用受到了一定的限制。因此，開發(fā)基于場致電離的MEMS氣體傳感器成為了研究的熱點。2.研究內(nèi)容和方法本研究以一維納米電極為核心，采用場致分子電離技術，在MEMS芯片上研制氣體傳感器。具體過程包括：（1）納米加工：采用電子束光刻技術和化學蝕刻技術對MEMS芯片進行納米加工，制備出所需的納米電極結(jié)構(gòu)。（2）器件設計：根據(jù)場致電離質(zhì)譜的原理設計出適用于MEMS氣體傳感器的電極結(jié)構(gòu)。所設計的納米電極長寬比為500∶1，尖端半徑約為20nm。（3）器件制備：采用標準的微納加工技術，在硅片上制備出所需的MEMS芯片。（4）器件測試：在氣體環(huán)境下對所制備的MEMS氣體傳感器進行測試。測試過程包括氣體流量調(diào)節(jié)、電極電壓調(diào)節(jié)、信號采集等。3.中期研究結(jié)果和分析通過對所制備的MEMS氣體傳感器進行測試，得到以下中期實驗結(jié)果：（1）當電極電壓為800V時，所設計的納米電極能夠有效地產(chǎn)生局部電場，對氣體分子進行電離。（2）所設計的納米電極的尖端半徑對傳感器的靈敏度有較大的影響，其最佳半徑約為20nm。（3）實驗結(jié)果表明，所研制的MEMS氣體傳感器對二氧化碳等氣體具有一定的靈敏度和選擇性。4.下一步工作計劃（1）優(yōu)化和改進納米電極的制備和設計，提高傳感器的靈敏度和選擇性。（2）進一步進行氣體傳感實驗，探究MEMS氣體傳感器的靈敏度和選擇性的影響因素。（3）改進電路和信號采集系統(tǒng)，并與微控制器等集成，實現(xiàn)MEMS氣體傳感器的實時監(jiān)測和控制。5.結(jié)論本研究以一維納米電極為核心，采用場致分子電離技術，在MEMS芯片上研制氣體傳感器。中期實驗結(jié)果表明，所研制的氣體傳感